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智能人工光植物工廠 版權(quán)信息
- ISBN：9787030736277
- 條形碼：9787030736277 ; 978-7-03-073627-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
智能人工光植物工廠 本書特色
本書可作為植物工廠效益分析及相關(guān)技術(shù)改進的參考書，或建設(shè)植物工廠的指導(dǎo)用書。
智能人工光植物工廠 內(nèi)容簡介
本書是日本有名**學(xué)者古在豐樹教授（ToyokiKozai）著作SmartPlantFactory:TheNextGenerationIndoorVerticalFarms的翻譯版本，由廣西壯族自治區(qū)藥用植物園、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、福建省中科生物股份有限公司與東華大學(xué)聯(lián)合翻譯。本書介紹了人工光植物工廠的概念、特征、發(fā)展現(xiàn)狀、業(yè)務(wù)成果，以及LED光源與其他優(yōu)選技術(shù)等內(nèi)容，涵蓋了人工光植物工廠研發(fā)和業(yè)務(wù)的各個方面。
智能人工光植物工廠 目錄
目錄
**篇當(dāng)前和下一代植物工廠的特征
第1章人工光植物工廠的現(xiàn)狀與智能人工光植物工廠003
1.1引言：食物、資源與環(huán)境的三大問題003
1.2人工光植物工廠的特征與主要組成部分005
1.3人工光植物工廠的現(xiàn)狀006
1.4本書主要目的和大綱007
1.5下一代智能人工光植物工廠的構(gòu)想008
1.6智能人工光植物工廠預(yù)期的*終功能009
1.7利用全球的技術(shù)加強本土的文化與技術(shù)009
1.8結(jié)論010
參考文獻010
第2章人工光植物工廠：優(yōu)勢、問題和挑戰(zhàn)011
2.1引言011
2.2人工光植物工廠實際的和潛在的效益011
2.3人工光植物工廠當(dāng)前存在的問題014
2.4促進人工光植物工廠研發(fā)和商業(yè)發(fā)展的措施015
2.5智能人工光植物工廠面臨的挑戰(zhàn)016
2.6結(jié)論019
參考文獻019
第3章當(dāng)前栽培系統(tǒng)的方案、問題和潛在的改進辦法021
3.1引言021
3.2營養(yǎng)液栽培系統(tǒng)021
3.3光源系統(tǒng)和光源性能026
3.4空氣溫度、VPD、CO2濃度及空氣流速的設(shè)置參數(shù)027
3.5空調(diào)系統(tǒng)與空氣循環(huán)027
3.6營養(yǎng)液的鹽度調(diào)控與滅菌028
3.7平面布局029
3.8植物種類及品種030
3.9亟待解決的問題030
3.10結(jié)論032
參考文獻033
第4章智能植物工廠的設(shè)計與控制034
4.1引言034
4.2控制模型035
4.3智能植物工廠的三個基本設(shè)計要素036
第5章依據(jù)成本績效設(shè)計栽培系統(tǒng)模塊（CSM）：邁向智能人工光植物工廠的一步038
5.1引言038
5.2提高成本績效039
5.3生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和成本績效041
5.4栽培系統(tǒng)模塊（CSM）的定義043
5.5CSM-L中的工廠生產(chǎn)過程測量和控制046
5.6栽培室和栽培系統(tǒng)模塊的空氣流動048
5.7可擴展人工光植物工廠的CSM-L的基本設(shè)計概念049
5.8結(jié)論053
參考文獻053
第二篇植物工廠近期發(fā)展與業(yè)務(wù)成果
第6章效率、生產(chǎn)力和利潤率的業(yè)務(wù)計劃057
6.1引言057
6.2運行效率058
6.3業(yè)務(wù)計劃表059
6.4如何分析和利用“業(yè)務(wù)計劃表”中的數(shù)據(jù)068
6.5運營過程的生產(chǎn)效率069
6.6如何實現(xiàn)業(yè)務(wù)盈利071
