5.2 植物工厂概述在线视频

大家好

我是中国农业大学的宋卫堂

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《农业生物环境工程》 的慕课学习

这次课我们学习植物工厂概述

在这一部分当中

我们将重点学习以下七方面的内容

发展植物工厂的意义

植物工厂的概念

植物工厂的分类和用途

植物工厂的发展历程

植物工厂的系统构成

植物工厂的优势和特点

以及植物工厂的问题和发展趋势

近些年来

植物工厂是设施园艺界的一个研发热点

也越来越受到普通大众

特别是一些非农大型企业的关注

那么

为什么要发展植物工厂呢

我想主要是基于

植物工厂具有的重要意义

首先随着城市化进程的不断发展

越来越多的年轻人不愿意从事农业劳动

从而农业的从业人口不断减少

这就要求我们

发展劳动强度小

效率高

工作环境舒适的植物生产方式

其次

随着人口的不断增长

越来越多的农业生产土地被占用

从而导致人均可耕种的土地在不断减少

这就要求我们发展

资源利用率高

空间利用率也高的

植物生产方式

然后

全球的环境问题日益突出

传统的

常规的

作物生长环境受到影响

因此

人类需要在

尽量不受外界因素影响的环境下

生产植物

最后

生态环境的污染和破坏

导致农药残留

化肥

重金属的超标

等问题日益严剧

而这与人们生活水平的提高

和越来越受到重视的食品安全问题

形成了严重的矛盾

因此

人们需要寻求安全

绿色的植物生产方式

以上这四个原因

都为植物工厂的发展

提供了充足的理由

下面

我们来介绍一下植物工厂的概念

简单的讲

植物工厂就是一种通过设施内

高精度的环境控制

实现作物

周年连续生产的

高效农业生产系统

这张图展示了一种典型的

人工光植物工厂的主要结构

现代植物工厂

充分集合运用了

先进的设施园艺

建筑工程

生物技术

计算机和信息技术

等高科技手段

是知识和技术的高度密集

植物工厂内实现了对植物生长发育

所需要的温度

湿度

光照

二氧化碳

以及营养液等环境条件的自动控制

是目前国际上公认的

设施农业的

最高级形式和发展阶段

下面我们来看看植物工厂有哪些类型

根据不同的分类方法

可以将植物工厂分为下面这些类型

首先从建设规模上

可以分为三种

大型

1000平米以上

中型

300～1000平米

和小型

300平米以下

三种

从生产功能上

植物工厂可以分为两种

种苗植物工厂

和商品菜

商品果

商品花植物工厂

从研究对象的层次上

植物工厂可分为三种

以研究植物组织为主的

组织培养植物工厂

以研究植物细胞为主的

细胞培养植物工厂

大部分情况下

是依据植物生长所需光能的

利用方式来区分

植物工厂主要可分为三种常见类型

也就是

人工光利用型利植物工厂

太阳光 人工光并用型植物工厂

和太阳光利用型植物工厂

一般的

狭义的植物工厂

就是指人工光利用型植物工厂

经过多年不断的研究和发展

人工光型植物工厂的技术

已经比较成熟

并已经广泛应用于工厂化育苗

和叶菜的生产

另外

这项技术的发展

为宇宙航天的生命支持系统

以及未来城市垂直农场的发展

也提供了技术支撑

下面我们就来看看植物工厂发展过程中

几个关键的时间节点

人工光型植物工厂的原型

是出现在

上世纪40年代美国加州的

人工气候室

人们可以在人工模拟的气候条件下

进行植物栽培

1973年

英国的Cooper 教授

提出了营养液膜法

也就是NFT的方法

为植物工厂的发展奠定了栽培基础

1974 年

日本的日立公司

等电子

精密仪器设备公司

开始投入研究

为植物工厂的发展

提供了自动化控技术方面的支撑

1985 年

在日本筑波世界园艺博览会上

展示了一套三层楼高的

