【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 來繁雜的人工操作；在無菌環(huán)境的創(chuàng)造上，也結(jié)合了當(dāng)前較為先進(jìn)的納米材料技術(shù)物理殺菌技術(shù)，使整個(gè)植物栽培空間實(shí)現(xiàn)無菌化自潔化；營養(yǎng)液的供應(yīng)調(diào)配及控制上，也能了很大的提高，如營養(yǎng)液控制中心的建立代替了原來復(fù)雜的人工操作，各種植物所需元素上的在線檢測(cè)及調(diào)控也被運(yùn)用，做到了植物所需元素及栽培液酸堿度的精確化控制，在廢液的處理與再利用上也有了進(jìn)一步的改進(jìn)與提高；使栽培成本與環(huán)境排污最大大的降低，真正實(shí)現(xiàn)了封閉式自循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的合理構(gòu)建。從原本純耗資源型轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)可循環(huán)型，從原本的高成本型轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型；從原本的操作繁瑣型轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的傻瓜操作型；總之，從發(fā)達(dá)國家看植物工廠具有很廣發(fā)展空間與很看好的發(fā)展趨勢(shì)，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種重要模式。而我國這方面的研究也不甘落后，近年，在國防科技大學(xué)、中國農(nóng)科院及浙江麗水農(nóng)科所的通力聯(lián)合攻關(guān)下，上述的技術(shù)問題也基本上得到解決，可以與國際技術(shù)水平相比，只是在產(chǎn)品的精致上還不能與發(fā)達(dá)國家相提并論，但估計(jì)通過幾年的努力，與植物工廠相配的各種專業(yè)化設(shè)備設(shè)施將會(huì)相繼開發(fā)與運(yùn)用；基于目前國內(nèi)的實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平，還是需要從本國國情出發(fā)，開發(fā)一些成本較低但功能不亞于國外產(chǎn)品的控制系統(tǒng)、建造材料、及設(shè)備設(shè)施，以滿足我國初級(jí)階段對(duì)于建設(shè)植物工廠的市場(chǎng)需要，為快速啟動(dòng)與推進(jìn)植物工廠先邁出歷史性的第一步。五、植物工廠建設(shè)的系統(tǒng)組成與相關(guān)設(shè)備設(shè)施植物工廠的建造是個(gè)系統(tǒng)而龐大的工程，它所涉及的技術(shù)之廣與所用的材料之多是常規(guī)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)所不能比的。其中就環(huán)境控制就需要涉及到十二大系統(tǒng)，風(fēng)能光能發(fā)電系統(tǒng)、人工補(bǔ)光系統(tǒng)、微噴加濕系統(tǒng)、空氣循環(huán)流通系統(tǒng)、二氧化碳補(bǔ)充系統(tǒng)、營養(yǎng)液自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)、物理殺菌系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、立體式栽培系統(tǒng)、視頻監(jiān)控圖像傳送系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、廢物的再循環(huán)利用系統(tǒng)等；組成這些系統(tǒng)所涉及的學(xué)科包括生物技術(shù)、計(jì)算機(jī)環(huán)境控制技術(shù)、物理材料技術(shù)、能源綜合利用技術(shù)、規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品加工貯藏技術(shù)等；這么龐大