太陽光利用型植物工廠

前言

　　本書主要論述的是：為什么說植物工廠必須以節(jié)省資源、環(huán)境保護、安全、放心、健康為出發(fā)點，在生產(chǎn)上要做到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，體現(xiàn)出可持續(xù)性且被社會廣泛認可？圍繞這個目的，怎樣去設(shè)計好、利用好植物工廠？　　從最近食品、環(huán)境和資源方面的情況來看，人們對植物工廠的關(guān)注度不斷在增強。人們所關(guān)注的社會現(xiàn)狀包括：①消費者希望果蔬產(chǎn)品做到安全、放心、不使用農(nóng)藥。②市場希望得到穩(wěn)定的食品供給。③出現(xiàn)了氣候變暖、消減CO2排放量、氣候異常以及石油價格上漲等全球性課題。④地產(chǎn)地銷、食物里程（food mileage）、環(huán)境保護、節(jié)省資源、LCA（Life（2ycle Assessment／Analysis）即生命周期評估／分析、GAP（Ciood Agricultural Practice）即食品安全保障等?！　∶鎸@些情況，2009年6月，日本農(nóng)林水產(chǎn)省開始實施了“標準化溫室植物工廠實證、展示和研討”課題。與此同時，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省也開始實施了“先進植物工廠設(shè)施裝備項目”。開展這些項目的依據(jù)是植物工廠具有如下優(yōu)勢：使氣象災(zāi)害、病蟲害減少到最低程度；維持植物生長所需的最佳環(huán)境；生產(chǎn)的穩(wěn)定性高；還可以提供安全、放心的工作場所、產(chǎn)品以及服務(wù)等。此外還有：①節(jié)能、節(jié)電、利用太陽能。②智能化控制。③熱力泵。④LED（發(fā)光二極管）。⑤機器手。⑥通過計算機和網(wǎng)絡(luò)進行分散協(xié)調(diào)統(tǒng)一。⑦可以做到物質(zhì)循環(huán)與再生。⑧高絕熱技術(shù)。⑨廣義的生物技術(shù)等。這些產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進步都將為植物工廠走向?qū)嵱没峁┲С帧１緯褪腔谏鲜鰧嶋H情況，從全球、國家、地區(qū)的立場出發(fā)，開始重新思考，對植物工廠今后的發(fā)展方向提出了設(shè)想。

內(nèi)容概要

　　為什么說植物工廠必須以節(jié)省資源、環(huán)境保護、安全、放心、健康為出發(fā)點，在生產(chǎn)上要做到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，體現(xiàn)出可持續(xù)性且被社會廣泛認可？圍繞這個目的，怎樣去設(shè)計好、利用好植物工廠？

作者簡介

　　古在豐樹，男，博士，1943年9月出生于日本，日本千葉大學教授，曾任千葉大學校長。中國農(nóng)業(yè)大學和農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程重點開放實驗室客座教授。國際設(shè)施園藝界著名學者，任職于日本和國際諸多學術(shù)團體，成果累累，獲獎頗豐，著作等身，尤其在重大創(chuàng)新技術(shù)方面，對世界現(xiàn)代設(shè)施園藝科學做出了重要貢獻。1998年、2000年分別獲得國際自動控制聯(lián)盟學術(shù)獎和國際農(nóng)業(yè)工程學會世界大會功績獎，2002年又分別獲得中國國家外國專家局友誼獎和日本紫綬勛章?！　埑刹?，男，1956年2月出生于江蘇省徐州市，高級農(nóng)藝師，中國農(nóng)業(yè)科學院客座研究員，中國農(nóng)業(yè)科技園區(qū)首批專家，榮獲“五一”勞動勛章。1982年畢業(yè)于日本，主攻設(shè)施園藝專業(yè)。2002年作為國家高級訪問學者在日本從事植物工廠技術(shù)課題研究。此后，一直在植物工廠技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域開展深入研究和國際合作，受聘為相關(guān)企業(yè)的首席專家、技術(shù)顧問，擔任《北方園藝》編委，多有論文、成果和譯作。主要著作有《植物工廠概論》、《無土栽培特選項目與技術(shù)》、《農(nóng)業(yè)信息理論與應(yīng)用》、《花卉高產(chǎn)栽培技術(shù)》等，譯著有《幸福的種子一定能夠找到》等。尚慶茂博士，研究員。中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所工廠化種苗生產(chǎn)技術(shù)課題組組長，兼任中國園藝學會設(shè)施園藝分會秘書長、中國農(nóng)村專業(yè)技術(shù)協(xié)會設(shè)施果蔬技術(shù)專業(yè)委員會秘書長、中國農(nóng)學會農(nóng)業(yè)科技園區(qū)分會理事、北京市蔬菜學會理事。近年來，主要從事蔬菜工廠化種苗關(guān)鍵技術(shù)研究工作，相繼主持多項國家級科技項目，主持或參與完成4項科技成果，申報國家發(fā)明專利和實用新型專利13項，發(fā)表科技論著60余篇（部）。

