第 6 卷 第 6 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 Vol6 No62016 年 11 月 Agricultural Engineering Nov 2016收稿日期 : 2016-09-28 修回日期 : 2016-11-09基金項目 : 國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃 ( 863 計劃 ) “植物工廠立體多層栽培系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究 ”( 項目編號 : 2013AA103002)作者簡介 : 李東星 ， 碩士 ， 工程師 ， 研究方向 : 設(shè)施農(nóng)業(yè) 。E-mail: ddxing521126. com集裝箱植物工廠研制與試驗李東星 ， 周增產(chǎn) ， 卜云龍 ， 趙 靜 ， 李寶安 ， 李 思( 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司 ， 北京市植物工廠工程技術(shù)研究中心 ， 北京 100094)摘 要 : 針對植物工廠投入成本高 、內(nèi)部運行成本高和可移動性差等現(xiàn)狀 ， 開發(fā)了一種集裝箱植物工廠 。集裝箱植物工廠由模塊化栽培設(shè)施構(gòu)成 ， 主要包括栽培系統(tǒng) 、補光系統(tǒng) 、環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) 、營養(yǎng)液系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等 。生菜栽培試驗結(jié)果表明 ， 集裝箱植物工廠可用于蔬菜生產(chǎn)種植 ， 其產(chǎn)量和品質(zhì)具有一定的提高 。關(guān)鍵詞 : 集裝箱 ; 植物工廠 ; 栽培系統(tǒng) ; 補光系統(tǒng) ; 環(huán)境調(diào)控中圖分類號 : S625 文獻標(biāo)識碼 : A 文章編號 : 2095-1795( 2016) 06-0078-06esearch and Experiment of Container Plant FactoryLi Dongxing， Zhou Zengchan， Bu Yunlong， Zhao Jing， Li Baoan， Li Si( Beijing Kingpeng International Hi-Tech Corporation，Beijing Engineering esearch Center of Plant Factory， Beijing 100094， China)Abstract: Because of high cost of investment and running， and poor removability of plant factory， a container plant factory wasdeveloped Container plant factory consisted of modular cultivation facilities， mainly including cultivation system， lighting sys-tem， environment control system， nutrient solution system and control system etc Lettuce cultivation test results showed thatcontainer plant factory could be used for vegetable production and its yield and quality were improvedKey words: Container， Plant factory， Cultivation system， Lighting system， Environment control0 引言植物工廠是現(xiàn)代園藝發(fā)展的高級階段 ， 具有受自然條件影響小 ， 作物生產(chǎn)計劃性強 、周期短 ， 自動化程度高 、無污染 ， 多層次立體栽培節(jié)省土地 、可實現(xiàn)周年生產(chǎn)等諸多優(yōu)點 1。