植物工厂及其led照明发展新动态

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1、植物工厂及其LED照明发展新动态【摘要】植物工厂是设施园艺发展的高级阶段，是颠覆性农作和土地利用方式，对解决21世纪农业资源和环境问题具有重要应用价值。LED光源是植物工厂的优选光源，具有传统光源无法比拟的光电和农学应用优势，正在快速进入商业化研发与应用层面，产业前景诱人。文章总结了植物工厂及其LED照明的发展新动态，指出了未来研发与应用重点。根据日本千叶大学原校长古在丰树教授所著《人工光型植物工厂》和屮国学者杨其长研究员所著的《植物工厂概论》给出的植物工厂定义，植物工厂是一种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

2、农业系统，是由计算机对作物生育过程的温度、湿度、光照、C02浓度、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方式。植物工厂充分运用了现代装备工程、生物技术、设施园艺技术、植物生理原理、植物栽培工程与环控信息技术等手段，属于技术高度密集型产业，多年来一直被国际公认为是设施园艺的高级发展阶段，是衡量一个国家农业高技术发展水平的重要标志之一。植物工厂的木质特征为生产要素的自动化控制，但植物工厂的自动化水平是有层次的，设施智能化水平也是有划分的。因此，植物工厂定义应着力阐述其设施内的自动化控制本质特征。先前定义着

3、眼于植物工厂高级阶段和理想形式，而忽略了植物工厂发展过程赋存的多种形态，难以囊括当前所有植物工厂的过渡模式，建议进行修正。在此建议，植物工厂应是指与植物生长发育直接相关部分或全部生产要素（环境因子、水肥供给等）全程可自动化调控，并具有一定的植物生产流程的空间自动管理功能，实现规模化高效生产，较少或不受外界环境干扰的种植设施。基于这一定义，日光温室、多层建筑形式的设施模式均可看作植物工厂，只要它具备定义的本？I特征［1］。植物工厂是设施园艺发展的必然趋势在全球层面和中国国情条件下，植物工厂的发展存在其客观原因和现实必然。在国际层谢

4、上，设施园艺发达国家荷兰、日本、美国、以色列等竞相研发太阳光植物工厂和人工光植物工厂，这是基于全球气候变化危害、设施农业发展必然趋势、农业资源环境承受力、食物安全、社会发展水平、技术装备水平等各种相关背景综合作用的耦合驱动结果。对中国而言，又存在自己的国情和社会条件。总之，植物工厂是现代农业发展的必然趋势。第一，全球气候变化背景。①气候变化导致极端天气事件吋有发生，气候灾害更加频繁，使露地农田系统生产性能的稳定性降低；②气候变化下温度、C02浓度等气象因素的变化直接影响作物的生长发育和产量品质,人工调控必要性和迫切性增加，设施农

5、业生产策略需要调整；③臭氧层破坏导致露地光辐射UV组分增强，影响露地及设施植物的生长发育。第二，国际设施园艺发展背景。①设施农业是环境控制农业，环控是基本手段，生产要素的环控水平首先取决丁设施类型的隔热保温、透光性能，塑料大棚、日光温室、玻璃温室、连栋温室和植物工厂的环控水平逐级提高，是设施农业发展的必然趋势；②国际设施园艺强国均在发展以水肥一体化管控、环境因子自动化管控为技术特征的现代设施园艺产业。第三，农业资源环境背景。①农田环境污染严重（农药、重金属、抗生素等），食品安全问题日益突出；②农业资源（土地、水肥、电能等）短缺，

6、质量下降。农业资源数量和质量，农业环境的承载力已无法支撑传统粗放式设施农业发展，必需实施集约化、工厂化、规模化生产方式，提高资源利用效率，减少环境废弃物排放；③农业稀缺植物资源枯竭，需要植物工厂规模化生产，保护种质资源。第四，食物安全保障背景。①快捷高效、高附加值农业生物周年生产农业协同迫切需要；②无污染、安全、高保健价值植物产品需求增加。由于生长在干净无尘的环境屮，不使用杀虫剂，植物工厂种植出来的蔬菜营养健全，口感不比露天蔬菜差，不需要淸洗就能直接品尝。第五，社会发展水平背景。①全球人口在21世纪持续增长，对粮食和农产品的数量

7、和质量需求逐年增涨；②城市化进程加快，农业劳动力短缺，必然需要提高设施农业自动化管控水平；（3）城市人口剧增，城市农业发展趋势明显，植物工厂就地产销优势明显，减少碳足迹和碳排放。第六，技术装备水平背景。科技发展驱动耦合的产物。植物工厂是建立在人们对植物生理学规律全面认知，以及对蔬菜水培技术、LED照明技术、智能控制等技术、太阳能光伏发电发展耦合的产物。植物工厂的优势与LH）光源应用优势植物工厂应用优势植物工厂不仅极大地扩大和延长了农业生产的空间和时间，提高了土、肥、水、光、热等农业资源的利用率和集约化程度，使单位土地面积的生产能

8、力、生产效率、经济效益成倍增长，还能克服传统土壤栽培中常见的连作障碍、土传病害的发生、土壤肥力下降及因化学肥料流失而造成的环境问题的发生。植物工厂作为一种生产要素高度可控、产能倍增的颠覆性农作方式，单位面积食物（蔬菜等）生产效益可达露地生产的40〜108倍，被认