植物工廠發(fā)展現(xiàn)狀與展望,北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司2013年03月,卜云龍 副總工程師,www.jingpeng.cn,主要內(nèi)容,1、植物工廠概況,2、日本植物工廠發(fā)展概括,3、中國植物工廠發(fā)展現(xiàn)狀,4、植物工廠發(fā)展前景,www.jingpeng.cn,一、植物工廠概況,植物工廠（plant factory)的概念最早由日本提出，在設施農(nóng)業(yè)發(fā)達國家：荷蘭、日本、以色列、丹麥、美國進行了廣泛研究與試驗，總體技術(shù)已經(jīng)達到成熟與實用階段。植物工廠是指利用環(huán)境控制和自動化高新技術(shù)在全封閉式或半封閉式空間內(nèi)進行植物周年工廠化安全生產(chǎn)的一種體系。它是現(xiàn)代生物技術(shù)、環(huán)境工程、機械傳動、自動化控制等高新技術(shù)綜合集成的產(chǎn)物。 主要特征：精確可控環(huán)境設施、工廠化作業(yè)、衛(wèi)生安全、綠色環(huán)保、高密度生產(chǎn)，植物工廠是設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段，代表未來設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，是一個高技術(shù)、高投入、高產(chǎn)出的新興產(chǎn)業(yè)。,1、植物工廠定義與基本特征,www.jingpeng.cn,一、植物工廠概況,植物工廠的誕生是對人類社會的重要貢獻，隨著社會的不斷進步，植物工廠的獨特魅力將會得到更大體現(xiàn)，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 作物生產(chǎn)的計劃性，周年生產(chǎn)的均衡性，產(chǎn)量和品質(zhì)的穩(wěn)定性； 不施農(nóng)藥，產(chǎn)品無污染； 多層式，立體栽培，大大節(jié)省土地； 作物生長周期短，設施利用率高，單位面積產(chǎn)量高，產(chǎn)值高； 與現(xiàn)代生物技術(shù)結(jié)合，可以生產(chǎn)出稀有、價高、富含營養(yǎng)的植物產(chǎn)品； 機械化、自動化程度高，勞動強度低，用工少，工作環(huán)境輕松； 不受地理、氣候等自然條件的影響，甚至可在極端氣候區(qū)、外層空間及其它星球上進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。,2、植物工廠優(yōu)勢,www.jingpeng.cn,試驗階段（20世紀40年代至60年代末）,示范應用階段（20世紀70年代至80年代中期）,快速發(fā)展階段（20世紀80年代中期至今）,3、植物工廠發(fā)展歷史,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,植物工廠在國外的發(fā)展歷史已有半個多世紀，大致分為三個階段。 (1）試驗階段（20世紀40年代至60年代末）特點： 規(guī)模小，一般為幾十平米到幾百平米； 主要局限在實驗室內(nèi)； 試驗作物以芹菜和沙拉生菜為主； 多是人工光利用型，采用人工氣候室進行控制，運行成本 較高。 典型植物工廠：丹麥約克里斯頓植物工廠（1957年，1000m2）、奧地利盧斯那植物工廠（1963年，216m2）等。,3、植物工廠發(fā)展歷史,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,（2）示范應用階段（20世紀70年代至80年代中期）特點： 應用范圍廣； 廣泛應用營養(yǎng)液配方技術(shù)，自動化控制系統(tǒng)逐漸完善； 技術(shù)開發(fā)力度大，示范效果明顯。典型植物工廠：美國波里達卡植物工廠（1980年，3000m2）；日本日立公司中央研究所植物工廠（1985年，660m2）等。,3、植物工廠發(fā)展歷史,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,（3）快速發(fā)展階段（20世紀80年代中期至今）特點： 技術(shù)發(fā)展快； 規(guī)模擴大，多行業(yè)融合 ； 學術(shù)交流頻繁； 高科技成果得到充分應用。典型植物工廠：瑞典愛伯森植物工廠（20世紀80年代中期，6100m2）；日本神內(nèi)-21植物工廠（2001年，3000m2）等。,3、植物工廠發(fā)展歷史,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,規(guī) 模,大型植物工廠（建設面積1000m2以上）,中型植物工廠（建設面積3001000m2）,小型植物工廠（建設面積300m2以下）,4、植物工廠主要類型,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,生產(chǎn)功能,種苗植物工廠,商品菜（果、花）植物工廠,4、植物工廠主要類型,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,光能利用方式,人工光利用型,太陽光利用型,太陽光和人工光并用型,4、植物工廠主要類型,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,植物工廠按照光能利用方式分為太陽光利用型植物工廠、人工光利用型植物工廠 、太陽光和人工光并用型植物工廠。太陽光利用型植物工廠特點：建筑結(jié)構(gòu)為半封閉式；光源為自然光；配備多種環(huán)境因子的監(jiān)測和調(diào)控設備；栽培方式以水耕栽培和基質(zhì)栽培為主；生產(chǎn)環(huán)境易受季節(jié)和氣候變化的影響，生產(chǎn)品種有局限性，主要生產(chǎn)葉菜類和茄果類蔬菜，有時生產(chǎn)不太穩(wěn)定。