高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成

“高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成”是由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所杨其长教授团队完成的项目。前段时间，该项目已通过初评，有望摘得2017年国家科技进步二等奖。

项目简介

近年来，LED在植物生长领域应用的巨大潜力市场逐步得到重视，国内的植物工厂越来越受关注，杨其长教授团队申报的项目针对植物工厂规模化应用亟待解决的光效低、能耗大、多因子协同管控难等关键技术及系统集成瓶颈，经过12年的潜心研究，在植物工厂光源适配理论与方法、光效与能效提升、营养品质调控以及多因子协同管控技术等方面取得了多项原创性成果。奠定了我国在国际上的优势地位。所突破的关键技术包括：

先提出植物“光配方”概念并阐明其理论依据，创制出基于光配方的LED节能光源及其光环境调控技术。基于植物光合对不同光谱的响应特征，率先提出了植物“光配方”概念，构建了典型作物不同生育期的光配方优化参数。创制出基于光配方的红光(660nm)与蓝光(450nm)芯片组合式、蓝光芯片与荧光粉激发式多光谱组合 (R/G/B/FR) LED节能光源;研发出基于植株发育特征的移动式LED光源及其光环境调控技术，显著降低光源能耗。与荧光灯相比，节能率达62%以上。

首次提出植物工厂光-温耦合节能调温方法，发明了基于室外冷源与空调协同调温的节能调控技术。基于夜晚室外空气含有冷源、光期空调降温能耗高的现实，首次提出将光期置于夜晚、引进室外自然冷源降温的“光-温耦合节能调温”方法，发明了基于室外冷源与空调协同调温的植物工厂节能环境调控技术装备，显著降低空调能耗。与传统空调降温相比，节能率达24.6-63.0%。

发明了UV-纳米TiO2营养液协同处理技术和采收前短期连续光照提升蔬菜品质方法，研发了基于光-营养协同调控的蔬菜品质提升技术。发明了UV-纳米TiO2协同处理营养液自毒物质的技术方法，首次提出采收前短期连续光照调控蔬菜品质新技术，探明了提升蔬菜品质的光环境优化参数及调控策略，降低叶菜硝酸盐含量达30%以上，并显著提高了Vc和可溶性糖含量。

研发出植物工厂光效、能效与营养品质提升的环境-营养多因子协同技术，集成创制出3个系列的智能LED植物工厂成套产品。探明了基于光配方、光-温耦合与营养品质提升等多因子协同调控的逻辑控制策略及算法，研制出基于物联网的植物工厂智能化管控技术，实现对植物工厂温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液EC、pH、DO等要素的在线检测、远端访问、程序更新及网络化智能管控。集成创制出3个系列的智能LED植物工厂成套技术产品：规模量产型、可移动型、家庭微型植物工厂。

成果获授权专利86件，其中发明专利42件(美国等国际发明专利4件)，发表论文112篇(其中SCI和EI收录38篇)，出版专著5部，并创制出规模生产型、移动型、家庭微型植物工厂等多个系列产品。

2016年6月“智能LED植物工厂技术”作为农业领域重大科技成果代表，参加国家“十二五”科技创新成就展，受到社会各界广泛赞誉，被誉为“土地利用和农作方式的颠覆性技术”。

世界著名植物工厂专家、日本植物工厂学会理事长、日本千叶大学前校长古在丰树教授给予该项目成果高度的评价：“中国农科院植物工厂技术在光配方及LED光源、光-温耦合节能环境控制等方面研究处于国际领先水平。”

完成单位

中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

中国农业大学

北京大学东莞光电研究院

北京农业智能装备技术研究中心

北京中环易达设施园艺科技有限公司

北京京鹏环球科技股份有限公司

四川新力光源股份有限公司

完成人

杨其长、魏灵玲、宋卫堂、周增产、刘文科、郭文忠、张国义、程瑞锋、李琨、李成宇、仝宇欣、卜云龙、陈晓丽、李涛、张义。

项目完成单位和相关完成人共同获2016年度北京市科学技术奖二等奖。另外，协同单位和相关完成人顺利通过了中国农学会组织的科技成果评价“高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成”。