近年來 ， 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和北京市農(nóng)業(yè)機械研究所等科研單位在植物工廠技術(shù)方面開展了相關(guān)的研究 ， 并取得了階段性成果 2-7。但由于植物工廠建設(shè)成本高 、運行成本高等因素在一定程度上限制了植物工廠整體技術(shù)的推廣及產(chǎn)業(yè)化 。隨著我國植物工廠技術(shù)的不斷完善和提高 ， 微型化 、迷你型植物工廠已應(yīng)用于人們生活的各種環(huán)境 8。在人口 、耕地資源緊缺的背景下 ， 將我國大量淘汰棄用的集裝箱重新利用 ， 改造成為人工光密閉型植物工廠 ， 不但可以提高資源利用率 ， 降低植物工廠建設(shè)成本及運行成本 ， 而且可以解決環(huán)境惡劣地區(qū)如海島荒漠等地方的蔬菜生產(chǎn)問題 。為此 ， 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司研制了一種集裝箱植物工廠 。該集裝箱植物工廠專門為蔬菜種植設(shè)計一套模塊化組合栽培設(shè)施 ， 可供從事農(nóng)業(yè)種植的單位和個人根據(jù)自身的需求對植物工廠空間進行定制 。其環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)采用空調(diào)壓縮機降溫和強制通風(fēng)換氣相結(jié)合的模式 ，可大幅度降低能耗成本 ， 具有模塊組合靈活 、移動方便 、可以批量生產(chǎn)或提前庫存以及運行成本低等優(yōu)勢 。同時 ， 為了驗證該集裝箱植物工廠與設(shè)施蔬菜種植的適應(yīng)性 ， 進行了生菜種植試驗 ， 以期為優(yōu)化改進集裝箱植物工廠提供理論基礎(chǔ) 。1 集裝箱植物工廠總體結(jié)構(gòu)該集裝箱植物工廠由殼體 、栽培系統(tǒng) 、環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) 、營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等組成 ， 其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 ， 實物如圖 2 所示 。其中 ， 殼體為標(biāo)準(zhǔn)尺寸的集裝箱 ， 集裝箱內(nèi)壁加裝巖棉隔熱層 ， 并內(nèi)貼光潔的 PVC 貼面 ， 有利于節(jié)能保溫和生產(chǎn)運行中的清洗 。栽培系統(tǒng)采用可拆移動式模塊化栽培架 ， 下面安裝有滾輪 ， 方便不同生產(chǎn)規(guī)模的集裝箱植物工廠靈活配置和快速組裝 。固定在栽培架上的栽培槽摒棄了常見的一體式管道栽培設(shè)施 ， 采用了上下分體式栽培槽 ， 換茬種植時清理栽培槽中的殘根與雜物特別方李東星 等 : 集裝箱植物工廠研制與試驗便 。環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)除了具備空調(diào)壓縮機降溫系統(tǒng)之外 ， 還設(shè)置了通風(fēng)降溫系統(tǒng) ， 以便在外界氣溫低于設(shè)定的箱內(nèi)作物生長溫度時啟動該系統(tǒng)以達到節(jié)能運行的目的 。為了避免通風(fēng)降溫過程中外界花粉和孢子隨氣流進入集裝箱內(nèi)對潔凈生產(chǎn)造成影響 ， 對集裝箱進風(fēng)門處的進風(fēng)口組件進行了針對性設(shè)計 : 加設(shè)了可快速清洗和更換的初效過濾器 ， 進風(fēng)口處還設(shè)置有進風(fēng)口門 ， 該門由電動推桿驅(qū)動 ， 可按照控制系統(tǒng)指令打開或閉合 ， 實現(xiàn)節(jié)能運行 。1. 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) ( 排風(fēng)機 ) 2. 