植物工厂发展史_杨其长.pdf

4 LIFE WORLD 植物工厂发展史 撰文 供图 杨其长 保护区植被景观 植物工厂是一种采用人工光源与营养液栽 培技术 在密闭可控且几乎不受外界气候条件 影响的环境下 进行植物周年连续工厂化生产 的高效农业系统 其主要特征为 建筑结构 为 全 封 闭 式 密 闭 性 强 隔 热 性 好 只 利 用 人工光源 光环境稳定 室内光照 温度 湿 度 C O 2 浓度以及营养液电导率 EC 酸碱度 pH 溶氧 DO 和液温等均可进行精确控 制 可实现周年均衡生产 采用营养液水耕栽 培 方 式 完 全 不 用 土 壤 可 以 有 效 地 抑 制 病 原 微生物侵入 不使用农药 设施建设与技术装 备投入以及运行成本相对较高 国际植物工厂发展 植物工厂的发展始于20世纪50年代欧美等 一些发达国家 这期间有两项核心技术的突破 对植物工厂的发展至关重要 一项被称为 营 养液栽培技术 20世纪40年代以来以 矿质 粉色的三角梅带着少女般的羞涩 作者在五大连池采集标本 营养学说 为理论基础的营养液栽培技术的应 用与推广 为植物工厂的发展提供了重要的技 术支撑 另一项就是 人工模拟环境与控制技 术 以1949年美国植物生理和园艺学家温特 F W Went 教授在加州帕萨迪纳建立的第一 座人工气候室为标志 引发了 人工模拟生态环 境 领域的革命性突破 国际植物工厂发展大致分为三个阶段 第一个阶段为试验探索阶段 1950 1990 年 随着人工模拟环境与营养液栽培技术的突 破 1960年美国通用电气公司开发出第一个完 全采用人工光源的植物工厂 随后陆续有通用食 品公司 赛纳拉鲁米勒斯公司以及依法德法姆 公司等多家公司开始植物工厂的研发 1963年 奥地利卢斯那公司建成了一座高30米的塔式人 工光植物工厂 利用上下传送带旋转式立体栽培 方式种植生菜 光源采用高压钠灯 1974年日本 日立制作所中央研究所高辻正基带领课题组开 始进行人工光植物工厂的研究 但真正在日本用 植物工厂灯具类型 左 2000年的红光LED植物工厂 右 1995年的荧光灯植物工厂 植物工厂装备系统布局示意图 封面故事 COVER STORY 5 于生产实践的第一个人工光植物工厂是1983年 静冈三浦农场推出的平面式和三角板型植物工 厂 其光源采用高压钠灯 栽培方式采用气雾培 与水耕栽培 1989年4月日本还专门成立了植物 工厂学会 来进行植物技术的普及 但是 这一阶段由于高压钠灯能耗高 发热量大 植物 工厂仅为单层或两层结构 生产效率较低 产业 发展缓慢 第二个阶段为示范应用阶段 1991 2008 年 这一时期荧光灯逐渐替代高压钠灯 红光 LED等新型光源开始在植物工厂应用 植物工 厂栽培层间距缩短至0 4米左右 空间利用率大 幅提高 能源效率显著提升 到2008年 日本已 经拥有规模不等的植物工厂32座 美国 欧洲等 纷纷开展植物工厂研发与产业化示范应用 但由 于建设成本和运行成本相对较高 产业发展依 然较慢 第三个阶段为稳定发展 快速发展阶段 2009 这一时期蓝光LED开始推广应用 红蓝组合LED光源逐渐取代荧光灯 栽培层间 作者在五大连池采集标本 日本静冈三浦农场三角板型植物工厂 1983 距 进 一 步 缩 短 空 间 利 用 率 大 幅 提 高 日 本 美 国 欧 洲 韩 国 等 积 极 支 持 植 物 工 厂 研 发 及 产 业化应用 盈利面扩大 商业化应用提速 2015 年 日本宫城县多贺市建成占地面积2 