Abstrakt: Yn 'e ôfrûne jierren, mei de trochgeande ferkenning fan moderne agraryske technology, hat de plant fabryk yndustry ek rap ûntwikkele.Dit papier yntrodusearret de status quo, besteande problemen en ûntwikkeling tsjinmaatregels fan plant fabryk technology en yndustry ûntwikkeling, en sjocht út nei de ûntwikkeling trend en foarútsjoch fan plant fabriken yn 'e takomst.

1. Aktuele status fan technologyûntwikkeling yn plantfabriken yn Sina en yn it bûtenlân

1.1 De status quo fan bûtenlânske technologyûntwikkeling

Sûnt de 21e ieu, it ûndersyk fan plant fabriken hat benammen rjochte op it ferbetterjen fan ljocht effisjinsje, it meitsjen fan multi-laach trijediminsjonale teelt systeem apparatuer, en it ûndersyk en ûntwikkeling fan yntelliginte behear en kontrôle.Yn 'e 21e ieu hat de ynnovaasje fan agraryske LED-ljochtboarnen foarútgong makke, wichtige technyske stipe foar it tapassen fan LED-enerzjybesparjende ljochtboarnen yn plantfabriken.Chiba University yn Japan hat in oantal ynnovaasjes makke yn heech-effisjinsje ljochtboarnen, enerzjybesparjende miljeukontrôle, en kultivaasjetechniken.Wageningen University yn Nederlân brûkt gewaaks-omjouwingssimulaasje en dynamyske optimisaasjetechnology om in yntelligint apparatuersysteem foar plantfabriken te ûntwikkeljen, dat de bedriuwskosten sterk ferleget en de arbeidsproduktiviteit signifikant ferbettert.

Yn 'e ôfrûne jierren hawwe plantfabriken stadichoan de semy-automatisearring fan produksjeprosessen realisearre fan sied, groei fan seedlings, transplantearjen en rispjen.Japan, Nederlân en de Feriene Steaten steane op 'e foargrûn, mei in hege graad fan meganisaasje, automatisearring en yntelliginsje, en ûntwikkelje yn 'e rjochting fan fertikale lânbou en ûnbemanne operaasje.

1.2 Status fan technologyûntwikkeling yn Sina

1.2.1 Spesjalisearre LED ljocht boarne en enerzjybesparjende applikaasje technology apparatuer foar keunstmjittich ljocht yn plant fabryk

Spesjale reade en blauwe LED-ljochtboarnen foar de produksje fan ferskate plantsoarten yn plantfabriken binne ien nei de oare ûntwikkele.De krêft rint fan 30 oant 300 W, en de bestralingsljochtintensiteit is 80 oant 500 μmol / (m2•s), wat in ljochtintensiteit kin leverje mei in passend drompelberik, ljochtkwaliteitsparameters, om it effekt fan hege effisjinsje te berikken. enerzjybesparring en oanpasse oan 'e behoeften fan plantgroei en ferljochting.Yn termen fan behear fan ljochtboarne waarmte-dissipaasje is it aktive waarmte-dissipaasje-ûntwerp fan 'e ljochtboarne-fan ynfierd, wat it ljochtferfalsnivo fan' e ljochtboarne ferminderet en it libben fan 'e ljochtboarne garandearret.Derneist wurdt in metoade foarsteld om de waarmte fan LED-ljochtboarne te ferminderjen troch fiedingsoplossing of wettersirkulaasje.Yn termen fan ljochtboarne romtebehear, neffens de evolúsjewet fan plantgrutte yn it seedlingsstadium en letter stadium, troch it fertikale romtebewegingsbehear fan LED-ljochtboarne, kin de plantdoarp op tichtby ôfstân wurde ferljochte en it enerzjybesparjende doel is berikt.Op it stuit kin it enerzjyferbrûk fan keunstmjittige ljochtfabrykfabryk ljochtboarne 50% oant 60% fan 'e totale enerzjyferbrûk fan' e plantfabryk útmeitsje.Hoewol LED kin 50% enerzjy besparje yn ferliking mei fluorescent lampen, is d'r noch it potinsjeel en needsaak fan ûndersyk nei enerzjybesparring en fermindering fan konsumpsje.

