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智能植物工厂能效提升与营养品质调控关键技术(2015年度院奖)

来源:科研处 发布时间:2016-01-28 作者:Admin 点击量:

主要完成单位:中国农科院农业环境与可持续发展研究所、中国农业大学、中国科学院半导体研究所、北京中环易达设施园艺科技有限公司

主要完成人员:杨其长、魏灵玲、宋卫堂、刘文科、程瑞锋、宋昌斌、李  琨、仝宇欣、张  义、方  慧、

               姚  然、温  涛、杨  华、肖  平、滕云飞

起 止 时 间:2008年6月-2014年12月

获 奖 情 况:2015年度中国农业科学院科学技术成果奖杰出科技创新奖

内 容 提 要

植物工厂是一种技术高度密集、资源高效利用的农业生产方式,单位面积产量可达露地的40倍以上,是世界各国保障食物安全的重要发展方向。但由于植物工厂是在环境精准可控条件下进行生产,能耗大、运行成本高等问题突出,已经成为产业发展的重要瓶颈。针对植物工厂在节能降耗、提质增效等方面的迫切技术需求,课题组历经15年的潜心研究,攻克了植物工厂LED光源、节能环境控制、蔬菜品质调控与智能化管控等关键技术,为植物工厂发展提供了有力的技术支撑。所突破的核心技术包括:

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、发明了植物工厂光-温耦合节能环境控制技术。首次在国际上提出了充分利用室外冷源进行环境调节的植物工厂“光-温耦合节能调控”方法,探明了室外冷源与明暗期耦合的节能降温调控策略,发明了基于室外冷源与空调协同调温的环境控制系统及装备。与传统空调降温相比,实现节能24.6-63.0。

3、发明了植物工厂纳米TiO2营养液自毒物质处理及蔬菜品质提升技术。率先探明了植物工厂营养液自毒物质的特征机理,发明了UV-纳米TiO2协同处理营养液自毒物质的技术方法;首次提出并发明了基于采收前短期连续光照和营养液氮素水平控制的蔬菜品质调控技术,降低叶菜硝酸盐含量30以上,显著提高Vc和可溶性糖含量。

4、发明了基于物联网的植物工厂智能化管控技术。率先探明了植物工厂叶菜类蔬菜全生育期各阶段对环境与营养的需求规律,构建了人工光环境下叶菜高效栽培的调控模型;发明了基于物联网的植物工厂智能化管控技术,实现对植物工厂温度、湿度、CO2浓度以及营养液EC、pH、DO等要素的在线检测、远端访问、程序更新与远程智能化管控。

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,获授权发明专利18件、实用新型专利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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