①LED光源在植物工厂中应用的基本要求,主要体现在三个方面,即光谱性能 -- 既要保证植物光合对光质的需求,又要尽可能的减少无效光谱和能源消耗;发光效率--发出的光合有效辐射量与消耗功率之比较高;使用寿命--使用时间长、光衰小、价格相对较低。
②LED光源对植物工厂中所栽培作物生长状况的影响,主要有三个因素,光强--光照的强弱一方面影响光合强度同时还会改变作物的形态,如开花阶段、节间长度、茎秆粗细及叶片大小厚度等;光质 -- 光谱分布对植物光合作用和形态建成都具有重要影响,地球上的植物都是在长期演化过程中不断适应太阳辐射的,不同种类具有不同的光选择吸收特征。光周期—光周期特性与光照时数密切相关,不同的作物完成光周期需要一定的光照时数才能开花结实,相反的也可以通过改变光照时数抑制作物开花结实。
③LED光源对植物工厂建设及使用成本的影响,现阶段植物工厂建设中LED光源成本占建设成本20%-50%,压缩空间较大;使用过程中的安装效率、维修更换频率、节电比率、衰减速度等都会影响实际使用成本。
3.2 未来植物工厂与植物照明技术相结合的发展展望:
LED的性价比在过去数年见有了显著的提高,故基于LED的人工光型植物工厂的产业近年来也有了较快的发展,可以确信和预测的是随着LED性价比的不断提高,基于LED的人工光型植物工厂必将有更广阔的发展空间。植物工厂的迅速崛起也促使植物照明产业向研发型、标准化、产业间密切合作的有利方向前进。
为促进LED人工光植物工厂的高效健康发展,需要解决以下问题:
①植物工厂中人工光源对植物生长影响的持续深入研究。植物光生物学研究的复杂性使得至今光生物学的机理不清楚,尤其是分子生物学领域。首先,植物种类和品种多种多样,光生物学需求十分复杂;其次,植物效应光的波长复杂,涉及很多种典型波段,其单独效应和复合效应需要长期研究;***后也是***复杂的是植物发育、产量和品质指标多样,光调控难度大,单指标和复合指标效应庞杂,这就需要两个行业的密切合作才能推动解决。
②植物工厂专用照明灯具的相关标准制定与推行。相比家居、商场等照明灯具,国内在LED农用特别是植物工厂专用的照明灯具方面仍存在产品杂乱、生产设计不规范、缺乏统一的产品标准和质量管理问题。除了在光质调节、光强方面缺乏科学统一规范外更缺乏对植物工厂高湿环境下防电、防水、耐腐蚀的设计规范要求,部分灯具的使用寿命较短且存在安全隐患。
③科技研发投入及知识产权的保护体系的完善。目前国内生产LED植物照明灯具的企业中生产中低端产品的中小企业比较多,缺乏自主知识产权和系统性研究,这使得LED植物照明产品良莠不齐,产业化和标准化程度低,缺乏市场竞争力,特别是与飞利浦、欧司朗等涉足植物照明领域较早的国际大公司相比差距较大。
四、 总结
据不完全统计,国内植物工厂有100多家,本文只选择了几个笔者相对熟悉的几个典型案例,不代表这些案例更加成功或更有特色。文中介绍的植物工厂案例中,除了喜萃植物工厂,其他几个植物工厂所涉及的数据均为网上公开信息或者由其公司相关负责人员提供。本文的介绍只为让更多的人了解植物工厂及目前发展的情况,难免疏漏。
高端设施农业是现代农业种植的发展趋势,植物工厂正是这种新概念和技术体系的典型代表。它可以通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统,是利用计算机对植物生长的环境条件进行自动控制,是一项颠覆传统农业,使植物生长不受或很少受自然条件制约的省力型生产模式,是农业发展的高级阶段。
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