栽培系統(tǒng) ( 栽培槽 ) 3. 營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng) 4. 栽培系統(tǒng) ( 栽培架 ) 5. 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) ( 空調(diào)室外機 ) 6. 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng) ( 進風(fēng)口組件 ) 7. 殼體圖 1 集裝箱植物工廠結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of container plant factory圖 2 集裝箱植物工廠Fig. 2 Container plant factory2 關(guān)鍵部分設(shè)計2. 1 栽培系統(tǒng)設(shè)計栽培系統(tǒng)由可拆式模塊化的栽培架和固定在栽培架上的栽培槽以及橫向匯水組件組成 ( 圖 3) ?？刹鹗侥K化的栽培架為 5 層式結(jié)構(gòu) ， 骨架主要由 65 ×40 的 C 型鋼和 20 ×20 的工業(yè)鋁型材制成 。每層栽培空間上方布置生長燈 ， 下方布置栽培槽 。栽培槽為上下分體結(jié)構(gòu) ， 下槽盛放營養(yǎng)液 ， 上蓋開有小孔安放定植杯以便種植 ， 上蓋與下蓋之間通過牙型咬合 ， 同時用手指壓住下槽時可方便分離 ， 以便換茬種植時清理栽培槽中的殘根與雜物 。單個集裝箱一次可生產(chǎn)成品菜 3 000 株 ， 生產(chǎn)周期 20 d 左右 ， 每年可生產(chǎn) 16 茬 ，一年一個集裝箱植物工廠可生產(chǎn) 4. 8 萬株成品菜 。1. 栽培架體 2. 分體式栽培槽 3. 滾輪 4. 匯水橫管圖 3 栽培系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 3 Structure of cultivation system2. 2 補光系統(tǒng)設(shè)計人工補光的效果除取決于光照強度外 ， 還取決于補光光源的生理輻射特性 。所謂生理輻射 ， 指在輻射光譜中 ， 能被植物葉片吸收而進行光合作用的輻射 。在光源的可見光光譜 ( 380 760 nm) 中 ， 植物吸收的光能占生理輻射光能的 60%65%。其中 ， 主要是波長為 610 720 nm 的紅 、橙光輻射 ， 植物吸收的光能占生理輻射光能的 55% 左右 。紅 、橙光具有最大的光譜活性 ， 用富含紅 、橙光的光源進行人工補光 ，在適宜的光照時數(shù)下 ， 會使植物的發(fā)育顯著加速 ， 引起植物較早開花 、結(jié)實 ， 促使植物體內(nèi)干物質(zhì)的積累 ， 促使鱗莖 、塊根 、葉球以及其他植物器官形成 。其次是波長為 400 510 nm 的藍 、紫光輻射 ， 植物吸收的光能占生理輻射光能的 8% 左右 。藍 、紫光具有特殊的生理作用 ， 對于植物的化學(xué)成分有較強的影響 ， 用富于藍 、紫光的光源進行人工補光 ， 可延遲植物開花 ， 使以獲取營養(yǎng)器官為目的的植物充分生長 。而植物對波長為 510 610 nm 的黃 、綠光輻射 ， 吸收的光能很少 。大量光源光譜試驗證明 ， 適當(dāng)?shù)募t色光 ( 600 700 nm) 與藍色光 ( 400 500 nm) 的比 ( B) 才能保證培育出健全形態(tài)的植物 。紅光過多會引起植物徒長 ， 藍光過多會抑制植物成長 9。研究表明 ， 較小的 B 值可以促進植物生長 ， 而當(dāng) B 值在 5 10時 ， 植物生長速率最快 。為了防止植物徒長 ， 人工光源 B 值為 6。設(shè)計的集裝箱植物工廠內(nèi)采用的補光系統(tǒng)為 LED 光源 ( 圖 4) ， 具有適應(yīng)的 B 值 ， 其具體參數(shù)見表 1。2. 