,4、植物工廠主要類型,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,人工光利用型植物工廠特點：建筑結(jié)構(gòu)為全封閉式；只利用人工光源，光源特性好；采用植物在線檢測和網(wǎng)絡技術(shù)；采用營養(yǎng)液水耕栽培方式；實現(xiàn)無污染生產(chǎn)；對環(huán)境參數(shù)可進行精密控制，實現(xiàn)周年均衡生產(chǎn)；技術(shù)裝備和設施建設的費用高，能源消耗大，運行成本高，主要用于種苗生產(chǎn)。,4、植物工廠主要類型,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,太陽光和人工光并用型植物工廠特點：溫室結(jié)構(gòu)、覆蓋材料和栽培方式與太陽光利用型相似；白天利用太陽光，夜晚或白天連續(xù)陰雨寡照時，采用人工光源補充，作物生產(chǎn)比較穩(wěn)定； 與人工光利用型相比，用電較少；與太陽光利用型相比，受氣候影響較?。?實用性強，有利于推廣應用。,4、植物工廠主要類型,一、植物工廠概況,www.jingpeng.cn,二、日本植物工廠發(fā)展概況,日本對植物工廠的研究開始于1974年，1985植物工廠才在世界科技博覽會亮相，1986年成立了植物工廠協(xié)會。近年來，日本在植物工廠方面做了大量的研究和探索，部分技術(shù)已趨于成熟并在實際生產(chǎn)中得到推廣應用。植物工廠生產(chǎn)的對象最初以葉菜、種苗為主，目前它的栽培品種也逐步擴展到果菜、花卉以及藥用植物。應用場所從以前的生產(chǎn)、試驗應用拓展到超市、餐廳、辦公樓，直至家庭。植物工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品無污染，可以直接食用。,1、總體概況,www.jingpeng.cn,截止2012年底，日本共有150座用于蔬菜生產(chǎn)的人工光植物工廠，主要應用熒光燈作為光源，其中也有一些人工光植物工廠應用LED光源。目前，日本最大的人工光植物工廠生菜的產(chǎn)量可達25,000株/天。用于蔬菜育苗的密閉人工光型植物工廠共有200余座。能夠贏利的植物工廠數(shù)量在逐步增加。,1、總體概況,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,在日本最大的育苗中心擁有21 個閉鎖育苗室，占地面積476 m2 ，一年育苗1000萬株。,1、總體概況,二、日本植物工廠發(fā)展概況,典型的密閉式育苗室由4個栽培單元組成，可以布置384個苗盤，一個月育苗25萬株，一年300萬株。,www.jingpeng.cn,植物工廠產(chǎn)品直接銷往大型超市或飯店，售價1棵菜（100200克）200到400日元；單位面積建設投資在12.5 40萬日元之間（合人民幣10000 32000元/平米）。,1、總體概況,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,神內(nèi)-21植物工廠Fairy Angel Farm福井植物工廠千葉大學植物工廠,二、日本植物工廠發(fā)展概況,2、典型植物工廠簡介,www.jingpeng.cn,神內(nèi)-21植物工廠位于日本北海道中部地區(qū)樺戶郡浦臼町，工廠建成于2001年。神內(nèi)植物工廠的種類比較齊全，有三大類型：太陽光型、人工光型、太陽光與人工光并用型，但面積最大的還是太陽光型。該植物工廠主要功能：側(cè)重于各種類型植物工廠的研究、試驗、示范，相關(guān)配套裝備的展示，總投資5.6億元人民幣（含配套生活設施），其中植物工廠部分的建筑面積8828.46m2，投資2.8億元人民幣。該植物工廠為地上2層，地下1層式結(jié)構(gòu)。,神內(nèi)-21植物工廠外景及入口近景,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,神內(nèi)-21植物工廠建筑平面布置圖,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,太陽光型植物工廠采用連棟的單層玻璃溫室形式，4個栽培單元。太陽光型植物工廠結(jié)構(gòu)形式為H型鋼結(jié)構(gòu)，頂部有鋼骨架，通長頂窗南棚頭設有換氣風機，北棚頭設有電動開窗換氣機構(gòu)，有防蟲網(wǎng)。溫室為8m開間，配鋼絲繩傳動內(nèi)遮陰系統(tǒng)，有高壓霧噴系統(tǒng)，既可加濕，又可用來噴藥。,太陽光利用型植物工廠內(nèi)景,溫室北棚頭的擺桿開窗和鋼絲傳動內(nèi)遮陰系統(tǒng),太陽光利用型溫室高壓霧噴首部,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,溫室配備CO2補氣系統(tǒng)，防蟲系統(tǒng)。溫室內(nèi)側(cè)立面加裝了兩層保溫膜。溫室配備了環(huán)流風機，采用圓翼散熱器加熱。在溫室天溝附近設有融雪管，是圓翼型的。溫室四周還設有降溫風管，夏季溫度太高時，可由特設的冰庫內(nèi)導入冷風進行降溫。溫室均采用計算機控制系統(tǒng)進行環(huán)境調(diào)控，每棟溫室的環(huán)境參數(shù)均可在布置于公共廊道內(nèi)的各自的觸摸屏上顯示和設置。,太陽光利用型植物工廠公共廊道（配房）,太陽光利用型溫室側(cè)面的多層覆蓋,太陽光利用型溫室施肥控制系統(tǒng),二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,太陽光利用型溫室1：用于單葉采摘型生菜栽培，主要種植品種為采葉型桑秋萵苣，配置普通移動式栽培床，采用M式水耕方式，。太陽光利用型溫室2：用于整株利用的生菜栽培，主要種植品種為沙拉萵苣，采用了整體循環(huán)式栽培床系統(tǒng)進行栽培。太陽光利用型溫室3：用于整株利用的生菜栽培，主要種植品種為整株利用的桑秋萵苣。該溫室最大特點是配置了移植及自動收獲機器人。太陽光利用型溫室4：主要種植果菜，設有栽培槽，配有滴灌系統(tǒng)，采用基質(zhì)栽培模式。