抽象的

目前，植物工厂已成功实现黄瓜、西红柿、辣椒、茄子、瓜类等蔬菜育苗，批量为农民提供优质种苗，种植后生产性能更佳。植物工厂已成为蔬菜产业种苗供应的重要手段，在推动蔬菜产业供给侧结构性改革、保障城市蔬菜供应和绿色蔬菜生产等方面发挥着越来越重要的作用。

植物工厂育苗系统设计及关键技术装备

植物工厂育苗系统作为目前最高效的农业生产系统，集人工光照、营养液供给、立体环境控制、自动化辅助作业、智能化生产管理等综合技术手段于一体，集生物技术、信息技术和人工智能。智能化等高新技术成果推动行业不断发展。 

LED人工光源系统

人工光环境的构建是植物工厂育苗系统的核心技术之一，也是育苗生产能耗的主要来源。植物工厂的光环境具有很强的灵活性，可以从光质、光强、光周期等多个维度对光环境进行调控，同时可以按时间顺序对不同光因子进行优化组合，形成育苗光配方，保证人工育苗适宜的光照环境。因此，根据不同苗木生长的光需求特点和生产目标，通过优化光配方参数和供光策略，开发了专用节能LED光源，可大大提高苗木光能转换效率，促进苗木生物量的积累，提高苗木生产质量，同时降低能源消耗和生产成本。此外，光环境调控也是苗木驯化和嫁接苗愈合过程中的重要技术手段。

可拆卸式多层垂直育苗系统

植物工厂的育苗是利用多层立体货架进行的。通过模块化的系统设计，可以实现育苗系统的快速组装。货架间距可灵活调整，满足不同品种育苗的空间需求，大大提高空间利用率。此外，苗床系统、光照系统、水肥灌溉系统的分离设计，使苗床兼具运输功能，方便移动到播种、催芽、驯化等不同车间，减少劳动力耗秧盘处理。

可拆卸式多层垂直育苗系统 

水肥灌溉主要采用潮汐式、喷雾式等方式，通过精确控制营养液供给的时间和频率，实现水和矿质养分的均匀供给和高效利用。结合苗木专用营养液配方，满足苗木生长发育需要，保证苗木快速健康生长。此外，通过在线营养离子检测系统和营养液杀菌系统，可以及时补充养分，同时避免微生物和次生代谢产物的积累影响幼苗的正常生长。 

环境控制系统

精确高效的环境控制是植物工厂幼苗繁殖系统的主要特征之一。植物工厂的外部维护结构通常由不透明且高度绝缘的材料组装而成。在此基础上，对光照、温度、湿度、风速、CO2的调节几乎不受外界环境的影响。通过CFD模型的构建优化风道布置，结合微环境控制方法，使高密培养空间内的温度、湿度、风速、CO2等环境因子均匀分布取得成就。通过分布式传感器和触点控制实现智能环境调控，通过监控单元与控制系统的连接，对整个栽培环境进行实时调控。此外，采用水冷光源和水循环，结合室外冷源的引入，可实现节能降温，降低空调能耗。

自动辅助操作设备

植物工厂育苗作业流程严格，作业密度高，空间紧凑，自动化辅助设备必不可少。自动化辅助设备的使用，不仅有利于减少人工消耗，还有助于提高栽培空间的使用效率。目前已研发的自动化设备有插土覆土机、播种机、嫁接机、AGV物流输送小车等，在配套的智能管理平台控制下，基本可以实现育苗全过程的无人化操作。实现了。此外，机器视觉技术在育苗过程中也发挥着越来越重要的作用。不仅可以监测苗木的生长状态，辅助商品苗的管理，还可以进行弱苗、死苗的自动筛选。机械手取出并填满幼苗。

植物工厂育苗优势

高水平的环境控制使年生产

由于育苗的特殊性，其栽培环境的控制非常重要。在植物工厂条件下，光照、温度、水分、空气、肥料、CO2等环境因素得到高度控制，可为育苗提供最佳的生长环境，不分季节、不分地域。此外，在嫁接苗和扦插苗的繁育过程中，嫁接创面愈合和根系分化的过程对环境控制要求较高，植物工厂也是极好的载体。植物工厂本身环境条件的灵活性强，因此对于非产季或极端环境下的蔬菜育苗生产具有重要意义，可以提供育苗支持，保证蔬菜常年供应。此外，植物工厂的育苗不受场地限制，可以在城市郊区和社区公共场所就地进行。规格灵活多变，实现了优质苗木的批量生产和近距离供应，为城市园艺发展提供了重要支撑。 

缩短育苗周期，提高苗木质量

在植物工厂条件下，得益于对各种生长环境因素的精准控制，育苗周期较传统方法缩短30%至50%。育种周期的缩短可以增加种苗的生产批次，增加生产者的收入，降低因市场波动带来的经营风险。对于种植户来说，有利于早移栽、早投放市场，提高市场竞争力。另一方面，植物工厂培育出的苗木整齐粗壮，形态和质量指标明显改善，定植后的生产性能较好。研究表明，在植物工厂条件下培育出的番茄、辣椒和黄瓜幼苗，不仅提高了叶面积、株高、茎粗、根系活力等指标，而且定植后的适应性、抗病性、花芽分化能力都有所提高。并且在生产等方面具有明显的优势。种植植物工厂培育的黄瓜苗后，单株雌花数增加33.8%，单株结实数增加37.3%。随着幼苗发育环境生物学理论研究的不断深入，植物工厂在塑造幼苗形态和提高生理活性方面将更加精准可控。