塔式人工光利用型植物工厂

从此以后

植物工厂在日本快速发展

截止到目前

已经有各种类型植物工厂

150多座

我国的人工光利用型植物工厂起步较晚

但是发展迅速

2005年

在北京建立了第一个

人工光植物工厂实验室

2006-2008年

植物工厂的关键技术

陆续获得突破

2009年

在北京建成了第一个

LED植物工厂实验室

2009年9月

在长春

建成了国内首个

商业化的人工光植物工厂

2010年1月

在上海

成功研制出首个家庭型

人工光植物工厂

从那时开始到现在

人工光植物工厂在全国各地

得到快速发展

主要有

广东珠海

江苏南京

北京通州

河北唐山

陕西西安

山西运城 等地

下面我们来看看植物工厂的系统构成

首先

植物工厂由绝热板材围护而成

采用人工光源

和多层营养液栽培床

作为栽培系统

使用空调或热泵

调节室内空气的温度和湿度

并配有二氧化碳施肥系统

其中

绝热板材

可有效隔绝外界环境的变化

对室内环境的影响

避免虫害

和病原菌进入室内

为精准调控室内环境

获得安全农产品

奠定了基础

其次

使用多层栽培床和营养液栽培系统

可有效提高土地利用效率

使用人工光源

热泵

和二氧化碳施肥系统

可实现对光照环境

温度环境

和二氧化碳浓度

等环境要素的精准调节

可以通过环境调节

获得高产

优质

无污染的农产品

基于上面提到的植物工厂的结构和功能

现代植物工厂具有如下的特点和优势

首先

植物工厂作物生产的计划性强

可以在完全不受外界环境影响的条件下

实现周年的均衡生产

其次

植物工厂的单位面积产量高

采用多层立体栽培

提高了

空间利用率和资源利用率

然后

植物工厂内可以实现机械化

自动化

智能化和标准化生产

工人劳动强度低

工作环境舒适

植物工厂内完全密闭的生产环境

不再需要通过施用农药

进行病虫害的防治

因而提高了农产品的安全性

植物工厂的建设

完全不受地域条件和气候条件的限制

可以在废弃建筑物

沙漠

戈壁

太空

海岛

潜艇

远洋货轮 等地

进行植物生产

尽管植物工厂有很多优势

但仍然面临不少的问题

比如

植物工厂的初装成本比较高

与日光温室

连栋温室等园艺设施相比

植物工厂的初装成本高出很多

一般在每平米6000元以上

一个100平米的人工光植物工厂

它的初装成本要在60万元以上

第二

植物工厂的运行成本比较高

因为植物工厂在生产过程中

人工光源

环境控制系统的运行

都需要消耗电能

能耗偏高

从图中我们可以看出

在日本的植物工厂生产成本分配图中

主要成本有

设备折旧费

占26%

劳动力成本

占21%

电费

占18%

最终的利润

只有11%

第三

植物工厂的植物产品成本比较高

据核算

以生菜为例

人工光植物工厂生产1颗

约150克的生菜

其成本在10～30元人民币

针对目前发展过程中出现的问题

未来的植物工厂

应该如何发展呢

我想主要有以下几方面的发展趋势

首先建设规模的大型化

因为大规模化的生产

可以降低单位生产成本

然后

栽培作物品种的专用化

种苗公司现在也在为植物工厂特殊的环境

提供适宜的植物品种

比如

矮化作物

有利于植物工厂的多层立体栽培

光能利率比较高的作物品种

可以减少能量的投入

植物工厂一定要实现

生产管理的自动化和智能化

最后

植物工厂生产以盈利最大化为最终目的

生产成本控制的最适化

是目前研发和生产面临的重要问题

下面我们来做一个总结

本节主要向大家介绍了

植物工厂的一些基础知识

植物工厂的概念

分类

用途

发展历程

系统构成

优势和特点

发展面临的问题

以及未来的发展趋势

希望大家能对植物工厂有一个全面

清晰的认识

这次课就讲到这里

谢谢大家