植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)技術(shù)研究進(jìn)展

李佳 王夢(mèng)瑤 劉良好 袁方 高青 陳金星

(中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，上海 200032)

1 概述

植物工廠育苗微氣候環(huán)境及可編程水肥混合一體化精灌智能控制系統(tǒng)集成了大型連棟設(shè)施、人工氣候環(huán)境系統(tǒng)、自然光照加人工補(bǔ)充光照LED節(jié)能光模組、無(wú)土育苗立體多層苗床組、精量灌溉加精準(zhǔn)施肥可編程一體化自動(dòng)灌溉系統(tǒng)及裝備，在完成智能化植物工廠高效節(jié)能運(yùn)行的同時(shí)還可為設(shè)施育苗逆境脅迫、品種選育等領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究提供重要的技術(shù)支撐平臺(tái)。植物工廠設(shè)施育苗微氣候環(huán)境及可編程水肥混合一體化精灌智能控制系統(tǒng)真正解決了育苗過(guò)程中的環(huán)境控制與能耗等關(guān)鍵問(wèn)題，即實(shí)現(xiàn)了光、溫、水、肥、氣多參數(shù)集成智能調(diào)控。其中的作物苗期特征吸收光譜專用LED模組，采用高光效藍(lán)光芯片加納米熒光粉的技術(shù)路線，大幅提高LED的光質(zhì)及輔助光效。設(shè)施微氣候環(huán)境采用新風(fēng)比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)過(guò)濾低電壓微電場(chǎng)耐沾污除塵除菌技術(shù)，結(jié)合水質(zhì)凈化光催化循環(huán)水處理加消毒殺菌滅藻、阻垢除垢技術(shù)的應(yīng)用，最大限度地為發(fā)揮作物育苗周期的特性及生長(zhǎng)潛能提供技術(shù)支持，為產(chǎn)業(yè)化可持續(xù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

在植物工廠組網(wǎng)覆蓋形成的設(shè)施育苗立體精準(zhǔn)作業(yè)區(qū)域，系統(tǒng)不僅提供了無(wú)線傳感局域網(wǎng)/WiFi/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)/4G-5G通訊互備，還實(shí)現(xiàn)了手機(jī)、PDA等移動(dòng)終端現(xiàn)場(chǎng)操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)。在實(shí)現(xiàn)植物工廠育苗決策管理的基礎(chǔ)平臺(tái)上，提高了設(shè)施育苗周年生產(chǎn)運(yùn)行效率，高效科學(xué)的量化管理與優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及種植技術(shù)的提升，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施育苗在植物工廠受控環(huán)境下獲得的最佳的生長(zhǎng)效果，也為形成育苗規(guī)模化生產(chǎn)能力提供技術(shù)支撐及為適宜的種植模式提供科學(xué)依據(jù)。

植物工廠育苗微環(huán)境及水肥一體精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)的發(fā)展必定走向智能化。由于設(shè)施育苗區(qū)域氣候生態(tài)環(huán)境條件不同，相對(duì)的控制環(huán)境策略和精準(zhǔn)控制也應(yīng)各有特點(diǎn)[1]。在基于互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控植物工廠育苗微環(huán)境及水肥混合系統(tǒng)的同時(shí)，建立灌溉預(yù)測(cè)分析有效應(yīng)用方案,量化數(shù)據(jù)確定控制策略尤為重要。通過(guò)設(shè)施育苗特性與環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)吸收定量規(guī)律的互作研究，建立設(shè)施育苗特性與環(huán)境變化規(guī)律數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施育苗區(qū)域規(guī)?；o(wú)線傳感通訊驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)化、微氣候設(shè)施育苗環(huán)境精準(zhǔn)可控化等多功能為一體，集成創(chuàng)新了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)植物工廠育苗環(huán)境形式高密度立體化、資源高效利用等系統(tǒng)管理智能化的嶄新模式。人們只需要進(jìn)入到智能控制系統(tǒng)，就可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控觀察和控制育苗過(guò)程，使之生產(chǎn)過(guò)程智能化。

