【极智课堂】中科三安李晶：LED植物工厂及育苗的产业化
|
当前，新型冠状病毒仍在持续，对产业及企业造成了一定程度的影响，也牵动着各行各业人们的心。在此形势下，中睿照明网、极智头条，在国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟指导下，开启疫情期间知识分享，帮助企业解答疑惑。助力我们LED照明企业和产业共克时艰！
本期，我们邀请到中国科学院植物研究所植物工厂研发中心、福建省中科生物股份有限公司研究院博士李晶带来了“LED植物工厂及育苗的产业化”的精彩主题分享，以下为主要内容：
一、植物工厂是颠覆传统农业生产的高科技农业产业
植物工厂是光、温、湿、CO2及营养等生长环境条件全智能控制的植物高效稳定生产系统。
不受土地、土壤、气候等环境条件制约的周年连续生产形式。将现代生物技术、建筑工程、环境控制、材料科学、设施园艺和计算机、AI大数据等多学科集成创新、知识技术高度密集的农业生产方式。
植物工厂具有诸多特点，比如不依赖于土壤与气候环境条件，周年稳定生产供应，高食品安全保障与高洁净度，高产（空间利用率高），人工调控下的高产品品质，节省资源、环保，舒适的劳动环境。
植物工厂的发展也在满足国家战略需求，在减肥、减农药和减少灌溉用水上具有重要战略意义，用水肥减少90%，不使用农药。同时可以克服环境污染对植物生长的影响，保障食品安全，应对全球气候变化，比如气候变暖、自然灾害频发等。
二、植物工厂发展历程及发展现状
植物工厂有半人工光形式和全人工光形式，LED植物工厂经历了几个发展阶段。
跑道式早年在日本发展比较好，模组式摒弃了钢结构，类似搭积木，搭建省人工，速度快，使用的材料是食品级的，保证蔬菜没有污染。自动化阶段，从播种到采收前都是无人化。
日本、中国台湾是植物工厂比较早兴起的国家和地区，发展比较好，数量比较多，其他地区比如美国、欧洲等也有LED植物工厂在不断兴起。
三、植物工厂关键要素
1.植物照明是植物工厂最关键的技术之一
植物在不同发育阶段的光需存在差异，系统结合光强、光周期和光照方式等不同发育阶段的光环境提供适宜光配方。从下图中可以看出，合适的光配方可以显著提高产量。同时可以降低能耗。研究光对植物的产量，降低成本有非常重要的作用。
2.营养液
矿质营养主要涉及大量元素、微量元素合理配比。要关注大循环、微循环，其中稳定性非常重要，因为稳定性直接影响植物的生长，在营养液的研发和使用过程中，要关注是否更加稳定，能否保证它的洁净程度。
3. 栽培管理
由于植物工厂特别的环境，植物工厂需要配套的栽培管理技术，实现生长迅速、产量高、品质好、能耗低的目的。
4. 环境控制
因为涉及到方方面面，温度、湿度、光照、CO2浓度。需要多装备、多学科融合才能达到良好的环境控制。
四、中科三安植物工厂
福建省中科生物股份有限公司由中科院植物所和三安集团于2015年共同发起，致力于LED植物工厂产业。
建有国际上最大的(6000m2)光生物产业研究实验室
中科三安设有光生物产业研究院，拥有博士（12名）、硕士为主的160多名专职研究团队。研究院拥有18个大型植物生长箱，4个50m2植物生长室，10个20-30m2植物生长室，4个500m2特种药用植物室，19个30m2特种药用植物室，1500m2植物组培研究室。
光生物产业研究实验室配备了良好的研究设备
设备93台套，>5万40台套，总原值超过2000万元，创新药物研究设备仍在继续购买中。
湖头研发中心仪器平台（384m2）
研究院也得到了众多支持，其中政策支持方面，是2018年中科院“十三五”八十个重点培育方向之一，2018年中国科协12个领域60个重大科技难题之一，中科院“STS”重点项目以及“弘光专项”的支持。2016年福建省重点项目。
中科院植物所和三安集团也提供了技术支持，其中有院士工作站，植物所成立植物工厂技术委员会和研发中心，中科院光生物学重点实验室的光生物学技术优势，三安集团LED芯片发光的优势，以及从芯片、封装到成品的全产业链保障等。
植物专用光谱
开发出80余种专用光谱配方，涵盖科学研究和农业生产领域，针对不同植物不同生长阶段，开发不同光谱。
专用营养液系列
营养液方面开发了生菜、冰菜、金线莲、十字花科、花卉专用、瓜果类专用的营养液。有助于产量高、花量大。
产量和品质与栽培模式密切相关
对栽培模式不断的创新研究，能够实现产量更高，更节能的效果。
1.产量
