【文章內(nèi)容簡介】 展了一種新的農(nóng)業(yè)科技即光波植物工廠，通過光波植物工廠的生產(chǎn)和建設(shè)從而為消費者提供定量定質(zhì)定價格的農(nóng)產(chǎn)品，從而適應(yīng)市場多層次、多樣化的需求，發(fā)展無公害農(nóng)產(chǎn)品、綠色食品和有機食品。新興的植物工廠不僅保護(hù)生態(tài)環(huán)境，而且促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)高效發(fā)展，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒論 2 的有效途徑之一，因此在我國應(yīng)該得到重視和發(fā)展 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 對于植物工廠的研究在上世紀(jì) 90 年代開始迅猛的發(fā)展，與許多新興產(chǎn)業(yè)不同的是最早對植物工廠研究投入精力的不是學(xué)術(shù)研究者，而是企業(yè)組織。這一現(xiàn)象一直發(fā)展到今天，植物工廠在實踐上的進(jìn)步要明顯優(yōu)于理論發(fā)展，究其原因可能在于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的創(chuàng)新發(fā)展更具有實踐可操作性的特點。 1994 年在牛尾治郎、黑川紀(jì)章等有識之人的推動下，日本建立了植物工廠共同研究組織，這是一個由食品、電力和石油等不同產(chǎn)業(yè)公司制造商所組成的共同進(jìn)行?植物工廠?研究開發(fā)的?植物工廠振興會?。新組織將交換各公司所擁有的情報，并進(jìn)行高 效率生產(chǎn)系統(tǒng)的確立和適于植物工廠栽培的作物品種的開發(fā)等活動。 [1] 隨后學(xué)術(shù)界也開始正視植物工廠的重要性。 1995 年 . Hahn, . Lee, . Ahn 等人指出植物工廠能夠在高度控制環(huán)境條件下 ,在狹小的土地上大量生產(chǎn)作物 ,并且不受時間和地理條件的左右，適于耕地面積很少的地區(qū)和環(huán)境條件惡劣的地域進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一種理想方法 ,有希望于 21 世紀(jì)在不少國家走向普及化。但他們也指出，是植物工廠和生物工藝學(xué)結(jié)合在一起 ,將具有更為深遠(yuǎn)的意義 ,只有隨著生物工藝學(xué)的發(fā)展 ,開展新的種苗工程 ,植物工廠 才能真正地實現(xiàn)實用化。 隨著代表現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的植物工廠逐步投入使用．高技術(shù)在農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)的應(yīng)用研究正在探索之中。在?植物工廠?的具體技術(shù)上，近年來研究者也做出了很大的貢獻(xiàn)。 例如日本學(xué)者晨光就通過在全國各地興建的諸多依靠人造光培育蔬菜的?植物工廠?為實驗基地，采用熒光燈、鈉光燈和發(fā)光二極管加快蔬菜生長，從而更有效地進(jìn)行采光。以此為基礎(chǔ)，日本中央電力研究所開展的 LED 植物工廠的研究現(xiàn)已進(jìn)入實用化階段，并又提出了利用激光作照明光源的?激光植物工廠?的宏偉目標(biāo)。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，日本政府于 20xx 年近提 出了一個新的概念 :?六次產(chǎn)業(yè)化?。在官方政策的鼓勵下，日本一些大型企業(yè)開始涉足農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，他們應(yīng)用發(fā)光二極管照明、太陽能發(fā)電等技術(shù) ,建造更為先進(jìn)的?植物工廠?，對第一產(chǎn)業(yè)?農(nóng)業(yè)?的迅猛發(fā)展起到了極大的推動作用。 在歐美方面，奧地利、丹麥等國先后建立了植物工廠，由奧地利 Ruttuner 教授設(shè)計的 Complex system是當(dāng)今最高水平的世界溫室設(shè)施及溫室自動監(jiān)控系統(tǒng)，美國 NASA 甚至研究在太空采用人工光植物工廠技術(shù)實現(xiàn)宇航員食物的自給。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒論 3 我國對于?植物工廠?的介紹早在上世界 90 年代初 就可見于一些專業(yè)期刊、報紙，但是大多數(shù)為零散非體系化的介紹。 20xx 年由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所楊其長、張成波兩位研究員共同撰寫的《植物工廠概論》一書是我國第一部有關(guān)植物工廠內(nèi)容的學(xué)術(shù)著作，第一次全面系統(tǒng)地介紹了世界植物工廠的發(fā)展歷程、結(jié)構(gòu)類型、主要特征、存在的問題及解決途徑，對植物工廠的主要配套技術(shù)如營養(yǎng)液栽培、環(huán)境控制、關(guān)鍵設(shè)備等進(jìn)行了逐章闡述，對植物工廠的典型案例進(jìn)行了介紹和評價。 