的技術(shù)體系與構(gòu)建工程必須對(duì)它進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃與嚴(yán)格實(shí)施才能得以完成，只有在科技人員、工程人員充分配合下才能建成，所以說它的建造是項(xiàng)龐大復(fù)雜的工程，它的建造具有農(nóng)業(yè)航模一樣的意義與偉大，是一般單位難以獨(dú)立完成的，它必須利用各個(gè)學(xué)科各個(gè)部門的相互合作相互配合的前提下才能實(shí)施建造，所以在建造之前要讓工程施工者對(duì)各個(gè)系統(tǒng)有個(gè)充分的認(rèn)識(shí)，對(duì)各種設(shè)備與材料有個(gè)全面的了解，是十分必要的。以下就植物工廠建設(shè)所需的相關(guān)設(shè)施設(shè)備及材料采購有作些說明，這樣才能在建造時(shí)能得以應(yīng)手地實(shí)施，按計(jì)劃如期完工?，F(xiàn)就植物工廠所涉的各種技術(shù)與設(shè)備作些簡(jiǎn)單的介紹。 風(fēng)能太陽能發(fā)電裝置植物工廠屬于電動(dòng)力農(nóng)業(yè)范疇，它所涉及的每一塊運(yùn)行系統(tǒng)都離不開電能，如環(huán)境模擬、工廠操作、人員管理等都需要用電，而電資源在當(dāng)前這個(gè)時(shí)代又是耗能最大最匱乏的資源，如何實(shí)現(xiàn)電資源利用的節(jié)能化是建造植物工廠需要考慮的核心問題，所以在盡量挖掘可利用資源上進(jìn)行研究與開發(fā)是極為重要的，再加上有些植物工廠是建在無電力供應(yīng)的地方，更需把電擺到最首要的位置來進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，當(dāng)前電資源以水資源的利用最為廣泛，還有煤發(fā)電、核發(fā)電、沼氣發(fā)電等發(fā)電模式，而這些發(fā)電都有它的局限性，只有太陽光發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電才具有它運(yùn)用的普遍性，而且在實(shí)踐上往往又是把兩者結(jié)合起來設(shè)計(jì)，達(dá)到能源供應(yīng)的互補(bǔ)，如沒有光照時(shí)可利用風(fēng)能發(fā)電，這些發(fā)電技術(shù)與裝置投入成本又不大，而且安裝簡(jiǎn)單易實(shí)施，例如在地球的南北極建造植物工廠或在月球上建造植物工廠首選的發(fā)電系統(tǒng)就是風(fēng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，在有工業(yè)電供應(yīng)區(qū)也可利用這兩種發(fā)電技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充供電，特別是用于通風(fēng)與補(bǔ)光上最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。太陽能發(fā)電原理與技術(shù)就是利用半導(dǎo)體材料在光照作用下發(fā)生電子躍遷位移而形成電流的原理而設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在常用的半導(dǎo)體發(fā)電板有晶體電板與非晶體電板，這些電板在太陽照射下能產(chǎn)生電流，再利用貯電電瓶與逆變裝置進(jìn)行電的貯藏與轉(zhuǎn)換，這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的太陽能發(fā)電系統(tǒng)；而風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力對(duì)風(fēng)扇的帶動(dòng)而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的發(fā)電方式，原理與操作都較為簡(jiǎn)單而容易掌握，在植物工廠配置太陽能或風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，可先對(duì)補(bǔ)光所需的功率進(jìn)行計(jì)算，再確定太陽能電板的受光發(fā)電面積，從而使所發(fā)的電能供給人工補(bǔ)光或其它用電器件的供電需要。