立体无土栽培技术.pptx

目录定义与分类特征研究现状关键技术优点发展趋势第1页/共41页1 定义与分类特征植物工厂是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。知识与技术密集的集约型农业生产方式，依托于设施园艺、建筑工程、环境控制、材料科学、生物技术、信息学和计算机（网络通讯、人工智能、模拟与控制）等学科的基础上。定义定义第2页/共41页分类第3页/共41页全封闭式，屋顶及墙壁材料人工光源植物在线检测和网络技术营养液水耕栽培无污染生产周年均衡生产费用高，能耗大，成本高，应用面窄种苗生产半封闭式，玻璃/塑料自然光多种环境因子的监测和调控设备水耕栽培和基质栽培易受季节和气候变化的影响叶菜类和茄果类蔬菜同太阳光利用型太阳光/人工光VS人工光：用电少VS太阳光：气候影响少兼具前两种优点人工光利用型人工光利用型太阳光利用型太阳光利用型并用型利用型并用型利用型第4页/共41页共同特征固定的设施计算机和多种传感装置实行自动化、半自动化控制营养液栽培技术产品的数量和质量大幅度提高第5页/共41页2 研究现状发展历史发展历史试验研究阶段（20世纪40年代60年代末）示范应用阶段（20世纪70年代80年代中期）快速发展阶段（20世纪80年代中期至今）第6页/共41页试验研究阶段p研究：20C40S，美国加州帕萨迪纳建立了第一个人工气候室；1957年，世界上第一座植物工厂在丹麦约克里斯顿农场建成；1963年，奥地利的卢斯纳公司建成一座高30m的塔式植物工厂。p特点特点：建设规模小，一般几十m2几百m2；范围窄，限实验室；品种单一，芹菜和沙拉莴苣为主；多人工光利用型，人工气候室。第7页/共41页示范应用阶段p研究：1973年，英国，营养液膜法水培模式；波兰、罗马尼亚等国，10多家；英国，果树植物工厂，利用固体基质；维也纳，太阳光利用型钢价玻璃结构植物工厂，自动化程度相当高；美、日、英、奥、等20多家企业开展研究；国际著名公司，投巨资联手科研机构进行植物工厂的研究。p特点：特点：应用范围广；营养液栽培技术日臻成熟；自动化控制逐渐完善；开发力度加大，示范效果明显第8页/共41页快速发展阶段p研究：20C80S中期，瑞士艾伯森公司，并用型大型植物工厂；美国米德兰都农场，18000m2的植物工厂；加拿大冈本农园，人工光蔬菜工厂，寒冷地区植物工厂的典范；荷兰，计算机应用居世界前列；1985年，日本筑波世博会，三层楼高的塔式人工利用型植物工厂；1989年，成立日本植物工厂学会。p特点特点：发展速度快；涉及到的行业广泛；规模不断扩大；国际学术活动频繁；高科技成果应用广第9页/共41页3 关键技术第10页/共41页3.1 立体无土栽培技术营养液栽培技术水培技术及设施基质栽培及设施喷雾栽培及设施第11页/共41页营养液栽培技术p定义：一种不依赖土壤，而是将植物种植在装有一定量的营养液的栽培装置中，或是在配有营养液的砂、砾石、蛭石等非天然土壤基质材料做成的种质床上的栽培技术。又称无土栽培。第12页/共41页p配方组成：必需营养元素：水和含矿物质元素的化合物，16种必需元素；浓度要求：对大多数作物，总盐分控制在0.4%0.5%；氮素选择：无机态氮（铵态氮和硝态氮）与有机态氮；pH值：5.56.5第13页/共41页水培技术及设施p主要特征：植物的根系生长在营养液中，确切的讲是一部分根系悬挂生长在培养液中，而另一部分根系则裸露在潮湿的空气中。p设施基本功能种子槽能盛装营养液而不渗漏能锚定植株并使根系浸润到营养液营养液和根系处于黑暗之中根系获得足够的氧p设施：种植槽、定植槽、贮液池、营养液循环系统等第14页/共41页p两种类型第15页/共41页基质栽培技术及设施p定义：通过基质支持作物根系并提供一定水分和营养元素的栽培模式p形式：槽培、袋培、岩棉培等p供液方式：滴灌p供液系统：开路系统&闭路系统p对基质要求：具有一定大小的粒径；具有良好的物理特性；具有稳定的化学性状。p设施：种植槽、供液与排液系统、贮液池、自动控制系统等第16页/共41页喷雾栽培技术及设施p定义：利用喷雾装置将营养液雾化直接喷洒射到植物的根系以提供其生长所需的水分和养分的一种营养液栽培技术。