,太陽光利用型溫室1,二、日本植物工廠發(fā)展概況,太陽光利用型溫室2,太陽光利用型溫室3,www.jingpeng.cn,人工光植物生產(chǎn)車間具有四大特點：完全密閉式、完全人工光、多層立體式栽培、水耕營養(yǎng)液栽培。人工光植物生產(chǎn)車間一般均采用計算機控制系統(tǒng)，對溫度、濕度、光照、CO2等參數(shù)進行自動控制，同時對空氣潔凈度有一定要求。人工光植物生產(chǎn)車間既適合單獨建立，也可以利用高樓地下室、閑置的庫房內(nèi)建造。,人工光植物生產(chǎn)車間外門,五層式栽培架,環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng),二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,神內(nèi)21植物工廠設有2座閉鎖型育苗箱以進行種苗的工廠化生產(chǎn)。該閉鎖型育苗箱由太陽興業(yè)株式會社生產(chǎn)。利用閉鎖型育苗箱進行種苗生產(chǎn)，其突出優(yōu)點是：無需遮光、換氣、保溫幕及采暖設備，可節(jié)省能源；灌水過程無多余水（含有肥料）排出，可將肥料用量減少到2/33/4左右，有利于環(huán)境保護；CO2利用率高達90（溫室內(nèi)利用率僅4060）；水的利用率高，灌水需要量在溫室的1/20以下。,閉鎖型育苗箱門警示（高濃CO2）,閉鎖型育苗箱空調(diào)及配肥裝置,閉鎖型育苗箱內(nèi)景,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,煉苗車間實際上屬于太陽光與人工光并用型溫室。從催芽室出來的出芽小苗移到此，完成綠化和苗化兩個過程，稱為煉苗。綠化過程實際就是通過光照促進在暗期發(fā)過芽的植物形成葉綠體，為光合成做好準備。經(jīng)過綠化，開始光合成后，小苗移植到含有營養(yǎng)液的栽培床中進行生長即苗化。煉苗車間最大特點是配置了高壓鈉燈補光系統(tǒng)和遮光幕，以便在必要時進行光的調(diào)控。,煉苗車間外景,煉苗車間內(nèi)景,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,神內(nèi)21植物工廠配套設施包括化驗分析室、自動運輸裝置、冷庫、包裝機、地下制冰系統(tǒng)等?；灧治鍪矣糜趯λa(chǎn)的蔬菜品質(zhì)和營養(yǎng)液成分等進行化學分析和研究。配備有色譜分析儀、原子分析儀、有機化合物混合分析儀、原子吸光分析裝置、超凈工作臺、高壓蒸汽滅菌裝置等。,化驗分析室,全自動包裝機,包裝好的蔬菜,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,自動運輸裝置采用軌道式行走方式，懸掛在空中移動，用于將栽培板上待收獲的蔬菜搬到作業(yè)臺或?qū)[在塑料周轉(zhuǎn)箱內(nèi)的收獲物搬用到冷庫。冷庫設施可對采收后的疏菜進行預冷并儲藏種子。常年溫度保持在45，濕度90以上。,自動運輸裝置,冷庫中儲藏的種子,冷庫中待售的蔬菜,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,Fairy Angel Farm植物工廠：落成于2008年8月，該植物工廠被稱為“完全控制型”工廠，屬于全人工光利用型植物工廠，采取與外界隔離無塵室內(nèi)管理控制溫度、濕度、光照量和營養(yǎng)液等。工廠主體建筑面積3743m2。,工廠近景,工廠內(nèi)景,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,主要生產(chǎn)設備是總高6m，層高約0.55m的10層式栽培架，（育苗時14層架），每一栽培架均配有營養(yǎng)液供給循環(huán)系統(tǒng)，葉菜收獲采用了能夠自動升降和行走的一臺電動小車。主要進行8種類型的蔬菜包括綠葉菜、生菜、萵苣等的生產(chǎn)。這些蔬菜均是直接食用型的，主要供應一些百貨公司和高級餐廳。從播種到供貨的時間，因蔬菜種類而異，一般在3550天左右。只需要在室外種植同種蔬菜所需時間的約1/2。,福井植物工廠栽培情況,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,千葉大學植物工廠：占地面積13,350 m2，5個太陽光植物工廠(面積: 1 ha),2個人工光植物工廠(面積613 m2)，其它附屬設施組成（會議室、包裝車間等）。,Plant Factory Project Area of Chiba University,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,千葉大學植物工廠：閉鎖育苗系統(tǒng)。,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,千葉大學植物工廠：太陽光植物工廠生產(chǎn)番茄。,二、日本植物工廠發(fā)展概況,www.jingpeng.cn,千葉大學植物工廠：人工光植物工廠,二、日本植物工廠發(fā)展概況,栽培面積: 356 m2, 10 層, 10 行，一天生產(chǎn)卷心萵苣3000株（Iceberg lettuce），一年100萬株，8.4 株/m2/d，2,800 株/m2/y。,日本千葉大學葉菜工廠-207m2,www.jingpeng.cn,三、中國植物工廠研究與應用,由北京市農(nóng)機研究所和北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司共同設計建成的通州植物工廠，主體結(jié)構(gòu)采用單層輕鋼結(jié)構(gòu)，總建筑面積為1289m2，形狀像一艘航空母艦，象征著我國農(nóng)業(yè)率先向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)最先進技術(shù)揚帆起航，象征著北京農(nóng)機所沿著產(chǎn)學研相結(jié)合的方向駛向成功的彼岸。