植物工厂应用的核心技术
1、植物的光合作用实质上是对太阳辐射的光子的生物化学反应，植物的光合作用是由太阳辐射的光子产生的，所以，我们把用于种植的人造光源称为植物人工辐射源（PlantArtificialradiationsources）简称PARS，如果用“照明”概念下的流明、照度等参数标定植物的光合作用会导致应用错误，LED植物人工辐射源波长范围在太阳辐射范围内，对植物与人的身体是安全的。2、温度与湿度的控制在植物工厂里也起到关键作用，植物工厂要实现生产周期最小化且供货周期固定的生产模式，生产环境的温度与湿度的控制可以保证植物在最佳温度环境的快速生长，在植物工厂里温度控制也是衡量植物工厂能耗的主要指标。3、植物工厂一般采用水培或者雾培的种植方式，这两种方式的基质是营养液，对营养液的成分指标的自动化控制也是保证植物工厂最小周期生产的主要手段，营养液自动化控制主要包括：液温、EC、ph、溶氧以及营养液成分的补充、营养液的循环处理。4、植物的光合作用吸收二氧化碳，释放出氧气，植物生长环境的二氧化碳浓度控制也是保证植物快速生长的条件之一，在植物工厂的环境控制系统中，都设置有二氧化碳浓度控制装置，同时，植物光合作用产生的氧气也需要采用过滤通风设备排出。空气过滤装置也有效防止病菌的侵入，在植物工厂里，农作物几乎没有病虫害的袭扰。5、植物工厂的数据检测与传输采用无线网络，环境检测、营养液检测等数据需要网络技术支持，植物工厂的网络特点是距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输，是典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据的传输应用，各种传感器与控制器大多采用控制简单、距离短、功耗小、低速率的双向无线通讯技术。植物工厂概念示意图植物工厂建设的系统组成
1.风能太阳能发电装置：由于利用水资源发电、火力发电（煤或石油）、核发电、沼气发电等发电模式，都有其局限性，所以利用太阳能发电与风力发电才具有运用的普遍性。在实践上，往往将两者结合设计，达到能源供应的互补。2.环境闭锁密封系统：植物工厂是在全封闭的环境下建构植物种植系统，它要求栽培环境不受任何外界气候因子的影响，因此，须利用隔热避光与防风的材料进行厂房建设，以最佳隔热性能实现能量耗损最少化与节能化。在建造隔热密封系统时，须加入承载力的考虑；同时，在隔热板内外面都要喷涂反光层，以实现内环境补光及与外环境日照影响的最小化，一般来说，植物工厂多以温室大棚，如在一般厂房或室内进行植物工厂，可考虑在室内墙壁套建泡沫房，达到环境因子影响最小化。3.人工补光系统：植物工厂内补光系统是最重要的范畴，因为它是构成植物生长量的主要能源，没有光照，植物光合作用就不能进行，一切代谢与活动所需的能量都仅能靠它供应。LED具有安装方便、光合效率高、节能省电之优势，且LED系冷光源，栽培时可贴近植物表面进行补光，既不发热，也不改变环境或烧伤植物。至于LED补光灯主要有灯罩式、平板反光式及灯串式，可按栽培生产的实际需要做改变。如多层次的立体栽培架，可在架间设计反光装置，以提高光源利用率。此外，LED补光灯也有防水防湿的作用，在高温环境也不影响其寿命，是当前植物工厂内补光系统的最佳选择，因此，日本又称LED植物工厂。4.喷水加湿系统：植物工厂内环境湿度的控制与管理即是利用本系统完成，目前植物工厂的喷水加湿方法有迷雾微喷法与超音波雾化加湿法两种。此外，喷水加湿除创造适合的湿度环境外，也可除去空气中悬浮的微小尘粒，也可追加根外追肥或杀菌技术。5.空气循环流通系统：在植物工厂的空间内需均匀安装小风扇，在走道上方、在层架之间、在隔板内外，这些通风装置可使植物工厂内气体分部与环境温湿度更加均匀与一致，由于二氧化碳具有下沉性，通过对流通风能让植物表面均匀供气。另外，对流通风对育苗工厂可大幅提高育苗密度，提高空间利用率，并结合物理杀菌，实现栽培空间空气无菌化。6.