太陽(yáng)光利用型植物工廠

前言

　　本書(shū)主要論述的是：為什么說(shuō)植物工廠必須以節(jié)省資源、環(huán)境保護(hù)、安全、放心、健康為出發(fā)點(diǎn)，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(huì)廣泛認(rèn)可？圍繞這個(gè)目的，怎樣去設(shè)計(jì)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(lái)看，人們對(duì)植物工廠的關(guān)注度不斷在增強(qiáng)。人們所關(guān)注的社會(huì)現(xiàn)狀包括：①消費(fèi)者希望果蔬產(chǎn)品做到安全、放心、不使用農(nóng)藥。②市場(chǎng)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(jià)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(hù)、節(jié)省資源、LCA（Life（2ycle Assessment／Analysis）即生命周期評(píng)估／分析、GAP（Ciood Agricultural Practice）即食品安全保障等。　　面對(duì)這些情況，2009年6月，日本農(nóng)林水產(chǎn)省開(kāi)始實(shí)施了“標(biāo)準(zhǔn)化溫室植物工廠實(shí)證、展示和研討”課題。與此同時(shí)，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省也開(kāi)始實(shí)施了“先進(jìn)植物工廠設(shè)施裝備項(xiàng)目”。開(kāi)展這些項(xiàng)目的依據(jù)是植物工廠具有如下優(yōu)勢(shì)：使氣象災(zāi)害、病蟲(chóng)害減少到最低程度；維持植物生長(zhǎng)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(chǎng)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(yáng)能。②智能化控制。③熱力泵。④LED（發(fā)光二極管）。⑤機(jī)器手。⑥通過(guò)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(jìn)步都將為植物工廠走向?qū)嵱没峁┲С?。本?shū)就是基于上述實(shí)際情況，從全球、國(guó)家、地區(qū)的立場(chǎng)出發(fā)，開(kāi)始重新思考，對(duì)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(shuō)植物工廠必須以節(jié)省資源、環(huán)境保護(hù)、安全、放心、健康為出發(fā)點(diǎn)，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(huì)廣泛認(rèn)可？圍繞這個(gè)目的，怎樣去設(shè)計(jì)好、利用好植物工廠？

作者簡(jiǎn)介

　　古在豐樹(shù)，男，博士，1943年9月出生于日本，日本千葉大學(xué)教授，曾任千葉大學(xué)校長(zhǎng)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室客座教授。國(guó)際設(shè)施園藝界著名學(xué)者，任職于日本和國(guó)際諸多學(xué)術(shù)團(tuán)體，成果累累，獲獎(jiǎng)?lì)H豐，著作等身，尤其在重大創(chuàng)新技術(shù)方面，對(duì)世界現(xiàn)代設(shè)施園藝科學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)。1998年、2000年分別獲得國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)盟學(xué)術(shù)獎(jiǎng)和國(guó)際農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)世界大會(huì)功績(jī)獎(jiǎng)，2002年又分別獲得中國(guó)國(guó)家外國(guó)專家局友誼獎(jiǎng)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(jí)農(nóng)藝師，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院客座研究員，中國(guó)農(nóng)業(yè)科技園區(qū)首批專家，榮獲“五一”勞動(dòng)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(guó)家高級(jí)訪問(wèn)學(xué)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(kāi)發(fā)領(lǐng)域開(kāi)展深入研究和國(guó)際合作，受聘為相關(guān)企業(yè)的首席專家、技術(shù)顧問(wèn)，擔(dān)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(wú)土栽培特選項(xiàng)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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所工廠化種苗生產(chǎn)技術(shù)課題組組長(zhǎng)，兼任中國(guó)園藝學(xué)會(huì)設(shè)施園藝分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、中國(guó)農(nóng)村專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)設(shè)施果蔬技術(shù)專業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)科技園區(qū)分會(huì)理事、北京市蔬菜學(xué)會(huì)理事。近年來(lái)，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(xiàng)國(guó)家級(jí)科技項(xiàng)目，主持或參與完成4項(xiàng)科技成果，申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利13項(xiàng)，發(fā)表科技論著60余篇（部）。