通州植物工廠是國內(nèi)首座集科研、試驗、示范、孵化、生產(chǎn)、科普等多功能于一體的大型孵化平臺。它充分體現(xiàn)植物工廠高端、高效、高輻射的特點，是首都高端農(nóng)業(yè)設施的窗口。,1、北京市農(nóng)業(yè)機械研究所、北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司關(guān)于植物工廠開展的研究應用,www.jingpeng.cn,通州植物工廠造型效果圖,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,通州植物工廠的主要功能：科研、生產(chǎn)、示范、孵化。北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司將通州植物工廠建設成為種苗繁育中心和三種不同模式的植物工廠化生產(chǎn)車間（A、人工光利用型，B、太陽光利用型，C、太陽光和人工光并用型）， 以生產(chǎn)種苗為主，同時兼顧高檔蔬菜（主要是水培生菜及茄果類蔬菜）。,（1）通州植物工廠研究應用,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,通州植物工廠內(nèi)部分區(qū)如下圖所示，分為四大區(qū)域：組培播種區(qū)、育（煉）苗區(qū)、生產(chǎn)收獲區(qū)和包裝儲藏區(qū)。組培播種區(qū)北側(cè)區(qū)域由西向東依次為：控制室、催芽室、閉鎖型育苗室、人工光利用植物工廠。組培播種區(qū)南側(cè)區(qū)域由西向東依次為化驗室、接種組培室、LED栽培箱、精密播種育苗、移栽生產(chǎn)線、人工光灌溉施肥首部區(qū)等 。,通州植物工廠平面示意圖,（1）通州植物工廠研究應用,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,植物工廠,人工光利用型植物工廠,可實現(xiàn)人工精確化模擬植物生長環(huán)境，空氣潔凈度10萬級。,煉苗車間,通過煉苗可增加幼苗的適應性和抗逆性，并使種苗長勢穩(wěn)健，移栽后緩苗快。,精密播種育苗及移栽生產(chǎn)線,可自動完成基質(zhì)混合、基質(zhì)填充、沖穴孔、精密播種、覆土、淋水等整套作業(yè)流程。,組培室,進行葉菜、果菜的種植生產(chǎn)。,操作人員必須經(jīng)過凈化消毒后，才能進入組培室，空氣潔凈度10萬級。,閉鎖型育苗室,葉菜、果菜生產(chǎn)車間,室內(nèi)有帶熒光光源的多層架、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境控制裝置等，可以完成商品化的種苗生產(chǎn)。,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,控制室,控制室內(nèi)的計算機控制系統(tǒng)，能夠?qū)χ参锕S內(nèi)部環(huán)境因子諸如溫度、濕度、光照、CO2進行實時調(diào)控；同時實現(xiàn)對栽培因子如營養(yǎng)液EC值、PH值、溶氧、液溫的監(jiān)測與控制；此外，控制室內(nèi)還裝有視頻監(jiān)控與圖像傳送系統(tǒng)的終端，使管理者能實現(xiàn)遠程管理與遠程診斷；同時還安裝了消防報警系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)，提高了植物工廠的安全性。,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,工作人員（或參觀人員）進入植物工廠，首先必須到更衣室更換防塵凈化工作服（包括帽子、手套、鞋套），防止病菌、花粉等帶入植物工廠內(nèi)，保證植物工廠潔凈衛(wèi)生的環(huán)境。更衣室更換衣物是種苗及成品菜安全生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。,更衣室,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,水處理車間內(nèi)整套水處理系統(tǒng)采用反滲透（RO）膜法，其除鹽率可達97%99%，產(chǎn)品水電導率10s/cm。水處理可有效的控制微生物菌群、抑制水垢的產(chǎn)生，可將井水層層過濾最終供給植物工廠使用。除此之外，水處理還可預防管道設備的腐蝕，達到降低能耗、延長設備的使用壽命的目的。,水處理車間,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,化學分析室內(nèi)部配置常用的實驗儀器和設備，主要功能是對水培和基質(zhì)栽培中的營養(yǎng)液的配制；對植物工廠最終產(chǎn)品（生菜和果菜）進行硝酸鹽、重金屬及重金屬鹽、農(nóng)藥等含量進行化驗；確保出廠產(chǎn)品符合綠色標準；此外，組培所用的一些儀器、消毒滅菌器及常用藥品也可放置其中。,化學分析室,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,組織培養(yǎng)室分為藥品室、接種室與培養(yǎng)室,在藥品室與接種室之間配置風淋室。操作工人必須通過風淋室凈化消毒后，才能進入接種室。接種室和培養(yǎng)室要求對空氣進行處理，空氣潔凈度10萬級。接種室內(nèi)部配置光照培養(yǎng)箱、超凈工作臺，培養(yǎng)室內(nèi)配置高效節(jié)能培養(yǎng)架。,組織培養(yǎng)室,組培技術(shù)又稱試管快繁技術(shù), 該技術(shù)繁殖后代整齊一致,能保持原有品種的優(yōu)良性狀，可獲得無毒苗。,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,育苗大廳內(nèi)配備了精密播種育苗及穴盤苗移栽生產(chǎn)線。精密播種育苗生產(chǎn)線包括基質(zhì)混合機、裝盤機、打孔機、針式氣力播種機、覆土機、淋水機及無動力輸送帶，可自動完成基質(zhì)混合、基質(zhì)填充、沖穴孔、精密播種、覆土、淋水等整套作業(yè)流程。