二氧化碳补充系统：二氧化碳是植物的粮食，是光合作用最重要的参与者，所以要利用外源气体实现二氧化碳供应。除了二氧化碳气体之供应外，还要设计输送系统，在二氧化碳的沉降性下，一般都从工厂顶端输入为佳。在植物工厂内，一般二氧化碳的浓度需求为-PPM为最好，而浓度的精准控制则以二氧化碳的浓度传感器进行在线监测。二氧化碳气源选择，一般是以二氧化碳钢瓶进行供气。7.营养液自动控制与供给系统：本系统为植物生长提供适合配方与浓度的氧分输送系统，也可分为输送部分与调控部分，输送部分由管道连接而成，调控部分由营养池液、母液储存罐及各种养分探测头与自动控制组成。通过计算器完成对EC值（测量溶液中可溶性盐浓度）、PH值、溶氧、液温的调节与控制。此外，营养液池还需设计营养液的杀菌消*系统，利用它回流已污染的营养液进行净化，循环利用。8.物理杀菌系统：虽然植物工厂是相对封闭的环境下进行生产与操作，但难免一些生产过程或植物生长过程会导致菌类滋生与蔓延。因此，在进入植物工厂以前所有人员必须先进行换鞋更衣与杀菌消*，杀菌室一般设于入口处缓冲间；为防止内外对流时空气带菌，在可通过的入气口加上空气杀菌装置，或空气过滤装置，通常两者结合最宜。至于室内杀菌目前最好的方法是利用电功能水，由于电功能水具有强大杀菌能力，可在1-10分钟内把细菌、真菌及病菌杀死，以及电功能水的强氧性与强还原性，杀菌后对环境不会残留，在日本植物工厂已普遍采用。9.温度控制系统：一切植物生长发育都必须在一定温度条件下进行正常生理活动与代谢；过高或过低温度对植物生长都是不利，在植物工厂内为产生更好栽培效果，对环境温度控制更须严格。目前植物工厂环境温度是通过温度传感器及自动控制来实现，而加温或冷凝则是由空调机、加热用热风炉、暖气片，有些植物工厂甚至用半导体加温或冷凝，主要在成本低、安装方便及因地制宜。10.立体式栽培系统：栽培系统是由栽培床或槽及立体式栽培架所组成，是植物生长固定场所，也是营养供应及植物生长场所，设计有平面式栽培床及立体式栽培架，有些工厂也会采用移动式栽培床，以充分利用栽培空间。11.计算器自动控制及远程控制系统：本系统为植物工厂的大脑核心，前面的系统皆是配合及服务本系统而设定。因为本系统为植物工厂的大脑，一切环境因子的创造及栽培因子的监测与控制，都是透过本系统进行自动控制。至于远程控制部分，是利用计算机网络或手机通讯进行跨空间远距离控制，方法有两种：一种是透过互联网执行远程控制；另一种是通过无线模块进行无线通信，只要手机信号能及之处即能对基地进行操作与控制。
12.视频监控与图像传送系统：为使管理者进行远程管理与远程诊断，在植物工厂一般都会在不同角度安装摄像镜头，这些摄像镜头都具有度旋转可调性与焦距可变性，能从不同角度观察植物的生长状况，并在全天候在线监控录像与传送。13.废液循环再利用系统：在植物工厂的栽培与收获过程中，一些营养废液的排放，及植物残渣等下脚料都可以作为生菌发酵的原料进行堆肥处理，当堆肥发酵后的无菌无臭残渣再作为营养土配置的原料进行无土栽培，从中浸出的液肥可作为追肥或水培营养液，进行二次循环利用。这个方法，可让植物工厂实现零排放，以做到植物微生物环境间和谐共处的生态环境。而完成本系统的最大技术即是生菌发酵处理技术。总之，植物工厂是一个复杂且多学科交错的庞大系统，其完成不只限于上述的13大系统，还有许多子系统及子工程。这些子系统或子工程是按照生产需要而进行灵活配置的。植物工厂就是将这些最先进的生产工具与生产技术进行综合的集成，体现植物生长过程的全方位工厂化、自动化、精准化与智能化。植物工厂是设施农业发展的高级阶段，是环境因素与食品安全因素推动下的产业，是LED产业应用的一个重要领域，具有巨大的市场空间，它除了自身的经济效益外，还具有更大的社会效益与环保生态效益。对于颇有远见的企业可以把它作为投资农业的一个重点项目来做，肯定能为你企业带来不可估计的综合效益。（来源：未来农业科普馆）
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