从种子萌芽到采收35天，其中优雅生菜为110g（40天150 g），白梗小白菜为120g （40天180 g）。
2. 生产能耗
优雅生菜: 9kw/kg，白梗小白菜: 8kw/kg。
CFD流体力学模拟的基础上精准控制环境
将计算机数据分析建立模型，然后对环境控制做模拟，将环境参数和大数据分析结合在一起，做环境模拟，通过模拟来调整厂房里的实际情况，保证环境控制稳定。
植物工厂装备研发
模块式整合栽培系统ZKM1(PCT国际专利)，革新了传统跑道式植物工厂。将水电集合在模组中，模组化设计能快速安装和拆卸（2个人30分钟），成本低（是传统跑道式装备的40%-50%）。已在很多国家进行销售，反响不错。
此外，中科三安开发了自动化栽培模组，目前已进入中试，预计今年底到明年初，正式产业化。
植物专用灯具
开发出6大类40余种植物照明灯具，具有以下特点：
（1）灯具寿命长，光衰小，使用36000小时。
（2）材质耐用，重量轻；
（3）光效达2.1umol/J；
（4）安全可靠，产品通过CCC、CE或者ETL安全认证；
（5）散热好，灯具表面温度低；
（6）防护等级达IP65；
中科生物植物专用灯具的特点与优势
（1）寿命长，光衰小，使用36000小时。
（2）材质耐用，重量轻；
（3）光效达 2.1umol/J；
（4）安全可靠，产品通过CCC、CE或者ETL安全认证；
（5）散热好，灯具表面温度低；
（6）防护等级达IP65；
（7）光分布均匀
光谱可调：大嘴鸟系列，适宜科研。
可定制任何光质的单色光专用灯具。
植物工厂未来将向无人化、生产智能、管理智能、任务智能等方向发展。
中科三安的商业化LED植物工厂
从2016年起，每天生产1.5吨蔬菜，销售到周边超市、酒店、会员等。福建植物工厂供给厦门、泉州、福州。金寨植物工厂供给安徽及上海。美国拉斯维加斯的植物工厂供给附件赌场及酒店。其中，一万平米的厂房，位于福建安溪，首期5千平米，位于美国拉斯维加斯。
药用植物的有机种植, 1.5万平米，位于福建安溪
美国旧金山 福建安溪（研究）
极端环境下的特殊运用
4大类100余款植物专用/通用LED灯具
五、LED植物工厂育苗
植物工厂育苗是在全封闭可控的环境，只使用人工光源，实现稳定、快速、高效的立体式育苗。是最先进的一种育苗方式。
全人工光型工厂化育苗
2019年5月，首栋产业化的育苗植物工厂在山西省长治市投产，包括2000m2的育苗植物工厂。
为什么开展植物工厂育苗
（1）最佳的生长环境，生长速度快，节省成本。壮苗，缓苗快、植株健壮、结果早；
（2）全年稳定、高效的育苗；
（3）立体栽培：容积率高，育苗量大；
（4）不受外界环境的影响，应对频发的自然灾害；
（5）减少肥料、灌溉用水；
（6）无病虫害，不使用农药、不传染病害；
（7）不使用激素；
（8）就近育苗，减少运输；
植物工厂育苗重要技术及装备
全人工光植物工厂育苗的特点
环境优良可控，植株长势好，生长迅速，长势旺盛，无徒长，根系发达，缓苗时间短，
定植后生长快速，结果快。
育苗
植物工厂种苗质量评价
节本增效途径
（1）优良的设计，减少建筑投资，比如厂房、暖通、动力、能源回收，高容积率，高效率，低能耗。
（2）降低照明能耗，LED代替高压钠灯、专用光谱 高效节能灯具、最佳的光照策略。
（3）环境控制，专业的环境调控策略，最优的环境控制参数，提高产能，降低能耗。
（4）快速生长，质量好提早出苗，提早结果；壮苗。
（5）减少劳动力，比如播种、移动、日常管理，提高机械化和自动化，优良的育苗模组设计。
（6）嫁接苗，高价值苗
六、未来趋势
植物工厂装备角度，走向低成本、高自动化，高集约化。多学科融合，将现代生物技术、设施园艺、建筑工程、环境控制、材料科学和大数据融合，低成本，高效率。
植物专用光谱开发与灯具
密闭环境下，光谱和灯具好，效益才能更好，长势更好，成本更低。需要针对药用植物和特种药用植物、经济作物、植物补光等开发光谱与专用灯具。
开发植物工厂作物生产新种类及其高产优质生产技术
比如瓜果与茄果类蔬菜，食用花卉，果树（蓝莓与草莓），药用植物（霍山石斛、人参、三七）等。
植物工厂专用蔬菜品种育种
目前植物工厂没有特别的专用品种，很多品种都是拿温室的，或相关的一些品种拿过来，在植物工厂使用，需要开发专用的育种品种来，需要的是长势更快，品质更好，但是对抗病性的要求没有那么高。需要开发一些专门的适合植物工厂的品种。
点击直播回顾
（文字根据直播内容编辑整理，略有删减，更多详细内容请参考直播内容）
|