書籍目錄

前言中文版序譯者的話第1章 實現(xiàn)可持續(xù)性植物工廠的基礎(chǔ)與課題1.1 日本農(nóng)業(yè)與所投入的一次能源‘和環(huán)境1.1.1 農(nóng)業(yè)產(chǎn)出額、食品自給率及農(nóng)業(yè)就業(yè)人口1.1.2 一次能源消費量1.1.3 C02排出量1.1.4 設(shè)施園藝加溫耗能與CO。排放量的減少1.1.5 對環(huán)境的影響1.1.6 石油依賴型農(nóng)業(yè)造成的負面影響及其對策1.1.7 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)性設(shè)計1.1.8 農(nóng)產(chǎn)品安全保障——GAPl.2 植物工廠課題組工作報告1.2.1 歷史1.2.2 與“植物工廠”對應(yīng)的英語1.2.3 植物工廠課題組工作報告書概要1.3 食品·能源·環(huán)境與地球變暖·貧困懸殊問題1.3.1 植物生產(chǎn)·苗生產(chǎn)的重要性1.3.2 第二種科學與市民科學1.3.3 glonacal視角的必要性第2章 植物生產(chǎn)相關(guān)要素和植物生產(chǎn)系統(tǒng)種類2.1 植物生產(chǎn)系統(tǒng)的種類、特性及用途2.2 植物工廠系統(tǒng)的特征——多變量非線性復(fù)雜化2.3 影響植物生長的主要因素和植物生產(chǎn)系統(tǒng)的閉鎖程度2.3.1 影響植物生長的主要因素2.3.2 開放型、半開放型、閉鎖型植物生產(chǎn)系統(tǒng)的定義與對應(yīng)植物2.3.3 植物生產(chǎn)系統(tǒng)閉鎖程度對投人資源利用率的影響2.3.4 與人工光相比，采用太陽光也能在植物生產(chǎn)中做到節(jié)能和環(huán)保嗎？2.3.5 植物工廠各方面的利用效率第3章 綜合環(huán)境控制3.1 綜合環(huán)境控制的觀點3.1.1 總光合速率和凈光合速率模型3.1.2 最佳葉面積指數(shù)3.1.3 氣流速度和VPD控制的重要性3.1.4 綜合環(huán)境控制期待的效果第4章 熱力泵應(yīng)用4.1 熱力泵結(jié)構(gòu)和特征4.2 熱力泵的能效比（COP）4.2.1 加溫與降溫COP的關(guān)系4.2.2 COP逐年提高4.2.3 室內(nèi)溫度高于室外溫度時降溫的COP4.2.4 蒸發(fā)機吸熱和凝縮機放熱同時利用時的COP值4.2.5 熱力泵常年能量的消費效率4.2.6 蒸發(fā)機結(jié)露水的利用4.2.7 室外氣溫低導(dǎo)致COP降低時需要啟動防凍機4.2.8 晝間余熱加溫熱源的利用和變溫管理4.2.9 混合運行4.2.10 夜間降溫、除濕運行和送風4.2.11 熱力泵降溫時施用CO2的優(yōu)點4.2.12 C02肥源4.2.13 COP在家用熱力泵溫室中的應(yīng)用4.2.14 采用熱力泵加溫減少C02排量4.2.15 電熱力泵運行電費第5章 夏季晝間環(huán)境控制5.1 太陽光利用型植物工廠夏季零濃度差C02施用方法5.1.1 CO2濃度對作物凈光合速率的影響5.1.2 冬季施用CO2的問題5.1.3 夏季施用CO2的問題與對策5.1.4 零濃度差CO2施用法——將室內(nèi)外CO2濃度差接近零5.2 太陽光利用型植物工廠夏季頂端噴霧降溫5.2.1 室內(nèi)溫度過高的含義5.2.2 蒸發(fā)降溫種類與特征5.2.3 自然換氣噴霧降溫的問題5.2.4 自然換氣條件下噴霧降溫的問題點及其解決方法——頂端噴霧降溫法5.3 凈光合速率、暗呼吸速度、蒸騰速度、養(yǎng)分吸收速度在線監(jiān)測第6章 普適環(huán)境控制系統(tǒng)6.1 從溫室到植物工廠看環(huán)境控制系統(tǒng)的進步6.1.1 傳統(tǒng)溫室環(huán)境控制的局限性6.1.2 導(dǎo)入新型環(huán)境控制系統(tǒng)的必要性6.2 普適環(huán)境控制系統(tǒng)的機制與優(yōu)點6.2.1 普適計算6.2.2 普適環(huán)境控制系統(tǒng)的概念6.2.3 普適環(huán)境控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特征6.3 采用電子化、標準化完善植物工廠信息基礎(chǔ)6.3.1 從生物適應(yīng)機制評價植物生產(chǎn)信息化優(yōu)勢6.3.2 電子化和規(guī)格化是信息化的關(guān)鍵6.3.3 具有自上而下型改善效果的信息系統(tǒng)第7章 人工光利用型植物工廠7.1 閉鎖型生產(chǎn)系統(tǒng)7.2 閉鎖型植物生產(chǎn)系統(tǒng)7.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成7.2.2 閉鎖型植物生產(chǎn)系統(tǒng)的特點7.2.3 常見問題及解答7.3 未來的人工光利用型植物工廠7.3.1 光源7.3.2 適宜植物7.3.3 環(huán)境控制是為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)植物產(chǎn)品7.3.4 植物工廠相關(guān)課題第8章 植物工廠課題與展望8.1 人才培養(yǎng)8.2 機器人8.3 重新思考（1）——荷蘭式太陽光利用型植物工廠的屋脊為什么要高？8.3.1 空氣的比熱與熱容量8.3.2 群落的熱容量8.3.3 從顯熱到潛熱的變化8.3.4 VPD的變幅8.3.5 氣溫的垂直分布8.3.6 增溫費用8.4 重新思考（2）——散光性覆蓋材料8.4.1 溫室外每天太陽輻射量中直射光與散射光的比例8.4.2 散光性材料不同入射角的透光率、散光率及散光角度分布8.4.3 采用散光性覆蓋材料溫室內(nèi)群落的光環(huán)境8.4.4 直射光透過時溫室內(nèi)的陰影和半影8.4.5 群落內(nèi)的光環(huán)境8.5 國外制作的植物工廠環(huán)境控制軟件8.6 中國及東南亞的設(shè)施園藝8.7 普適植物工廠——社區(qū)、車站、家庭植物工廠8.8 鏈接手機文化結(jié)束語引用文獻編著者

