Resumo: En la lastaj jaroj, kun la daŭra esplorado de moderna agrikultura teknologio, la plantfabrika industrio ankaŭ rapide disvolviĝis.Ĉi tiu artikolo prezentas la status quo-on, ekzistantajn problemojn kaj disvolvajn kontraŭrimedojn de plantfabrika teknologio kaj industrio-disvolviĝo, kaj antaŭĝojas la evolutendencon kaj perspektivon de plantfabrikoj en la estonteco.

1. Nuna stato de teknologia disvolviĝo en plantfabrikoj en Ĉinio kaj eksterlande

1.1 La status quo de eksterlanda teknologia evoluo

Ekde la 21-a jarcento, la esplorado de plantfabrikoj ĉefe koncentriĝis pri la plibonigo de lum-efikeco, la kreado de multtavola tridimensia kultiva sistemo ekipaĵo, kaj la esplorado kaj disvolviĝo de inteligenta administrado kaj kontrolo.En la 21-a jarcento, la novigado de agrikulturaj LED-lumfontoj progresis, provizante gravan teknikan subtenon por la aplikado de LED-energiŝparaj lumfontoj en plantfabrikoj.Ĉiba Universitato en Japanio faris kelkajn novigojn en alt-efikecaj lumfontoj, energiŝpara media kontrolo kaj kultivaj teknikoj.Universitato Wageningen en Nederlando uzas kultivaĵ-median simuladon kaj dinamikan optimumigan teknologion por evoluigi inteligentan ekipaĵan sistemon por plantfabrikoj, kiu multe reduktas operaciajn kostojn kaj signife plibonigas laborproduktivecon.

En la lastaj jaroj, plantfabrikoj iom post iom realigis la duonaŭtomatigon de produktadaj procezoj de semado, plantidoj, transplantado kaj rikolto.Japanio, Nederlando kaj Usono estas ĉe la avangardo, kun alta grado da mekanizado, aŭtomatigo kaj inteligenteco, kaj disvolviĝas en la direkto de vertikala agrikulturo kaj senpilota operacio.

1.2 Statuso pri teknologia disvolviĝo en Ĉinio

1.2.1 Specializd LED-lumfonto kaj energiŝpara aplikaĵa teknologia ekipaĵo por artefarita lumo en plantfabriko

Specialaj ruĝaj kaj bluaj LED-lumfontoj por produktado de diversaj plantospecioj en plantfabrikoj estis evoluigitaj unu post alia.La potenco varias de 30 ĝis 300 W, kaj la surradia lumintenso estas 80 ĝis 500 μmol/(m2•s), kiu povas provizi lumintensecon kun taŭga sojla gamo, lumkvalitaj parametroj, por atingi la efikon de alta efikeco. ŝparado de energio kaj adaptado al la bezonoj de plantkresko kaj lumigado.Koncerne al lumfonta varmodissipa administrado, la aktiva varmega disipado desegno de la lumfonta ventolilo estis enkondukita, kiu reduktas la lumfontan kadukiĝon de la lumfonto kaj certigas la vivon de la lumfonto.Krome, metodo por redukti la varmegon de LED-lumfonto per nutra solvo aŭ akvocirkulado estas proponita.Koncerne al lumfonta spacadministrado, laŭ la evolua leĝo de plantgrandeco en la etapo de plantidoj kaj posta etapo, per la vertikala spacmovada administrado de LED-lumfonto, la planta kanopeo povas esti lumigita je proksima distanco kaj la celo de ŝparado de energio estas. atingita.Nuntempe, la energikonsumo de artefarita lumplanta fabriko lumfonto povas konsistigi 50% ĝis 60% de la totala operacia energikonsumo de la plantfabriko.Kvankam LED povas ŝpari 50% energion kompare kun fluoreskaj lampoj, ankoraŭ ekzistas la potencialo kaj neceso de esplorado pri energiŝparo kaj konsumredukto.