在介紹西方先進(jìn)研究經(jīng)驗的同時，也有很多國內(nèi)的研究者從我國國情出發(fā)探討如何發(fā)揚植物工廠在我國農(nóng)業(yè)改 革進(jìn)展中的作用。鮑順淑、張成波和馬承偉結(jié)合世界植物工廠化栽培的現(xiàn)狀 ,探討藥用植物栽培在該領(lǐng)域的發(fā)展，指出藥用植物的工廠化栽培對我國有著特殊的意義，為藥用植物提供了新的栽培模式。向建國、施春對臺灣農(nóng)村的?植物工廠?進(jìn)行了田野調(diào)查，指出臺灣應(yīng)建立以?植物工廠?為主體的現(xiàn)代精致農(nóng)業(yè)，提高自己的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化水平。寧夏林業(yè)研究所的白永強、于衛(wèi)平等人提出了優(yōu)良沙旱生植物工廠化快繁技術(shù)，該技術(shù)具有繁殖系數(shù)高、繁殖速度快、保證品種純度、防御植物病毒病、縮短育苗周期等方面的優(yōu)勢，對西部地區(qū)的植物栽培有著積極的效果。 同 樣近年來，我國的實業(yè)者和學(xué)者在研究中也做出了很多世界領(lǐng)先水平的成果。在 20xx 年底，在植物工廠創(chuàng)新成果發(fā)布會上，國內(nèi)公司研發(fā)的家庭版植物工廠及家庭園藝系列產(chǎn)品正式亮相，這標(biāo)志著國內(nèi)首例家庭版植物工廠正式誕生，同時也標(biāo)志著設(shè)施園藝最尖端技術(shù)的數(shù)字植物工廠即將正式步入中國人的家庭生活。而中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的賀冬仙、楊珀、朱本海則首創(chuàng)性的提出了密閉式植物工廠的嵌入網(wǎng)絡(luò)式環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可根據(jù)實際生產(chǎn)需要選擇適當(dāng)?shù)目刂撇呗院涂刂颇繕?biāo) ,也可調(diào)整控制參數(shù)來增減或改善執(zhí)行機構(gòu)的運行。植物工廠內(nèi)所有控制參數(shù)和實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)和圖 像都可以動態(tài)地進(jìn)行 WEB 發(fā)布，用戶界面友好并實施各級安全自動管理。 通過以上的綜述，可以看出無論是國外還是國內(nèi)，對植物工廠的研究更多的局限于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和科技更新手段，缺少針對消費者市場做出的關(guān)于光波植物工廠的工業(yè)設(shè)計與服務(wù)設(shè)計的研究出現(xiàn)。筆者針對此所做的研究具有一定的開拓性，能夠恰好填補研究領(lǐng)域的空缺。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒論 4 本文的結(jié)構(gòu)安排 在章節(jié)內(nèi)容上，本文共分為七章，具體安排如下： 第一章，緒論。主要闡釋了研究的總體思路和具體規(guī)劃，介紹了文章的研究背景、研究意義、研究目的、研究思路、研究方法和研究的主要創(chuàng)新點等， 是本篇論文的總綱。 第二章，市場需求分析。這一章從市場現(xiàn)狀和產(chǎn)品市場兩個方面進(jìn)行了調(diào)查研究。從代表企業(yè)、受眾需求、主流產(chǎn)品等方面對國內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品市場進(jìn)行了全面闡釋，重點總結(jié)了目前國內(nèi)市場的所具備的不同特點；其次對本產(chǎn)品的市場前景進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理，將產(chǎn)品進(jìn)入市場所遇到的可能性進(jìn)行了組織和歸納。最后將這兩個方面相結(jié)合介紹了目前國內(nèi)市場需求研究的相關(guān)內(nèi)容。 第三、四、五章則從多場景環(huán)境中對光波植物工廠分別進(jìn)行了設(shè)計與應(yīng)用。具體每個場景的構(gòu)成含以下幾個部分。 產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計研究。作者根據(jù)之前理論文獻(xiàn)綜述以及企業(yè)實際營銷 行為，結(jié)合國外相關(guān)產(chǎn)品的特征統(tǒng)計，構(gòu)建了光波植物工廠產(chǎn)品的多個外觀模型，并對光波植物工廠產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步的深入分析。 產(chǎn)品設(shè)計研究。研究選取了多家國內(nèi)知名的農(nóng)產(chǎn)品公司的經(jīng)營管理人員進(jìn)行訪談，針對光波植物工廠產(chǎn)品的營銷策略、用戶分層以及外觀包裝進(jìn)行了探討，由此設(shè)計出更具有市場效果的產(chǎn)品樣式。 