移栽設備配置的是氣動智能型4夾持爪穴盤苗移栽機，可將幼苗由密穴盤自動移栽到疏穴盤，節(jié)省大量人工，減輕了操作者的勞動強度。,育苗大廳,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,催芽室采用全套的環(huán)境控制裝備以保證種子在最適宜的條件下萌發(fā)。本催芽室內(nèi)部配置9層規(guī)格的催芽架20個，可同時對900個標準穴盤進行催芽。催芽室有助于提高發(fā)芽的均勻度，縮短育苗時間，實現(xiàn)增產(chǎn)增收。,催芽室,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,閉鎖型育苗室是由采用聚苯乙烯泡沫夾芯彩鋼板的絕熱壁板圍成的空間，此空間可將室內(nèi)外的物質(zhì)和熱能的交換控制在最小范圍內(nèi)，形成一個高精度環(huán)境控制的全封閉的種苗周年生長系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)部主要組成部分有：閉鎖育苗床架、空調(diào)機組、空氣攪拌風機、促進光合成的CO2施用裝置、營養(yǎng)液循環(huán)再利用系統(tǒng)、紫外消毒系統(tǒng)等。閉鎖型育苗系統(tǒng)使育苗環(huán)境免受外界因子的影響，實現(xiàn)了溫度、濕度、CO2濃度、光照、營養(yǎng)液等因子綜合調(diào)控，而且可以精確模擬出最佳的種苗生長發(fā)育環(huán)境，使苗的生根生長與枝葉生長得整齊一致，生長周期可以大大縮短，可以完成商品化的種苗生產(chǎn)。,閉鎖型育苗室,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,閉鎖型育苗室,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,人工光栽培車間采用全封閉結(jié)構(gòu)，內(nèi)部環(huán)境完全人工控制。此栽培生產(chǎn)車間內(nèi)部布置3組四層人工光栽培架，每層栽培架裝有植物生長燈組和分段式栽培槽。此外還配備了恒溫恒濕空調(diào)機組、環(huán)流風機、CO2施用裝置、營養(yǎng)液循環(huán)再利用系統(tǒng)、紫外消毒系統(tǒng)等設備。整個內(nèi)部系統(tǒng)采用PLC控制原理對設施內(nèi)的各種環(huán)境因子，包括溫度、相對濕度、光照、CO2濃度、營養(yǎng)液循環(huán)等進行自動控制和調(diào)節(jié)；使植物生長完全處于人工可控的狀態(tài)下，不受外界環(huán)境的影響。,人工光栽培車間,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,www.jingpeng.cn,在催芽室無光或組培室弱光條件下培育的幼苗，移出后為了適應光照較強環(huán)境，必須在專門的煉苗車間進行綠化煉苗。煉苗車間內(nèi)配備了21組床面可移動的栽培床，同時還配備了自主研發(fā)的智能循環(huán)式栽培床輸送系統(tǒng)和綠化苗輸送裝置。定植前進行適時、適量的綠化和煉苗，是育苗過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過綠化和煉苗可增加幼苗的適應性和抗逆性，并使種苗長勢穩(wěn)健，移栽后緩苗快。,煉苗車間,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,葉菜生產(chǎn)車間設置有21組固定式栽培床和1套霧培生產(chǎn)裝置，采用水培方式進行葉菜類蔬菜生產(chǎn)。該車間最大特點是配置了自動移栽收獲裝備。,葉菜生產(chǎn)車間,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,該車間主要生產(chǎn)設施是8組槽式巖棉栽培單元，上方配有生長線及吊鉤，重點進行高品質(zhì)、高產(chǎn)量的西紅柿、彩椒等茄果類蔬菜的種植，該栽培系統(tǒng)環(huán)流風機下置，采用槽式巖棉栽培和滴箭灌溉系統(tǒng)，配套采摘車軌道（兼做采暖和降溫介質(zhì)管道）和電動液壓采摘車。,果菜生產(chǎn)車間,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,施肥灌溉首部區(qū),該區(qū)設置供水首部和營養(yǎng)液調(diào)配輸送設備，主要功能是為植物的生長提供適合配方與濃度的養(yǎng)分并輸送至需要的地方。該部分的建造也分為輸送部分與調(diào)控部份，輸送部份由管道聯(lián)接而成，調(diào)控部份由營養(yǎng)液池，母液貯藏罐及各種養(yǎng)分檢測探頭與自動控制裝置組成。它是營養(yǎng)液調(diào)控的中心，能為植物生長供應溫度適合、各種營養(yǎng)元素齊全、溶氧充足、PH值適宜的營養(yǎng)液，只有這樣才能讓栽培的植物快速生長。在原水供應處配置純水處理設備，對于循環(huán)回來的營養(yǎng)液還設置過濾消毒系統(tǒng)。,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,www.jingpeng.cn,冷藏室可分為兩間：種子及組培苗冷藏間（種子庫）和成品果菜及花卉冷藏間（成品菜庫）?？商峁?5（預冷）和5 7（整理）的不同溫度范圍。冷藏室可降低種子、種苗、采后果蔬及花卉等的呼吸作用，減少水分蒸發(fā)、微生物繁殖和氧化作用的加劇，保持種子、種苗、果蔬和花卉的色澤、品質(zhì)不變，維持原有的風味和營養(yǎng)或觀賞價值。,冷藏室,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,本區(qū)域主要用來完成采收的新鮮蔬菜果品進行分級包裝的過程，如葉菜的捆扎、果菜類的分類包裝等，本車間配置的主要設備是一臺DZ600型真空充氮包裝機。經(jīng)過采后加工包裝的凈菜，整齊均勻、美觀干凈，延長了果蔬的儲存期，同時還可減少飲食業(yè)廢棄物的排出，節(jié)約消費者的時間和精力。