可以形成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或太陽能電板群，實(shí)現(xiàn)用之不竭的植物工廠供電系統(tǒng)。下圖就是太陽能及風(fēng)能發(fā)電裝置在植物工廠上的運(yùn)用。太陽能發(fā)電裝置 環(huán)境閉鎖密封系統(tǒng)植物工廠是在全封閉的環(huán)境下構(gòu)建的植物種植系統(tǒng)，它要求栽培環(huán)境不受任何外界氣候因子的影響，基于此就要利用隔熱避光與防風(fēng)的材料進(jìn)行廠房的建設(shè)，以最佳的隔熱性能來實(shí)現(xiàn)能量損耗的最少化與節(jié)能化，根據(jù)冷庫建設(shè)的隔熱原理，先擇15CM厚的泡沫絕熱板作為建設(shè)材料，這種材料具有良好的隔熱性與避光性，能使工廠內(nèi)外的能量交換最小化，內(nèi)外影響最小化，當(dāng)然對(duì)于發(fā)達(dá)的國家可以選擇一些更高檔的隔熱避光材料進(jìn)行建設(shè)，如日本大多用工業(yè)上的隔熱塑料板材為建造材料，這樣成本極高，對(duì)于我們國家還是難以接受。建設(shè)時(shí)要求接縫處粘接密封良好，以免透風(fēng)而影響植物工廠內(nèi)的人工生態(tài)環(huán)境，在建造隔熱密封系統(tǒng)時(shí)，還要加入承載力與牢固度較好的鋼材或木材作骨架，另外，在隔熱板的內(nèi)外兩面最好還要噴涂上反光層，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)環(huán)境補(bǔ)光的充分利用，和外環(huán)境日照影響的最小化，一般我國當(dāng)前的植物工廠大多內(nèi)套于溫室大棚內(nèi)，這樣有更好的抗風(fēng)性與避風(fēng)防雨作用，如果是在一般的廠房或室內(nèi)進(jìn)行植物工廠之改造，最好也能在內(nèi)墻壁上套建泡沫房，達(dá)到環(huán)境因子影響的最小化，讓植物工廠內(nèi)的環(huán)境實(shí)現(xiàn)真正的人工模擬不受外界影響之環(huán)境。在建造時(shí)，要求重視與注意的是，通風(fēng)窗或進(jìn)氣口與泡沫板的交接處的密封性一定要好，否則漏風(fēng)造成環(huán)境不穩(wěn)外，還會(huì)參雜大量的細(xì)菌進(jìn)入植物工廠，而造成細(xì)菌真菌的滋生繁衍，影響植物之生長(zhǎng)與無菌環(huán)境的創(chuàng)造。閉鎖栽培空間 人工補(bǔ)光系統(tǒng)的建設(shè)植物工廠內(nèi)補(bǔ)光系統(tǒng)是最為重要的系統(tǒng)，它是構(gòu)成植物生物量的一種主要能源，沒有光照，植物光合作用就不能正常進(jìn)行，一切代謝與活動(dòng)所需的能量就不能供給，植物的正常生長(zhǎng)就不能進(jìn)行，根據(jù)科學(xué)家對(duì)光照的多年研究表明，植物的光合作用單元葉綠素對(duì)于特定波段的光源有嗜好性，如紅光、藍(lán)光、遠(yuǎn)紅光，除了這些光外，其它光質(zhì)的光照利用率轉(zhuǎn)換率并不高，為了使植物工廠內(nèi)的植物有更高的光合作用效率，一般選擇紅藍(lán)光為主的人工補(bǔ)光系統(tǒng)，通常不同光質(zhì)的科學(xué)搭配比例為R/B為105/1，這樣的光對(duì)于植物的栽培是最合適的，而且在光周期上通常采用二十四小時(shí)全光照補(bǔ)光與400US的脈沖補(bǔ)光相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)光照光合時(shí)間的最大化，而對(duì)于光周期敏感的開花結(jié)果植物，一般還是要求光期暗期分明的補(bǔ)光方式，這與常規(guī)自然條件下栽培有點(diǎn)相似。