300平 方米 15层立体栽培架 日产叶菜10 000棵的 LED植物工厂 以及大阪府立大学建成占地面 积550平方米 18层栽培架 日产叶菜5 300棵 日本宫城县植物工厂 6 LIFE WORLD 的LED植物工厂 到2018年底 日本已经建成 的植物工厂在300座以上 2009年以来 韩国 的植物工厂技术也得到了快速发展 目前已建 成的植物工厂在30座左右 近几年 美国也开 始利用植物工厂进行种苗 芽苗菜 嫩叶菜 大麻等经济效益较好的植物产品的生产 位于 新泽西州纽瓦克市附近的Areofarm植物工厂 占地面积3 000平方米 栽培层数达12层 采用 LED光源和气雾培进行嫩叶菜的生产 所生产 的嫩叶菜16天即可收获 售价约12美元1磅 这 一阶段 能耗成本大幅降低 经济效益逐步得 到体现 商业化应用不断提速 国内植物工厂发展 国内植物工厂的研究起步较晚 但发展迅 速 目前已经成为世界上规模最大的植物工厂生 产 国 之 一 2 0 0 6 年 3 月 中 国 农 业 科 学 院 设 施 植 物环境工程团队 在国内建成一座20平方米的小 型植物工厂试验系统 一半采用LED光源 一半 采用荧光灯 采用水耕栽培系统 由计算机对室 内环境要素和营养液进行自动监测与控制 这是 国内最早的植物工厂试验系统 2009年又在此 基础上建成100平方米LED植物工厂试验系统 为我国植物工厂的研究奠定了基础 2 0 0 9 年 9 月 8 日 是 中 国 植 物 工 厂 发 展 史 上 值得纪念的一天 这一天第七届中国国际农产 品交易会与第八届中国长春国际农业 食品博览 交易 会在长春开幕 国内第一例智能型植物 工厂亮相博览会 该植物工厂的建筑面积为200 平方米 由蔬菜工厂和植物苗工厂两部分组成 以节能荧光灯和LED为人工光源 采用DFT 深 液流 水耕栽培模式 植物工厂所有环境与营 养要素均可由计算机实现智能化管理 继国内 第一例智能型植物工厂研制成功后 中国农业 科学院 设施植物环境工程团队 与北京中环易 达设施园艺科技有限公司应上海世博会组委会 的邀请 为世博会研制出了全球首款 低碳 智 能 家庭植物工厂 并于2010年5 10月在上 海世博园成功展出 为植物工厂走向都市生活 上 国内最早的植物工厂 中国农业科学院 2006 中 100平方米LED植物工厂 中国农业科学院 2009 下 美国Areofarm植物工厂 封面故事 COVER STORY 7 提供了示范样板 近年来 植物工厂在中国呈现快速发展的 势头 据不完全统计 截至2018年底 中国实 际运行且有一定规模的人工光植物工厂有200 余 座 主 要 分 布 在 广 东 北 京 上 海 浙 江 江 苏 山东 陕西 福建等地 其中栽培面积超过 20 000平方米的植物工厂有两座 一批知名企 业 如 富 士 康 三 安 京 东 等 也 纷 纷 加 入 植 物 工 厂 行列 有力地推动了中国植物工厂产业的发展 作者简介 杨其长 研究员 博士生导师 中国农业科学院都市 农 业 研 究 所 副 所 长 国 际 园 艺 学 会 设 施 植 物 生 产 系 统设计与智能化专业委员会主席 国家智慧植物工 厂创新联盟主席 责编 桑新华 中国农业科学院 设施植物环境工程团队 与北京中环易达设施园艺科技 有限公司为上海世博会研制出的全球首款 低碳 智能 家庭植物工厂 左 中科生物栽培面积超过20 000平方米的植物工厂 供图 李生云 右 富士康栽培面积超过20 000平方米的植物工厂