1.2.2 Plurtavola tridimensia kultiva teknologio kaj ekipaĵo

La tavola breĉo de la plurtavola tridimensia kultivado estas reduktita ĉar la LED anstataŭas la fluoreskan lampon, kio plibonigas la tridimensian spacan utiligan efikecon de la plantokultivado.Estas multaj studoj pri la dezajno de la fundo de la kultiva lito.La levitaj strioj estas dizajnitaj por generi turbulan fluon, kiu povas helpi al plantradikoj sorbi nutraĵojn en la nutra solvo egale kaj pliigi la koncentriĝon de dissolvita oksigeno.Uzante la kolonigan tabulo, estas du koloniigmetodoj, tio estas, la plastaj koloniaj tasoj de malsamaj grandecoj aŭ la sponga perimetra koloniiga reĝimo.Aperis glitebla kultiva litosistemo, kaj la planttabulo kaj la plantoj sur ĝi povas esti mane puŝitaj de unu fino al la alia, realigante la produktadreĝimon de plantado ĉe unu fino de la kultiva lito kaj rikoltado ĉe la alia fino.Nuntempe, diversaj tridimensiaj plurtavolaj sengrundaj kulturaj teknologioj kaj ekipaĵoj bazitaj sur nutra likva filmteknologio kaj profunda likva flua teknologio estis evoluigitaj, kaj la teknologio kaj ekipaĵo por substrata kultivado de fragoj, aerosolkultivado de foliaj legomoj kaj floroj. ekestis.La menciita teknologio evoluis rapide.

1.2.3 Nutra solvo cirkulada teknologio kaj ekipaĵo

Post kiam la nutra solvo estas uzata dum tempodaŭro, necesas aldoni akvon kaj mineralajn elementojn.Ĝenerale, la kvanto de nove preta nutra solvaĵo kaj la kvanto de acidbaza solvaĵo estas determinitaj per mezurado de EC kaj pH.Grandaj eroj de sedimento aŭ radika eksfoliado en la nutra solvaĵo devas esti forigitaj per filtrilo.Radikaj ekssudaĵoj en la nutra solvaĵo povas esti forigitaj per fotokatalizaj metodoj por eviti kontinuajn kultivajn malhelpojn en hidroponiko, sed ekzistas certaj riskoj en nutra havebleco.

1.2.4 Teknologio kaj ekipaĵo pri medikontrolo

La aerpureco de la produktadspaco estas unu el la gravaj indikiloj de la aerkvalito de la plantfabriko.La aerpureco (indikiloj de suspenditaj partikloj kaj instalitaj bakterioj) en la produktadspaco de la plantfabriko sub dinamikaj kondiĉoj devus esti kontrolita al nivelo super 100,000.Materiala desinfekta enigo, envenanta personara aerduŝa traktado kaj freŝa aero cirkulada aerpuriga sistemo (aera filtra sistemo) estas ĉiuj bazaj sekurigiloj.La temperaturo kaj humideco, CO2-koncentriĝo kaj aerflua rapido de la aero en la produktadspaco estas alia grava enhavo de aerkvalita kontrolo.Laŭ raportoj, agordo de ekipaĵoj kiel aermiksaĵaj skatoloj, aertuboj, aeraj enirejoj kaj aeraj elirejoj povas egale kontroli la temperaturon kaj humidon, CO2-koncentriĝon kaj aerfluan rapidon en la produktadspaco, por atingi altan spacan unuformecon kaj renkonti plantajn bezonojn. en malsamaj spacaj lokoj.La sistemo de kontrolo de temperaturo, humideco kaj koncentriĝo de CO2 kaj la sistemo de freŝa aero estas organike integritaj en la cirkulantan aersistemon.La tri sistemoj bezonas kunhavigi la aerkonduktilon, aeran enirejon kaj aerelirejon, kaj provizi potencon per la ventumilo por realigi la cirkuladon de aerfluo, filtrado kaj desinfektado, kaj ĝisdatigi kaj unuformecon de aerkvalito.Ĝi certigas, ke la plantproduktado en la plantfabriko estas libera de plagoj kaj malsanoj, kaj ne necesas aplikado de pesticidoj.Samtempe, la unuformeco de la temperaturo, humideco, aerfluo kaj CO2-koncentriĝo de la kreskmedio-elementoj en la kanopeo estas garantiita por renkonti la bezonojn de plantkresko.