2 植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)構(gòu)建

植物工廠育苗微氣候環(huán)境及可編程水肥混合一體化精灌智能控制系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域氣象參數(shù)、設(shè)施育苗環(huán)境參數(shù)、育苗過(guò)程狀態(tài)變化等，通過(guò)無(wú)線傳感通訊及后臺(tái)監(jiān)控裝備，確定對(duì)植物工廠育苗區(qū)域種苗類別、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、氣流組織比例循環(huán)、新風(fēng)交換、LED光模組補(bǔ)充光照、種苗光譜吸收、需水量、營(yíng)養(yǎng)液池中的pH值和EC值[2]等及施肥信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和相應(yīng)預(yù)測(cè)，建立相應(yīng)的植物工廠微氣候環(huán)境下育苗過(guò)程動(dòng)態(tài)管理決策數(shù)據(jù)模型，完成對(duì)植物工廠規(guī)?；缢室惑w化精準(zhǔn)灌溉，實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字精準(zhǔn)作業(yè)進(jìn)一步量化和提升運(yùn)作效率，同時(shí)提高品質(zhì)和勞動(dòng)生產(chǎn)率，有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

隨著植物工廠育苗規(guī)模的擴(kuò)大，業(yè)內(nèi)迫切需要對(duì)支撐植物工廠育苗微環(huán)境的系統(tǒng)軟硬件、作物品種最適育苗環(huán)境需求進(jìn)行優(yōu)化，在植物工廠的實(shí)際運(yùn)作中，將直接體現(xiàn)在種苗品質(zhì)的提升。目前，設(shè)施育苗高效率工廠化運(yùn)作、能耗和水肥一體化精準(zhǔn)灌溉、人工成本仍然是制約植物工廠性價(jià)比的主要因素。目前植物工廠育苗環(huán)境熱負(fù)荷、植物蒸騰與光合作用的整合計(jì)算模型、微環(huán)境智控技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，特別是高效LED人工光源性價(jià)比的大幅提升，為發(fā)展植物工廠規(guī)?；沙掷m(xù)育苗提供了可行性[3]。

然而，要系統(tǒng)解決這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)植物工廠育苗最適微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)技術(shù)數(shù)字化平臺(tái)構(gòu)建是一種必然選擇。其中植物工廠育苗微環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)控制的主要依據(jù)，結(jié)合氣象參數(shù)資料、育苗狀況等完成其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器智控工作程序，及時(shí)反饋系統(tǒng)控制信息，通過(guò)服務(wù)器上數(shù)字模型及算法的處理，將結(jié)果發(fā)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)或用戶端。并在此基礎(chǔ)上利用機(jī)器學(xué)習(xí)產(chǎn)生新的歸納推理和決策能力，最終將函數(shù)的預(yù)測(cè)分析能力推向更高的層次，從而使植物工廠育苗、管理更加科學(xué)、精確。對(duì)具有區(qū)域代表性且規(guī)?；参锕S而言，其育苗增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)效果極其明顯，并可實(shí)現(xiàn)減少無(wú)效環(huán)境功能損失。為實(shí)現(xiàn)植物工廠育苗的科學(xué)量化管理、打造高效種植技術(shù)與產(chǎn)品，形成規(guī)模化生產(chǎn)能力提供技術(shù)支撐，應(yīng)用前景廣闊。

2.1 植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)

構(gòu)建植物工廠育苗微環(huán)境及水肥智控系統(tǒng)，其功能模塊包括育苗特性與環(huán)境變化規(guī)律數(shù)字模型智能調(diào)控、傳感器無(wú)線傳感信息采集及物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)植物工廠育苗微環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、氣流組織比例循環(huán)、LED光模組補(bǔ)充光照、種苗光譜吸收、需水量、營(yíng)養(yǎng)液pH值和EC值、精量灌溉加精準(zhǔn)施肥等及施肥信息作出相應(yīng)預(yù)測(cè)和精確模擬，最大限度地發(fā)揮植物生長(zhǎng)潛能。