1.2.2 Multi-laach trijediminsjonale teelt technology en apparatuer

De laach gap fan de mear-laach trijediminsjonale teelt wurdt fermindere omdat de LED ferfangt de fluorescent lamp, dy't ferbettert de trijediminsjonale romte benutten effisjinsje fan de plant teelt.Der binne in protte stúdzjes oer it ûntwerp fan 'e boaiem fan' e kultivaasjebêd.De ferhege strepen binne ûntworpen om turbulinte streaming te generearjen, dy't plantwurzels kinne helpe om fiedingsstoffen yn 'e fiedingsoplossing gelijkmatig op te nimmen en de konsintraasje fan oploste soerstof te ferheegjen.Mei help fan de kolonisaasje board, der binne twa kolonisaasje metoaden, dat is, de plestik kolonisaasje cups fan ferskillende maten of de spons perimeter kolonisaasje modus.In skúfber kweekbêdsysteem is ferskynd, en it plantingsboerd en de planten dêrop kinne mei de hân fan 'e iene ein nei de oare drukke wurde, en realisearje de produksjemodus fan planten oan' e iene ein fan 'e kultivaasjebêd en rispinge oan' e oare ein.Op it stuit binne in ferskaat oan trijediminsjonale multi-laach soilless kultuer technology en apparatuer basearre op fiedingsstoffen floeibere film technology en djippe floeistof flow technology binne ûntwikkele, en de technology en apparatuer foar substraat teelt fan aardbeien, aerosol teelt fan leafy grienten en blommen opkommen binne.De neamde technology hat him rap ûntwikkele.

1.2.3 Nutriënt oplossing sirkulaasje technology en apparatuer

Nei't de fiedingsoplossing foar in perioade brûkt is, is it nedich om wetter en minerale eleminten ta te foegjen.Yn 't algemien wurde de hoemannichte nij tariede fiedingsoplossing en de hoemannichte soere-base-oplossing bepaald troch EC en pH te mjitten.Grutte dieltsjes fan sedimint of woartelpeeling yn 'e fiedingsoplossing moatte wurde fuortsmiten troch in filter.Root-ekssudaten yn 'e fiedingsoplossing kinne wurde fuortsmiten troch fotokatalytyske metoaden om kontinuze obstakels te foarkommen yn hydroponika, mar d'r binne bepaalde risiko's yn beskikberens fan fiedingsstoffen.

1.2.4 Miljeu kontrôle technology en apparatuer

De loftreinens fan 'e produksjeromte is ien fan' e wichtige yndikatoaren fan 'e loftkwaliteit fan' e plantfabryk.De luchtreinigens (yndikatoaren fan suspende dieltsjes en fêstige baktearjes) yn 'e produksjeromte fan' e plantfabryk ûnder dynamyske omstannichheden moatte wurde kontrolearre oant in nivo boppe 100.000.Materiaal desinfeksje-ynput, behanneling fan ynkommende personielluchtdûs, en luchtreinigingssysteem foar frisse luchtsirkulaasje (luchtfiltraasjesysteem) binne allegear basisfeiligens.De temperatuer en fochtigens, CO2-konsintraasje en luchtstreamsnelheid fan 'e loft yn' e produksjeromte binne in oare wichtige ynhâld fan kontrôle fan loftkwaliteit.Neffens rapporten kin it opsetten fan apparatuer lykas luchtmixdoazen, luchtkanalen, luchtynlûken en luchtútlaten de temperatuer en fochtigens, CO2-konsintraasje en luchtstreamsnelheid yn 'e produksjeromte evenredig kontrolearje, om sa hege romtlike uniformiteit te berikken en te foldwaan oan plantbehoeften op ferskate romtlike lokaasjes.It kontrôlesysteem foar temperatuer, fochtigens en CO2-konsintraasje en it frisse luchtsysteem binne organysk yntegreare yn it sirkulearjende luchtsysteem.De trije systemen moatte diele de lucht duct, lucht ynlaat en lucht outlet, en leverje macht troch de fan te realisearje de sirkulaasje fan lucht stream, filtraasje en desinfeksje, en update en uniformiteit fan lucht kwaliteit.It soarget derfoar dat de plantproduksje yn it plantfabryk frij is fan pleagen en sykten, en der is gjin tapassing fan pestisiden nedich.Tagelyk wurdt de uniformiteit fan 'e temperatuer, fochtigens, luchtstream en CO2-konsintraasje fan' e eleminten fan groeiomjouwing yn 'e baldak garandearre om te foldwaan oan' e behoeften fan plantgroei.