章節(jié)摘錄

　　上述4種類型的系統(tǒng)，在閉鎖程度和環(huán)境控制的精準度由高到低的排序是①②③④。我們用1000來表示類型①的生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜程度，類型②③④復(fù)雜程度就逐步遞減為100、10、1。按照日本農(nóng)工商聯(lián)合研究會出具的植物工廠工作委員會報告書（2009），類型③是以環(huán)境和植物的生長監(jiān)測為依據(jù)的，與類型②相比，它可以進行精準的環(huán)境控制和生長預(yù)測，實現(xiàn)周年生產(chǎn)?！　∨c上述4種類型植物生產(chǎn)系統(tǒng)相對應(yīng)的植物種類及其生產(chǎn)特性，都在圖2-1和圖2-2中列出來了。從這兩個圖中我們可以看出，在今后的十多年時間里，太陽光利用型植物工廠所生產(chǎn)的植物種類還會增加，生產(chǎn)特性上的優(yōu)點也會擴大，其相對重要性也會增強?！　∫话愣?，植物栽培周期短，生產(chǎn)物單位重量創(chuàng)造的價值就高，通過環(huán)境控制手段很容易提高這個價值。而且，從生產(chǎn)行為上來說，那些能夠提高人生價值的植物是很適合人工光或太陽光利用型植物工廠生產(chǎn)的。盡管如此，這些種類、數(shù)量以及優(yōu)點，今后都會隨著太陽光利用型和人工光利用型植物工廠的初期基本投資和運行費用的降低以及價值創(chuàng)造過程經(jīng)常發(fā)生變化。　　本書提到的這個“價值創(chuàng)造”的含義，不僅指“用金錢來衡量的商業(yè)性價值”，還包括提高從事植物生產(chǎn)的人們和使用生產(chǎn)物的人們的“人生價值”，提高環(huán)境質(zhì)量，增加可持續(xù)性福祉社會中的“富裕時間”。

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