針對(duì)植物工廠育苗數(shù)字模型，研究作物生長(zhǎng)過(guò)程及環(huán)境因子對(duì)生長(zhǎng)的影響規(guī)律，形成系統(tǒng)數(shù)字建?；纠碚?、方法，實(shí)現(xiàn)植物工廠微環(huán)境調(diào)控智能控制系統(tǒng)。其中微環(huán)境氣流組織比例循環(huán)及育苗微環(huán)境水肥精灌智控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、苗床水培根系精準(zhǔn)控溫、植物紅光受體與遠(yuǎn)紅光受體的生理調(diào)節(jié)功能的機(jī)制及誘導(dǎo)、復(fù)合營(yíng)養(yǎng)液水肥一體化灌溉等系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用增效顯著。模塊結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2.2 植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在植物工廠微環(huán)境下完成育苗的可編程水肥混合一體精灌智控系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)包含了植物工廠育苗受控環(huán)境及可編程水肥混合一體化智能控制，研究對(duì)具有規(guī)?；闹参锕S育苗微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的植物工廠育苗環(huán)境智能控制技術(shù)，不僅滿足種苗周年生產(chǎn)需求而且節(jié)能增效極其明顯。在監(jiān)測(cè)育苗環(huán)境、生長(zhǎng)狀況的同時(shí)結(jié)合區(qū)域氣象參數(shù)，以單元育苗環(huán)境對(duì)其各階段所需環(huán)境參數(shù)、水分、養(yǎng)分及生理特性數(shù)據(jù)為依據(jù)，計(jì)算確定環(huán)境參數(shù)、水肥一體程序灌溉計(jì)劃，也為系統(tǒng)精準(zhǔn)控制提供主要量化依據(jù)。

通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”應(yīng)用，采集育苗微環(huán)境及水肥精灌系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)，完成監(jiān)控設(shè)施生產(chǎn)要素，以穩(wěn)定的數(shù)據(jù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸加現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)控制,結(jié)合NB-Lot技術(shù)應(yīng)用，確保系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間低功耗穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)云數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)施育苗整體環(huán)境狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并提供異常信息及時(shí)越限預(yù)警及專家系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)。結(jié)合機(jī)器深度學(xué)習(xí)，JAVA為人機(jī)界面，形成一個(gè)植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)操作標(biāo)準(zhǔn)體系的智慧種植服務(wù)平臺(tái)。

2.2.1 植物工廠育苗微環(huán)境核心參數(shù)研究

內(nèi)容包括針對(duì)植物工廠育苗空氣環(huán)境參數(shù)梯度變化特征，建立一種植物工廠育苗環(huán)境可編程水肥混合一體精灌智控系統(tǒng)核心參數(shù)方案，模擬人工預(yù)判斷經(jīng)驗(yàn)，形成一個(gè)適合植物工廠育苗環(huán)境控制的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)。其中的植物工廠育苗微環(huán)境及精量灌溉加精準(zhǔn)施肥系統(tǒng)控制因子包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、氣流組織模式、LED人工光照、光譜適配方、新風(fēng)量比例交換、水肥混合一體精準(zhǔn)灌溉等多種育苗微環(huán)境要素，最終實(shí)現(xiàn)植物工廠育苗微環(huán)境的真實(shí)模擬。

研究營(yíng)養(yǎng)液適配比及土壤、基質(zhì)物理參數(shù)對(duì)設(shè)施育苗及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的影響，掌握設(shè)施育苗的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控關(guān)鍵因素。系統(tǒng)研究人工光源關(guān)鍵光質(zhì)參數(shù)(尤其是光譜)對(duì)育苗過(guò)程的影響，獲取環(huán)境因子與種苗互作核心動(dòng)態(tài)參數(shù)，為構(gòu)建育苗相關(guān)數(shù)字模型奠定基礎(chǔ)。