2. Disvolva Statuso de Plant Factory Industry

2.1 Status quo de eksterlanda plantfabrika industrio

En Japanio, la esploro kaj disvolviĝo kaj industriiĝo de artefaritaj lumplantaj fabrikoj estas relative rapidaj, kaj ili estas ĉe la gvida nivelo.En 2010, la japana registaro lanĉis 50 miliardojn da enoj por subteni teĥnikan esploradon kaj disvolviĝon kaj industrian pruvon.Ok institucioj inkluzive de Ĉiba Universitato kaj Japan Plant Factory Research Association partoprenis.Japan Future Company entreprenis kaj funkciigis la unuan industriigan pruvprojekton de plantfabriko kun ĉiutaga produktado de 3,000 plantoj.En 2012, la produktokosto de la plantfabriko estis 700 enoj/kg.En 2014, moderna fabrik-fabriko en Taga Castle, Miyagi Prefecture estis kompletigita, iĝante la unua LED-fabrikfabriko de la monda kun ĉiutaga produktado de 10,000 plantoj.Ekde 2016, LED-fabrikaj fabrikoj eniris la rapidan vojon de industriiĝo en Japanio, kaj ebenaj aŭ profitaj entreprenoj aperis unu post la alia.En 2018 aperis unu post alia grandskalaj plantfabrikoj kun ĉiutaga produktadkapablo de 50 000 ĝis 100 000 plantoj, kaj la tutmondaj plantfabrikoj disvolviĝis al grandskala, profesia kaj inteligenta disvolviĝo.Samtempe, Tokyo Electric Power, Okinawa Electric Power kaj aliaj kampoj komencis investi en plantfabrikoj.En 2020, la merkatparto de laktuko produktita de japanaj plantfabrikoj okupas ĉirkaŭ 10% de la tuta merkato de laktuko.Inter la pli ol 250 fabrikoj de artefaritaj lumspecaj plantoj nuntempe en funkciado, 20% estas en perdfazo, 50% estas en la ebena nivelo, kaj 30% estas en enspeziga stadio, engaĝante kultivitajn plantospecojn kiel ekzemple. laktuko, herboj kaj plantidoj.

Nederlando estas vera monda gvidanto en la kampo de kombinita aplika teknologio de suna lumo kaj artefarita lumo por plantofabriko, kun alta grado de mekanizado, aŭtomatigo, inteligenteco kaj senhomado, kaj nun eksportis plenan aron da teknologioj kaj ekipaĵoj tiel fortaj. produktoj al Mezoriento, Afriko, Ĉinio kaj aliaj landoj.Amerika AeroFarms-bieno situas en Newark, Nov-Ĵerzejo, Usono, kun areo de 6500 m2.Ĝi ĉefe kultivas legomojn kaj spicojn, kaj la produktado estas ĉirkaŭ 900 t/jare.

Vertikala terkultivado en AeroFarms

La vertikala agrikultura plantfabriko de Plenty Company en Usono adoptas LED-lumadon kaj vertikalan plantan kadron kun alteco de 6 m.Plantoj kreskas de la flankoj de la plantistoj.Depende de gravita akvumado, ĉi tiu metodo de plantado ne postulas pliajn pumpilojn kaj estas pli akvoefika ol konvencia terkultivado.Plenty asertas, ke lia bieno produktas 350 fojojn la produktadon de konvencia bieno dum uzante nur 1% de la akvo.