6.7生產(chǎn)效率和利潤率072
6.8工時生產(chǎn)效率和利潤率075
6.9效率及生產(chǎn)力與利潤率的相關(guān)性076
6.10資金籌集的敏感性和風(fēng)險分析077
6.11結(jié)論077
參考文獻078
第7章可再生能源使植物工廠更加“智能化”079
7.1引言：可再生能源作為商品的全球價格波動079
7.2智能植物工廠的智能能源080
7.3實驗計算081
7.4結(jié)論081
第8章用于大規(guī)模生產(chǎn)的室內(nèi)農(nóng)業(yè)概念082
8.1引言082
8.2影響植物生長的因子083
8.3室內(nèi)條件下的蒸騰作用083
8.4我們在室內(nèi)農(nóng)場中真的需要遠紅光嗎？084
8.5植物平衡085
8.6大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)施087
8.7未來發(fā)展087
參考文獻087
第9章生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)——以SAIBAIX為例089
9.1引言089
9.2系統(tǒng)描述090
9.3人工光植物工廠的狀態(tài)及速率變量的測量091
9.4在線評估資源使用效率和成本績效092
9.5間接測量植物指標的手段（相機圖像）094
9.6生產(chǎn)管理過程的可視化095
9.7建模、多元分析和大數(shù)據(jù)挖掘096
9.8商業(yè)應(yīng)用示例097
9.9結(jié)束語098
參考文獻098
第10章空氣分配及其均勻性099
10.1引言099
10.2人工光植物工廠中的通風(fēng)/分配系統(tǒng)102
10.3空氣分配系統(tǒng)評估105
參考文獻107
第三篇對光合作用、LED、相關(guān)單位和術(shù)語的再認識
第11章重新認識光合作用和LED的基本特性111
11.1引言111
11.2葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的吸收光譜111
11.3單葉的作用光譜和量子產(chǎn)額譜112
11.4人工光植物工廠中植物冠層的作用光譜114
11.5發(fā)光二極管（LED）117
11.6結(jié)論119
參考文獻119
第12章重新審議光和營養(yǎng)液的術(shù)語和單位121
12.1引言121
12.2光121
12.3營養(yǎng)液125
12.4結(jié)論127
參考文獻128
第四篇LED光源的研究進展
第13章寬譜白光LED未來在植物工廠中的應(yīng)用131
13.1引言131
13.2單色LED組合促進植物生長132
13.3寬譜白光LED的有效性133
13.4LED用于植物栽培的注意事項137
13.5通往PFAL未來之路的步驟138
參考文獻139
第14章利用LED光照技術(shù)調(diào)控植物生長發(fā)育和形態(tài)建成141
14.1引言141
14.2光合作用141
14.3形態(tài)和其他響應(yīng)143
14.4新型照明技術(shù)145
參考文獻148
第15章暗期干擾的光質(zhì)與光質(zhì)轉(zhuǎn)換對花卉形態(tài)發(fā)生與開花的影響150
15.1引言150
15.2暗期干擾光質(zhì)對花卉植物形態(tài)發(fā)生、開花調(diào)控的影響151
15.3暗期干擾光質(zhì)轉(zhuǎn)換對菊花形態(tài)發(fā)生和開花的影響156
15.4結(jié)論158
參考文獻159
第五篇未來將應(yīng)用到智能植物工廠的先進技術(shù)
第16章農(nóng)業(yè)機械化的商業(yè)模式165
16.1引言165
16.2農(nóng)業(yè)機械化165
16.3基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的精準農(nóng)業(yè)167
16.4結(jié)論167
參考文獻167
第17章城市農(nóng)場作物增產(chǎn)能耗的量化模型研究168
17.1引言168
17.2城市閑置空間169
17.3城市水培農(nóng)場的資源需求171