各種凈菜進入市場搭配銷售，可使消費者在同一包裝內(nèi)享受到多種蔬菜和水果的美味。,包裝車間,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,技術(shù)創(chuàng)新農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),基于Zigbee無線傳感技術(shù)遠程監(jiān)控視頻消防報警,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,基于Zigbee無線傳感技術(shù),三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,遠程監(jiān)控,視 頻,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,消防報警,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,技術(shù)創(chuàng)新營養(yǎng)液循環(huán)利用系統(tǒng),營養(yǎng)液消毒循環(huán)利用技術(shù)不但可以去除營養(yǎng)液中殘留的有害化學物質(zhì)，補充植物生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)元素，同時還能進行消毒，有效地防止了根部病害的發(fā)生。營養(yǎng)液消毒循環(huán)利用技術(shù)包括營養(yǎng)液消毒裝備和營養(yǎng)液成分檢測循環(huán)補充系統(tǒng)兩部分。,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,營養(yǎng)液消毒裝備采用多段處理工藝，前級采用砂濾法去除營養(yǎng)液中的組織老化殘留物、浮游物，提高營養(yǎng)液的透明度，后級采用UV-OH技術(shù)進行終端處理，利用真空紫外線（Vacuum-UV）和短波紫外線（UV-C）兩類波長高能級UV的相互協(xié)同作用，產(chǎn)生高級氧化物羥基自由基OH，結(jié)合臭氧消毒技術(shù)，實現(xiàn)快速、高效、廣譜滅菌，凈化營養(yǎng)液中的有機，無機污染物。營養(yǎng)液成分檢測循環(huán)補充系統(tǒng)擬研究營養(yǎng)液的動態(tài)監(jiān)測調(diào)控軟件和硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)自動檢測營養(yǎng)液環(huán)境因子（液溫、EC、pH、溶氧等）、自動補充營養(yǎng)要素，開發(fā)封閉式營養(yǎng)液循環(huán)再利用裝置。,營養(yǎng)液循環(huán)利用系統(tǒng),三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,技術(shù)創(chuàng)新低碳節(jié)能環(huán)保技術(shù),太陽能發(fā)電系統(tǒng)淺層地源熱泵系統(tǒng),三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,并網(wǎng)發(fā)電原理圖,太陽能發(fā)電系統(tǒng),三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,太陽能發(fā)電系統(tǒng),三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,地源熱泵空調(diào)系統(tǒng),三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,技術(shù)創(chuàng)新工廠化生產(chǎn)技術(shù),育苗播種生產(chǎn)線 穴盤苗自動移栽機 移栽收獲機器人 滾動式苗床自動傳送裝置 綠化苗輸送裝置,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,育苗播種生產(chǎn)線,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,穴盤苗自動移栽機,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,該自動移栽收獲裝備由橫梁機身和機頭組成。橫梁機身長度與車間跨度基本相同，可在跨間支柱上的軌道做南北向移動，機頭則可以在橫梁上左右行走。機頭上裝有氣動機械手。自動移栽收獲裝備通過計算機系統(tǒng)確定作業(yè)位置、速度，具有安全、快速等特點，提高了栽培空間利用率，工作效率。,移栽收獲機器人,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,循環(huán)式栽培床輸送系統(tǒng)通過PLC控制器和傳感器控制橫向、縱向位移驅(qū)動裝置實現(xiàn)栽培床橫向、縱向自動輸送，氣動驅(qū)動裝置實現(xiàn)栽培床橫向和縱向輸送的自動轉(zhuǎn)換。,滾動式苗床自動傳送裝置,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,綠化苗輸送裝置,綠化苗輸送裝置為上下兩層輸送帶結(jié)構(gòu)，苗盤擺放在輸送帶上進行綠化。 該裝置有苗盤到位輸送帶自停功能。,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,家庭植物工廠在植物工廠技術(shù)比較發(fā)達的日本，美國、荷蘭等國家都有應用。在國內(nèi)，家庭植物工廠是最近兩年才在設施行業(yè)中出現(xiàn)的新生事物，其推廣和應用尚處在研究和摸索階段。家庭植物工廠是未來家庭園藝、家庭廚房所必備的一種家用電器， 這套系統(tǒng)不僅能滿足家庭對蔬菜安全、衛(wèi)生、綠色需求，而且能吸收人居環(huán)境中的CO2，放出的O2，為家庭以及樓宇辦公創(chuàng)造舒適的環(huán)境。