Vertikala agrikultura plantfabriko, Plenty Company

2.2 Statuso-fabrikfabrika industrio en Ĉinio

En 2009, la unua fabriko-fabriko en Ĉinio kun inteligenta kontrolo kiel la kerno estis konstruita kaj ekfunkciigita en Changchun Agricultural Expo Park.La konstrua areo estas 200 m2, kaj la mediaj faktoroj kiel temperaturo, humideco, lumo, CO2 kaj nutra solvkoncentriĝo de la plantfabriko povas esti aŭtomate monitoritaj en reala tempo por realigi inteligentan administradon.

En 2010, la Fabriko de Tongzhou konstruis en Pekino.La ĉefa strukturo adoptas unutavolan malpezan ŝtalan strukturon kun totala konstrua areo de 1289 m2.Ĝi estas formita kiel aviadilŝipo, simbolante la ĉinan agrikulturon, kiu gvidas la velon al la plej altnivela teknologio de moderna agrikulturo.La aŭtomata ekipaĵo por iuj operacioj de foliproduktado de legomoj estis evoluigita, kio plibonigis la produktadaŭtomatnivelon kaj produktan efikecon de la plantfabriko.La plantfabriko adoptas teran fontan varmopumpilan sistemon kaj sunenergian generan sistemon, kiu pli bone solvas la problemon de altaj operaciaj kostoj por la plantfabriko.

Interna kaj ekstera vido de Tongzhou Plant Factory

En 2013, multaj agrikulturaj kompanioj estis establitaj en Yangling Agricultural High-tech Demonstration Zone, Shaanxi Province.La plej multaj el la plantfabrikaj projektoj en konstruo kaj funkciado situas en agrikulturaj altteknologiaj pruvparkoj, kiuj estas ĉefe uzataj por popularsciencaj manifestacioj kaj libertempaj vizitoj.Pro iliaj funkciaj limigoj, estas malfacile por ĉi tiuj popularsciencaj plantfabrikoj atingi la altan rendimenton kaj altan efikecon postulataj de industriigo, kaj estos malfacile por ili fariĝi la ĉefa formo de industriigo en la estonteco.

En 2015, grava fabrikanto de LED-blatoj en Ĉinio kunlaboris kun la Instituto de Botaniko de la Ĉina Akademio de Sciencoj por kune iniciati la starigon de plantfabrika kompanio.Ĝi transiris de la optoelektronika industrio al la "fotobiologia" industrio, kaj fariĝis precedenco por ĉinaj LED-fabrikistoj investi en la konstruado de plantfabrikoj en industriigo.Ĝia Uzino-Fabriko kompromitas fari industrian investon en emerĝanta fotobiologio, kiu integras sciencan esploradon, produktadon, pruvon, kovadon kaj aliajn funkciojn, kun registrita kapitalo de 100 milionoj da juanoj.En junio 2016, ĉi tiu Fabriko de Plantoj kun 3-etaĝa konstruaĵo kovranta areon de 3 000 m2 kaj kultiva areo de pli ol 10 000 m2 estis finkonstruita kaj ekfunkciigita.Ĝis majo 2017, la ĉiutaga produktadskalo estos 1 500 kg da foliaj legomoj, ekvivalenta al 15 000 laktukoj tage.

Vidoj de ĉi tiu kompanio

3. Problemoj kaj kontraŭrimedoj alfrontantaj la disvolviĝon de plantfabrikoj

3.1 Problemoj

3.1.1 Alta konstrukosto

Plantfabrikoj bezonas produkti kultivaĵojn en fermita medio.Tial necesas konstrui subtenajn projektojn kaj ekipaĵojn inkluzive de eksteraj prizorgaj strukturoj, klimatiziloj, artefaritaj lumfontoj, plurtavolaj kultivaj sistemoj, nutra solvcirkulado kaj komputilaj kontrolsistemoj.La konstrukosto estas relative alta.