17.4模擬模型在城市一體化農(nóng)業(yè)中的作用174
17.5都市綜合農(nóng)場模型177
參考文獻191
第18章植物工廠在番茄育種和高產(chǎn)中的應(yīng)用196
18.1引言196
18.2在育種中的應(yīng)用197
18.3高架番茄生產(chǎn)197
參考文獻202
第19章植物工廠分子育種：方法與技術(shù)203
19.1引言203
19.2人工調(diào)控環(huán)境下的植物理想性狀204
19.3基因工程與作物育種206
19.4植物遺傳修飾的目標基因207
19.5基因工程綜合途徑的開發(fā)209
19.6高密度種植優(yōu)質(zhì)作物212
19.7培育高價值作物213
19.8展望216
參考文獻216
第20章高附加值植物的生產(chǎn)219
20.1引言219
20.2高附加值植物的分類219
20.3園藝作物中的功能性化合物（植物化學(xué)物質(zhì)）220
20.4藥用植物222
20.5轉(zhuǎn)基因植物的藥用和功能蛋白生產(chǎn)228
20.6附加信息：涉及人工光植物工廠的新項目232
參考文獻234
第21章草藥和食品添加劑的化學(xué)研究238
21.1引言238
21.2與藥用植物有關(guān)的問題238
21.3草藥中的活性成分239
21.4不可持續(xù)的植物采收240
21.5藥用植物栽培242
21.6植物化學(xué)與植物工廠242
21.7藥用植物化學(xué)分析243
21.8草藥參考標準245
21.9結(jié)論245
參考文獻246
第22章植物工廠生物節(jié)律的監(jiān)測與應(yīng)用248
22.1引言248
22.2利用葉綠素?zé)晒獾纳锕?jié)律進行幼苗診斷248
22.3基于生物節(jié)律的高通量生長預(yù)測系統(tǒng)250
22.4使用分子時刻表方法檢測轉(zhuǎn)錄組生物節(jié)律253
22.5植物生物節(jié)律的控制256
22.6結(jié)論258
參考文獻258
第23章利用RGB圖像自動監(jiān)測植物生長和開花動態(tài)260
23.1引言260
23.2室外條件下的計算機視覺技術(shù)260
23.3未來植物工廠可能使用的圖像分析技術(shù)264
23.4結(jié)論和討論264
參考文獻265
第24章水培系統(tǒng)中營養(yǎng)液成分的控制267
24.1引言267
24.2目前水培營養(yǎng)液控制的不足267
24.3水培營養(yǎng)液中的離子特異性控制268
24.4根系呼吸速率和根鮮重271
24.5結(jié)論272
參考文獻272
第25章人工光植物工廠中基于表型與人工智能的環(huán)境控制與育種273
25.1引言：項目背景273
25.2研究目標274
25.3基于表型與AI的智能人工光植物工廠的主要研究主題275
25.4研究成果的開發(fā)275
25.5結(jié)論：基于表型與人工智能的人工光植物工廠的可持續(xù)發(fā)展的未來展望276
參考文獻278
第26章隊列研究在植物工廠中的應(yīng)用279
26.1引言279
26.2人工光植物工廠數(shù)據(jù)的透明化、共享化與社會化280
26.3社會科學(xué)中的隊列或縱向研究280
26.4隊列研究中的植物：關(guān)注生長周期中的每個植物個體280
26.5植物性狀變化的原因和對這些原因的分析283
26.6栽培系統(tǒng)模塊（CSM）所需的應(yīng)用軟件291
26.7結(jié)論292
參考文獻292
第27章結(jié)束語293
27.1引言293
27.2人工光植物工廠的初期建造成本和運營成本非常高嗎？293
27.3人工光植物工廠對小規(guī)模種植戶有用嗎？294
27.4人工光植物工廠在任何地區(qū)都有其自身的價值296
27.5人工光植物工廠有助于實現(xiàn)聯(lián)合國制定的可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs）297
27.6結(jié)論298
參考文獻298
**篇當(dāng)前和下一代植物工廠的特征
第1章人工光植物工廠的現(xiàn)狀與智能人工光植物工廠003
