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植物工厂及相关农机技术

温室网  来源:曹其新(上海交通大学) 阅读数:760

  引言

  植物工厂为现代设施农业发展的高级阶段,是一种高投入、高技术、精装备的生产体系,集生物技术、工程技术和管理技术于一体,使农业生产从自然生态束缚中脱离出来,按计划周年性进行植物产品生产的工厂化农业系统,代表着未来农业的发展方向。

  1 植物工厂机械与自动化

  植物工厂机械,是指适合植物工厂耕作、栽培、收获等农艺特点,并在各类设施中工作的农业机械。国外植物工厂作物栽培己具备了成熟成套的技术,植物工厂机械及作业设备也齐全,生产比较规范,产量稳定,质量保证性强,并在向高层次、高科技和自动化、智能化方向发展,已形成全新的技术体系。

  近几年来,我国植物工厂得到快速推进。从单一品类向多品类转变、从小型向中大型甚至特大型转变、从人工光型向日光型甚至露天型多型并存转变、从试验研究阶段向示范应用甚至商业化产业化发展阶段转变、从人工气候模拟型向计算机智能控制型转变、从单一技术向集成技术转变,水平得到快速提升。

  1.1研究意义

  植物工厂技术的突破将会解决人类发展面临的诸多瓶颈,甚至可以实现在荒漠、戈壁、海岛、水面等非可耕地,以及在城市的摩天大楼里进行正常生产。利用取之不尽的太阳能和其它各种清洁能源,加上一定的种子、水源和矿质营养,就可源源不断地为人类生产所需要的农产品。因此被认为是21世纪解决粮食安全、人口、资源、环境问题的重要途径,也是未来航天工程、月球和其他星球探索过程中实现食物自给的重要手段。

  1.2优越性

  (1)作物生产的计划性,周年生产的均衡性,产量和品质的稳定性;

  (2)作物生长周期短,设施利用率高,单位面积产量高,产值高;

  (3)机械化、自动化程度高,劳动强度低,用工少,工作环境轻松;

  (4)不施农药,产品无污染;

  (5)多层式,立体栽培,大大节省土地;

  (6)不受地理、气候等自然条件的影响,甚至可在极端气候区、外层空间及其它星球上进行农业生产;

  (7)与现代生物技术紧密结合,可以生产出稀有、价高、富含营养的植物产品。

  2历史与发展

  2.1植物工厂

  1957年世界上第一家植物工厂 诞生在丹麦,1974年日本等国也逐步发展起来。美国犹他州立大学试验用植物工厂种植小麦,全生育期不到2月,一年可收获4-5次。

  

  2.2植物工厂发展的三个阶段

  (1)试验阶段(20世纪40年代至60年代末)

  ①建设规模小,除个别规模较大之外一般仅为几十平米到几百平米;

  ②范围窄,主要局限在实验室内;

  ③试验作物品种单一,以芹菜和沙拉生菜为主;

  ④多是人工光利用型,采用人工气候室进行控制,运行成本较高。

  (2)示范应用阶段(20世纪70年代至80年代中期)

  ①应用范围较大;

  ②营养液配方技术日臻成熟,自动化控制系统逐渐完善;

  ③开发的力度加大,示范效果明显。

  (3)快速发展阶段(20世纪80年代中期至今)

  ①发展速度快;

  ②涉及到的行业广泛,规模不断扩大;

  ③国际学术活动频繁;

  ④高科技成果应用多。 

植物工厂各发展阶段及代表性企业 

 

典型企业

年代

规模(m²)

类型

栽培作物

栽培方式

特征

 

丹麦克里斯顿农场

1957

1000

太阳光、人工光并用型

水芹、莴苣

水培

移动栽培

奥地利卢斯那公司

1963

216

人工光利用型

莴苣

水培

立体回转移动栽培

美国爱德库都利库公司

1973

400

人工光利用型

西红柿、黄瓜、莴苣

NFT式水培

平面式

美国波里达卡农场

1980

3000

太阳光利用型

莴苣

NFT式水培

立体多层栽培、自动播种机、收获机、周年均衡生产

日本三菱重工和九州电力公司

1985

100

人工光利用型

莴苣

水培

完全智能化控制,使用了机器人

日立公司中央研究所

1985

660

人工光利用型

莴苣

水培

平面式

 

典型企业

年代

规模(m²)

类型

栽培作物

栽培方式

特征

速发展阶段

瑞典爱伯森农场

20世纪80年代中期

6100

人工光、太阳光并用型

莴苣

固体基质栽培

基质栽培、密度可移动调节、人工补光

美国米德兰都公司

20世纪80年代中期

18000

太阳光利用型

沙拉莴苣

水培

播种、育苗