3 營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)與自動配肥系統(tǒng)設(shè)計營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)主要由營養(yǎng)液貯箱 ( 內(nèi)有循環(huán)泵 ) 、營養(yǎng)液供液管路 、營養(yǎng)液回液管路和營養(yǎng)液消97農(nóng)業(yè)工程 設(shè)計制造及理論研究表 1 LED 光源參數(shù)Tab. 1 Parameters of LED light source技術(shù)指標(biāo) 額定電壓 V 耗電功率 W 光源配比 光量子通量 mol·s1工作環(huán)境溫度 額定壽命 h數(shù)值 220 40 FDBB 60 20 40 50 000圖 4 補光系統(tǒng)Fig. 4 Lighting system毒組件裝置組成 ， 主要功能是為栽培系統(tǒng)提供營養(yǎng)液 ， 使?fàn)I養(yǎng)液在栽培槽和營養(yǎng)液貯箱之間循環(huán)流動 。其中 ， 營養(yǎng)液貯箱 ( 含栽培管 ) 用于盛放營養(yǎng)液 ，給作物提供營養(yǎng)和水分 ; 供液管路將營養(yǎng)液工作箱中的營養(yǎng)液供給到栽培箱中 ; 營養(yǎng)液回液管路將栽培箱內(nèi)的營養(yǎng)液回流至貯液池中 ; 營養(yǎng)液消毒組件裝置為紫外線消毒器 ， 該消毒器利用波長為 225 275 nm 的紫外線對微生物有強烈殺滅作用 ， 對原水中的微生物進行殺滅 。紫外線燈選用國家衛(wèi)生部門 、防疫部門鑒定的專業(yè)新產(chǎn)品 ， 功率 30 W， 主線譜 253. 7 nm， 此波長的紫外線殺菌率最高 ， 可達 98% 以上 ， 耗能低 ，連續(xù)使用壽命可達 3 000 h 以上 ， 并配有可靠的鎮(zhèn)流裝備 ; 模塊化電控裝置 ， 功能齊全 ， 定時標(biāo)準(zhǔn) ， 與水處理筒體采用一體化設(shè)計 ， 具有安裝方便 、操作簡單 、安全可靠和便于維護等特點 。一個集裝箱植物工廠配一套配肥系統(tǒng) ， 共設(shè) 3 個母液罐 ， 分為 A、B、C 3 個小罐 ， 每個母液罐直徑為 400 mm， 體積為 50 L， 立體擺放 ， 在電子水表和電磁閥門的控制下流入營養(yǎng)液工作箱 ， 營養(yǎng)液工作箱是貯存和供應(yīng)栽培箱營養(yǎng)液的容器 。營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)與自動配肥系統(tǒng)見圖 5。2. 4 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)由溫濕度傳感器 、冷暖空調(diào) 、頂部排風(fēng)機以及加濕器等組成 ， 主要功能是對集裝箱內(nèi)部的溫濕度進行調(diào)控 ?？紤]到節(jié)能運行的要求 ， 集裝箱植物工廠配有兩套降溫系統(tǒng) ， 一套是壓縮機空調(diào)降溫系統(tǒng) ， 一套是強制通風(fēng)降溫系統(tǒng) 。2. 4. 1 壓縮機空調(diào)降溫系統(tǒng)根據(jù)植物工廠室內(nèi)冷負荷計算 ， 一個集裝箱植物圖 5 營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)與自動配肥系統(tǒng)Fig. 5 Nutrient solution circulation system and automaticfertilizer distribution system工廠空調(diào)系統(tǒng)配置如下 。采用 12. 5 kW 制冷量的柜式空調(diào) 1 臺和 5 kW 制冷量的壁掛式空調(diào) 1 臺 。利用空調(diào)系統(tǒng) ， 可有效調(diào)節(jié)集裝箱內(nèi)溫度 ， 除此之外 ， 還可在集裝箱內(nèi)濕度過高時起除濕作用 。加濕器 1 臺 。當(dāng)溫室內(nèi)濕度較低時 ， 特別在育苗期需要較大濕度時 ，可有效增加集裝箱內(nèi)的濕度 ?？紤]到集裝箱空間狹小 ，超聲波和離心機加濕氣流打到周邊障礙物會有大片水跡產(chǎn)生 ， 同時加濕器如能有一定降溫功能比較理想 ，所以選擇 XH-M4000 濕簾型加濕器 ( 活仕加濕機 ) ， 該機功率 280 W， 風(fēng)扇速度高 、中 、低 3 擋 ， 增濕量 6 9 kgh， 風(fēng)量可達 3 500 m3h， 儲水箱容量 35 L。