1.1引言：食物、資源與環(huán)境的三大問題003
1.2人工光植物工廠的特征與主要組成部分005
1.3人工光植物工廠的現(xiàn)狀006
1.4本書主要目的和大綱007
1.5下一代智能人工光植物工廠的構(gòu)想008
1.6智能人工光植物工廠預(yù)期的*終功能009
1.7利用全球的技術(shù)加強本土的文化與技術(shù)009
1.8結(jié)論010
參考文獻010
第2章人工光植物工廠：優(yōu)勢、問題和挑戰(zhàn)011
2.1引言011
2.2人工光植物工廠實際的和潛在的效益011
2.3人工光植物工廠當(dāng)前存在的問題014
2.4促進人工光植物工廠研發(fā)和商業(yè)發(fā)展的措施015
2.5智能人工光植物工廠面臨的挑戰(zhàn)016
2.6結(jié)論019
參考文獻019
第3章當(dāng)前栽培系統(tǒng)的方案、問題和潛在的改進辦法021
3.1引言021
3.2營養(yǎng)液栽培系統(tǒng)021
3.3光源系統(tǒng)和光源性能026
3.4空氣溫度、VPD、CO2濃度及空氣流速的設(shè)置參數(shù)027
3.5空調(diào)系統(tǒng)與空氣循環(huán)027
3.6營養(yǎng)液的鹽度調(diào)控與滅菌028
3.7平面布局029
3.8植物種類及品種030
3.9亟待解決的問題030
3.10結(jié)論032
參考文獻033
第4章智能植物工廠的設(shè)計與控制034
4.1引言034
4.2控制模型035
4.3智能植物工廠的三個基本設(shè)計要素036
第5章依據(jù)成本績效設(shè)計栽培系統(tǒng)模塊（CSM）：邁向智能人工光植物工廠的一步038
5.1引言038
5.2提高成本績效039
5.3生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和成本績效041
5.4栽培系統(tǒng)模塊（CSM）的定義043
5.5CSM-L中的工廠生產(chǎn)過程測量和控制046
5.6栽培室和栽培系統(tǒng)模塊的空氣流動048
5.7可擴展人工光植物工廠的CSM-L的基本設(shè)計概念049
5.8結(jié)論053
參考文獻053
第二篇植物工廠近期發(fā)展與業(yè)務(wù)成果
第6章效率、生產(chǎn)力和利潤率的業(yè)務(wù)計劃057
6.1引言057
6.2運行效率058
6.3業(yè)務(wù)計劃表059
6.4如何分析和利用“業(yè)務(wù)計劃表”中的數(shù)據(jù)068
6.5運營過程的生產(chǎn)效率069
6.6如何實現(xiàn)業(yè)務(wù)盈利071
6.7生產(chǎn)效率和利潤率072
6.8工時生產(chǎn)效率和利潤率075
6.9效率及生產(chǎn)力與利潤率的相關(guān)性076
6.10資金籌集的敏感性和風(fēng)險分析077
6.11結(jié)論077
參考文獻078
第7章可再生能源使植物工廠更加“智能化”079
7.1引言：可再生能源作為商品的全球價格波動079
7.2智能植物工廠的智能能源080
7.3實驗計算081
7.4結(jié)論081
第8章用于大規(guī)模生產(chǎn)的室內(nèi)農(nóng)業(yè)概念082
8.1引言082
8.2影響植物生長的因子083
8.3室內(nèi)條件下的蒸騰作用083
8.4我們在室內(nèi)農(nóng)場中真的需要遠紅光嗎？084
8.5植物平衡085
8.6大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)施087
8.7未來發(fā)展087
參考文獻087
第9章生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)——以SAIBAIX為例089
9.1引言089
9.2系統(tǒng)描述090
9.3人工光植物工廠的狀態(tài)及速率變量的測量091
9.4在線評估資源使用效率和成本績效092
9.5間接測量植物指標的手段（相機圖像）094
9.6生產(chǎn)管理過程的可視化095
9.7建模、多元分析和大數(shù)據(jù)挖掘096
