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中国植物照明工厂发展概况及应用案例分析

文章来源:农民日报 作者:【未知】 点击:次 时间:2016/1/25 11:20:49

  光源从太阳到自动调节光照的LED灯,高效利用“每一束光”;从依靠土壤吸取养料到种植在营养液或者基质材料里,生产环境全密闭,“暗无天日”的地下空间也能种植。

  给作物定制舒服的“家”

  离开了阳光、雨露、土壤,在钢筋混凝土搭建起的厂房里,植物可以生长吗?产量有保证吗?

  “植物工厂采用了温湿光的自动补偿系统,以互联网智能控制,经过人工驯化的多种高附加值农产品可以在植物工厂实现量产。”中国农科院蔬菜花卉研究所研究员贺超兴答道。

  循着这个回答,笔者来到北京、西安等地的植物工厂,看一看厂房里的植物,到底是如何生长,又如何走进寻常百姓家的,这一新兴的生产方式在我国应用和推广的情况如何。

  厂房里,植物是如何生长的

  植物的生长离不开光照、水分、养料、适宜的温度等。作为植物生长的车间,植物工厂本质上是对这些要素的集成控制。

  去年12月下旬,北京市环境保护监测中心发布的空气质量指数显示,11天里有9天为污染天气,其中中度以上的严重污染和重度污染就占到了8天。受雾霾天气影响,昌平区温室大棚光照普遍不足,草莓生长发育受寡照影响,上市时间比原计划推迟了半个月左右。

  而在植物工厂里种植草莓的莓农,完全不用苦苦“等风来”。通过光传感器的光照监测,植物工厂的物联网系统可以自动调节光照,在雾霾天气里依然“艳阳高照”。

  取代“太阳”的光照系统,是不是需要大量耗电呢?

  “光照的确占了植物工厂能耗的相当部分,为了节约这部分能源,我们一直在研究LED植物光效照明技术。”陕西西安旭田光电植物工厂负责人王琦介绍说,通过对光的波长、光质比、光合光子通量等的研究,找到适合不同植物品种、不同生长期的最佳照明光谱,可以实现高效利用“每一束光”。

  北京是世界上最缺水的大城市之一,全市人均水资源量为100立方米左右,仅为全国的1/21,世界的1/77,缺水程度甚至低于“沙漠国家”以色列的365立方米。水资源天花板制约下,北京都市现代农业一直在寻找一条节水高效之路。

  过了腊八,时至大寒。北京市平谷区马坊镇农众物联植物工厂里,鱼腥草、香椿芽、薄荷叶等新鲜蔬菜层层叠高,旺盛地生长着,透着一股子水润劲儿。

  “这些菜生长在营养液中,除了植物生长正常吸收的损耗外,环境蒸发损耗几乎为零。”该植物工厂负责人姚旭介绍说,在密闭环境下进行水肥一体化循环,相对于大田种植,水资源节约率可以达到93%以上。

  农民常说,植物生长离不开土地。事实上,植物生长真正离不开的并非土地,而是土壤中的养料。在植物工厂里,农作物种植在营养液或者砾石、蛭石、椰糠、秸秆等做成的基质材料里。植物生长所需养分由调配好的营养液补给,食品安全变得更可控,同时还避免了重茬,节约了土地。

  据国家发改委农村经济司巡视员胡恒阳介绍,按目前情况,我国完全实现农产品消费自给需要30亿亩土地,全国播种面积常年在23亿亩左右,也就是说,大概有7亿亩的土地要靠国外资源支撑。“而植物工厂可以在同样的土地上产出数倍农业产品,值得探索。”胡恒阳说。

  农众物联占地不足10亩的植物工厂,共有上下三层,一层栽培高端食用菌,二层种植山野菜,三层则主要种植茄果类蔬菜。满负荷运转下,能年产蔬菌茄果700万公斤。去年11月,北京市委书记郭金龙、市长王安顺到农众物联植物工厂调研时,对植物工厂在节水节能、高效利用土地方面给予充分肯定。

  摆脱了对土地的依赖,植物工厂变得“上天入地、无孔不入”。去年12月,旭田光电利用西安市一处地下人防工程,建起了一座640平米的植物工厂,将原本暗无生机的地下空间变成了充满绿色的植物世界。

  降成本,先进设备也需本土化

  作为一种新兴的生产方式,植物工厂在荷兰、日本、美国等发达国家被普遍使用。“国外植物工厂发展相对成熟一些,但是也存在一个问题,就是投入成本太高,不利于推广。”姚旭介绍说,植物具有极强的适应性,光温湿等变量只要控制在合适的区间,就可以保证正常生长。如进口温控制导系统,虽然能调节温度变量在0.01℃,相当于太空舱种植的控制程度,但其对产量的贡献却微乎其微,而投入成本比起国内本土设备却增加了几十倍。

  在农众物联植物工厂,记者看到,各色各样的绿色蔬菜一层一层地摞了六七层。“每层的层高不同,植物生长的不同阶段需要调整层高,国外进口设备可以自动调整层高,我们自主研发的设备则是半自动调整。”从自动到半自动,并非本土设备技术水平的不足,而是更了解市场的选择。

  多数食用菌的生产在秋冬季节,因为食用菌正常生长环境通常温度较低、湿度较大,因此在周年化生产过程中,大部分食用菌生产须降温通风,所需能耗成为运营过程中主体成本之一。

  农众物联植物工厂在设计上采用依托食用菌、绿叶菜、茄果类蔬菜等所需条件的有效循环:使用食用菌吸收氧气释放二氧化碳并使室内温湿度增加的条件,协调互补绿叶菜、茄果类蔬菜的自然生长;再由绿叶菜、茄果类蔬菜吸收二氧化碳并降低室内温湿度,协调食用菌的正常生长。另外,利用食用菌在不同过程中所代谢的无机营养物质对蔬菜生长进行补充,用蔬菜生长过程中淘汰的部分有机物质对食用菌生产进行补充,大幅度降低运营过程中的能耗、物料消耗,使植物工厂进入一种综合态、互补式生产模式中。

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