设施农业技术的未来趋势与创新实践

随着全球对可持续和设施农业实践的需求不断增长，技术革新正在推动农业行业向前发展。与设施农业相关的技术革新归纳为四大类：智能照明与自动化控制、机器人与自动化系统、以及垂直农业与创新能源管理、桌面园艺与气雾培技术，以展现如何通过技术创新应对设施农业挑战。

1. 智能照明与自动化控制

这一类技术集中于通过智能系统优化作物生长环境，实现更精确的资源管理和能源节约。荷兰Maasdijk的Huisman Chrysanten通过将飞利浦GrowWise控制系统与Hoogendoorn的IIVO气候计算机集成，实现了更有效和高效的照明控制。这种集成允许种植者根据作物需求和能源价格等因素调节Philips LED的强度和光谱。Huisman Chrysanten在4.8公顷的区域安装了Philips Horticulture LEDs，能够将光强从10%调至100%，并在日末应用远红光处理，以实现菊花在冬季所需的茎长。通过新安装，Huisman Chrysanten能够减少20%的能源消耗，同时将照明水平提高近40%。2022年，Huisman Chrysanten用可调光的Philips GreenPower LED顶光模块替换了50%的HPS装置，一年后，其余的HPS装置被最新的带有独立远红光通道的Philips GreenPower顶光模块替换。

通过这种智能化照明，Huisman Chrysanten能够根据当前的能源状况和电网能源价格波动更好地匹配照明，所有数据流现在都汇集在IIVO气候计算机中，种植者可以选择最佳培养设置，同时考虑到天气预报和预期的能源价格等因素。此外，Huisman Chrysanten主要使用自己的CHP满足电力需求，仅购买一小部分电网电力。根据能源价格，他们可以单独使用CHP电力照明高达150 μmol/m^2/s，并根据能源价格调整光强，以节省照明运行成本，同时最大限度地利用购买的天然气和电力。

Philips的Horticulture LED灯为Huisman Chrysanten提供了一个单独的远红光LED控制通道，种植者每天结束时给作物半小时的远红光以实现所需的茎长。Huisman Chrysanten计划明年在作物需要额外长度的其他照明时段也使用远红光。这种智能照明展示了动态照明的潜力，通过允许动态、颜色可调的LED装置响应不断变化的环境因素，种植者可以更好地优化作物并降低能源成本。通过购买颜色可调的LED灯和智能GrowWise控制系统，种植者拥有了一个为未来准备的安装^[1]。

2. 机器人与自动化系统

自动化系统和机器人技术的应用，正在改变传统的农业劳动模式，减少人力需求，提升作业的精准度和规模^[2]。Purdue大学MARS实验室正在开发具有先进触觉传感器的机器人，这些传感器能通过视觉感知物体，类似于人类皮肤。实验室的研究成果已在农业领域得到应用，特别是在植物表型分析方面。通过与Jian Jin教授的合作，他们将触觉传感器技术集成到了LeafSpec手持成像设备中，该设备能为农民提供实时的作物健康信息。这项技术有助于优化肥料和农药的使用，提高作物疾病预防和管理的效率。此外，他们还计划将机器人技术应用于森林健康数据的收集，展示了跨学科合作如何推动农业技术的发展^[3]。

随着人口增长导致对食品需求的预期增加，室内农业操作正通过云基系统、人工智能、物联网传感器、智能照明和自动化气候控制等创新技术实现转型，以提高生产力和可持续性。这些技术不仅使农业生产更加高效和精确，还通过减少资源浪费和环境影响促进了农业的绿色发展。此外，机器人技术的应用进一步提高了操作的自动化水平和规模化能力。尽管存在对技术替代人工的担忧，但这些进步预计将为食品分销和保鲜等相关领域带来新的机遇^[5]。

3. 垂直农业与创新能源管理

垂直农业结合创新的能源管理技术，为高效率和低资源消耗的作物生产提供了新途径。Signify预见到自动化和多样化将推动垂直农业的未来发展。通过精确控制生长条件，包括光谱和强度，垂直农业能够生产出更新鲜、更富有营养的作物。此外，垂直农业还为非食用作物的种植提供了新的机会，如具有特殊健康、医药、芳香或化妆品属性的作物^[3]。VoltServer Digital Electricity技术为垂直农业提供了更安全、更高效的电力解决方案。通过集中管理LED电源供应，减少了维护成本，同时提高了LED的可靠性和远程控制能力，从而优化了生长过程^[4]。