產(chǎn)品服務(wù)設(shè)計研究。筆者根據(jù)對光波植物工廠產(chǎn)品的了解，獨創(chuàng)性的提出了產(chǎn)品在國內(nèi)可采用的多個場所與途徑，擴(kuò)大了產(chǎn)品的銷售范圍，更將農(nóng)產(chǎn)品與人們的時尚生活更緊密的結(jié)合在一起。 第六章，則對光波植物工廠的現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查和 闡述。本章一方面描述了目前國際上通行的光波植物工廠在生產(chǎn)方面所采取的措施和方法，另一方面對光波植物工廠在技術(shù)支持等方面的行為進(jìn)行了解讀。兩相結(jié)合之下，指出目前光波植物工廠的存在瓶頸和可能解決方法。 第七章，研究結(jié)論。本章對本次研究進(jìn)行了總結(jié)，指出了本研究存在的不足和缺陷，同時也為以后的相關(guān)研究提出了建議。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒論 5 本章小結(jié) 如新興科技產(chǎn)業(yè)的其他組成部分，光波植物工廠的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，在發(fā)展的同時出現(xiàn)的研究課題數(shù)目眾多而且需要深入和廣泛的探討與研究。 由于光波植物工廠的發(fā)展時間所限制 ，現(xiàn)有的研究中，無論是在國內(nèi)還是國外都還很難說做到了成熟的階段。盡管在國外相關(guān)方面的學(xué)術(shù)論文和研究報告在數(shù)量質(zhì)量兩方面都有很大的提高，但是從研究內(nèi)容來看，大多是基于本國的實際情況展開討論，集中于日本、中國臺灣地區(qū)，探討如何利用新興技術(shù)來解決本地域農(nóng)地稀少、勞動力不足的困境，尋求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新發(fā)展；或者是存在于澳大利亞、美國等農(nóng)業(yè)機械化大生產(chǎn)高度發(fā)達(dá)地區(qū)，尋求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的新飛躍，而像我國大陸地區(qū)所存在的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題還沒有相關(guān)的論文進(jìn)行探討和分析。 而在光波植物工廠的相關(guān)研究上，大多數(shù)研究仍然以傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技 術(shù)為討論熱點，強調(diào)提高勞動生產(chǎn)率，而忽視了市場的開拓和產(chǎn)品的推廣，甚至某些國家和地區(qū)將光波植物工廠的建設(shè)看作是以政府政策為導(dǎo)向的政府行為，而不是以企業(yè)為核心的市場行為，這種論點不符合我國自改革開放以來提出的市場先行的觀點。所以本文在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜合闡釋的基礎(chǔ)上，將重點放在了產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計、服務(wù)設(shè)計等方面，對我國市場的現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研，力求光波植物工廠在我國的順利發(fā)展，這是本文試圖發(fā)掘和闡釋的重點所在。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 市場需求分析 6 第 2章 市場需求分析 市場現(xiàn)狀調(diào)研 從代表企業(yè)、受眾需求、主流產(chǎn)品等方面對國內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品市場進(jìn)行 了全面闡釋，重點總結(jié)了目前國內(nèi)市場的所具備的不同特點。 近年來我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品市場逐步實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的平衡，但是受國際市場和國內(nèi)自然災(zāi)害因素影響，中國農(nóng)業(yè)市場商品價格也在多年間出現(xiàn)異常波動。尤其是 20xx 年，我國相繼經(jīng)受了北方低溫、西南旱情、南北方洪災(zāi)等考驗，全國夏糧 7 年來首次減產(chǎn)，早秈稻產(chǎn)量、質(zhì)量均有所下降，再加上宏觀經(jīng)濟(jì)通脹預(yù)期強烈，農(nóng)產(chǎn)品價格也出現(xiàn)輪番上漲。這樣的情況，充分暴露了我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的不足和缺陷。