“高光效低能耗LED智能植物工廠關鍵技術及系統(tǒng)集成”是由中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所楊其長教授團隊完成的項目。前段時間，該項目已通過初評，有望摘得2017年國家科技進步二等獎。
項目簡介
近年來，LED在植物生長領域應用的巨大潛力市場逐步得到重視，國內的植物工廠越來越受關注，楊其長教授團隊申報的項目針對植物工廠規(guī)?；瘧秘酱鉀Q的光效低、能耗大、多因子協同管控難等關鍵技術及系統(tǒng)集成瓶頸，經過12年的潛心研究，在植物工廠光源適配理論與方法、光效與能效提升、營養(yǎng)品質調控以及多因子協同管控技術等方面取得了多項原創(chuàng)性成果。奠定了我國在國際上的優(yōu)勢地位。所突破的關鍵技術包括：
先提出植物“光配方”概念并闡明其理論依據，創(chuàng)制出基于光配方的LED節(jié)能光源及其光環(huán)境調控技術?；谥参锕夂蠈Σ煌庾V的響應特征，率先提出了植物“光配方”概念，構建了典型作物不同生育期的光配方優(yōu)化參數。創(chuàng)制出基于光配方的紅光（660nm）與藍光（450nm）芯片組合式、藍光芯片與熒光粉激發(fā)式多光譜組合 (R/G/B/FR) LED節(jié)能光源；研發(fā)出基于植株發(fā)育特征的移動式LED光源及其光環(huán)境調控技術，顯著降低光源能耗。與熒光燈相比，節(jié)能率達62%以上。
首次提出植物工廠光-溫耦合節(jié)能調溫方法，發(fā)明了基于室外冷源與空調協同調溫的節(jié)能調控技術?；谝雇硎彝饪諝夂欣湓础⒐馄诳照{降溫能耗高的現實，首次提出將光期置于夜晚、引進室外自然冷源降溫的“光-溫耦合節(jié)能調溫”方法，發(fā)明了基于室外冷源與空調協同調溫的植物工廠節(jié)能環(huán)境調控技術裝備，顯著降低空調能耗。與傳統(tǒng)空調降溫相比，節(jié)能率達24.6-63.0%。
發(fā)明了UV-納米TiO2營養(yǎng)液協同處理技術和采收前短期連續(xù)光照提升蔬菜品質方法，研發(fā)了基于光-營養(yǎng)協同調控的蔬菜品質提升技術。發(fā)明了UV-納米TiO2協同處理營養(yǎng)液自毒物質的技術方法，首次提出采收前短期連續(xù)光照調控蔬菜品質新技術，探明了提升蔬菜品質的光環(huán)境優(yōu)化參數及調控策略，降低葉菜硝酸鹽含量達30%以上，并顯著提高了Vc和可溶性糖含量。
研發(fā)出植物工廠光效、能效與營養(yǎng)品質提升的環(huán)境-營養(yǎng)多因子協同技術，集成創(chuàng)制出3個系列的智能LED植物工廠成套產品。探明了基于光配方、光-溫耦合與營養(yǎng)品質提升等多因子協同調控的邏輯控制策略及算法，研制出基于物聯網的植物工廠智能化管控技術，實現對植物工廠溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養(yǎng)液EC、pH、DO等要素的在線檢測、遠端訪問、程序更新及網絡化智能管控。集成創(chuàng)制出3個系列的智能LED植物工廠成套技術產品：規(guī)模量產型、可移動型、家庭微型植物工廠。
成果獲授權專利86件，其中發(fā)明專利42件（美國等國際發(fā)明專利4件），發(fā)表論文112篇（其中SCI和EI收錄38篇），出版專著5部，并創(chuàng)制出規(guī)模生產型、移動型、家庭微型植物工廠等多個系列產品。
2016年6月“智能LED植物工廠技術”作為農業(yè)領域重大科技成果代表，參加國家“十二五”科技創(chuàng)新成就展，受到社會各界廣泛贊譽，被譽為“土地利用和農作方式的顛覆性技術”。
世界著名植物工廠專家、日本植物工廠學會理事長、日本千葉大學前校長古在豐樹教授給予該項目成果高度的評價：“中國農科院植物工廠技術在光配方及LED光源、光-溫耦合節(jié)能環(huán)境控制等方面研究處于國際領先水平。”
完成單位
中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所
中國農業(yè)大學
北京大學東莞光電研究院
北京農業(yè)智能裝備技術研究中心
北京中環(huán)易達設施園藝科技有限公司
北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司
四川新力光源股份有限公司
完成人
楊其長、魏靈玲、宋衛(wèi)堂、周增產、劉文科、郭文忠、張國義、程瑞鋒、李琨、李成宇、仝宇欣、卜云龍、陳曉麗、李濤、張義。
項目完成單位和相關完成人共同獲2016年度北京市科學技術獎二等獎。另外，協同單位和相關完成人順利通過了中國農學會組織的科技成果評價“高光效低能耗LED智能植物工廠關鍵技術及系統(tǒng)集成”。
該成果已獲相關科技獎勵見下表：
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