兩臺空調(diào)室內(nèi)機的冷凝水均通過管路導(dǎo)入加濕器的水箱以利于水資源的重復(fù)利用 。環(huán)流風(fēng)扇 1 臺 。環(huán)流風(fēng)扇可促進集裝箱內(nèi)空氣的流通和溫度濕度的均勻性 。2. 4. 2 強制通風(fēng)降溫系統(tǒng)在集裝箱外殼頂部設(shè)置有 2 臺頂部通風(fēng)專用的電動排氣扇 ， 型號為 ST-PQDDD400， 功率 200 W， 單臺排風(fēng)量 4 600 m3h， 筒高 395 mm， 直徑 566 mm。該排氣扇運行時頂部防雨罩會在氣流作用下自動升起 。2臺頂部通風(fēng)專用的電動排氣扇作用是強制換新風(fēng)以及集裝箱內(nèi)空氣濕度偏高時的輔助除濕 。在集裝箱的兩側(cè)壁底部 ， 每邊各設(shè)置 3 組進氣裝置 ， 進氣裝置帶有由電動推桿開閉的外門 ( 門洞尺寸長 770 mm、高 400mm) 和設(shè)置有快換結(jié)構(gòu)的平板式初效空氣過濾濾芯組08李東星 等 : 集裝箱植物工廠研制與試驗成 ( 濾芯為 G2 或 G3 等級的初效過濾器 ， 標(biāo)準(zhǔn) 2 吋濾芯尺寸為長 595 mm、高 295 mm、厚 20 mm) 。2. 5 CO2補氣系統(tǒng)設(shè)計施用 CO2可以提高溫室作物單產(chǎn) ， 提高作物產(chǎn)量 ， 提高作物抗病能力 ， 減少發(fā)病率 。本設(shè)計中的CO2補氣系統(tǒng)采用氣瓶型 ( 圖 6) ， 可產(chǎn)生純凈的高濃度氣體肥料 ， 可明顯提高作物光合作用 ， 使植株生長加快 ， 根系發(fā)達 ， 枝繁葉茂 ， 增產(chǎn)增收 。圖 6 CO2補氣系統(tǒng)Fig. 6 CO2air supply system2. 6 自動控制系統(tǒng)設(shè)計自動控制系統(tǒng)主要用于植物工廠內(nèi)環(huán)境的調(diào)控 ，包括溫度 、濕度 、CO2濃度與光照以及自動配肥和營養(yǎng)液循環(huán)灌溉控制 。自動控制系統(tǒng)主要包括控制器 、傳感器 ( 包括溫濕度 、液位 ) 和觸摸屏 ( 圖 7) 。圖 7 自動控制系統(tǒng)Fig. 7 Automatic control system3 栽培試驗3. 1 試驗概況3. 1. 1 試驗品種本次試驗種植蔬菜為奶油生菜和花葉生菜 ， 其生長狀況見圖 8、圖 9。圖 8 補光燈下奶油生菜Fig. 8 Butter lettuce under the light圖 9 補光燈下花葉生菜Fig. 9 Mottle-leaf lettuce under the light3. 1. 2 試驗方法采用種子播種 、長到成品菜收獲的方法 。其中集裝箱內(nèi)補光 16 h， 環(huán)流風(fēng)扇設(shè)置與光照同步開啟 ， 換氣扇 24 h 運行 ， 營養(yǎng)液循環(huán)時間根據(jù)作物生長需要進行相應(yīng)調(diào)整 。3. 1. 3 試驗過程試驗過程為播種 催芽 苗化 定植 栽培管理收獲。其中 ， 2015 年 11 月 830 日進行播種 、催芽和苗化等工藝 ， 均在閉鎖育苗系統(tǒng)內(nèi)進行 ， 共計23 d; 12 月 120 日進行定植 、栽培管理和收獲等 ，在集裝箱植物工廠內(nèi)進行 ， 共計約 20 d。具體過程及栽培工藝流程見表 2。3. 2 光照度測試在集裝箱植物工廠兩個品種蔬菜栽培區(qū)距栽培槽上方 20 cm 處布置 4 個測試點 ( 圖 10) ， 測試時間為圖 10 光照測試布點Fig. 10 Point distribution of light test18農(nóng)業(yè)工程 設(shè)計制造及理論研究表 2 集裝箱植物工廠栽培試驗過程Tab. 2 Cultivation experiment process of container plant factory時間 種植工藝 工藝參數(shù) 工作車間11. 