2.2.2 植物工廠育苗數(shù)字化平臺(tái)構(gòu)建

內(nèi)容包括基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)建植物工廠育苗微環(huán)境的數(shù)字模型，其中設(shè)施育苗微環(huán)境空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、CO2比例調(diào)控技術(shù)、高光效配方模組、氣流組織微控技術(shù)、營(yíng)養(yǎng)液適配方技術(shù)加水肥一體精準(zhǔn)灌溉等通過(guò)大數(shù)據(jù)獲取積累，利用AI過(guò)程比對(duì)與智能調(diào)控方法，獲取傳感器數(shù)據(jù)信息。將育苗環(huán)境各因素的函數(shù)持續(xù)優(yōu)化，用算法逐步替代經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)迭代超越經(jīng)驗(yàn)，確認(rèn)最佳組合。結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”應(yīng)用平臺(tái)的植物工廠育苗區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)視頻加RGB同步監(jiān)控，構(gòu)建育苗微環(huán)境及水肥精灌數(shù)字模型將凸顯其至關(guān)重要的作用。人工智能將設(shè)施育苗數(shù)字化、算法化、數(shù)據(jù)化。數(shù)字模型將重新定義生產(chǎn)與管理，生產(chǎn)就是模型。通過(guò)大數(shù)據(jù)和算法實(shí)現(xiàn)對(duì)特定設(shè)施育苗微環(huán)境的有效利用，創(chuàng)建數(shù)字化智慧管理平臺(tái)。

3 植物工廠數(shù)字化相關(guān)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

基于植物工廠育苗周期的形態(tài)特征數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)施育苗環(huán)境及營(yíng)養(yǎng)液最適配方積累，其關(guān)鍵技術(shù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)吸收狀態(tài)調(diào)控和促進(jìn)種苗生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，達(dá)到生產(chǎn)上設(shè)施育苗過(guò)程高效與品質(zhì)的提升，為植物工廠育苗規(guī)?；a(chǎn)和提升運(yùn)作效率奠定技術(shù)基礎(chǔ)。在現(xiàn)有植物工廠育苗產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)技術(shù)實(shí)踐基礎(chǔ)上，開展在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上現(xiàn)代植物工廠育苗微環(huán)境及水肥一體精準(zhǔn)灌溉智控系統(tǒng)核心技術(shù)數(shù)字模型的應(yīng)用，形成植物工廠育苗過(guò)程的逐步完善，直至形成產(chǎn)品相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)施微環(huán)境育苗及營(yíng)養(yǎng)液適配方的積累，對(duì)植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控大規(guī)模應(yīng)用和建立數(shù)字化智能調(diào)控系統(tǒng)平臺(tái)形成有力技術(shù)支撐。

開展植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控?cái)?shù)字化關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究，提高產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度，是目前植物工廠育苗數(shù)字精準(zhǔn)作業(yè)降低運(yùn)作能耗的直接手段[4]，也是技術(shù)領(lǐng)域得以可持續(xù)發(fā)展的重要手段和措施。結(jié)合育苗過(guò)程數(shù)據(jù)積累及微環(huán)境因子與育苗互作，在現(xiàn)有植物工廠示范基礎(chǔ)上，逐步完善數(shù)據(jù)庫(kù)形成數(shù)字建模及相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地優(yōu)化使用各項(xiàng)農(nóng)業(yè)資源和投入，也將成為設(shè)施農(nóng)業(yè)資源高效利用和數(shù)字精準(zhǔn)作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。促成植物工廠育苗優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，以期獲得最大經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)行業(yè)成熟。