隨著二極管技術(shù)及激光技術(shù)的發(fā)展，目前新建造的植物工廠大多采用LED（二極管）作為補(bǔ)光光源，它具有安裝方便，光合效率高，省電節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，據(jù)生產(chǎn)測(cè)定，在相同強(qiáng)度的光照強(qiáng)度下，二極管的耗電量只是常規(guī)補(bǔ)光燈的1/10用電量，另外，更重要的是二極管是冷光源，在栽培時(shí)可貼近植物葉片表面進(jìn)行補(bǔ)光，效率更高，不發(fā)熱與不改變環(huán)境與燒傷葉片?，F(xiàn)在用于植物工廠內(nèi)的二極管補(bǔ)光燈有燈罩式與有平板反光式，也有燈串式各種方式，具體可按栽培生產(chǎn)的實(shí)際需要而定，在安裝時(shí)可平面也可垂面安裝，以達(dá)到光照均勻，反光漫射利用最大化為原則即可，對(duì)于層次較多的立體栽培架可以在架間設(shè)計(jì)反光裝置，可大大提高光源的利用率。采用二極管補(bǔ)光，安裝布線也極為方便與快捷，而且也有防水防濕的作用，在高濕環(huán)境下也不會(huì)影響使用壽命，是當(dāng)前植物工廠內(nèi)補(bǔ)光系統(tǒng)的最佳選擇，目前在日本叫做LED植物工廠。除了二極管補(bǔ)光處，還有采用激光光源進(jìn)行補(bǔ)光，也具有很高的補(bǔ)光效率，但投資成本相對(duì)較高，運(yùn)用上還未得到普及，但未來的發(fā)展方向可能還是具有很大潛力的。二極管補(bǔ)光結(jié)合利用太陽能風(fēng)能發(fā)電供電系統(tǒng)就可形成植物工廠的人工光獨(dú)立補(bǔ)充系統(tǒng)，是當(dāng)前植物工廠內(nèi)運(yùn)用較多的補(bǔ)光方法。二極管光源補(bǔ)光系統(tǒng) 微噴加濕系統(tǒng)的建設(shè)植物工廠內(nèi)環(huán)境濕度的控制與管理就是利用微噴加濕系統(tǒng)來完成的，目前，植物工廠內(nèi)用于加濕的方法有彌霧微噴法與超聲波霧化加濕法兩種，微噴加濕系統(tǒng)對(duì)于植物工廠內(nèi)小環(huán)境氣候的創(chuàng)造起到極為重要的作用，對(duì)于需水量大的植物一般選用微噴法，如芽苗菜的植物工廠，就是在栽培床上方安裝噴頭以實(shí)現(xiàn)環(huán)境濕度的控制管理，而對(duì)于栽培一些需水較少的植物如蔬菜及瓜果的栽培，只需保持一定的空氣濕度即可的，就可采用超聲波霧化加濕機(jī)，不管哪種方法，都是為了達(dá)到植物生長(zhǎng)最適的濕度環(huán)境。除了創(chuàng)造適合的濕度環(huán)境外，還可對(duì)于環(huán)境溫度產(chǎn)生影響，如微噴或加濕可除低濕度與除去空氣中的懸浮的微小塵粒，還可結(jié)合根外追肥或殺菌技術(shù)進(jìn)行空間殺菌與葉面補(bǔ)肥。微噴加濕系統(tǒng)的建設(shè)較為簡(jiǎn)單，一般由供水管道與微噴頭組成，而超聲波霧化器就更簡(jiǎn)單，只需把產(chǎn)生的霧化經(jīng)風(fēng)扇通入工廠栽培空間即可。在選擇噴頭時(shí)一般選霧化程度較好的彌霧專用園藝噴頭，一般用于溫室內(nèi)微噴降溫用的進(jìn)口噴頭較佳。而水管一般選擇符飲用水標(biāo)準(zhǔn)的專用供水管，不能選擇有任何殘留的塑料廢棄物再利用加工的水管，這種管不能選作植物工廠供水管。而超聲波加濕機(jī)的選擇植物工廠的不同面積來選購所需配置的功率與霧化頭的數(shù)量。不同的數(shù)量的霧化頭能產(chǎn)生不同的水汽量，按照栽培植物對(duì)濕度的需要進(jìn)行不同的配置是較為科學(xué)的，如蘿卜苗菜的超聲波工廠，就是要先按空間的大小及栽培的蘿卜苗數(shù)量與每天產(chǎn)出量進(jìn)行科學(xué)計(jì)算而獲知應(yīng)選擇的功率與霧化頭數(shù)量。 空氣循環(huán)流通系統(tǒng)植物的生長(zhǎng)環(huán)境以有微風(fēng)吹撫葉片表面為最好，這樣植物的氣孔吸收二氧化碳的數(shù)量會(huì)明顯的提高，一般以每分鐘34米的微風(fēng)為最佳，可以在植物工廠的空間內(nèi)均勻安裝小風(fēng)扇，可以在走道上方，也可以在層架之間，也可以在隔板內(nèi)外，這些通風(fēng)裝置可以使植物工廠內(nèi)的氣體分布與環(huán)境溫濕度更加均勻與一致，特別是二氧化碳具有下沉性，通過對(duì)流通風(fēng)能