08 播種 在標(biāo)準(zhǔn)育苗穴盤上播種 ， 每孔播 1 2 個 。11. 09 催芽 溫度控制在 20 25 ， 濕度 70%100%， 進行催芽 36 48 h。11. 1011. 30 苗化 ( 綠化 )光照強度控制在 7 000 lux， 溫度 18 24 ， 濕度控制在 75% 85%， 二氧化碳濃度 400 ×106500 ×106。此階段 EC 值 1. 0 1. 5， pH 值 5. 5 6. 5， 營養(yǎng)液溫度 15 24 ， 溶解氧濃度 4. 0 mgL 以上 。閉鎖育苗室12. 01 定植溫度控制 : 白天 20 24 ， 夜間 5 18 ; 濕度控制 60% 75%; 二氧化碳濃度 400 ×106500 ×106。12. 0112. 20 栽培管理 EC 值 2. 0 3. 0， pH 值 5. 5 6. 5， 營養(yǎng)液溫度 15 24 。12. 20 收獲集裝箱植物工廠10 0016 00， 試驗每隔 1 h 測量 1 次 ， 分別測量光照強度 、光量子數(shù)和太陽輻射值 ， 最終取平均值 。測試數(shù)據(jù)見表 3。表 3 光照度測試數(shù)據(jù)Tab. 3 Light intensity test data參數(shù) A 槽 B 槽 C 槽 D 槽光照強度 lux 17 500 18 700 18 200 17 800太陽輻射 W·m2934. 43 1 046. 24 1 064. 09 1 511. 23光量子數(shù) mol·m2·s1265. 54 208. 79 233. 21 221. 793. 3 采收前葉菜生物量測定待生菜進入采收期后 ， 隨機在集裝箱植物工廠兩個品種的種植區(qū)各選取 10 株定植后的葉菜 ， 對其鮮質(zhì)量 、植株高度 、外側(cè)葉長和植株直徑 4 個方面進行測定 ， 分別測量 3 次 ， 測定后取其平均值 。測量結(jié)果見表 4。表 4 集裝箱植物工廠生菜采后生物量測試數(shù)據(jù)Tab. 4 Biomass test data after lettuce harvesting in container plantfactory生菜品種鮮質(zhì)量( 含定植杯 ) g植株高度cm外側(cè)葉長cm植株直徑cm奶油 1 39. 957 6. 67 7. 51 12. 16花葉 1 62. 508 8. 51 8. 81 12. 97奶油 2 79. 868 9. 77 9. 88 18. 61花葉 2 95. 553 11. 45 10. 68 17. 08奶油 3 105. 046 9. 84 10. 01 18. 13花葉 3 140. 04 13. 74 11. 76 19. 583. 4 采收后葉菜品質(zhì)測定采收期結(jié)束后 ， 分別在集裝箱植物工廠兩個品種種植區(qū)各取 1 kg 生菜樣品送至農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心 ， 對其營養(yǎng)指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)進行檢測 ， 檢測結(jié)果見表 5。表 5 奶油生菜與花葉生菜品質(zhì)測定結(jié)果Tab. 5 esults of quality measurement for butter lettuce and mottle-leaf lettuce檢驗項目 奶油生菜實測值 花葉生菜實測值 檢測依據(jù) 檢測限 限量水分 g·100 g194 94. 7 GB 5009. 32010 維生素 Cmg·100 g127. 8 25. 0 GBT 61951986 鈣 ( Ca) mg·kg1429 311 NYT 16532008 亞硝酸鹽 mg·kg1未檢出 未檢出 GB 5009. 332010 1 汞 ( Hg) mg·kg13. 76 ×1031. 1 ×103GBT 5009. 172003 0. 01砷 ( As) mg·kg1未檢出 未檢出 GBT 5009. 112003 0. 01 氟 ( F) mg·kg10. 150 未檢出 NYT 13742007 0. 