9.8商業(yè)應(yīng)用示例097
9.9結(jié)束語098
參考文獻098
第10章空氣分配及其均勻性099
10.1引言099
10.2人工光植物工廠中的通風(fēng)/分配系統(tǒng)102
10.3空氣分配系統(tǒng)評估105
參考文獻107
第三篇對光合作用、LED、相關(guān)單位和術(shù)語的再認識
第11章重新認識光合作用和LED的基本特性111
11.1引言111
11.2葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的吸收光譜111
11.3單葉的作用光譜和量子產(chǎn)額譜112
11.4人工光植物工廠中植物冠層的作用光譜114
11.5發(fā)光二極管（LED）117
11.6結(jié)論119
參考文獻119
第12章重新審議光和營養(yǎng)液的術(shù)語和單位121
12.1引言121
12.2光121
12.3營養(yǎng)液125
12.4結(jié)論127
參考文獻128
第四篇LED光源的研究進展
第13章寬譜白光LED未來在植物工廠中的應(yīng)用131
13.1引言131
13.2單色LED組合促進植物生長132
13.3寬譜白光LED的有效性133
13.4LED用于植物栽培的注意事項137
13.5通往PFAL未來之路的步驟138
參考文獻139
第14章利用LED光照技術(shù)調(diào)控植物生長發(fā)育和形態(tài)建成141
14.1引言141
14.2光合作用141
14.3形態(tài)和其他響應(yīng)143
14.4新型照明技術(shù)145
參考文獻148
第15章暗期干擾的光質(zhì)與光質(zhì)轉(zhuǎn)換對花卉形態(tài)發(fā)生與開花的影響150
15.1引言150
15.2暗期干擾光質(zhì)對花卉植物形態(tài)發(fā)生、開花調(diào)控的影響151
15.3暗期干擾光質(zhì)轉(zhuǎn)換對菊花形態(tài)發(fā)生和開花的影響156
15.4結(jié)論158
參考文獻159
第五篇未來將應(yīng)用到智能植物工廠的先進技術(shù)
第16章農(nóng)業(yè)機械化的商業(yè)模式165
16.1引言165
16.2農(nóng)業(yè)機械化165
16.3基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的精準農(nóng)業(yè)167
16.4結(jié)論167
參考文獻167
第17章城市農(nóng)場作物增產(chǎn)能耗的量化模型研究168
17.1引言168
17.2城市閑置空間169
17.3城市水培農(nóng)場的資源需求171
17.4模擬模型在城市一體化農(nóng)業(yè)中的作用174
17.5都市綜合農(nóng)場模型177
參考文獻191
第18章植物工廠在番茄育種和高產(chǎn)中的應(yīng)用196
18.1引言196
18.2在育種中的應(yīng)用197
18.3高架番茄生產(chǎn)197
參考文獻202
第19章植物工廠分子育種：方法與技術(shù)203
19.1引言203
19.2人工調(diào)控環(huán)境下的植物理想性狀204
19.3基因工程與作物育種206
19.4植物遺傳修飾的目標基因207
19.5基因工程綜合途徑的開發(fā)209
19.6高密度種植優(yōu)質(zhì)作物212
19.7培育高價值作物213
19.8展望216
參考文獻216
第20章高附加值植物的生產(chǎn)219
20.1引言219
20.2高附加值植物的分類219
20.3園藝作物中的功能性化合物（植物化學(xué)物質(zhì)）220
20.4藥用植物222
20.5轉(zhuǎn)基因植物的藥用和功能蛋白生產(chǎn)228
20.6附加信息：涉及人工光植物工廠的新項目232
參考文獻234
第21章草藥和食品添加劑的化學(xué)研究238
21.1引言238
21.2與藥用植物有關(guān)的問題238
21.3草藥中的活性成分239
21.4不可持續(xù)的植物采收240
21.5藥用植物栽培242
21.6植物化學(xué)與植物工廠242
