項目名稱光電子農業(yè)關鍵技術的創(chuàng)新與應用

1、項目名稱：光電子農業(yè)關鍵技術的創(chuàng)新與應用推薦獎種：省科學技術進步獎推薦單位：福建省教育廳項目簡介：光是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因素，通過改變光的強度、光質、模式、均勻性、方向性、偏振性和相干性等七個維度指標，可顯著改善農業(yè)生產中種養(yǎng)產品的產量和品質。因此，光電子農業(yè)是一種將光電子技術應用于種植、養(yǎng)殖、水產和病蟲害防治等領域，促進增產增收、節(jié)能減排、環(huán)保無害的新型農業(yè)技術，是一種高科技含量的綜合性關鍵技術。通過光電子農業(yè)技術，可以用工業(yè)領域廣泛采用的集約化生產、精確流程控制、最優(yōu)化調節(jié)等技術來提高產量和品質，實現(xiàn)更高的經濟和社會效益。本項目的主要成果如下：一、提出了光的七個維度的概念及其對植物

2、生長的影響，為光與植物相互作用的研究及最優(yōu)光環(huán)境的設置提供科學依據，揭示了光對種子發(fā)芽、形態(tài)建成、有效物質積累、光合指標及基因表達等方面的影響規(guī)律，為設施種植中最適光環(huán)境的配置提供了科學依據。二、系統(tǒng)研究了光伏發(fā)電與植物生長需光間的關系提出了用太陽能進行光伏發(fā)電與植物栽培的協(xié)同優(yōu)化方法；詳細分析了密排型、間歇型和部分透光型光伏溫室存在的問題，提出了光伏溫室設計的六大原則；發(fā)明了一種照度可調且光照分布均勻的光伏發(fā)電溫室。三、提出了光控溫室的概念并發(fā)明了相應的智能光控溫室發(fā)明了一種基于植物生長特性的有色薄膜自適應跟蹤和更換的溫室系統(tǒng)，以調節(jié)太陽光的強度和頻率，為植物生長的全階段提供最佳光照；發(fā)明了

3、彩色漫射玻璃溫室，在很大程度上解決了當前溫室只能調光強不能調光質的現(xiàn)狀。四、發(fā)明了高光能及空間利用率以及“流水線”式植物工廠首次將植物工廠分成硬件系統(tǒng)和針對具體植物生長規(guī)律及特性而實現(xiàn)的具體化、標準化和規(guī)范化控制的軟件系統(tǒng)，發(fā)明了流水線式植物工廠；發(fā)明了一種密集型、可移動式的植物培養(yǎng)架，節(jié)約了非種植空間，改善了光照均勻性，提高了光效，并在縱向上自動跟蹤植株的頂部，使其到LED光源的距離始終維持不變，以便用較小的光功率來滿足植物生長過程中所需的光照強度，節(jié)能降耗；發(fā)明了一種新穎的組培架，能同時調節(jié)每種顏色LED芯片的光強和光照時間，光質組合靈活多樣，光能利用率提高4倍以上，滿足了組培苗在不同階段

4、對光強、光質和光照時間的需求，極大提高了光能和空間利用率。五、提出了新穎的植物栽培方法，發(fā)明了相應的栽培系統(tǒng)發(fā)明了一種聚光型菲涅爾透鏡培養(yǎng)植物的方法，引導植物沿著光路方向生長，最大限度地提高光能的利用率，減少光能浪費；發(fā)明了一種用濾光片培養(yǎng)植物的方法，能精確地截取植物生長所需的太陽光譜，為植物生長提供最佳光質。本項目在植物光環(huán)境的研究及技術開發(fā)方面有較大創(chuàng)新，關鍵技術擁有自主知識產權，總體技術水平達到國際先進，實現(xiàn)技術跨越式發(fā)展。項目實施期間，培養(yǎng)博碩士研究生23人（其中留學生6人），獲授權發(fā)明專利13項，實用新型44項；發(fā)表論文19篇，其中SCI/EI收錄5篇。本成果技術成熟，推廣應用效果好

5、，近五年新增銷售額15.11188億元，利稅2.41517億元，經濟和社會效益顯著。主要完成單位：福建農林大學代表性論文專著目錄：1. Y Wu, Z Sun, K Ruan, Yong Xu, and H Zhang. Enhancing photoluminescence with Li-doped CaTiO3:Eu3+ red phosphors prepared by solid state synthesis J. Journal of Luminescence, Vol. 155, No. 11, pp. 269274, 2014. (SCI收入)2. Zou T, Lin S,