2. Untwikkeling Status fan Plant Factory Industry

2.1 Status quo fan bûtenlânske plant fabryk yndustry

Yn Japan binne it ûndersyk en ûntwikkeling en yndustrialisaasje fan fabriken foar keunstmjittige ljochtplanten relatyf fluch, en se binne op it liedende nivo.Yn 2010 lansearre de Japanske regearing 50 miljard yen om technologyûndersyk en ûntwikkeling en yndustriële demonstraasje te stypjen.Acht ynstellingen ynklusyf Chiba University en Japan Plant Factory Research Association diene mei.Japan Future Company ûndernaam en eksploitearre it earste yndustrialisaasje-demonstraasjeprojekt fan in plantfabryk mei in deistige útfier fan 3.000 planten.Yn 2012 wiene de produksjekosten fan 'e plantfabryk 700 yen / kg.Yn 2014, moderne fabryk plant fabryk yn Taga Castle, Miyagi Prefecture waard foltôge, wurden de wrâld syn earste LED plant fabryk mei in deistige útfier fan 10.000 planten.Sûnt 2016 binne LED-plantfabriken yn 'e snelle baan fan yndustrialisaasje yn Japan ynfierd, en break-even as profitable bedriuwen binne ien nei de oare ûntstien.Yn 2018 ferskynden grutskalige plantfabriken mei in deistige produksjekapasiteit fan 50.000 oant 100.000 planten ien nei de oare, en de wrâldwide plantfabriken ûntwikkelen nei grutskalige, profesjonele en yntelliginte ûntwikkeling.Tagelyk begon Tokyo Electric Power, Okinawa Electric Power en oare fjilden te ynvestearjen yn plantfabriken.Yn 2020 sil it merkoandiel fan sla produsearre troch Japanske plantfabriken sawat 10% útmeitsje fan 'e heule slamerk.Under de mear as 250 keunstmjittige ljocht-type plant fabriken op it stuit yn wurking, 20% binne yn in ferlies-meitsjende faze, 50% is op it break-even nivo, en 30% binne yn in rendabel stadium, wêrby't kultivearre plant soarten lykas sla, krûden en seedlings.

Nederlân is in echte wrâldlieder op it mêd fan kombineare applikaasjetechnology fan sinneljocht en keunstmjittich ljocht foar plantfabryk, mei in hege graad fan meganisaasje, automatisearring, yntelliginsje en ûnbemanning, en hat no in folsleine set technologyen en apparatuer eksporteare as sterk produkten nei it Midden-Easten, Afrika, Sina en oare lannen.American AeroFarms pleats leit yn Newark, New Jersey, Feriene Steaten, mei in oerflak fan 6500 m2.It groeit benammen grienten en krûden, en de útfier is sa'n 900 t / jier.

Fertikale lânbou yn AeroFarms

It fertikale lânboufabrykfabryk fan Plenty Company yn 'e Feriene Steaten nimt LED-ferljochting en in fertikale plantframe mei in hichte fan 6 m oan.Planten groeie fan 'e kanten fan' e planten.Fertrouwe op swiertekrêftwettering, dizze metoade fan planten fereasket gjin ekstra pompen en is wettereffisjinter dan konvinsjonele lânbou.Plenty beweart dat syn pleats 350 kear de output produsearret fan in konvinsjonele pleats, wylst hy mar 1% fan it wetter brûkt.