21.7藥用植物化學(xué)分析243
21.8草藥參考標準245
21.9結(jié)論245
參考文獻246
第22章植物工廠生物節(jié)律的監(jiān)測與應(yīng)用248
22.1引言248
22.2利用葉綠素?zé)晒獾纳锕?jié)律進行幼苗診斷248
22.3基于生物節(jié)律的高通量生長預(yù)測系統(tǒng)250
22.4使用分子時刻表方法檢測轉(zhuǎn)錄組生物節(jié)律253
22.5植物生物節(jié)律的控制256
22.6結(jié)論258
參考文獻258
第23章利用RGB圖像自動監(jiān)測植物生長和開花動態(tài)260
23.1引言260
23.2室外條件下的計算機視覺技術(shù)260
23.3未來植物工廠可能使用的圖像分析技術(shù)264
23.4結(jié)論和討論264
參考文獻265
第24章水培系統(tǒng)中營養(yǎng)液成分的控制267
24.1引言267
24.2目前水培營養(yǎng)液控制的不足267
24.3水培營養(yǎng)液中的離子特異性控制268
24.4根系呼吸速率和根鮮重271
24.5結(jié)論272
參考文獻272
第25章人工光植物工廠中基于表型與人工智能的環(huán)境控制與育種273
25.1引言：項目背景273
25.2研究目標274
25.3基于表型與AI的智能人工光植物工廠的主要研究主題275
25.4研究成果的開發(fā)275
25.5結(jié)論：基于表型與人工智能的人工光植物工廠的可持續(xù)發(fā)展的未來展望276
參考文獻278
第26章隊列研究在植物工廠中的應(yīng)用279
26.1引言279
26.2人工光植物工廠數(shù)據(jù)的透明化、共享化與社會化280
26.3社會科學(xué)中的隊列或縱向研究280
26.4隊列研究中的植物：關(guān)注生長周期中的每個植物個體280
26.5植物性狀變化的原因和對這些原因的分析283
26.6栽培系統(tǒng)模塊（CSM）所需的應(yīng)用軟件291
26.7結(jié)論292
參考文獻292
第27章結(jié)束語293
27.1引言293
27.2人工光植物工廠的初期建造成本和運營成本非常高嗎？293
27.3人工光植物工廠對小規(guī)模種植戶有用嗎？294
27.4人工光植物工廠在任何地區(qū)都有其自身的價值296
27.5人工光植物工廠有助于實現(xiàn)聯(lián)合國制定的可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs）297
27.6結(jié)論298
參考文獻298
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智能人工光植物工廠 節(jié)選
**篇 當(dāng)前和下一代植物工廠的特征 第1章 人工光植物工廠的現(xiàn)狀與智能人工光植物工廠 Toyoki Kozai 著 萬斯，繆劍華，郭曉云，韋坤華 譯 摘要：本章討論了人工光植物工廠（plant factory with arti.cial lighting，PFAL）在解決食物、資源與環(huán)境三大問題中的重要性，描述了人工光植物工廠的定義及主要組成部分，簡要介紹了世界上人工光植物工廠的數(shù)量、生產(chǎn)成本，產(chǎn)品生產(chǎn)批發(fā)價及適合人工光植物工廠種植的植物。另外，還介紹了撰寫本書的主要目的，并討論了下一代智能人工光植物工廠的構(gòu)想及預(yù)期的*終功能。 關(guān)鍵詞：全球技術(shù)；本土技術(shù)；人工光植物工廠；智能人工光植物工廠；三大問題 1.1 引言：食物、資源與環(huán)境的三大問題 1.1.1 人工光植物工廠在解決三大問題中的作用 目前，人類正面臨著三個無可替代、同等棘手且需要并行解決的問題：①食物供給短缺和（或）不穩(wěn)定；②資源短缺；③環(huán)境退化（圖1.1）。隨著城市人口的持續(xù)增長和（或）農(nóng)業(yè)人口的老齡化，這三大問題不僅在地區(qū)、國家層面發(fā)生，而且將進一步發(fā)展成為全球性的問題。 圖1.1 人工光植物工廠被認為在解決食物、資源、環(huán)境三大問題中起到重大作用 短缺的資源包括可耕種土地、灌溉用水、肥料、化石燃料及勞動力。