瑞爾智能植物工廠概述

格瑞爾智能植物工廠設(shè)施農(nóng)業(yè)的終極，垂直農(nóng)業(yè)的前奏目錄定義與分類特征研究現(xiàn)狀關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)點發(fā)展趨勢1定義與分類特征植物工廠是通過設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制實現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。知識與技術(shù)密集的集約型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，依托于設(shè)施園藝、建筑工程、環(huán)境控制、材料科學(xué)、生物技術(shù)、信息學(xué)和計算機(jī)（網(wǎng)絡(luò)通訊、人工智能、模擬與控制）等學(xué)科的基礎(chǔ)上。定義分類全封閉式，屋頂及墻壁材料人工光源植物在線檢測和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)營養(yǎng)液水耕栽培無污染生產(chǎn)周年均衡生產(chǎn)費(fèi)用高，能耗大，成本高，應(yīng)用面窄種苗生產(chǎn)半封閉式，玻璃/塑料自然光多種環(huán)境因子的監(jiān)測和調(diào)控設(shè)備水耕栽培和基質(zhì)栽培易受季節(jié)和氣候變化的影響葉菜類和茄果類蔬菜同太陽光利用型太陽光/人工光VS人工光：用電少VS太陽光：氣候影響少兼具前兩種優(yōu)點人工光利用型太陽光利用型并用型利用型共同特征固定的設(shè)施計算機(jī)和多種傳感裝置實行自動化、半自動化控制營養(yǎng)液栽培技術(shù)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量大幅度提高2研究現(xiàn)狀發(fā)展歷史試驗研究階段（20世紀(jì)40年代～60年代末）示范應(yīng)用階段（20世紀(jì)70年代～80年代中期）快速發(fā)展階段（20世紀(jì)80年代中期～至今）試驗研究階段研究：20C40S，美國加州帕薩迪納建立了第一個人工氣候室；1957年，世界上第一座植物工廠在丹麥約克里斯頓農(nóng)場建成；1963年，奧地利的盧斯納公司建成一座高30m的塔式植物工廠。特點：建設(shè)規(guī)模小，一般幾十m2～幾百m2；范圍窄，限實驗室；品種單一，芹菜和沙拉萵苣為主；多人工光利用型，人工氣候室。示范應(yīng)用階段研究：1973年，英國，營養(yǎng)液膜法水培模式；波蘭、羅馬尼亞等國，10多家；英國，果樹植物工廠，利用固體基質(zhì)；維也納，太陽光利用型鋼價玻璃結(jié)構(gòu)植物工廠，自動化程度相當(dāng)高；美、日、英、奧、等20多家企業(yè)開展研究；國際著名公司，投巨資聯(lián)手科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行植物工廠的研究。特點：應(yīng)用范圍廣；營養(yǎng)液栽培技術(shù)日臻成熟；自動化控制逐漸完善；開發(fā)力度加大，示范效果明顯快速發(fā)展階段研究：20C80S中期，瑞士艾伯森公司，并用型大型植物工廠；美國米德蘭都農(nóng)場，18000m2的植物工廠；加拿大岡本農(nóng)園，人工光蔬菜工廠，寒冷地區(qū)植物工廠的典范；荷蘭，計算機(jī)應(yīng)用居世界前列；1985年，日本筑波世博會，三層樓高的塔式人工利用型植物工廠；1989年，成立日本植物工廠學(xué)會。特點：發(fā)展速度快；涉及到的行業(yè)廣泛；規(guī)模不斷擴(kuò)大；國際學(xué)術(shù)活動頻繁；高科技成果應(yīng)用廣3關(guān)鍵鍵技術(shù)3.1立立體無無土栽培培技術(shù)營養(yǎng)液栽栽培技術(shù)術(shù)水培技術(shù)術(shù)及設(shè)施施基質(zhì)栽培培及設(shè)施施噴霧栽培培及設(shè)施施營養(yǎng)液栽栽培技術(shù)術(shù)定義：一種不不依賴土土壤，而而是將植植物種植植在裝有有一定量量的營養(yǎng)養(yǎng)液的栽栽培裝置置中，或或是在配配有營養(yǎng)養(yǎng)液的砂砂、礫石石、蛭石石等非天天然土壤壤基質(zhì)材材料做成成的種質(zhì)質(zhì)床上的的栽培技技術(shù)。又又稱無土土栽培。。