 大棚与植物工厂嫁接苗状态对比

有效利用资源降低育苗成本

植物工厂采用标准化、信息化、产业化的种植方式，使种苗生产的每一个环节都得到严格把控，资源利用效率显着提高。种子是育苗的主要成本消耗。传统种苗由于经营不规范、环境可控性差，存在种子不发芽或生长弱等问题，造成种子从种子到商品苗的过程中存在巨大浪费。在植物工厂环境中，通过种子预处理、精细播种和栽培环境的精准控制，大大提高了种子的利用效率，用量可减少30%以上。水、肥等资源也是传统育苗的主要成本消耗，资源浪费现象严重。在植物工厂条件下，通过应用精准灌溉技术，水肥利用效率可提高70%以上。此外，由于植物工厂本身结构的紧凑性和环境控制的均匀性，幼苗繁殖过程中的能量和CO2利用效率也得到显着提高。

与传统的露地育苗、大棚育苗相比，植物工厂育苗最大的特点是可以多层次立体化进行。在植物工厂中，育苗可以从平面空间延伸到垂直空间，大大提高了单位土地的育苗效率，显着提高了空间利用效率。例如，某生物公司开发的育苗标准模块，在占地面积4.68㎡的情况下，单批可育苗10000余株，可用于3.3亩（2201.1㎡）蔬菜生产需要。在高密度多层立体养殖条件下，配套的自动化辅助设备和智能化物流运输系统，可大幅提高劳动力利用效率，节省劳动力50%以上。

高抗育苗助力绿色生产

植物工厂清洁的生产环境可以大大减少养殖空间病虫害的发生。同时，通过培养环境的优化配置，所产苗将具有更高的抗逆性，可大大减少育苗和定植过程中的农药喷洒。此外，对于嫁接苗、扦插苗等特种苗木的培育，可采用植物工厂内光、温、水、肥等绿色调控措施，替代传统作业中大量使用激素，确保食品安全，减少环境污染，实现绿色苗木可持续生产。

生产成本分析 

植物工厂提高苗木经济效益的途径主要有两部分。一方面，通过优化结构设计、标准化操作和智能化设施设备的使用，降低育苗过程中种子、电力和人工的消耗，提高水、肥、热、能的消耗。 .气体和CO2的利用效率降低育苗成本；另一方面，通过对环境的精准控制和工艺流程的优化，缩短了育苗时间，提高了年育苗批次和单位面积育苗产量，更具市场竞争力。 

随着植物工厂技术的发展和环境生物学对苗木培育研究的不断深入，植物工厂育苗成本与传统温室栽培基本持平，苗木质量和市场价值更高。以黄瓜育苗为例，生产材料占比较大，约占总成本的37%，包括种子、营养液、育苗盘、基质等，电能消耗约占总成本的24%成本，包括植物照明、空调和营养液泵能耗等，是未来优化的主要方向。此外，劳动力比例低是植物工厂生产的一个特点。随着自动化程度的不断提高，劳动力消耗成本将进一步降低。未来，通过开发高附加值作物和发展珍贵林木种苗产业化栽培技术，可进一步提高植物工厂育苗的经济效益。

黄瓜育苗成本构成/%

产业化现状

近年来，以中国农科院都市农业研究所为代表的科研机构、高新技术企业实现了植物工厂育苗产业化。可为苗木提供一条从种子到出苗的高效工业化生产线。其中，2019年在山西建成投产的植物工厂占地面积3500㎡，30天周期可培育80万株辣椒苗或55万株番茄苗。另建苗木繁育植物工厂，占地面积2300㎡，年产苗木8-1000万株。中国农业科学院都市农业研究所自主研发的嫁接苗移动式愈合植物，可为嫁接苗培育提供流水线式愈合驯化平台。一个工作空间可以同时处理 10,000 多株嫁接苗。未来，植物工厂育苗品种多样性有望进一步扩大，自动化、智能化水平不断提高。

中国农业科学院都市农业研究所研制的移动式嫁接苗修复植物

外表

植物工厂作为工厂化育苗的新型载体，在环境精准调控、资源高效利用、作业规范化等方面与传统育苗方式相比具有巨大优势和商业化潜力。通过减少种苗育种对种子、水、肥料、能源和人力等资源的消耗，提高单位面积种苗产量和质量，进一步降低植物工厂育种成本，产品在市场上更具竞争力。中国对苗木的需求量很大。除蔬菜等传统农作物生产外，植物工厂有望培育花卉、中药材、珍稀树种等高附加值苗木，进一步提高经济效益。同时，产业化种苗繁育平台需要考虑不同种苗繁育的兼容性和灵活性，以满足不同季节种苗繁育市场的需求。

育苗环境生物学理论是植物工厂环境精准调控的核心。深入研究光照、温度、湿度、CO2等环境因子对幼苗植株形态和光合作用等生理活动的调控，有助于建立幼苗-环境相互作用模型，降低育苗生产能耗，提高苗木质量和产量。质量提供了理论依据。在此基础上，以光为核心，结合其他环境因素的控制技术和装备，定制生产特殊株型、高均匀度、高质量的苗木，满足植物高密度栽培和机械化作业要求可以开发工厂。最终为数字化育苗体系建设提供技术基础，实现植物工厂标准化、无人化、数字化育苗。

作者：许亚良、刘新英等 

引用信息：

徐亚良, 刘新英, 杨其昌.植物工厂育苗关键技术装备及产业化[J].农业工程技术, 2021,42(4):12-15.