雖然只要國內(nèi)外不發(fā)生大的突發(fā)事件和自然災(zāi)害，在可預(yù)見的未來，我國的農(nóng)產(chǎn)品市場供應(yīng)將有可靠保 障，糧食價格將繼續(xù)在國家的調(diào)控下穩(wěn)中有升，但是面對災(zāi)難我國農(nóng)產(chǎn)品市場依然存在著一定的風(fēng)險。 目前國內(nèi)主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)商涵蓋了多個種類。其中隨著改革、開放和農(nóng)村商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)企業(yè)取得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了多種形式。按所有制性質(zhì)不同，有國有農(nóng)業(yè)企業(yè)、集體所有制的合作企業(yè)、股份制合作企業(yè)、聯(lián)營企業(yè)、私營企業(yè)、中外合資企業(yè)、中外合作經(jīng)營企業(yè)等。按經(jīng)營內(nèi)容不同，有農(nóng)作物種植企業(yè)、林業(yè)企業(yè)、畜牧業(yè)企業(yè)、副業(yè)企業(yè)、漁業(yè)企業(yè)以及生產(chǎn)、加工、銷售緊密結(jié)合的聯(lián)合企業(yè)等。而小型農(nóng)戶也沒有消失，反而繼續(xù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著自身的作 用。同時由于國家允許農(nóng)村的部分生產(chǎn)能手租賃他人土地進(jìn)行生產(chǎn)，在新形勢下出現(xiàn)了新生的種糧大戶，他們成為聯(lián)系農(nóng)戶和企業(yè)的紐帶，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越大的作用。 目前國內(nèi)消費者對農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的需求，正從原先的數(shù)量需要逐步發(fā)展到質(zhì)量和安全的標(biāo)準(zhǔn)，綠色無公害農(nóng)產(chǎn)品成為大多數(shù)受眾的首選，甚至愿意為其付出更高的價格。一些知名的農(nóng)產(chǎn)品品牌開始在市場上嶄露頭角，和傳統(tǒng)的?無名?農(nóng)產(chǎn)品相比，其價格更高、質(zhì)量更好，也更受到消費者的青睞，新興的青年高消費群體往往將其作為首選產(chǎn)品。 從目前來看，未來我國應(yīng)切實加強農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能 力建設(shè)，特別是水利等抗災(zāi)能力建設(shè)，從根本上穩(wěn)定和提高糧食播種面積和產(chǎn)量；要改變長期以來?重生浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 市場需求分析 7 產(chǎn)、輕加工?、?重收購銷售?的抓糧思路，加快整合培育國內(nèi)糧食企業(yè)，扶持一批面向消費終端的、具有國際競爭力的大型糧食加工企業(yè)，大力提高終端糧食產(chǎn)品的自給率以應(yīng)對國際市場波動。同時大力建設(shè)無污染、純天然的綠色產(chǎn)品來應(yīng)對受眾日益增長的消費品質(zhì)需求，建立知名的農(nóng)產(chǎn)品品牌來擴(kuò)大市場占有率。 產(chǎn)品市場研究 傳統(tǒng)的園藝設(shè)施特質(zhì) 植物生長地基本可分為四類，一是旱田、水田、田園、土地，二是傳統(tǒng)的園藝設(shè)施：溫 室、網(wǎng)室等，三則是自然光型的植物工廠，四，即是本文提到的完全閉鎖型的光波植物工廠。 前三種植物生長地和光波植物工廠的特點都有著較大的區(qū)別，雖然各自有著自己的特長和優(yōu)點，但都不具備光波植物工廠的優(yōu)勢，與光波植物工廠相比還有這較大的距離。 以與光波植物工廠最接近的溫室為例，它采用的裝置，是 一種室內(nèi)溫室栽培裝置，包括栽種槽、供水系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、輔助 照明系統(tǒng) 及濕度控制系統(tǒng)。溫室是以采光覆蓋材料作為全部或部分圍 護(hù)結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其它不適宜露地植物生長的季節(jié)供栽培植物的建筑。溫室功能分類根據(jù)溫室的最終使用功能，可分為生產(chǎn)性溫室、試驗（教育）性溫室和允許公眾進(jìn)入的商業(yè)性溫室。 蔬菜栽培 溫室、花卉栽培溫室、養(yǎng)殖溫室等均屬于生產(chǎn)性溫室；人工氣候室、溫室實驗室等屬于試驗（教育）性溫室；各種觀賞溫室、零售溫室、商品批發(fā)溫室等則屬于商業(yè)性溫室。 溫室的性能指標(biāo)，可以分為透光性能、保溫性能和耐久性三部分。 溫室是采光建筑， 因而透光率是評價溫室透光性能的一項最基本指標(biāo)。溫室透光率受溫室透光覆蓋材料透光性能和溫室骨架陰影率的影響，而且隨著不同季節(jié)太陽輻射角度的不同，溫室的透光率也在隨時變化。溫室透光率的高低就成為作物生長和選擇種植作物品種的直接影響因素。一般，連棟塑料溫室在 50%~60%，玻璃溫室的透光率在 60%~70%，