生活在都市的人們可以親手種植自己喜愛的蔬菜或果蔬品種，住在樓里當農(nóng)民，親近自然、陶冶情操。,（2）家庭植物工廠研究,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,第一代家庭植物工廠的整體外形結(jié)構(gòu)，其外形尺寸與雙開門冰箱大小相當，主要分栽培區(qū)、營養(yǎng)液循環(huán)區(qū)、電氣控制區(qū)。栽培區(qū)共分三層，上下兩層采用熒光燈光源，中間層采用LED光源。熒光燈為白光，可提供作物需要的各種光波；LED采用適宜植物生長紅藍波段光源，可促進葉菜植物葉菜及莖類植物生長。自動控制系統(tǒng)可定時控制燈光白天開啟，夜間關(guān)閉，是作物符合自然環(huán)境下的生長周期。營養(yǎng)液循環(huán)區(qū)，營養(yǎng)液在家庭植物工廠底層的營養(yǎng)液箱內(nèi)配制，通過自動控制系統(tǒng)定時與栽培區(qū)各層栽培床箱內(nèi)的營養(yǎng)液進行營養(yǎng)液循環(huán)，以達到營養(yǎng)均衡供應及營養(yǎng)液管道消毒的目的。,第一代家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,第一代家庭植物工廠平面圖及效果圖,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,參展于2011年科技活動周的第一代家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,針對第一代家庭植物工廠體積較大，控制系統(tǒng)界面復雜，外觀造型、材料選用等距離家用電器的要求還存在一定距離等問題開發(fā)了第二代家庭植物工廠。為滿足家庭植物工廠產(chǎn)品目標客戶的需求，第二代家庭植物工廠分為低端家庭植物工廠和中端家庭植物工廠兩種產(chǎn)品。,第二代家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,（1）低端家庭植物工廠,低端家庭植物工廠產(chǎn)品材質(zhì)采用了冷軋鋼板、玻璃 鋼，玻璃采用5mm單層帶增透膜的亞克力板 。為了滿足低端家庭植物工廠產(chǎn)品目標客戶的需求，開發(fā)的低端家庭植物工廠產(chǎn)品有兩種規(guī)格。低端家庭植物工廠系列產(chǎn)品無壓縮機，內(nèi)部栽培區(qū)域的溫度主要靠橫流風扇調(diào)節(jié)。,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,規(guī)格為820mm*746mm*1827mm，中層采用T5的LED燈管補光，上下層采用T5熒光燈管補光。,三層低端家庭植物工廠,兩層低端家庭植物工廠,規(guī)格為820mm*746mm*1436mm，上層采用T5的LED燈管補光，下層采用T5熒光燈管補光。,低端家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,兩層低端家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,三層低端家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,低端家庭植物工廠控制系統(tǒng)采用單片機+薄膜面板控制方式，顯示部分采用小型液晶屏。,低端家庭植物工廠控制界面,1）低端家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,基于產(chǎn)品用戶使用方便的角度考慮，界面設計上設定了作物種類（葉菜、果菜、花卉）和栽培期（催芽期、育苗期、生長期）供用戶選擇。低端家庭植物工廠控制系統(tǒng)還設有溫度過高報警、營養(yǎng)液不足報警、營養(yǎng)液溢出報警、加濕器缺水報警。當出現(xiàn)上述報警情況時，紅色指示燈會亮，提醒用戶進行相關(guān)操作。系統(tǒng)通過濕度傳感器采集栽培間內(nèi)的濕度信息，并實時與設定值進行偏差比對，偏差大于一定值時，系統(tǒng)即控制加濕、除濕等各類執(zhí)行器按照一定的規(guī)律工作，以控制和調(diào)整栽培間內(nèi)的濕度。人工光控制、營養(yǎng)液控制等執(zhí)行器采用定時控制，可按照預先設置的時間進行燈的開啟與關(guān)閉、營養(yǎng)液的自動循環(huán)及補充。,1）低端家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,中端家庭植物工廠產(chǎn)品規(guī)格為1180mm*805mm*1150mm（3層），產(chǎn)品如右圖所示。中端家庭植物工廠材質(zhì)采用了冷軋鋼板、玻璃鋼，玻璃采用5mm雙層帶增透膜的亞克力板 ，中層采用T8的LED燈管補光，上下層采用T8熒光燈管補光。,2）中端家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,中端家庭植物工廠控制系統(tǒng)采用觸摸屏+單片機控制方式，可設定溫度、濕度，定時控制光照、營養(yǎng)液循環(huán)、換氣風扇。觸摸屏界面設定了導入界面、主界面、系統(tǒng)設置界面、自定義設置界面、溫濕度曲線界面、密碼設置界面、時鐘設置界面7個界面。主界面的動畫效果不僅能形象顯示產(chǎn)品的運行狀態(tài)（加熱、制冷、加濕、除濕、營養(yǎng)液循環(huán)、營養(yǎng)液增氧、外換氣、燈組開閉），還可以形象顯示產(chǎn)品報警緣由（高溫報警、低溫報警、營養(yǎng)液不足報警、營養(yǎng)液溢出報警、加濕器缺水報警等）和產(chǎn)品栽培模式（品種：葉菜、果菜、花卉；栽培期：催芽期、育苗期、生長期）。主界面中的模式分為系統(tǒng)設置和自定義設置兩種，選擇其中一個按鍵，則此按鍵突出，另一個按鍵變暗。