Fertikale lânboufabryk, Plenty Company

2.2 Status plant fabryk yndustry yn Sina

Yn 2009, de earste produksje plant fabryk yn Sina mei yntelliginte kontrôle as de kearn waard boud en yn wurking yn Changchun Agricultural Expo Park.It gebou gebiet is 200 m2, en de miljeu faktoaren lykas temperatuer, vochtigheid, ljocht, CO2 en fiedingsstoffen oplossing konsintraasje fan de plant fabryk kin automatysk kontrolearre yn real time te realisearjen yntelligint behear.

Yn 2010, de Tongzhou Plant Factory boud yn Peking.De haadstruktuer nimt in single-layer ljocht stielstruktuer oan mei in totale bougebiet fan 1289 m2.It hat de foarm as in fleanmasine, symbolisearret de Sineeske lânbou dy't de lieding nimt yn it farren nei de meast avansearre technology fan moderne lânbou.De automatyske apparatuer foar guon operaasjes fan blêdgroenteproduksje is ûntwikkele, wat it produksjeautomatisaasjenivo en produksje-effisjinsje fan 'e plantfabryk hat ferbettere.De plant fabryk oannimt in grûn boarne waarmtepomp systeem en in sinne-enerzjy generaasje systeem, dat better oplost it probleem fan hege bedriuwsfieringskosten foar de plant fabryk.

Binnen en bûten werjefte fan Tongzhou Plant Factory

Yn 2013, in protte agraryske technology bedriuwen waard oprjochte yn Yangling Agricultural High-tech Demonstraasje Zone, Shaanxi Provinsje.De measte fan 'e plantfabrykprojekten yn oanbou en eksploitaasje lizze yn agraryske high-tech demonstraasjeparken, dy't benammen wurde brûkt foar populêre wittenskiplike demonstraasjes en sightseeing foar frije tiid.Fanwegen har funksjonele beheiningen is it lestich foar dizze populêre wittenskiplike plantfabriken om de hege opbringst en hege effisjinsje te berikken dy't nedich binne troch yndustrialisaasje, en it sil lestich wêze foar har om yn 'e takomst de mainstreamfoarm fan yndustrialisaasje te wurden.

Yn 2015 wurke in grutte LED-chipfabrikant yn Sina gear mei it Institute of Botany fan 'e Sineeske Akademy fan Wittenskippen om tegearre de oprjochting fan in plantfabrykbedriuw te begjinnen.It is oerstutsen fan 'e opto-elektroanyske yndustry nei de "fotobiologyske" yndustry, en is in presidint wurden foar Sineeske LED-fabrikanten om te ynvestearjen yn 'e bou fan plantfabriken yn yndustrialisaasje.Syn Plant Factory set har yn foar it meitsjen fan yndustriële ynvestearring yn opkommende fotobiology, dy't wittenskiplik ûndersyk, produksje, demonstraasje, ynkubaasje en oare funksjes yntegreart, mei in registrearre haadstêd fan 100 miljoen yuan.Yn juny 2016 is dizze Plantefabryk mei in gebou fan 3 boulagen mei in oerflak fan 3.000 m2 en in teeltgebiet fan mear as 10.000 m2 klear en yn gebrûk nommen.Tsjin maaie 2017 sil de deistige produksjeskaal 1.500 kg blêdgriente wêze, lykweardich oan 15.000 slaplanten per dei.

Views fan dit bedriuw

3. Problemen en tsjinmaatregels foar de ûntwikkeling fan plantfabriken

3.1 Problemen

3.1.1 Hege boukosten

Plantefabriken moatte gewaaksen produsearje yn in sletten omjouwing.Dêrom is it needsaaklik om stypjende projekten en apparatuer te bouwen, ynklusyf eksterne ûnderhâldsstruktueren, airconditioningsystemen, keunstmjittige ljochtboarnen, multi-laach teeltsystemen, sirkulaasje fan fiedingsoplossingen, en kompjûterkontrôlesystemen.De boukosten binne relatyf heech.