p优点：解决了根系的水气矛盾，适宜于叶菜类p设施：种植槽和供液系统（贮液池、水泵、管道、过滤器和喷头等）第17页/共41页3.2 环境调控技术p温度调控p湿度调控p气体调控第18页/共41页温度调控p内外热系统：室外干扰量：室外空气温度、湿度、太阳辐射强度、风速、风向等；室内干扰量：采暖系统、照明及其他设备的散热，作物及栽培床的散热、散湿等遮阳降温非 升 温 材 料蒸 发 冷 却 法冷 水 蓄 热 系 统热水供暖地 上 部 加 热地 下 部 加 温温度高温度高温度低温度低p温度调节第19页/共41页湿度调控作物叶面蒸发小，严重时体内水分过多，导致茎叶增大，影响产量。也容易产生病害。作物叶面蒸发大，严重时导致根部供水不足，作物体内水分减少，细胞缩小，气孔率降低，光合作用产物减少。通风换气降湿热 泵 降 湿加 温 降 湿喷 雾 加 湿湿帘风机降温加 湿 系 统湿度低湿度高相对湿度相对湿度25%25%80%80%第20页/共41页气体调控p通风换气排除多余热量，降低室温排除多余水汽，调节湿度p方式自然通风强制通风负压通风正压通风等压通风p增加增加CO2浓度浓度有利于光合速率的提高提高作物的水分利用率pCO2 肥源肥源酒精酿造工业的副产品碳氢化合物燃烧强酸与碳酸盐化学反应空气分离第21页/共41页3.3 光环境调控技术p原理：根据作物的种类及生育阶段，通过一定的措施，调节光照条件，创造良好的光照环境，以提高作物的光合效率。补光调节：高纬度地区或连阴天/光周期临界期遮光调节p人工光源选择依据第22页/共41页p常用人工光源:白炽灯：红外线，可见光比例小，发光效率低，辅助光源荧光灯：低压气体放电灯，光谱性能好，使用寿命长，光周期补光金属卤化物灯：新型光源，效率高、光色好、寿命长，高强度光源高/低压钠灯：产热量小，更易接近作物LED光源：绿色光源，光谱分布可调节、冷光源、小型化、寿命长LD光源：体积小、重量轻、低电压、脉冲发光、干涉性好、寿命长等优点，功率高、发光效率好、可用电流直接调节；前景看好p光源布置：作物、光照度、温室高度、灯的大小第23页/共41页3.4 计算机智能管理p优势：智能调控；对众多的信息进行快速处理。p管理：环境、植物体、生产作业、销售和生产资料。p系统：生产分析系统生产信息系统经营战略支撑系统第24页/共41页环境监测植物体测量环境控制设备机器设备销售信息环境监测控制系统植物体信息系统生产计划系统销售计划系统环境监测控制植物生长模式工作记录数据库销售记录数据库植物生产分析系统经营战略支持系统生产资料管理系统植物生产信息系统植物生产信息数据库生产资料管理数据库第25页/共41页3.5 物联网技术p定义：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。p“物物相连的互联网”（The Internet of things）核心和基础仍是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。第26页/共41页集成加热系统、通风系统、遮荫/保温内帘幕系统、外遮荫系统、C02施肥系统、空气循环系统、植物保护系统、高压喷雾降温系统、湿帘风机系统、屋顶喷淋系统、补充光照系统、灌溉施肥系统、废液回收消毒系统、电气与计算机控制系统等于一体，真正实现多功能，多场合运用。第27页/共41页4 优点Q不再靠天吃饭Q自动化程度高Q多层栽培Q生长快Q高产、绿色Q 第28页/共41页5 发展趋势第29页/共41页长春智能数字植物工厂国内植物工厂领域重大突破第30页/共41页屋顶绿化到屋顶农业加拿大卢法农场第31页/共41页日本Pasona地下农业第32页/共41页世博会“天下一家”主题馆内的“家庭植物工厂”第33页/共41页实用与艺术的家庭植物工厂第34页/共41页极地“菜篮子”南极克莫多温室第35页/共41页美国的月球植物工厂第36页/共41页欧航局推荐“火星菜”第37页/共41页垂直农场2007年度十大改造地球的在最疯狂生态点子第38页/共41页小结两大瓶颈，成本与能源负荷！两大瓶颈，成本与能源负荷！国家而言，追逐发达国家！国家而言，追逐发达国家！毋庸置疑，一场绿色风暴！毋庸置疑，一场绿色风暴！第39页/共41页第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页