配方組成成：必需營養(yǎng)養(yǎng)元素：：水和含含礦物質(zhì)質(zhì)元素的的化合物物，16種必需需元素；；濃度要求求：對大大多數(shù)作作物，總總鹽分控控制在0.4%~0.5%；；氮素選擇擇：無機(jī)機(jī)態(tài)氮（（銨態(tài)氮氮和硝態(tài)態(tài)氮）與與有機(jī)態(tài)態(tài)氮；pH值：：5.5~6.5水培技術(shù)術(shù)及設(shè)施施主要特征征：植物的的根系生生長在營營養(yǎng)液中中，確切切的講是是一部分分根系懸懸掛生長長在培養(yǎng)養(yǎng)液中，，而另一一部分根根系則裸裸露在潮潮濕的空空氣中。。設(shè)施基本本功能種子槽能能盛裝營營養(yǎng)液而而不滲漏漏能錨定植植株并使使根系浸浸潤到營營養(yǎng)液營養(yǎng)液和和根系處處于黑暗暗之中根系獲得得足夠的的氧設(shè)施：種植槽槽、定植植槽、貯貯液池、、營養(yǎng)液液循環(huán)系系統(tǒng)等兩種類型型基質(zhì)栽培培技術(shù)及及設(shè)施定義：通過基基質(zhì)支持持作物根根系并提提供一定定水分和和營養(yǎng)元元素的栽栽培模式式形式：槽培、、袋培、、巖棉培培等供液方式式：滴灌供液系統(tǒng)統(tǒng)：開路系系統(tǒng)&閉閉路系統(tǒng)統(tǒng)對基質(zhì)要要求：具有一定定大小的的粒徑；；具有良好好的物理理特性；；具有穩(wěn)定定的化學(xué)學(xué)性狀。。設(shè)施：種植槽槽、供液液與排液液系統(tǒng)、、貯液池池、自動動控制系系統(tǒng)等噴霧栽培培技術(shù)及及設(shè)施定義：利用噴噴霧裝置置將營養(yǎng)養(yǎng)液霧化化直接噴噴灑射到到植物的的根系以以提供其其生長所所需的水水分和養(yǎng)養(yǎng)分的一一種營養(yǎng)養(yǎng)液栽培培技術(shù)。。優(yōu)點：解決了了根系的的水氣矛矛盾，適適宜于葉葉菜類設(shè)施：種植槽槽和供液液系統(tǒng)（（貯液池池、水泵泵、管道道、過濾濾器和噴噴頭等））3.2環(huán)環(huán)境調(diào)調(diào)控技術(shù)術(shù)溫度調(diào)控控濕度調(diào)控控氣體調(diào)控控溫度調(diào)控控內(nèi)外熱系系統(tǒng)：室外干擾擾量：室室外空氣氣溫度、、濕度、、太陽輻輻射強(qiáng)度度、風(fēng)速速、風(fēng)向向等；室內(nèi)干擾擾量：采采暖系統(tǒng)統(tǒng)、照明明及其他他設(shè)備的的散熱，，作物及及栽培床床的散熱熱、散濕濕等遮陽降溫非升溫材料蒸發(fā)冷卻法冷水蓄熱系統(tǒng)熱水供暖地上部加熱地下部加溫溫度高溫度低溫度調(diào)節(jié)節(jié)濕度調(diào)控控作物葉面蒸發(fā)小，嚴(yán)重時體內(nèi)水分過多，導(dǎo)致莖葉增大，影響產(chǎn)量。也容易產(chǎn)生病害。作物葉面蒸發(fā)大，嚴(yán)重時導(dǎo)致根部供水不足，作物體內(nèi)水分減少，細(xì)胞縮小，氣孔率降低，光合作用產(chǎn)物減少。通風(fēng)換氣降濕熱泵降濕加溫降濕噴霧加濕濕簾風(fēng)機(jī)降溫加濕系統(tǒng)濕度低濕度高相對濕度度25%～80%氣體調(diào)控控通風(fēng)換氣氣排除多余余熱量，，降低室室溫排除多余余水汽，，調(diào)節(jié)濕濕度方式自然通風(fēng)風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)負(fù)壓通風(fēng)風(fēng)正壓通風(fēng)風(fēng)等壓通風(fēng)風(fēng)增加CO2濃度有利于光光合速率率的提高高提高作物物的水分分利用率率CO2肥源酒精釀造造工業(yè)的的副產(chǎn)品品碳?xì)浠虾衔锶紵裏龔?qiáng)酸與碳碳酸鹽化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)空氣分離離3.3光光環(huán)境境調(diào)控技技術(shù)原理：根據(jù)作作物的種種類及生生育階段段，通過過一定的的措施，，調(diào)節(jié)光光照條件件，創(chuàng)造造良好的的光照環(huán)環(huán)境，以以提高作作物的光光合效率率。