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植物工厂先容

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  植物工厂是在完全密闭或半密闭条件下通过高精度环境控制,实现作物在立体空间、周年计划性生产的高效农业系统。由于技术高度密集,多年来一直被国际上公认为设施农业的最高级发展阶段,受到世界各国的高度重视。

  万物生长靠太阳,在植物工厂中,植物赖以生存的太阳光被荧光灯、LED灯等人工光源代替,配合环境调控系统,实现蔬菜的全年连续不间断生产,同时杜绝农药使用,保证蔬菜可免洗食用。

  光是植物生长发育最重要的影响因子之一,植物工厂中光环境可根据栽培蔬菜种类及生长期不同进行相应的调整,以达到最佳的生产效果。蔬菜光合作用中参与吸取、传递光能,引起原初光化学反应的光合色素主要为叶绿素、类胡萝卜素等,其主要光谱吸取峰分别为400-500nm蓝光和600-700nm红光。因此,植物工厂中有针对性地提供一定比例的红、蓝组合光,在满足植物的生长发育基础上,提高了光电利用效率,大幅降低了能耗和生产成本。

  针对一些特殊蔬菜品种及生产需求,还可在大量的红、蓝光中加入一定比例的紫外(200-400nm)、远红光(700-800nm)或其他光谱。例如,加入紫外能够提高绿叶蔬菜中花青素及其他抗氧化次生代谢物含量,有助于蔬菜品质和风味的提升;加入远红光可使蔬菜生长加快,节间伸长,可满足产量提升、嫁接苗繁育等需求。

  除光环境外,温度、湿度、二氧化碳、气流速度等参数同样对植物生长具有显著影响。在植物工厂中,空调系统根据设定温湿度参数对空气进行调整,后经循环风机将调整后的适宜温湿度的空气通过送风口送到植物工厂内。随着植物工厂规模的扩大和栽培层架密度的提高,常规送风方式满足不了植物工厂中各栽培区具有均一的气流场,导致温湿度及二氧化碳的分布不均匀,影响蔬菜质量和生产安排,造成损失。

  通过在栽培区域设置微型风机等方式增加局部气流扰动,能提升微环境均一性。大家环发所科研团队以栽培板和营养液间空气夹层作为气流通道,将适宜温度的空气通过这个通道输送至整条栽培槽内,再通过栽培板上预留的出气孔吹出,实现气流自下而上流动,更加精准地调控蔬菜微环境参数。该技术可以在更高的环境温度下,以更少的电能实现蔬菜的微环境调控,实现节能50%以上,同时在不显著降低产量的情况下减少根系生物量40%,增加营养液的利用效率,减少换液次数。

  目前及未来植物工厂具有广阔的应用前景。例如集装箱植物工厂,具有极高的移动性和灵活性,可广泛地应用于科研院所、都市建筑、边防哨所、岛礁、舰船、沙漠海洋石油勘探平台等场所,承担科学研究、育苗、蔬菜生产等任务。

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