環(huán)境退化包括土壤、大氣和水的污染，土壤表面鹽堿化、沙漠化，以及近期氣候變化造成的干旱、高（低）溫、強（弱）光照、暴雨、洪澇、強風(fēng)及害蟲傳播。這些問題都導(dǎo)致了蔬菜市場價格的不穩(wěn)定。 為了解決食物、資源、環(huán)境這三大問題，人們需要開發(fā)基于全新理念的跨學(xué)科生產(chǎn)方式來大幅度提高食物的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時與現(xiàn)今的植物生產(chǎn)系統(tǒng)相比，這種新的生產(chǎn)方式能夠大幅度地緩解資源消耗和環(huán)境退化。人工光植物工廠（PFAL）就是這樣一種有望完成這個使命的系統(tǒng)（圖1.2）。人工光植物工廠的優(yōu)勢包括資源利用效率高、單位面積年產(chǎn)量高、不施用殺蟲劑、產(chǎn)出植物品質(zhì)高等（Kozai et al.，2015）。目前需要解決的主要問題是高昂的初期投入、電費及勞務(wù)費。 圖1.2 人工光植物工廠的任務(wù)與目標 下一代的智能人工光植物工廠有望顯著降低初期投入與運營成本，從而同時解決食物、資源與環(huán)境的問題。 生活在城市的人們每天要消耗大量的食物。與此同時，他們會產(chǎn)生大量的垃圾，包括 CO2、生物質(zhì)垃圾、廢水與熱量。結(jié)果，為了保持干凈的城市環(huán)境，大量的資源被用于處理這些垃圾（Despommier，2010）。這是食物、資源與環(huán)境三大問題中另外一個需要解決的方面。 1.1.2 利用植物工廠減少城市地區(qū)的新鮮蔬菜損耗 全世界每年為人類消費而生產(chǎn)的食物大約有1/3被浪費，數(shù)量約13億噸，在各種食物中，浪費率*高的是蔬菜。在發(fā)展中國家，采后與處理環(huán)節(jié)造成的損耗占其總浪費量的40%，而在工業(yè)化國家，超過總浪費量40%的損耗發(fā)生在零售店與消費者層面。食物的損耗與浪費背后是一連串的資源消耗，這些資源包括水、土地、能源、勞動力、資金，而不必要的溫室氣體排放則加重了全球變暖與氣候變化。新鮮蔬菜含水量約為90%，不僅質(zhì)量重，在運輸過程中還極易受損。因此，就近生產(chǎn)、就近消費（地產(chǎn)地銷）是減少蔬菜損耗與節(jié)約資源的重要手段。 1.1.3 城市地區(qū)產(chǎn)生的垃圾可作為植物生產(chǎn)的必需資源 眾所周知，綠色植物的生長依賴光合作用，而光合作用除了需要適當(dāng)?shù)臏囟龋需要水、 CO2、光能，以及由13種營養(yǎng)元素（包括 N、P、Ca和 Mg）組成的無機肥等資源。 需要指出的是，城市地區(qū)產(chǎn)生的相當(dāng)大的一部分垃圾在理論上可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锕夂吓c生長的必需資源。城市排放的 CO2可用作光合作用的碳源；廢水在經(jīng)過正確處理之后，可比河水、湖水及地下水更干凈，故可作為灌溉用水；生活垃圾（有機肥的原料）可通過特定微生物分解轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機肥；餐廳、寫字樓和不同類型的工廠釋放的熱能（30～60℃）可作為熱源用于冬天溫室保溫、食品與材料干燥等方面。因此，種植食品類植物等資源再利用方式可以顯著減少城市地區(qū)資源消耗量與垃圾產(chǎn)量。 人工光植物工廠生產(chǎn)中唯一不足且昂貴的資源是光能，需要利用燈具并消耗電能產(chǎn)生人工光補足。 不過，城市地區(qū)夜間常有過剩的電能，價格通常低于白天，可以降低人工光植物工廠中用于光照與空調(diào)的花費。 與使用熒光燈相比，人工光植物工廠的用電量與電費在使用發(fā)光二極管（light-emitting diode，LED）時減少了30%～40%或者更多。隨著智能 LED光照系統(tǒng)的發(fā)展，這項費用會進一步降低。此外，利用自然能源如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能發(fā)電的成本也在逐年降低。