3.1.2 Alta operacia kosto

La plej multaj el la lumfontoj postulataj de plantfabrikoj venas de LED-lumoj, kiuj konsumas multe da elektro dum ili provizas respondajn spektrojn por la kresko de malsamaj kultivaĵoj.Ekipaĵo kiel klimatizilo, ventolado kaj akvopumpiloj en la produktada procezo de plantfabrikoj ankaŭ konsumas elektron, do elektrofakturoj estas grandega elspezo.Laŭ statistiko, inter la produktkostoj de plantfabrikoj, elektrokostoj konsistigas 29%, laborkostoj konsistigas 26%, fiksvalora depreco konsistigas 23%, pakado kaj transportado konsistigas 12%, kaj produktadmaterialoj konsistigas 10%.

Rompiĝo de produktadkosto por plantfabriko

3.1.3 Malalta nivelo de aŭtomatigo

La nuntempe aplikata plantfabriko havas malaltan nivelon de aŭtomatigo, kaj procezoj kiel plantidoj, transplantado, kampa plantado kaj rikolto daŭre postulas manajn operaciojn, rezultigante altajn laborkostojn.

3.1.4 Limigitaj varioj de kultivaĵoj kultiveblaj

Nuntempe, la specoj de kultivaĵoj taŭgaj por plantfabrikoj estas tre limigitaj, ĉefe verdaj foliaj legomoj, kiuj kreskas rapide, facile akceptas artefaritajn lumfontojn kaj havas malaltan kanopeon.Grandskala plantado ne povas esti farita por kompleksaj plantaj postuloj (kiel kultivaĵoj, kiuj devas esti polenitaj, ktp.).

3.2 Disvolva Strategio

Konsiderante la problemojn alfrontatajn de la plantfabrika industrio, necesas fari esploradon el diversaj aspektoj kiel teknologio kaj funkciado.Responde al la nunaj problemoj, la kontraŭrimedoj estas jenaj.

(1) Plifortigi la esploradon pri inteligenta teknologio de plantfabrikoj kaj plibonigi la nivelon de intensa kaj rafinita administrado.La disvolviĝo de inteligenta administrado kaj kontrolsistemo helpas atingi intensan kaj rafinitan administradon de plantfabrikoj, kio povas multe redukti laborkostojn kaj ŝpari laboron.

(2) Disvolvu intensan kaj efikan plantfabrikan teknikan ekipaĵon por atingi ĉiujaran altkvalitan kaj altkvalitan.La disvolvo de alt-efikecaj kultivaj instalaĵoj kaj ekipaĵoj, energiŝpara lumteknologio kaj ekipaĵo, ktp., por plibonigi la inteligentan nivelon de plantfabrikoj, estas favora al la realigo de jara alt-efikeca produktado.

(3) Faru esploradon pri industria kultiva teknologio por altvaloraj plantoj kiel kuracherboj, sanaj plantoj kaj maloftaj legomoj, pliigi la specojn de kultivaĵoj kultivataj en plantfabrikoj, plilarĝigi profitkanalojn kaj plibonigi la deirpunkton de profito. .

(4) Fari esploradon pri plantfabrikoj por hejma kaj komerca uzo, riĉigi la specojn de plantfabrikoj kaj atingi kontinuan profiton kun diversaj funkcioj.

4. Evolua Tendenco kaj Perspektivo de Planto-Fabriko

4.1 Tendenco pri Teknologia Disvolviĝo

4.1.1 Plenproceza intelektigo

Surbaze de la maŝinarta fuzio kaj preventa mekanismo de la kultivaĵ-robota sistemo, altrapida fleksebla kaj nedetrua plantado kaj rikoltado de finaj efikoj, distribuita multdimensia spaco preciza poziciigado kaj multmodala multmaŝina kunlabora kontrolmetodoj, kaj senhoma, efika kaj nedetrua semado en altkreskaj plantfabrikoj -Inteligentaj robotoj kaj subtenaj ekipaĵoj kiel plantado-rikoltado-pakado estu kreitaj, tiel realigante la senpilotan funkciadon de la tuta procezo.