6、 Feng Q, et al. Energy-efficient control with harvesting predictions for solar-powered wireless sensor networksJ. Sensors, 2016, 16(1): 53. (SCI收入)3. Zou T, Wang Y, Wang M, et al. A Real-Time Smooth Weighted Data Fusion Algorithm for Greenhouse Sensing Based on Wireless Sensor NetworksJ. Sensors, 20

7、17, 17(11): 2555. (SCI收入)4. TD Liu, XW Zhang, Yong Xu*, SQ Liu, and XW Chen. Light quality modifies the expression of photosynthetic genes in maize seedlings, Photosynthetica, 2017, 55(2): 360367. (SCI收入)5. Xu Y. Seven dimensions of light in regulating plant growth J. Acta Hortic., 2016 (1134): 445-

8、452. (SCI收入)6. 林魁, 黃枝, 林碧英, 徐永*. 光強和紅藍配比對瓠瓜幼苗生長及生理生化特性的影響J. 西北植物學報，2017 (3): 517-525.7. 林魁, 徐永*. LED照明對植物體內功能性化學物質積累的影響J. 植物學報，2015年第2期，2015, 50 (2): 263271.8. 徐永. 光電子農業(yè)及其在設施園藝中的應用 J. 山西農業(yè)大學學報 (自然科學版)，2016年第2期，pp.77-87.9. 張曦文, 劉鐵東, 程國偵, 徐永*. 不同光處理對玉米葉片光響應曲線和二氧化碳響應曲線的影響J. 遼寧農業(yè)科學, 2018(01): 13-16.10.

9、張曦文, 劉鐵東, 徐永*. 光伏溫室技術的發(fā)展與應用J. 農業(yè)工程技術, 2017, 37(32): 69-76.11. 徐永, 林魁. LED光調控技術在設施農業(yè)中的應用研究進展J. 農業(yè)工程技術, 2017, 37(13): 10-15, 20.12. 張曦文, 劉鐵東, 徐永*. 遠紅光對玉米葉片葉綠素熒光的影響J. 福建農業(yè)科技, 2017(09): 26-31.13. 林魁, 黃枝, 金心怡, 徐永*. 植物生長光調控應用研究進展J. 熱帶作物學報，2017年第6期，2017 (6): 116370.14. 林魁, 徐永*. LED光調控技術在生菜設施化生產中的應用J. 北方園藝，

10、2016年第22期，2016 (22): 198203.15. 吳義炳，徐永*. 當前植物工廠所面臨的主要問題及解決的思路，農業(yè)工程技術，2016年第13期, pp. 2428.16. 徐永. 光伏溫室若干問題的探討 J. 農業(yè)工程技術，2015年第31期, pp. 2932.17. 徐永. 溫室補光及其發(fā)展趨勢J. 農業(yè)工程技術，2015年第28期, pp. 2932.18. 李漢生，徐永*. 光照對葉綠素合成的影響J. 現(xiàn)代農業(yè)科技，2014年第21期, pp. 161-164.19. 王鑫，鄒騰躍，徐永*. 一種密集型高光能利用率植物工廠的設計J. 農業(yè)工程, 2014年第6期, pp.

11、 39-43.主要知識產權證明目錄：1. 徐永，吳義炳. 基于植物生長特性和規(guī)律的流水線式植物工廠的實現(xiàn)方法P. 發(fā)明專利, 專利號：ZL201310414613.5 (2015-09-09 授權).2.徐永，陳美香. 一種光伏發(fā)電與植物栽培相協(xié)同的太陽能優(yōu)化利用方法P. 發(fā)明專利, 專利號：ZL201310431510.X (2016-05-11 授權).3.徐永，陳美香. 一種基于植物生長特性的彩色漫射玻璃溫室P. 發(fā)明專利, 專利號：ZL201410204879.1 (2015-09-09 授權).4.徐永, 吳冰. 一種高光能利用率的變光譜型組培架 P. 發(fā)明專利，專利號：ZL2016

12、10008060.7. (2017-11-28 授權).5.鄒騰躍，徐永，王鑫. 基于植物生長特性的溫室有色薄膜自適應跟蹤與更換系統(tǒng)P. 發(fā)明專利, 專利號：ZL201410014909.2 (2015-08-12 授權).6.鄒騰躍，徐永. 一種日光照度可調且光照均勻的光伏發(fā)電溫室P. 發(fā)明專利, 專利號：ZL201510208743.2 (2015-07-29 授權).7.王鑫，鄒騰躍，吳作勛，吳傳宇，徐永. 一種密集型高光能利用率植物工廠P. 發(fā)明專利, 專利號：ZL201410056062.4 (2016-01-27 授權).8.馮利, 徐永. 一種用濾光片培養(yǎng)植物的方法P. 發(fā)明專利