Hardee Fresh与VoltServer合作，采用VoltServer的Digital Electricity™技术，推动其垂直农业技术的发展。Hardee Fresh正在Georgia的Americus建设一个新设施，计划在2025年成为世界上最大的垂直农场，占地340,000平方英尺，预计每年生产超过1500万颗生菜，同时大幅度减少水资源的使用。通过VoltServer的技术，Hardee Fresh能够采用远程集中式直流电设计，提高电力分配的安全性和能效，降低运营成本。这项技术不仅减少了传统电力系统所需的设备、时间和劳动力，还提高了LED照明的可靠性，降低了维护成本，并通过优越的远程控制和监控功能，使Hardee Fresh能够更精确地管理光照策略和环境条件。Hardee Fresh的联合创始人兼总裁Halton A. Peters博士强调了VoltServer技术在优化生长过程和提高作物产量与健康方面的重要性。James Eaves，VoltServer的室内农业总监，也表达了对继续合作的兴奋之情，并强调了这一合作如何帮助Hardee Fresh克服设计障碍，提高农场的弹性、安全性和生长环境^[6]。

4. 桌面园艺与气雾培技术

桌面园艺和气雾培技术代表了农业技术的另一种创新途径，它们使农业生产更加个性化和高效。"Table Top Garden"项目是由康奈尔大学学生开发的家用台式水培系统，旨在全年控制环境下种植新鲜蔬菜。这个紧凑型装置利用传感器和执行器自动调节水温、水位和光照，由Raspberry Pi Pico控制，以支持菠菜等蔬菜的生长。项目还考虑了电子设备在潮湿环境中的安全保护，并评估了其在减少农业碳足迹方面的潜在影响，展示了家庭水培种植的可行性和对环境的积极贡献^[7]。

LettUs Grow公司推出了一项独家全球合作伙伴计划，旨在通过授权其先进的气雾培技术，扩大其在全球的影响力并促进地理扩张。该计划允许温室和受控环境农业(CEA)行业的供应链和交付合作伙伴获得其Aeroponic Rolling Bench™技术的许可，使合作伙伴能够轻松地将先进气雾培的优势整合到其现有产品组合中，简化客户部署并最大化其客户利益。通过与工程、采购和建设(EPC)合作伙伴建立增强型网络，确保其气雾培技术在最具影响力的地区广泛及时地供应，并通过与EPC合作伙伴的战略联盟推动地理扩张，最大化其先进超声波气雾培技术在全球的影响。LettUs Grow的技术已被证明在实际应用场景中显著提高了植物生长速率，并且由于其高度适应性，适用于温室和垂直农场，可以作为改造升级或新建项目的一部分，以确保最大生产力并最小化环境影响。尽管LettUs Grow的技术主要侧重于改善叶菜和香草生产，但其超声波气雾培技术在番茄、草莓和果树苗的繁殖、生物量和林业方面也显示出了有效性^[8]。

参考文献

[1] "Integration of Philips GrowWise control system with climate computer allows Huisman Chrysanten to light more effectively and efficiently," *AgriTechTomorrow*, (https://www.agritechtomorrow.com/story/2024/07/integration-of-philips-growwise-control-system-with-climate-computer-allows-huisman-chrysanten-to-light-more-effectively-and-efficiently/15654/)

[2] "Strawberry Harvesting Robot– Ripe for the Future," *AgriTechTomorrow*, (https://www.agritechtomorrow.com/article/2024/06/strawberry-harvesting-robot%E2%80%93-ripe-for-the-future/15596)

[3] "How robots touch on the future of agriculture," *AgriTechTomorrow*, (https://www.agritechtomorrow.com/article/2024/06/how-robots-touch-on-the-future-of-agriculture/15631/)

[4] "Signify foresees a bright future for vertical farming, driven by automation and diversification," *AgriTechTomorrow*, (https://www.agritechtomorrow.com/article/2024/04/signify-foresees-a-bright-future-for-vertical-farming-driven-by-automation-and-diversification/15472/)

[5] "Developing Cloud-Based Systems for Managing Indoor Farming Operations," *AgriTechTomorrow*,(https://www.agritechtomorrow.com/article/2024/04/developing-cloud-based-systems-for-managing-indoor-farming-operations/15456/)

[6] "VoltServer Digital Electricity Will Power the Next Iteration of Tech-Enabled Vertical Farming at Hardee Fresh," *AgriTechTomorrow*, (https://www.agritechtomorrow.com/story/2024/03/voltserver-digital-electricity-will-power-the-next-iteration-of-tech-enabled-vertical-farming-at-hardee-fresh/15338/)

[7] "Table Top Garden," *AgriTechTomorrow*, (https://www.agritechtomorrow.com/article/2024/04/table-top-garden/15450/)

[8] "LettUs Grow unveils exclusive global partnership programme to scale benefits of aeroponics worldwide," *AgriTechTomorrow*, (https://www.agritechtomorrow.com/story/2024/02/lettus-grow-unveils-exclusive-global-partnership-programme-to-scale-benefits-of-aeroponics-worldwide/15315/)