5多菌靈 mg·kg1未檢出 未檢出 GBT 207692008 0. 01 4 運行能耗對比植物工廠運行過程存在著能源消耗大 、運行成本高的問題 ， 這是制約植物工廠發(fā)展的瓶頸 。植物工廠中 ， 人工光栽培室與集裝箱植物工廠類似 ， 內(nèi)部均采用大量的人工光源 。將集裝箱植物工廠試運行過程中的能耗與人工光栽培室進行了成本對比 。4. 1 植物工廠人工光栽培室運行成本在北京市通州區(qū)植物工廠進行試驗 ， 人工光栽培室面積 6. 5 × 11. 4 = 74. 1 m2， 共布置 9 100 mm ×1 100 mm ×2 500 mm 規(guī)格的 4 層式栽培架 3 組 ， 合計安裝 40 W 植物生長熒光燈 385 支 ， CTG12 型 LED補光燈板 42 塊 ， 補光功率 385 ×0. 04 +42 ×0. 045 =17. 29 kW。3 組栽培架單期定植生菜可達 2 700 株 ， 全年可定植 18 期 ， 全年產(chǎn)量為 2 700 × 18 = 48 600 株 。按單株質(zhì)量 400 g 左右計 ， 全年產(chǎn)量為 19 440 kg。生菜種子每期需 6. 8 g 左右 ， 成本約 14 元 ， 全年種子成本 14 ×18 =252 元 ; 營養(yǎng)液每期 15 m3左右 ， 成本約 0. 15 萬元 ， 全年營養(yǎng)液成本 0. 15 ×18 =2. 7 萬元 ;電力消耗 : 生菜種植每天照明期持續(xù) 16 h， 單個定植期補光耗電約 5 532 kW·h， 空調(diào)水泵等耗電約 1 200kW·h， 單個定植期電耗共約 6 732 kW·h， 全年電耗成本 6 732 ×18 ×0. 710 000 =8. 48 萬元 。人工成本 : 生菜種植后主要是定植和收獲階段需28李東星 等 : 集裝箱植物工廠研制與試驗耗用人工 。單個定植期內(nèi) ， 定植和收獲作業(yè)大約需 6個工日的工作量 ， 全年需人工 108 個工日 ?？紤]日常巡查維護等工作 ， 可以記為全年需人工 200 個工日 ，按每個工日 100 元的通常標(biāo)準(zhǔn)計 ， 全年人工成本需200 ×10010 000 =2 萬元 。資材成本 : 主要資材包括種植海綿 ( 48 600 個 ) ， 消毒藥劑等 ， 全年資材成本約 0. 99 萬元 。人工光栽培室生菜種植年運行費用見表 6 ( 未計入設(shè)備折舊費及場地租賃費等 ) ， 總成本是 14. 2 萬元 。折算在單位質(zhì)量的生菜上是 14. 2 × 10 00019 440 =7. 3 元 kg， 約 2. 92 元 株 。表 6 人工光栽培室運行成本Tab. 6 Operating cost of artificial light cultivation room萬元項目類別 種子 營養(yǎng)液 ( 肥料 ) 電耗 人工 資材 合計費用 0. 025 2 2. 7 8. 48 2 0. 99 14. 24. 2 集裝箱植物工廠運行成本集裝箱植物工廠面積 11. 8 ×2. 3 =27. 14 m2， 共布置 10 800 mm ×800 mm ×2 500 mm 規(guī)格的 5 層式栽培架 2 組 ， 合計安裝 40 W 的 LED 補光燈 320 支 ， 補光功率 320 ×0. 04 =12. 8 kW。2 組栽培架單期定植生菜可達 3 060 株 ， 全年可定植 18 期 ， 全年產(chǎn)量為 3 060 ×18 =55 080 株 。按單株質(zhì)量 400 g 左右計 ， 全年產(chǎn)量為 22 032 kg。生菜種子每期需 7. 65 g 左右 ， 成本約 15 元 ， 全年種子成本 15 × 18 = 270 元 ; 營養(yǎng)液每期 7. 5 m3左右 ， 成本約 0. 075 萬元 ， 全年營養(yǎng)液成本 0. 075 ×18 =1. 35 萬元 。電力消耗 : 生菜種植每天照明期持續(xù) 16 h， 單個定植期補光耗電約 4 096 kW·h， 空調(diào)水泵等耗電約 1 000 kW·h， 單個定植期電耗共約5 096 kW·h， 全 年 電 耗 成 本 5 096 × 18 × 0. 710 000 =6. 4 萬元 。