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智能植物工廠能效提升與營養品質調控關鍵技術(2015年度院獎)

來源:科研處 發布時間:2016-01-28 作者:Admin 點擊量:

主要完成單位:中國農科院農業環境與可持續發展研究所、中國農業大學、中國科學院半導體研究所、北京中環易達設施園藝科技有限公司

主要完成人員:楊其長、魏靈玲、宋衛堂、劉文科、程瑞鋒、宋昌斌、李  琨、仝宇欣、張  義、方  慧、

               姚  然、溫  濤、楊  華、肖  平、滕雲飛

起 止 时 间:2008年6月-2014年12月

获 奖 情 况:2015年度中國農業科學院科學技術成果獎傑出科技創新獎

内 容 提 要

植物工廠是一種技術高度密集、資源高效利用的農業生産方式,單位面積産量可達露地的40倍以上,是世界各國保障食物安全的重要發展方向。但由于植物工廠是在環境精准可控條件下進行生産,能耗大、運行成本高等問題突出,已經成爲産業發展的重要瓶頸。針對植物工廠在節能降耗、提質增效等方面的迫切技術需求,課題組曆經15年的潛心研究,攻克了植物工廠LED光源、節能環境控制、蔬菜品質調控與智能化管控等關鍵技術,爲植物工廠發展提供了有力的技術支撐。所突破的核心技術包括:

1、发明了植物工厂LED节能光环境调控技术。率先在国际上提出了植物“光配方”思想,探明了基于LED的植物光配方优化参数,发明了以AIGaInP红光660nm芯片与InGaN蓝光450nm芯片为核心的多光质(R/G/B/FR) 组合植物工厂LED节能光源;开发出基于植株发育形态特征的水平与垂直方向可移动式LED动态光环境调控技术。与荧光灯相比,节能率达62以上。

2、發明了植物工廠光-溫耦合節能環境控制技術。首次在國際上提出了充分利用室外冷源進行環境調節的植物工廠“光-溫耦合節能調控”方法,探明了室外冷源與明暗期耦合的節能降溫調控策略,發明了基于室外冷源與空調協同調溫的環境控制系統及裝備。與傳統空調降溫相比,實現節能24.6-63.0。

3、發明了植物工廠納米TiO2營養液自毒物質處理及蔬菜品質提升技術。率先探明了植物工廠營養液自毒物質的特征機理,發明了UV-納米TiO2協同處理營養液自毒物質的技術方法;首次提出並發明了基于采收前短期連續光照和營養液氮素水平控制的蔬菜品質調控技術,降低葉菜硝酸鹽含量30以上,顯著提高Vc和可溶性糖含量。

4、發明了基于物聯網的植物工廠智能化管控技術。率先探明了植物工廠葉菜類蔬菜全生育期各階段對環境與營養的需求規律,構建了人工光環境下葉菜高效栽培的調控模型;發明了基于物聯網的植物工廠智能化管控技術,實現對植物工廠溫度、濕度、CO2濃度以及營養液EC、pH、DO等要素的在線檢測、遠端訪問、程序更新與遠程智能化管控。

基于上述发明,项目成果已形成普及型植物工厂、岛礁植物工厂、家庭低碳智能植物工厂等系列产品,先后获军队农副业技术推广特等奖、第十二届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖,被科技部列为“十一五”农业领域向社会重点推介的五项重大科技成果之一,并在2010年上海世博会展出。专著《植物工厂系统与实践》荣获中国石油和化学工业优秀出版物奖(图书奖)一等奖,获授权發明專利18件、實用新型專利52件,出版专著3部,发表论文76篇(SCI、EI 18篇)。项目成果已在北京、上海、山东寿光、吉林长春、陕西杨凌、江苏南京、辽宁沈阳等20多个省市自治区的100多个用户推广应用,市场占有率达85以上,新增销售收入30.26亿元,经济、社会效益显著。


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