3.1.2 Hege operaasje kosten

De measte ljochtboarnen dy't nedich binne troch plantfabriken komme fan LED-ljochten, dy't in protte elektrisiteit konsumearje, wylst se oerienkommende spektrums leverje foar de groei fan ferskate gewaaksen.Apparatuer lykas airconditioning, fentilaasje en wetterpompen yn it produksjeproses fan plantfabriken konsumearje ek elektrisiteit, sadat elektrisiteitsrekken in enoarme útjefte binne.Neffens statistiken, ûnder de produksjekosten fan plantfabriken, de elektrisiteitskosten binne goed foar 29%, arbeidskosten foar 26%, ôfskriuwing fan fêste aktiva foar 23%, ferpakking en ferfier foar 12%, en produksjematerialen foar 10%.

Ferdieling fan produksjekosten foar plantfabryk

3.1.3 Leech nivo fan automatisearring

It op it stuit tapaste plantfabryk hat in leech nivo fan automatisearring, en prosessen lykas seedling, oerplanting, fjildplanting en rispinge fereaskje noch hânmjittige operaasjes, wat resulteart yn hege arbeidskosten.

3.1.4 Beheinde farianten fan gewaaksen dy't kinne wurde ferboud

Op it stuit binne de soarten gewaaksen dy't geskikt binne foar plantfabriken heul beheind, benammen griene blêdgrienten dy't rap groeie, maklik keunstmjittige ljochtboarnen akseptearje en in leech kap hawwe.Grutskalige beplanting kin net útfierd wurde foar komplekse planteneasken (lykas gewaaksen dy't bestowe wurde moatte, ensfh.).

3.2 Untwikkelingsstrategy

Mei it each op de problemen fan 'e plantfabryksindustry is it needsaaklik om ûndersyk út te fieren fan ferskate aspekten lykas technology en operaasje.As antwurd op de hjoeddeiske problemen binne de tsjinmaatregels as folget.

(1) Fersterkje it ûndersyk nei yntelliginte technology fan plantfabriken en ferbetterje it nivo fan yntinsyf en ferfine behear.De ûntwikkeling fan in yntelligint behear- en kontrôlesysteem helpt om yntinsyf en ferfine behear fan plantfabriken te berikken, dy't de arbeidskosten sterk kinne ferminderje en arbeid besparje.

(2) Untwikkelje yntinsive en effisjinte technyske apparatuer foar plantfabryk om jierlikse hege kwaliteit en hege opbringst te berikken.De ûntwikkeling fan hege effisjinsje teeltfoarsjenningen en apparatuer, enerzjybesparjende ljochttechnology en apparatuer, ensfh., Om it yntelliginte nivo fan plantfabriken te ferbetterjen, is befoarderlik foar it realisearjen fan jierlikse hege-effisjinsjeproduksje.

(3) Undersyk útfiere nei yndustriële teelttechnology foar planten mei hege wearde, lykas genêskrêftige planten, sûnenssoarchplanten en seldsume grienten, fergrutsje de soarten gewaaksen kultivearre yn plantfabriken, ferbreedzje winstkanalen, en ferbetterje it begjinpunt fan winst .

(4) Undersyk útfiere nei plantfabriken foar húshâldlik en kommersjeel gebrûk, ferrykje de soarten plantfabriken, en berikke kontinuere profitabiliteit mei ferskate funksjes.

4. Untjouwing Trend en Perspektyf fan Plant Factory

4.1 Technology Development Trend

4.1.1 Folsleine proses yntellektualisaasje

Op grûn fan 'e masine-keunstfúzje en ferliesprevinsjemeganisme fan it gewaaks-robotsysteem, hege snelheid fleksibele en net-destruktive eineffektors foar planten en rispinge, ferspraat multydinsjonele romte krekte posysjonearring en multy-modale multi-masine gearwurkjende kontrôlemetoaden, en ûnbemanne, effisjint en net-destruktyf sieden yn hege plantfabriken -Intelligente robots en stypjende apparatuer lykas planten-ripje-ferpakking moatte wurde makke, sadat de ûnbemanne wurking fan it hiele proses realisearre wurdt.

