家庭植物工厂技术应用现状、存在问题及对策

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1、家庭植物工厂技术应用现状、存在问题及对策【摘要】家庭植物工厂是技术密集的集约型现代农业高新技术生产系统，它满足了人们对绿色蔬菜的需求和对现代农业体验的向往。本文介绍了家庭植物工厂的优势，并分析相关技术的应用现状，结合现阶段开发应用中存在的问题提出相应对策，对其未来的发展趋势进行展望。中国7/vie　　概述　　概念　　从狭义上讲，植物工厂是通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效农业系统，是由计算机对作物生育过程的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境要素进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的省力型生产模式[1]。家庭植物工厂是把大型植物工厂的各种技术集

2、成在较小的空间里，利用精准的控制来栽培家庭所需的植物，是一种技术高度密集，资源高效利用的生产方式[2]。　　优势　　家庭植物工厂的研发具有一定现实意义，主要有以下优势：　　安全无公害家庭植物工厂种植的植物全程在全封闭的无菌环境下生长，不受自然病虫细菌的侵害与环境污染，不需要施用农药，植物的整个生长过程的环境都处于可控状态，种植出来的植物洁净卫生无污染，满足了人们对安全绿色无公害蔬菜的需求。　　生产效率高使用家庭植物工厂进行种植，可以缩短作物生育期，增加茬数；单株产量在最适宜的人工环境下比常规栽培有所增加，从而大幅度提高产出率。　　增添生活乐趣满足城区居民亲近自然，体验绿色

3、的渴望；满足老年人的栽种喜好；孩子可以通过种植活动了解植物的生长知识、培养动手能力；为家庭供应食材的同时，可作为绿色装饰来美化家居[3]。　　对环境要求低家庭植物工厂的种植过程可排除外界环境的不利影响，适用范围和区域较广。　　生态作用家庭植物工厂的种植采用资源循环利用技术，既提高了资源利用率，又实现了零污染零排放[4]，系统会定时控制栽培区内空气与家居环境空气进行气体交换[5]，显著改善家庭微生态环境。家庭植物工厂让果蔬实现了就近生产，就近消费，减少中间环节，既能保持果蔬的新鲜度，又可减少物流成本和碳排放量[5]。　　满足特殊要求植物生长周期稳定，可实现周年均衡生产，能定

4、茬如期准确地供应农产品；作物生长在一个可控、精确、稳定的环境，能够像工厂一样生产出外形及质量均符合标准的农产品；可以人为培育出最具营养价值、口味极佳的反季节果蔬[6]。　　国内外发展现状　　在一些发达国家，家庭植物工厂进入产业化阶段，相关市场形成了制造和供应的产业链，普通消费者可以便捷地从零售渠道获得种子、营养液、栽培用具和各种耗材[7]。其中，日本在家庭植物工厂的研究和市场投入方面位居世界前列。日本国民有吃生菜的习惯，而核电事故后，居民对蔬菜安全越发担心，一些有实力的企业纷纷研发家庭植物工厂，每年都有新技术推出[8]。　　中国对家庭植物工厂的研究晚于发达国家。近年来，政

5、府极为重视农业科技创新，大力推动了植物工厂建设，并已取得一定的规模和成果。2010年上海世博会展示的“低碳・智能・家庭植物工厂”，开启了我国家庭植物工厂商品化的道路。2016年6月，�近平总书记在参观国家“十二五”科技创新成就展展出的“智能LED植物工厂”时，对植物工厂产业的科技成果表示肯定，也对其未来的发展提出了期望。　　技术应用现状　　人工光源技术　　光照是植物生长的能量源泉，家庭植物工厂根据作物的种类及发育阶段，通过一定的设施创造良好光照环境，以提高作物的光合效率。LED具有发热少、单色可组合、节能环保、寿命长等优势，可大幅度缩小栽培层间距，使空间紧凑，是家庭植物工

6、厂人工光源的理想选择。　　研究结果表明，植物吸收的光线波段主要是红光和蓝光，将红、蓝光按一定配比制成光源，就能满足植物生长需求。红外和远红外等成分主要以热量的形式出现，而且耗能严重[9]。在家庭生活中，人们比较喜欢接近日光的色彩。目前，家庭植物工厂一般选用组合颜色偏白的光源（如红、绿、蓝三色LED进行组合）来满足人们的视觉偏好。　　营养液栽培技术　　植物生长离不开的并不是土地，而是土壤中的养料[10]。家庭植物工厂中植物生长所需养分是通过调配好的营养液进行补给，植物生长环境更洁净，食品安全更可控，避免了重茬，节约了土地。营养液栽培使生产管理更趋于自动化、技术流程更简化、可

7、操作性更强、生产效率更高。植物的外观和味道也可以通过控制营养液的种类和数量等方式改变。　　家庭植物工厂的营养液循环采用多层集中定时供液、各层独立控制流量的方式，由计算机系统根据需要定时控制营养液的循环。循环过程中，通过空气混入装置，增加营养液的氧气含量；通过紫外消毒装置，对回流的营养液进行消毒；通过供液阀门和回流插芯，有效控制各层营养液的供液速度和液面高度。　　人工环境监控技术　　家庭植物工厂完全摆脱了大田生产条件下自然和气候条件的制约，应用智能环境模拟技术和自动控制技术，为植物的生长发育创造出最佳的人工环境。　　传感器实时检