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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、滕云飛

起 止 時 間:2008年6月-2014年12月

獲 獎 情 況:2015年度中國農業科學院科學技術成果獎杰出科技創新獎

內 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產方式,單位面積產量可達露地的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準可控條件下進行生產,能耗大、運行成本高等問題突出,已經成為產業發展的重要瓶頸。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,課題組歷經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,為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、發明了植物工廠LED節能光環境調控技術。率先在國際上提出了植物“光配方”思想,探明了基于LED的植物光配方優化參數,發明了以AIGaInP紅光660nm芯片與InGaN藍光450nm芯片為核心的多光質(R/G/B/FR) 組合植物工廠LED節能光源;開發出基于植株發育形態特征的水平與垂直方向可移動式LED動態光環境調控技術。與熒光燈相比,節能率達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;首次提出并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。

基于上述發明,項目成果已形成普及型植物工廠、島礁植物工廠、家庭低碳智能植物工廠等系列產品,先后獲軍隊農副業技術推廣特等獎、第十二屆中國國際高新技術成果交易會優秀產品獎,被科技部列為“十一五”農業領域向社會重點推介的五項重大科技成果之一,并在2010年上海世博會展出。專著《植物工廠系統與實踐》榮獲中國石油和化學工業優秀出版物獎(圖書獎)一等獎,獲授權發明專利18件、實用新型專利52件,出版專著3部,發表論文76篇(SCI、EI 18篇)。項目成果已在北京、上海、山東壽光、吉林長春、陜西楊凌、江蘇南京、遼寧沈陽等20多個省市自治區的100多個用戶推廣應用,市場占有率達85以上,新增銷售收入30.26億元,經濟、社會效益顯著。


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