,2）中端家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,中端家庭植物工廠控制系統(tǒng)導入界面,中端家庭植物工廠控制系統(tǒng)主界面,中端家庭植物工廠控制系統(tǒng)系統(tǒng)設置界面,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,中端家庭植物工廠控制系統(tǒng)溫濕度曲線界面,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,第三代家庭植物工廠,由于目前低端、中端三款產(chǎn)品都存在重量過重、成本過高、加工復雜、等問題，為了優(yōu)化家庭植物工廠系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，正在進行第三代家庭植物工廠的研發(fā)。,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,南苑項目植物工廠,（3）植物工廠推廣應用,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,西安世界園藝博覽會現(xiàn)代種植展示項目植物工廠,（3）植物工廠推廣應用,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,天津子牙循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)區(qū)溫室項目微型植物工廠,（3）植物工廠推廣應用,三、中國植物工廠研究與應用,2012年8月，北京市植物工廠工程技術(shù)研究中心在北京通州桃花村俱樂部舉行了首次技術(shù)委員會會議。會議邀請了西北農(nóng)林科技大學、沈陽農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)業(yè)大學、華中農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)科院花卉蔬菜研究所等十幾家科研院所的專家出席大會,就設施農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)進行研討。,植物工廠工程技術(shù)研究中心啟動大會,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,2、中國農(nóng)科院等單位關(guān)于植物工廠的研究應用,三、中國植物工廠研究與應用,中國農(nóng)大閉鎖育苗車間，采用全人工光。,www.jingpeng.cn,（1）科研展示型植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,農(nóng)科院樓頂實驗型植物工廠,www.jingpeng.cn,（1）科研展示型植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,農(nóng)科院玻璃溫室內(nèi)展示型植物工廠,www.jingpeng.cn,長春·智能數(shù)字植物工廠建筑面積200，由植物苗工廠和蔬菜工廠兩部分組成，以節(jié)能植物生長燈和LED為人工光源，并配有制冷與加熱雙向調(diào)溫控濕系統(tǒng)、營養(yǎng)也在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)、光照/CO2聯(lián)動氣肥增施系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)等，可實現(xiàn)對植物工廠的溫室、濕度、光照、CO2和營養(yǎng)液濃度進行自動監(jiān)控，實現(xiàn)智能化管理。,（1）科研展示型植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,（1）科研展示型植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,南京湯山展示型植物工廠,www.jingpeng.cn,（1）科研展示型植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,壽光展示型植物工廠,www.jingpeng.cn,（2）家庭植物工廠,三、中國植物工廠研究與應用,www.jingpeng.cn,1、技術(shù)發(fā)展趨勢植物工廠類型多樣化栽培作物品種專用化低碳節(jié)能化（新能源、新光源應用）作業(yè)智能化,四、植物工廠展望,www.jingpeng.cn,2、植物工廠發(fā)展思路,未來植物工廠,智能控制系統(tǒng)研發(fā),植物工廠環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，植物生長監(jiān)測系統(tǒng)，營養(yǎng)液循環(huán)再利用系統(tǒng)，移動型閉鎖型育苗系統(tǒng),植物工廠研發(fā),植物工廠整體規(guī)劃設計與配套設備研究開發(fā),新能源開發(fā)應用,太陽能溫室發(fā)電系統(tǒng)，地源熱泵溫室空調(diào)系統(tǒng)風能及生物質(zhì)能的開發(fā),現(xiàn)代化集約化,提高現(xiàn)代化設施農(nóng)業(yè)的的發(fā)展，增加經(jīng)濟效益、社會效益及生態(tài)效益,實現(xiàn)設施農(nóng)業(yè)工廠化、集約化生產(chǎn)，完成植物工廠科研型向應用型的過渡,配套裝備研發(fā),推廣與應用,植物工廠內(nèi)相關(guān)種植設備、分級包裝設備等研發(fā)，設施機器人的研究與開發(fā),www.jingpeng.cn,不僅美化生活環(huán)境，還能為家庭提供綠色食品。由于植物在人工光下進行光合作用，釋放氧氣，因此，家庭用植物工廠還是一個天然的氧吧。,部隊條件艱苦，土地有限，果蔬供應不足，軍用型植物工廠可以采用多層次立體栽培，可大幅度提高果蔬產(chǎn)量，從而解決部隊用菜難的問題。,