[發明專利]基于植物生長特性和規律的流水線式植物工廠的實現方法

有效

• 申請號: 201310414613.5
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103444418A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 徐永;吳義炳
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: A01G1/00
• 分類號: A01G1/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及一種低成本的，基于植物生長規律的“流水線”式植物工廠，能夠根據不同植物的生長規律，更加精確地、高效地、批量地和工業化地培養各種植物。

背景技術

一方面，由于人口快速增長、耕地日益減少、資源短缺、環境污染、農藥濫用等問題，使得人們必須的傳統的糧食作物和蔬菜等生產在產量與安全上都面臨著巨大的挑戰；另一方面，隨著人們生活水平的提高，對食物在衛生、營養、健康、綠色等方面的要求越來越高。解決上述矛盾的最為有效的方法是建立植物工廠。植物工廠是植物栽培的最高境界，它根據植物的生長規律及特性，利用人工方法智能地控制植物生長的外部環境（如光環境、水分、二氧化碳和營養供應等），創造出適合植物生長的最佳環境。它完全采用工業化、程序化的生產模式，實現了栽培環境的最優化，所生產出的植物品質好、產量高、周期短、速度快、污染少、效益高，具有傳統栽培模式無法比擬的優勢，代表著未來農業的發展方向。

但在當前，現有植物工廠的經濟效益并不高。根據“經濟效益＝產品總值/生產成本”的關系，其原因可以從以下兩個方面加以說明：

首先，現有的植物工廠都存在著結構復雜，投入的硬件成本高的問題。由于系統運行和維護繁瑣，需要專業技術人員進行操作控制，這樣形成的人因成本也很高；因對操作人員素質和技術具有較為苛刻的要求，使得植物工廠的推廣應用受到限制，開發植物工廠前期工作中的費用轉移到每個植物工廠的成本也較高。

其次，經濟效益還取決于產品總值，取決于單位時間內產品的數量與質量，取決于植物工廠能否產生出品質好、產量高、周期短的“產品”。作物生長的環境對作物的生長有密切的關系，會影響到作物的生理過程，進而影響到作物的數量與質量。植物工廠主要就是要通過控制植物生長的光環境、空氣中二氧化碳濃度、溫度和濕度，土壤中的養分、溫度和濕度等因素來形成植物生長的最佳外部條件。以光環境為例：光照對植物的生長至關重要，但從量上來分析，一般而言，喜陽植物需要充足的陽光，喜陰植物則希望少些光照，但多少最為恰當呢？在這方面目前還無統一的標準，但可以肯定的是不同植物對光照的需求量是不同；同種植物在不同的生長階段對光照的需求量也是不同的。另一方面，從光譜的結構上分析：我們知道太陽光是個連續光譜，已經報道，植物并不是對整個太陽光譜都均勻吸收，植物對藍光和紅光部分有兩個很強的吸收峰值，藍光將增加表皮和柵欄葉肉細胞的厚度，而紅光將減少遠軸面和海綿組織的厚度。同時植物在不同的生長階段所需的光譜成分也不同。因此，為創造出最適合于植物生長的光環境，同時也為了節約能源和所投入的生產成本，植物工廠就必須能根據植物生長的需求，實時地改變光源的強度、光譜結構、光照時間等，這樣才能高效、節能地促進植物的快速健康成長。

其它的外部環境因素，如溫度、濕度、二氧化碳濃度等也是如此，只有充分考慮到植物的特性和生長的規律，才能創造出最合適這種植物的生長環境。

然而，由于缺乏對具體的植物生長特性和規律做長期、深入和系統的研究和實驗，現有技術中的植物工廠雖然也有對外部環境加以控制，但基本上都是比較籠統（不同植物間的差異不大），比較粗糙的（同一植物在不同的生長期基本相同，或變化不大）。也有些專利，如申請號201210191223.1公開了一種基于作物信息融合的多尺度溫室環境控制系統，在溫室環境因子控制系統的基礎上，引入作物生理信息和生長信息，采用信息融合技術對這些溫室參數進行分層次、多級別、多方面的融合。雖然該系統也考慮了一些作物的生長信息，但溫室環境仍很難達到作物最佳的生長環境；且該系統需將多方面的信息進行分析、融合和處理以便對環境進行實時控制。這樣的系統結構復雜，成本較高，無法形成標準化、具體化的工序，因而，難以做到大規模、工業化地推廣。

因此，對于如何創建一種低成本的，基于植物的成長特性和規律的具體化、精確化、標準化、程序化的“流水線”式植物工廠，目前還沒有人提出過一個具體的、可行的方案。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于植物生長特性和規律的流水線式植物工廠的實現方法，能實現植物栽培像流水線生產模式一樣具體化、標準化、工藝化。

本發明采用以下方案實現：一種基于植物生長特性和規律的流水線式植物工廠的實現方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟S01：獲取某一植物生長特性和規律的參數；

步驟S02：提供一溫室環境控制系統；

步驟S03：根據所述參數設置所述溫室環境控制系統的控制程序；