【正文】 其光環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備，在業(yè)界完成了多個(gè)首創(chuàng)性工作：首次提出“光—溫耦合節(jié)能環(huán)境調(diào)控”方法，創(chuàng)制出植物工廠節(jié)能環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備；率先提出“光—營(yíng)養(yǎng)調(diào)控蔬菜品質(zhì)”方法，創(chuàng)制出采前短期連續(xù)光照提升品質(zhì)工藝及技術(shù)裝備；率先提出植物工廠光效、能效以及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升的智能管控方法，創(chuàng)制出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化管控系統(tǒng)。目前，該技術(shù)成果已推廣到北京、上海、山東等20多個(gè)省區(qū)市。2012年至2015年我國(guó)連續(xù)舉辦4期植物工廠技術(shù)國(guó)際培訓(xùn)班，20多個(gè)國(guó)家的學(xué)員接受了系統(tǒng)的植物工廠訓(xùn)練。植物工廠雖然擁有眾多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中也面臨著一些“瓶頸”。從研發(fā)力量上來(lái)看，目前參與研究的主要是科研單位、高校和中小企業(yè)。”從經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)看，與露地、大棚相比，植物工廠由于初期建設(shè)成本較高、耗能較大等原因，總體上來(lái)看單位生產(chǎn)成本還是相對(duì)偏高，未來(lái)仍需要進(jìn)一步降低成本。工業(yè)技術(shù)的發(fā)展與成本的降低也為植物工廠的建設(shè)提供了助力，許多公司或科研單位已嘗試進(jìn)一步的研究和推廣運(yùn)用。目前，我國(guó)擁有不同規(guī)模的人工光植物工廠約100座。建造植物工廠除了本身的經(jīng)濟(jì)效益外，還具有更大的社會(huì)效益與科研價(jià)值。這種地下的植物工廠將是未來(lái)開(kāi)拓城市地下空間，營(yíng)造地下生態(tài)地下景觀地下農(nóng)場(chǎng)地下觀光的最好模式。解決蔬菜與糧食問(wèn)題，解決環(huán)保綠色與污染問(wèn)題已找到了理想的答案，更為令人鼓舞的是，它將為在另外星球上建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地開(kāi)拓了一條理想之徑，如在月球上或空間站進(jìn)行植物工廠的生產(chǎn)已成為可能。也讓更多的農(nóng)業(yè)科研人員轉(zhuǎn)向這種邊緣交叉程度極高的學(xué)科研究中來(lái)，這對(duì)于提高我國(guó)農(nóng)業(yè)綜合研究水平意義重大。植物工廠的建造能激發(fā)更多的年輕人投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，投入到現(xiàn)代高科技農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，為他們創(chuàng)建一個(gè)更廣闊的平臺(tái)，當(dāng)前全世界的農(nóng)業(yè)從業(yè)者日趨老齡化與婦女化，這與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式的生產(chǎn)方式有關(guān)，面朝黃土背朝天的靠天靠力吃飯的落后生產(chǎn)方式有關(guān)，大多數(shù)想創(chuàng)業(yè)的年輕人更關(guān)注的是環(huán)境與功能齊全的城市，而離開(kāi)農(nóng)村離開(kāi)農(nóng)業(yè)，這樣使農(nóng)業(yè)從業(yè)者的素質(zhì)每況愈下與后繼人才日漸匱乏。這種改變對(duì)于加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平意義是深遠(yuǎn)與巨大的。在可控精確環(huán)境下，植物的收獲期是確定的，植物對(duì)各種因子的需求也是穩(wěn)定的，人們生產(chǎn)操作模式是標(biāo)準(zhǔn)的或是無(wú)人化機(jī)器人生產(chǎn)方式的。能為生產(chǎn)者提供最及時(shí)而準(zhǔn)確的植物生長(zhǎng)因子與發(fā)育狀況的相關(guān)咨訊，為靈活而精確地調(diào)整生產(chǎn)方案提供資料，也能夠?qū)崿F(xiàn)任何品種的發(fā)育進(jìn)程調(diào)節(jié)與產(chǎn)期調(diào)整，更為有利的是，在植物工廠內(nèi)能按照人工研究的農(nóng)藝參數(shù)為生長(zhǎng)創(chuàng)造模擬最佳的生長(zhǎng)模式，為農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究與運(yùn)用創(chuàng)造了一個(gè)最好的平臺(tái)。作為最先進(jìn)的植物栽培模式在生產(chǎn)上具有以下作用，首先單位面積產(chǎn)量是傳統(tǒng)生產(chǎn)的幾十倍甚至上百倍，增產(chǎn)的主要部份主要是由于生育期大大縮短而使栽培的茬數(shù)也就是復(fù)種指數(shù)大大地提高，另外就是單株的產(chǎn)量，在最適的人工環(huán)境下能比常規(guī)栽培有更大的生物量，在栽培利用空間上可以提高710倍以上，真因?yàn)橹参锕S的這些優(yōu)越性才使產(chǎn)量超常規(guī)地提高，生產(chǎn)效率發(fā)生了質(zhì)的飛躍。在植物工廠內(nèi)，可以人為地控制與啟動(dòng)對(duì)人們需求的基因表達(dá)時(shí)間與速度，從而可以培育為人們提供最具營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與口味的高檔蔬菜或者反季節(jié)蔬菜；在植物工廠內(nèi)，植物的生長(zhǎng)大多采用24小時(shí)的全光照補(bǔ)光或脈沖式補(bǔ)光，植物的同化率得到最大化的發(fā)揮，而且光照時(shí)間與光質(zhì)可以按人們?cè)耘嗟男枰M(jìn)行調(diào)控，從而使植物的光形態(tài)形成實(shí)現(xiàn)科學(xué)化的控制；植物工廠是種全封閉的栽培系統(tǒng)，可以做到無(wú)菌化無(wú)蟲(chóng)化生產(chǎn)，栽培的植物勿需使用任何殺菌治蟲(chóng)的化學(xué)藥劑，栽培的產(chǎn)品是真正的綠色無(wú)公害食品，而且品質(zhì)更加脆嫩與優(yōu)良。