4.1.2 Pli inteligenta kontrolo de produktado

Surbaze de la respondmekanismo de kresko kaj disvolviĝo de kultivaĵoj al malpeza radiado, temperaturo, humideco, CO2-koncentriĝo, nutra koncentriĝo de nutra solvaĵo kaj EC, oni devas konstrui kvantan modelon de rikolto-media reagoj.Strategia kernmodelo devus esti establita por dinamike analizi foliajn vegetaĵajn vivinformojn kaj produktadmedio-parametrojn.La interreta dinamika identiga diagnozo kaj proceza kontrolsistemo de la medio ankaŭ devus esti establitaj.Oni devas krei multmaŝinan kunlaboran artefaritan inteligentecan decidsistemon por la tuta produktadprocezo de altvoluma vertikala agrikultura fabriko.

4.1.3 Malalta karbonproduktado kaj energiŝparo

Establi sistemon pri administrado de energio, kiu uzas renoviĝantajn energifontojn kiel sunan kaj venton por kompletigi potenco-transsendon kaj kontrolante energikonsumon por atingi optimumajn energiadministrajn celojn.Kaptado kaj reuzo de CO2-emisioj por helpi kultivaĵojn.

4.1.3 Alta valoro de altkvalitaj varioj

Realigeblaj strategioj devas esti prenitaj por bredi malsamajn altvalorajn variaĵojn por plantado de eksperimentoj, konstrui datumbazon de fakuloj pri kultivado de teknologio, fari esploradon pri kultivadteknologio, denselektado, stopla aranĝo, vario kaj ekipaĵo adaptiĝo, kaj formi normajn kultivadajn teknikajn specifojn.

4.2 Perspektivoj de disvolviĝo de industrio

Plantfabrikoj povas forigi la limojn de resursoj kaj la medio, realigi la industriigitan produktadon de agrikulturo kaj altiri la novan generacion de laborforto por okupiĝi pri agrikultura produktado.La ŝlosila teknologia novigo kaj industriigo de la fabrikaj fabrikoj de Ĉinio fariĝas mondgvidanto.Kun la akcelita aplikado de LED-lumfonto, ciferecigo, aŭtomatigo kaj inteligentaj teknologioj en la kampo de plantfabrikoj, plantfabrikoj altiros pli da kapitalinvesto, talentokolektado kaj la uzo de pli da nova energio, novaj materialoj kaj novaj ekipaĵoj.Tiamaniere, la profunda integriĝo de informa teknologio kaj instalaĵoj kaj ekipaĵoj povas esti realigita, la inteligenta kaj senpilota nivelo de instalaĵoj kaj ekipaĵo povas esti plibonigita, la kontinua redukto de sistema energikonsumo kaj operaciaj kostoj per kontinua novigado, kaj la laŭgrada. kultivado de specialigitaj merkatoj, inteligentaj plantfabrikoj enkondukos oran periodon de disvolviĝo.

Laŭ raportoj pri merkatesplorado, la tutmonda vertikala agrikultura merkata grandeco en 2020 estas nur 2,9 miliardoj da usonaj dolaroj, kaj estas atendite, ke ĝis 2025, la tutmonda vertikala agrikultura merkato atingos 30 miliardojn da usonaj dolaroj.Resume, plantfabrikoj havas larĝajn aplikajn perspektivojn kaj disvolvan spacon.

Aŭtoro: Zengchan Zhou, Weidong, ktp

Citaĵoj:Nuna Situacio kaj Perspektivoj de Plant Factory Industry Development [J].Agricultural Engineering Technology, 2022, 42 (1): 18-23.de Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, et al.