補(bǔ)光調(diào)節(jié)節(jié)：高緯緯度地區(qū)區(qū)或連陰陰天/光光周期臨臨界期遮光調(diào)節(jié)節(jié)人工光源源選擇依依據(jù)常用人工工光源:白熾燈：：紅外線線，可見見光比例例小，發(fā)發(fā)光效率率低，輔輔助光源源熒光燈：：低壓氣氣體放電電燈，光光譜性能能好，使使用壽命命長，光光周期補(bǔ)補(bǔ)光金屬鹵化化物燈：：新型光光源，效效率高、、光色好好、壽命命長，高高強(qiáng)度光光源高/低壓壓鈉燈：：產(chǎn)熱量量小，更更易接近近作物L(fēng)ED光光源：綠綠色光源源，光譜譜分布可可調(diào)節(jié)、、冷光源源、小型型化、壽壽命長LD光源源：體積積小、重重量輕、、低電壓壓、脈沖沖發(fā)光、、干涉性性好、壽壽命長等等優(yōu)點，，功率高高、發(fā)光光效率好好、可用用電流直直接調(diào)節(jié)節(jié)；前景景看好光源布置：作物、光照照度、溫室高高度、燈的大大小3.4計算算機(jī)智能管理理優(yōu)勢：智能調(diào)調(diào)控；對眾多多的信息進(jìn)行行快速處理。。管理：環(huán)境、、植物體、生生產(chǎn)作業(yè)、銷銷售和生產(chǎn)資資料。系統(tǒng)：生產(chǎn)分析系統(tǒng)統(tǒng)生產(chǎn)信息系統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)營戰(zhàn)略支撐撐系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測植物體測量環(huán)境控制設(shè)備機(jī)器設(shè)備銷售信息環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)植物體信息系統(tǒng)生產(chǎn)計劃系統(tǒng)銷售計劃系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測控制植物生長模式工作記錄數(shù)據(jù)庫銷售記錄數(shù)據(jù)庫植物生產(chǎn)分析系統(tǒng)經(jīng)營戰(zhàn)略支持系統(tǒng)生產(chǎn)資料管理系統(tǒng)植物生產(chǎn)信息系統(tǒng)植物生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫生產(chǎn)資料管理理數(shù)據(jù)庫3.5物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)定義：通過射頻識識別（RFID）、紅外外感應(yīng)器、全全球定位系統(tǒng)統(tǒng)、激光掃描描器等信息傳傳感設(shè)備，按按約定的協(xié)議議，把任何物物體與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)相連接，進(jìn)進(jìn)行信息交換換和通信，以以實現(xiàn)對物體體的智能化識識別、定位、、跟蹤、監(jiān)控控和管理的一一種網(wǎng)絡(luò)。“物物相連的的互聯(lián)網(wǎng)”（（TheInternetofthings）核心和基礎(chǔ)仍仍是互聯(lián)網(wǎng)，，是在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延延伸和擴(kuò)展的的網(wǎng)絡(luò)；用戶端延伸和和擴(kuò)展到了任任何物體與物物體之間，進(jìn)進(jìn)行信息交換換和通信。集成加熱系統(tǒng)統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)統(tǒng)、遮蔭/保保溫內(nèi)簾幕系系統(tǒng)、外遮蔭蔭系統(tǒng)、C02施肥系統(tǒng)、空空氣循環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)、植物保護(hù)護(hù)系統(tǒng)、高壓壓噴霧降溫系系統(tǒng)、濕簾——風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、、屋頂噴淋系系統(tǒng)、補(bǔ)充光光照系統(tǒng)、灌灌溉施肥系統(tǒng)統(tǒng)、廢液回收收—消毒系統(tǒng)統(tǒng)、電氣與計計算機(jī)控制系系統(tǒng)等于一體體，真正實現(xiàn)現(xiàn)多功能，多多場合運(yùn)用。。4優(yōu)點不再靠天吃飯飯自動化程度高高多層栽培生長快高產(chǎn)、綠色……5發(fā)展趨勢勢長春·智能數(shù)字植物物工廠—國內(nèi)植物工廠廠領(lǐng)域重大突突破屋頂綠化到屋屋