書(shū)籍目錄

前言中文版序譯者的話第1章 實(shí)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(fèi)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(duì)環(huán)境的影響1.1.6 石油依賴型農(nóng)業(yè)造成的負(fù)面影響及其對(duì)策1.1.7 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)性設(shè)計(jì)1.1.8 農(nóng)產(chǎn)品安全保障——GAPl.2 植物工廠課題組工作報(bào)告1.2.1 歷史1.2.2 與“植物工廠”對(duì)應(yīng)的英語(yǔ)1.2.3 植物工廠課題組工作報(bào)告書(shū)概要1.3 食品·能源·環(huán)境與地球變暖·貧困懸殊問(wèn)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(xué)與市民科學(xué)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(zhǎng)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(zhǎng)的主要因素2.3.2 開(kāi)放型、半開(kāi)放型、閉鎖型植物生產(chǎn)系統(tǒng)的定義與對(duì)應(yīng)植物2.3.3 植物生產(chǎn)系統(tǒng)閉鎖程度對(duì)投人資源利用率的影響2.3.4 與人工光相比，采用太陽(yáng)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(diǎn)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(shí)降溫的COP4.2.4 蒸發(fā)機(jī)吸熱和凝縮機(jī)放熱同時(shí)利用時(shí)的COP值4.2.5 熱力泵常年能量的消費(fèi)效率4.2.6 蒸發(fā)機(jī)結(jié)露水的利用4.2.7 室外氣溫低導(dǎo)致COP降低時(shí)需要啟動(dòng)防凍機(jī)4.2.8 晝間余熱加溫?zé)嵩吹睦煤妥儨毓芾?.2.9 混合運(yùn)行4.2.10 夜間降溫、除濕運(yùn)行和送風(fēng)4.2.11 熱力泵降溫時(shí)施用CO2的優(yōu)點(diǎn)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(yùn)行電費(fèi)第5章 夏季晝間環(huán)境控制5.1 太陽(yáng)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(duì)作物凈光合速率的影響5.1.2 冬季施用CO2的問(wèn)題5.1.3 夏季施用CO2的問(wèn)題與對(duì)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(yáng)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(guò)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(wèn)題5.2.4 自然換氣條件下噴霧降溫的問(wèn)題點(diǎn)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(cè)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(jìn)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(jī)制與優(yōu)點(diǎn)6.2.1 普適計(jì)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(biāo)準(zhǔn)化完善植物工廠信息基礎(chǔ)6.3.1 從生物適應(yīng)機(jī)制評(píng)價(jià)植物生產(chǎn)信息化優(yōu)勢(shì)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(diǎn)7.2.3 常見(jiàn)問(wèn)題及解答7.3 未來(lái)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(jī)器人8.3 重新思考（1）——荷蘭式太陽(yáng)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(fèi)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(yáng)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(guò)時(shí)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(guó)外制作的植物工廠環(huán)境控制軟件8.6 中國(guó)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(jī)文化結(jié)束語(yǔ)引用文獻(xiàn)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(zhǔn)度由高到低的排序是①②③④。我們用1000來(lái)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(huì)出具的植物工廠工作委員會(huì)報(bào)告書(shū)（2009），類型③是以環(huán)境和植物的生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)為依據(jù)的，與類型②相比，它可以進(jìn)行精準(zhǔn)的環(huán)境控制和生長(zhǎng)預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)?！　∨c上述4種類型植物生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)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(lái)了。從這兩個(gè)圖中我們可以看出，在今后的十多年時(shí)間里，太陽(yáng)光利用型植物工廠所生產(chǎn)的植物種類還會(huì)增加，生產(chǎn)特性上的優(yōu)點(diǎn)也會(huì)擴(kuò)大，其相對(duì)重要性也會(huì)增強(qiáng)?！　∫话愣摚参镌耘嘀芷诙?，生產(chǎn)物單位重量創(chuàng)造的價(jià)值就高，通過(guò)環(huán)境控制手段很容易提高這個(gè)價(jià)值。而且，從生產(chǎn)行為上來(lái)說(shuō)，那些能夠提高人生價(jià)值的植物是很適合人工光或太陽(yáng)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(diǎn)，今后都會(huì)隨著太陽(yáng)光利用型和人工光利用型植物工廠的初期基本投資和運(yùn)行費(fèi)用的降低以及價(jià)值創(chuàng)造過(guò)程經(jīng)常發(fā)生變化。　　本書(shū)提到的這個(gè)“價(jià)值創(chuàng)造”的含義，不僅指“用金錢(qián)來(lái)衡量的商業(yè)性價(jià)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(jià)值”，提高環(huán)境質(zhì)量，增加可持續(xù)性福祉社會(huì)中的“富裕時(shí)間”。

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