13、, 專利號：ZL201410702380.3 (2017-02-22 授權).9.鄒騰躍, 林壽英, 基于人體健康信息及空氣成分數(shù)據的室內植物推薦方法，發(fā)明專利，201510034730.8（2017-05-10 授權）10.林魁，徐永，林偉青，高山，陳嘉. 一種農業(yè)采摘車P. 發(fā)明專利, 專利號：ZL201510759710.7 (2016-03-02 授權).11.李漢生，徐永. 一種用于培養(yǎng)槽清洗的M型電動刷子P. 發(fā)明專利，專利號：ZL201510307576.7 (2016-05-04 授權).12.徐永, 林睿. 一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱及其使用方法P. 發(fā)明專利, 專利號：

14、ZL201610061945.3 (2018-07-27 授權).13.鄒騰躍，林壽英，馮奇杰，等，一種植物生長肥料消耗分析裝置及方法，發(fā)明專利，201610185326.5（2018-01-12 授權）.14.馮利，徐永. 一種對濾光片進行調節(jié)用于培育植物的裝置P. 實用新型，專利號：ZL201420729363.4 (2015-06-03 授權).15.徐永, 鄒騰躍. 一種光照均勻的漫射玻璃光伏溫室P. 實用新型, 專利號：ZL201520265680.X (2015-09-30 授權).16.李漢生，徐永. 一種用于培養(yǎng)槽清洗機的M型刷子P. 實用新型，專利號：ZL2015203859

15、95.8 (2015-11-11 授權).17.林魁, 黃枝, 林偉青, 徐永, 陳嘉. 一種可控光的植物培養(yǎng)架P. 實用新型，專利號：ZL201520537890.X (2015-12-09 授權).18.林魁, 黃枝, 張開暢, 徐永, 林偉青, 吳睿. 一種農業(yè)采摘車P. 實用新型，專利號：ZL201520890951.0 (2016-03-30 授權).19.徐永, 林睿. 一種聚光型菲涅爾透鏡植物培養(yǎng)箱P. 實用新型，專利號：ZL201620089922.9 (2016-08-31 授權).20.林魁, 徐永, 鐘奕輝, 王建強, 林毅鑫. 一種LED智能驅蟲裝置P. 實用新型, 專

16、利號：ZL201620272645.5 (2016-09-07 授權).21.林魁, 徐永, 林偉青, 郭國幸. 一種吊藤線多線盤繞線機P. 實用新型，專利號：ZL201620355222.X (2016-10-05 授權).22.吳義炳, 徐永. 一種基于植物生長特性的高效溫室玻璃P. 實用新型, 專利號：ZL201620085841.1 (2016-10-05 授權).23.林魁, 徐永, 王建強. 一種應用于植物生長燈的光照檢測裝置P. 實用新型, 專利號：ZL201620398225.1 (2016-10-05 授權).24.吳冰，徐永. 一種高光能利用率的組培架 P. 實用新型，專利

17、號：ZL201521077516.2. (2016-11-30 授權).25.龍博, 徐永. 用于防止水肥滴灌系統(tǒng)堵塞的自動檢測裝置P. 實用新型, 專利號：ZL201620578238.7 (2016-11-16 授權).26.林魁, 徐永, 王星劍. 一種簡易可調實驗觀測架P. 實用新型, 專利號：ZL201620355199.4 (2016-12-14 授權).27.徐永，吳征毅，鄭書河，吳冰，皇甫森森. 用于光照可調的光伏溫室的折疊式遮陽簾裝置P. 實用新型，專利號：ZL 201621144929.2. (2017-05-10 授權).28.林魁，鄧延平，申寶營，徐永，陳鵬濤，郭容芳.

18、 一種帶有儲物筐的腳踏采摘車P. 實用新型，專利號：ZL 201621300810.X. (2017-06-06 授權).29.林魁，徐永，張亞峰，夏木鳳，陳鵬濤. 一種植物培養(yǎng)架的燈光控制電路P. 實用新型，專利號：ZL 201621445676.2. (2017-07-07 授權).30.林魁，徐永，鄧延平，郭容芳，陳鵬濤. 一種帶有伸縮工作臺的腳踏采摘車P. 實用新型，專利號：ZL 201621299512.3. (2017-07-07 授權).31.林魁，徐永，張亞峰，夏木鳳，陳鵬濤. 一種可控均光植物培養(yǎng)架P. 實用新型，專利號：ZL 201621446404.4. (2017-08