人工成本 : 生菜種植后主要是定植和收獲階段需耗用人工 。單個定植期內(nèi) ， 定植和收獲作業(yè)大約需 7個工日的工作量 ， 全年需人工 126 個工日 ?？紤]日常巡查維護等工作 ， 可以計為全年需人工 200 個工日 ，按每個工日 100 元的通常標(biāo)準(zhǔn)計 ， 全年人工成本需200 ×10010 000 =2 萬元 。資材成本 : 主要資材包括種植海綿 ( 55 080 個 ) ， 消毒藥劑等 ， 全年資材成本約 1. 12 萬元 。集裝箱植物工廠生菜種植年運行費用見表 7 ( 未計入設(shè)備折舊費及場地租賃費等 ) ， 總成本為 10. 9 萬元 。由表 7 可知 ， 折算在單位質(zhì)量的生菜上是 10. 9 ×10 00022 032 =4. 95 元 kg， 約 1. 98 元 株 。4. 3 人工光栽培室與集裝箱植物工廠運行成本對比人工光栽培室運行成本與集裝箱植物工廠運行成表 7 集裝箱植物工廠運行成本Tab. 7 Operating cost of container plant factory萬元項目類別 種子 營養(yǎng)液 ( 肥料 ) 電耗 人工 資材 合計費用 0. 027 1. 35 6. 4 2 1. 12 10. 9本對比情況見表 8。由表 8 可知 ， 集裝箱植物工廠運行成本明顯低于人工光栽培室的運行成本 ， 其單位成本降低約 32%， 具有較好的節(jié)能效果 。其主要原因 :集裝箱植物工廠栽培密度比植物工廠人工光室栽培密度更高 ， 大約只有人工光室 13 的面積 ， 年栽培株數(shù)多于人工光室栽培株數(shù) 。集裝箱植物工廠采用槽式栽培 ， 所需營養(yǎng)液少于人工光室的箱式栽培 。集裝箱植物工廠面積和空間均小于植物工廠人工光室 ，所需空調(diào)冷量有較大降幅 。表 8 人工光栽培室與集裝箱植物工廠運行成本對比Tab. 8 Operation cost comparison between artificial light cultiva-tion room and container plant factory項目 集裝箱植物工廠 人工光栽培室面積 m227. 14 74. 1運行成本總計 萬元 10. 9 14. 2產(chǎn)量 kg 22 032 19 440單位成本 元 ·kg14. 95 7. 35 結(jié)束語與其他植物工廠相比 ， 集裝箱植物工廠以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱作為基本生產(chǎn)單元 ， 方便快速移動和部署 。內(nèi)部栽培系統(tǒng)栽培架均為可拆移動式模塊化設(shè)計 ， 可提前預(yù)制好各種模塊 ， 并通過各類快速接頭連接后進行快速組裝 ， 利于植物工廠產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和推廣 。環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)除空調(diào)制冷系統(tǒng)外 ， 還配備通風(fēng)降溫系統(tǒng)以便在外界氣溫低于設(shè)定的箱內(nèi)作物生長溫度時啟動 ， 達到節(jié)能運行的目的 ， 種植生菜單位成本可降低約 32%。由集裝箱植物工廠內(nèi)光照度 、生物量測定試驗以及營養(yǎng)衛(wèi)生指標(biāo)檢測情況可知 ， 集裝箱植物工廠內(nèi)部光照度完全可以滿足植物正常生長需要 ; 集裝箱植物工廠內(nèi)部的環(huán)境條件適合植物生長 ; 花葉生菜鈣含量高于奶油生菜鈣含量 ， 無其他有害物質(zhì) ， 且符合綠色食品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 。由此可見 ， 集裝箱植物工廠可生產(chǎn)出高品質(zhì)綠色蔬菜 。參考文獻 1 楊其長 ， 張成波 植物工廠系列談 ( 二 ) : 植物工廠研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 J 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