4.1.2 Meitsje produksjekontrôle tûker

Op grûn fan it antwurdmeganisme fan gewaaksgroei en -ûntwikkeling op ljochtstrieling, temperatuer, fochtigens, CO2-konsintraasje, fiedingskonsintraasje fan fiedingsoplossing, en EC, moat in kwantitatyf model fan gewaaks-omjouwingsfeedback wurde oanlein.In strategysk kearnmodel moat wurde fêststeld om dynamysk te analysearjen fan ynformaasje oer it libben fan blêdgroente en parameters foar produksjeomjouwing.It online dynamyske identifikaasje-diagnoaze en proseskontrôlesysteem fan 'e omjouwing moat ek wurde fêststeld.In multi-masine gearwurkjende keunstmjittige yntelliginsje beslútfoarming systeem foar it hiele produksjeproses fan in hege folume fertikale agraryske fabryk moat wurde makke.

4.1.3 Lege koalstofproduksje en enerzjybesparring

It oprjochtsjen fan in enerzjybehearsysteem dat duorsume enerzjyboarnen brûkt lykas sinne en wyn om enerzjyoerdracht te foltôgjen en enerzjyferbrûk te kontrolearjen om optimale doelen foar enerzjybehear te berikken.CO2-útstjit fangen en opnij brûke om gewaaksproduksje te helpen.

4.1.3 Hege wearde fan premium rassen

Haalbere strategyen moatte wurde nommen om ferskate rassen mei hege wearde tafoege foar it planten fan eksperiminten, it bouwen fan in databank fan teelttechnology-eksperts, ûndersyk dwaan nei teelttechnology, seleksje fan tichtens, stoppelarrangement, ferskaat en oanpassingsfermogen fan apparatuer, en foarmje standert teelt technyske spesifikaasjes.

4.2 Perspektyfen foar ûntwikkeling fan yndustry

Plantenfabriken kinne de beheiningen fan boarnen en it miljeu kwytreitsje, de yndustrialisearre produksje fan lânbou realisearje, en de nije generaasje arbeidskrêft oanlûke om mei te dwaan oan agraryske produksje.De wichtichste technologyske ynnovaasje en yndustrialisaasje fan 'e plantfabriken fan Sina wurdt in wrâldlieder.Mei de fersnelde tapassing fan LED ljocht boarne, digitalisearring, automatisearring, en yntelliginte technologyen op it mêd fan plant fabriken, plant fabriken sille lûke mear kapitaal ynvestearrings, talint sammeljen, en it brûken fan mear nije enerzjy, nije materialen, en nije apparatuer.Op dizze manier kin de yngeande yntegraasje fan ynformaasjetechnology en foarsjenningen en apparatuer realisearre wurde, it yntelliginte en ûnbemanne nivo fan foarsjenningen en apparatuer kin wurde ferbettere, de trochgeande fermindering fan systeemenerzjyferbrûk en bedriuwskosten troch trochgeande ynnovaasje, en de stadichoan teelt fan spesjalisearre merken, yntelliginte plant fabriken sille ushing yn gouden perioade fan ûntwikkeling.

Neffens rapporten fan merkûndersyk is de wrâldwide fertikale lânboumerkgrutte yn 2020 mar US $ 2.9 miljard, en wurdt ferwachte dat troch 2025 de wrâldwide fertikale lânboumerkgrutte US $ 30 miljard sil berikke.Gearfetsjend hawwe plantfabriken brede tapassingsperspektyf en ûntwikkelingsromte.

Auteur: Zengchan Zhou, Weidong, ensfh

Sitaasje ynformaasje:Aktuele situaasje en Perspektyf fan Plant Factory Industry Development [J].Agricultural Engineering Technology, 2022, 42 (1): 18-23.troch Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, et al.