4 植物工廠育苗發(fā)展亟需解決的問(wèn)題

植物工廠育苗規(guī)模的擴(kuò)大，能耗和人工成本必然是制約植物工廠育苗及水肥一體精灌系統(tǒng)運(yùn)作性價(jià)比的主要因素。設(shè)施育苗微環(huán)境調(diào)控原型、育苗微環(huán)境氣流組織比例循環(huán)、負(fù)荷耗能計(jì)算、二氧化碳調(diào)控及植物蒸騰與光合作用的數(shù)據(jù)模型計(jì)算、水肥一體精灌智控、營(yíng)養(yǎng)液加光催化循環(huán)消毒適配方數(shù)據(jù)計(jì)算，特別是小分子復(fù)合水溶性營(yíng)養(yǎng)液與高效LED人工光模組性價(jià)比的大幅提升與應(yīng)用，對(duì)發(fā)展新一代植物工廠育苗系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)提出了更高的要求。然而面對(duì)這些問(wèn)題，植物工廠育苗微環(huán)境的數(shù)字模型與智能調(diào)控系統(tǒng)將直接提升其生產(chǎn)效率和種苗品質(zhì)，也是解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的重要手段之一。

亟需解決的植物工廠育苗問(wèn)題，就是如何讓育苗微環(huán)境在環(huán)境精準(zhǔn)控制、二氧化碳新風(fēng)混合比例調(diào)控、系統(tǒng)環(huán)境營(yíng)養(yǎng)液潔凈度及水肥一體精灌的系統(tǒng)之間平衡。為此，研發(fā)育苗抗菌基質(zhì)載體，可有效降低因有機(jī)物及激素在水肥系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)液中的導(dǎo)入而產(chǎn)生的環(huán)境控制成本，且提高設(shè)施育苗微環(huán)境控制技術(shù)對(duì)氣流組織凈化的依賴，從而大幅減低成本。隨著植物工廠設(shè)施環(huán)境、微環(huán)境育苗、高光效LED光模組、水肥一體灌溉、物聯(lián)網(wǎng)及AI/VR技術(shù)應(yīng)用、系統(tǒng)智能控制、數(shù)字模型及信息處理等規(guī)?；瘧?yīng)用，充分利用多學(xué)科資源交叉，為植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)技術(shù)研究進(jìn)展提供核心系統(tǒng)技術(shù)支持。

4.1 植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控系統(tǒng)發(fā)展相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題

在植物工廠育苗數(shù)字化智慧管理過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)設(shè)施微環(huán)境育苗階段優(yōu)化大數(shù)據(jù)獲取，其中的關(guān)鍵技術(shù)是微環(huán)境環(huán)境因子調(diào)控、水溶性復(fù)合營(yíng)養(yǎng)液對(duì)育苗營(yíng)養(yǎng)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究。目前育苗微環(huán)境調(diào)控技術(shù)的逐步完善，相應(yīng)技術(shù)正在被更新與升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)施微環(huán)境育苗高效與品質(zhì)提升。其中涉及研究的關(guān)鍵技術(shù)還包括微環(huán)境的在線空氣凈化技術(shù)、育苗基質(zhì)抗菌隔離材料技術(shù)及有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的緩釋技術(shù)。為此，植物工廠育苗不僅實(shí)現(xiàn)了多種技術(shù)集成，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控育苗生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)，而且基于數(shù)字模型，將多功能模塊融為一體，通過(guò)微環(huán)境、育苗狀態(tài)監(jiān)控以及環(huán)境因子干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了植物工廠育苗標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。因此，傳感器無(wú)線傳感信息采集及物聯(lián)網(wǎng)信息總線接口、通訊協(xié)議都應(yīng)具有相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)軟硬件產(chǎn)品都擁有各自不同技術(shù)及工藝標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)植物工廠育苗微環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)集成，至今尚未真正形成統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前在設(shè)施育苗方面相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題已被充分重視，對(duì)今后的可持續(xù)發(fā)展日顯重要。