人工光植物工廠，尤其是智能人工光植物工廠，就可以成為城市地區(qū)中一種資源節(jié)約型與環(huán)境友好型的高產(chǎn)量植物生產(chǎn)系統(tǒng)，并有望幫助解決食物、資源與環(huán)境三大問題。 1.2 人工光植物工廠的特征與主要組成部分 在多數(shù)亞洲國家，植物工廠同時包括人工光植物工廠和太陽光植物工廠（plant factory with solar lighting，PFSL）。由于太陽光植物工廠僅在本章1.2.2小節(jié)中有所述及討論，故本書中“植物工廠”專指“人工光植物工廠（PFAL）”，不包括太陽光植物工廠。植物生產(chǎn)系統(tǒng)中，人工光植物工廠也被稱為垂直農(nóng)場（Despommier，2010）、室內(nèi)農(nóng)場或封閉式植物生產(chǎn)系統(tǒng)。 1.2.1 人工光植物工廠的特征 人工光植物工廠，而非智能人工光植物工廠，在本書中被定義為一類使用人工光源的封閉式植物生產(chǎn)系統(tǒng)（closed plant production system，CPPS；Kozai et al.，2015）。人工光植物工廠的栽培室（或培養(yǎng)室）有良好的隔熱性與氣密性，并且需要保持潔凈。由于良好的氣密性與隔熱性，人工光植物工廠內(nèi)部不受天氣影響，只要控制單元經(jīng)過良好的設(shè)計并正確運行，其環(huán)境便可控制在預(yù)期的設(shè)定值上。 1.2.2 人工光植物工廠與太陽光植物工廠的區(qū)別 由于人工光植物工廠栽培室的墻面是不透光、隔熱且氣密的，環(huán)境控制設(shè)備如加熱器、遮光簾、隔熱屏、防蟲網(wǎng)及天花板風(fēng)扇通風(fēng)設(shè)備或蒸發(fā)降溫系統(tǒng)都是不需要的。但是，太陽光植物工廠與環(huán)控溫室內(nèi)則需要這些控制設(shè)備。在人工光植物工廠中，燈具產(chǎn)生的熱量需要利用空調(diào)制冷抵消，以保持空氣溫度在設(shè)定值，即便在冬天的夜晚也是如此。這意味著人工光植物工廠不需要加熱系統(tǒng)。因此，人工光植物工廠的主要成本是光照和降溫所需的電費，太陽光植物工廠的主要成本是加熱、降溫、防蟲的消費，這二者的區(qū)別是環(huán)境控制的其中一個因素。其他因素在第2章中敘述。 1.2.3 人工光植物工廠的主要組成部分 人工光植物工廠栽培室的主要組成部分（或系統(tǒng)）列于表1.1中，并以圖的形式展示在圖1.3中（更多細節(jié)見 Kozai et al.，2015）。 表1.1 商業(yè)化生產(chǎn)的典型人工光植物工廠的主要組成部分（或系統(tǒng)）（左列序號與圖1.3中的序號一致） 現(xiàn)在，大多數(shù)占地面積在5000 m2及以上的大規(guī)模人工光植物工廠都配備了自動進行播種、移栽、運輸及包裝操作的機器或設(shè)備。占地面積在1000 m2及以下的人工光植物工廠未裝備自動化機器，而占地面積在1000～5000 m2的人工光植物工廠則是部分自動化的。因此，自動化技術(shù)并非人工光植物工廠的必要條件。在任何人工光植物工廠中，發(fā)現(xiàn)生理紊亂的葉片并將其去除（修剪）仍是靠人工操作的。工具或機器通常用于清理栽培板和栽培床，以及栽培室的地面，但這些操作也不是完全自動化的。 圖1.3 人工光植物工廠（PFAL）中的栽培室結(jié)構(gòu)由8個主要部分（系統(tǒng)）組成。自動化機器未在圖中展示。多數(shù)電能消耗在光照與空調(diào)系統(tǒng)。圖中序號與表1.1中的一致。此圖是 Kozai等（2015）所著文獻第4章中圖4.1的修訂版 1.3 人工光植物工廠的現(xiàn)狀 1.3.1 人工光植物工廠的數(shù)量估計 截至2018年9月，粗略估計商業(yè)化生產(chǎn)的人工光植物工廠在日本超過200個，在中國臺灣約100個，在全世界超過500個。中國、美國與韓國的人工光植物工廠數(shù)量自2015年來有顯著增長。2013～2017年，多個人工光植物工廠在新加坡、巴拿馬、蒙古國、俄羅斯、法國、越南、荷蘭、印度、英國、馬來西亞與一些包括阿聯(lián)酋在內(nèi)的中東國家建成。
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