植物工廠雖然在設(shè)施上一次投入較大，但是它是種高度集約的栽培模式，不管是勞動(dòng)力還是能源資源上都得以最經(jīng)濟(jì)的利用，栽培效率與效益得到大幅度的提高，曾有人做過(guò)對(duì)照試驗(yàn)，在常規(guī)溫室內(nèi)栽培蔬菜，相同的產(chǎn)量前提下，植物工廠運(yùn)行的投入與溫室相關(guān)無(wú)幾，但植物工廠的產(chǎn)品卻有更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，總體來(lái)說(shuō)投資植物工廠還是很合算的；植物工廠可以在自然環(huán)境惡劣不適傳統(tǒng)栽培的地區(qū)進(jìn)行建造生產(chǎn)，如沙漠、孤島、地下、南北極、或者土壤氣候不適區(qū)栽培，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的空間限制得到了解放；另外，從業(yè)者可以依賴專家系統(tǒng)進(jìn)行植物工廠的管理，無(wú)需掌握與了解太專業(yè)的農(nóng)業(yè)技術(shù)就可進(jìn)行管理，使更多有志于農(nóng)業(yè)的業(yè)外人士可以隨心所欲地操作與生產(chǎn)，如果結(jié)合機(jī)器人，真的可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化傻瓜化的管理。植物工廠以其無(wú)比的優(yōu)勢(shì)性與可操作性前沿性，它必將成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展中一個(gè)不可或缺的研究課題與發(fā)展方向，也更是未來(lái)農(nóng)業(yè)的一種主要模式，估計(jì)在10年后，它會(huì)像現(xiàn)在設(shè)施農(nóng)業(yè)一樣被普及與運(yùn)用，作為有先見(jiàn)的企業(yè)家投資者率先擠入這個(gè)行業(yè)建立植物工廠必將會(huì)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)與巨大的社會(huì)效益。而在臺(tái)灣，80年代就建立了設(shè)施與功能齊全的我國(guó)第一個(gè)芽苗菜植物工廠，內(nèi)部設(shè)備從播種傳送培育收獲包裝全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化機(jī)械化，并且結(jié)合微機(jī)與自走式的環(huán)境控制管理，使芽苗的栽培層次達(dá)到十幾層以上，空間利用率極高，集約化程度大大地提高。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(guó)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(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種重要模式。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。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(gòu)有作些說(shuō)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。 風(fēng)能太陽(yáng)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(kāi)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(wèn)題，所以在盡量挖掘可利用資源上進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)是極為重要的，再加上有些植物工廠是建在無(wú)電力供應(yīng)的地方，更需把電擺到最首要的位置來(lái)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(yáng)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(lái)設(shè)計(jì)，達(dá)到能源供應(yīng)的互補(bǔ)，如沒(méi)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(yáng)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?？梢孕纬娠L(fēng)力發(fā)電機(jī)組或太陽(yáng)能電板群，實(shí)現(xiàn)用之不竭的植物工廠供電系統(tǒng)。太陽(yáng)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(lái)實(shí)現(xiàn)能量損耗的最少化與節(jié)能化，根據(jù)冷庫(kù)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(guó)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(guó)家還是難以接受。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(wú)菌環(huán)境的創(chuàng)造。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。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。二極管補(bǔ)光結(jié)合利用太陽(yáng)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。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。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。而超聲波加濕機(jī)的選擇植物工廠的不同面積來(lái)選購(gòu)所需配置的功率與霧化頭的數(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(guò)對(duì)流通風(fēng)能實(shí)現(xiàn)栽培植物葉片表面的均勻供氣，另外，有了通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于育苗工廠來(lái)說(shuō)可以大大提高育苗的密度，以提高空間的利用率，還可以經(jīng)過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合物理殺菌，實(shí)現(xiàn)栽培空間空氣的無(wú)菌化，通風(fēng)用的小風(fēng)扇可選擇交流與直流兩種，在濕度較大的環(huán)境下以選擇直流小風(fēng)扇為好，或者在用電量不大時(shí)可以與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)接。在閉鎖型的苗木生產(chǎn)工場(chǎng)內(nèi)，空氣循環(huán)流通系統(tǒng)結(jié)合二氧化碳的強(qiáng)制供應(yīng)成為該技術(shù)中最為重要的核心，它對(duì)于提高植物快繁微材料光合效率，促進(jìn)離體材料發(fā)育生根的作用極為重要，現(xiàn)在日本已設(shè)計(jì)出一套非?？茖W(xué)的通風(fēng)供氣系統(tǒng)，可以作為建造的重要借鑒。首先，二氧化碳在有限的栽培空間內(nèi)消耗與遞減是非?？斓模绻麤](méi)有外源的氣體供給，植物工廠內(nèi)生長(zhǎng)的植物將會(huì)缺二氧化碳而形成生長(zhǎng)不良的弱苗，而二氧化碳?xì)獾墓┙o除了有足夠的供氣源外，還要設(shè)計(jì)