4.2 核心技術(shù)問(wèn)題

植物工廠育苗微氣候環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)與育苗能耗核心技術(shù)研究、育苗微環(huán)境調(diào)節(jié)根部及葉面的二氧化碳濃度調(diào)控核心技術(shù)研究、育苗微環(huán)境及水肥灌溉精準(zhǔn)調(diào)控模式核心技術(shù)研究、復(fù)合水溶性營(yíng)養(yǎng)液對(duì)育苗組培營(yíng)養(yǎng)調(diào)控核心技術(shù)研究、人工光模組微環(huán)境育苗光受體誘導(dǎo)的機(jī)理調(diào)節(jié)核心技術(shù)研究等是構(gòu)建植物工廠育苗數(shù)字模型的重要核心內(nèi)容。

數(shù)字模型根據(jù)環(huán)境因子以及營(yíng)養(yǎng)成分與植物工廠育苗互作機(jī)理需求，建立適應(yīng)性有機(jī)聯(lián)系的信息技術(shù)，包括傳感器實(shí)時(shí)信息獲取、通訊模塊和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精準(zhǔn)灌溉過(guò)程各類環(huán)境參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)育苗過(guò)程偏差及越限預(yù)警。依據(jù)植物工廠育苗微環(huán)境優(yōu)化控制調(diào)控策略，研究設(shè)施育苗微環(huán)境氣流組織比例精準(zhǔn)調(diào)控與節(jié)能指標(biāo)的影響、研究復(fù)合營(yíng)養(yǎng)液適應(yīng)配比對(duì)育苗過(guò)程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的影響，研究育苗基質(zhì)成分對(duì)育苗過(guò)程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的影響，研究高效光模組配方關(guān)鍵參數(shù)(尤其是光譜吸收)對(duì)育苗過(guò)程的影響。綜合植物工廠育苗微環(huán)境關(guān)鍵因子核心參數(shù)而確定的技術(shù)數(shù)據(jù)，提出植物工廠育苗微環(huán)境及水肥精灌智控?cái)?shù)字模型構(gòu)建。

5 總結(jié)與展望

構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的植物工廠育苗微環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)具有特定品系育苗微環(huán)境及水肥精灌系統(tǒng)的智能控制，以及采用低能耗運(yùn)作將大大提高其工廠化效率。通過(guò)設(shè)施育苗過(guò)程數(shù)字建模，精準(zhǔn)無(wú)誤地調(diào)控育苗適宜的環(huán)境因子，篩選出適宜種苗健壯生長(zhǎng)且縮短生長(zhǎng)周期的參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)植物工廠育苗微環(huán)境數(shù)字模型智能調(diào)控下的優(yōu)良品種培育，提高種苗品質(zhì)。在提升育苗勞動(dòng)生產(chǎn)率前提下，節(jié)約生產(chǎn)成本，達(dá)到設(shè)施育苗周年連續(xù)規(guī)?；a(chǎn)。

利用當(dāng)今各類型大型植物工廠育苗環(huán)境，開展植物工廠的育苗-環(huán)境互作研究，有效利用微環(huán)境育苗數(shù)字模型實(shí)時(shí)調(diào)控環(huán)境因子，為實(shí)現(xiàn)育苗最佳生長(zhǎng)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)應(yīng)用理論平臺(tái)。植物工廠的發(fā)展提供了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的硬件、軟件系統(tǒng)，是核心技術(shù)“芯片”。同時(shí)，創(chuàng)新設(shè)施育苗是一種嶄新模式，在取得經(jīng)濟(jì)效益的前提下，對(duì)其質(zhì)量安全控制領(lǐng)域起到相當(dāng)大的作用，設(shè)施育苗微環(huán)境因子調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新；明確設(shè)施育苗復(fù)合營(yíng)養(yǎng)液適配方及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量在水肥精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)的技術(shù)定位；確定核心技術(shù)必須建立在以產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的科技創(chuàng)新體系中。實(shí)現(xiàn)植物工廠育苗高效種植與產(chǎn)品技術(shù)價(jià)值，形成可持續(xù)規(guī)模化生產(chǎn)能力，產(chǎn)業(yè)化前景十分廣闊，并在未來(lái)的植物工廠育苗產(chǎn)業(yè)中具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。