19、-08 授權).32.皇甫森森，徐永，羅清. 一種利用自然光培育鐵皮石斛的組培裝置P. 實用新型，專利號：ZL201720039168.2. (2017-09-29 授權).33.張曦文，徐永，劉鐵東. 一種防光污染的通風植物培養(yǎng)架P. 實用新型，專利號：ZL 201720317392.3. (2017-11-17 授權).34.林魁，王文婷，柯彥，徐永，黃枝. 一種智能水肥機P. 實用新型，專利號：ZL 201720358541.0. (2017-11-17 授權).35.張曦文，徐永，劉鐵東. 一種高光能利用率的自適應植物工廠光照培養(yǎng)裝置P. 實用新型，專利號：ZL 20172026310

20、0.2. (2017-11-24 授權).36.林魁，王文婷，柯彥，徐永，黃枝. 一種智能上料水肥機P. 實用新型，專利號：ZL 201720358543.X. (2017-12-01 授權).37.林魁，徐永，王文婷，黃枝. 適于生菜光環(huán)境下水培的簡易栽培裝置P. 實用新型，專利號：ZL 201720319239.4. (2017-12-05 授權).38.張曦文，徐永，劉鐵東. 一種高種植空間和光能利用率的植物生長架P. 實用新型，專利號：ZL201720415024.2. (2017-12-05 授權).39.龍博，徐永. 基于太陽光伏發(fā)電的山區(qū)農田水肥滴灌系統(tǒng)P. 實用新型，專利號：Z

21、L 201720456137.7. (2017-12-08 授權).40.劉正義，徐永. 一種分光取色的溫室系統(tǒng)P. 實用新型，專利號：ZL 201720341510.4. (2018-01-05 授權).41.劉正義，徐永. 整體轉動追光式光伏溫室P. 實用新型，專利號：ZL 201720340658.6. (2018-01-09 授權).42.林魁，王文婷，柯彥，黃枝，徐永. 一種可升降式智能上料水肥機P. 實用新型，專利號：201720750052.X. (2018-02-09 授權).43.林魁，王文婷，柯彥，黃枝，徐永. 一種可移動式智能上料水肥機P. 實用新型，專利號：201720

22、750051.5. (2018-02-09 授權).44.林魁，王文婷，柯彥，黃枝，徐永. 料筒導軌可調式水肥機P. 實用新型，專利號：201720743538.0. (2018-02-09 授權).45.林魁，王文婷，柯彥，黃枝，徐永. 導軌可調帶毛刷式水肥機P. 實用新型，專利號：201720743450.9. (2018-02-09 授權).46.林魁，徐永，王文婷，黃枝. 一種光溫可控植物培養(yǎng)架P. 實用新型，專利號：201720832716.7. (2018-04-13 授權).47.皇甫森森, 徐永, 羅清. 一種智能型鐵皮石斛植物培養(yǎng)箱P. 實用新型，專利號：2017212440

23、74.5. (2018-05-25 授權).48.林添堤, 林魁, 楊浩, 徐永, 皇甫森森. 一種用于植物大棚的滅蟲燈籠P. 實用新型，專利號：201721478553.3. (2018-06-26 授權).49.林魁, 羅清, 王文婷, 徐永, 楊浩. 升降式植物水培裝置P. 實用新型，專利號：201721473114.3. (2018-06-26 授權).50.林魁, 楊浩, 羅清, 徐永, 林添堤. 一種帶導軌的植物培養(yǎng)箱P. 實用新型，專利號：201721515126.8. (2018-06-26 授權).51.楊浩, 林魁, 林添堤, 徐永, 李家奧. 簡易升降的高能效光照大棚P.

24、 實用新型，專利號：201721497596.6. (2018-06-26 授權).52.林魁, 林添堤, 羅清, 徐永. 一種光照射角度可調的植物培養(yǎng)觀測臺P. 實用新型，專利號：201721514166.0. (2018-06-26 授權).53.楊浩, 林魁, 林添堤, 徐永. 基于植物生長特性的LED光照燈箱P. 實用新型，專利號：201721497593.2. (2018-06-26 授權).54.林魁, 羅清, 林添堤, 徐永, 楊浩. 一種基于自然光照射的智能補光裝置P. 實用新型，專利號：201721725574.0. (2018-07-13 授權).55.林添堤, 林魁, 楊

25、浩, 徐永, 李家奧. 一種新型植物驅蟲裝置P. 實用新型，專利號：201721670907.4. (2018-07-13 授權).56.林添堤, 林魁, 楊浩, 徐永, 羅清. 一體式可控光的組培裝置P. 實用新型，專利號：201721670303.X. (2018-07-13 授權).57.林魁, 羅清, 王文婷, 徐永, 林添堤. 簡易升降式植物水培裝置P. 實用新型，專利號：201721473098.8. (2018-07-13 授權).推廣應用情況：1.建成一座面積為1200平方米的三連通的彩色玻璃漫射溫室，位于福建省三明市尤溪縣洋中鎮(zhèn)，于2015年5月正式建成投入使用。溫室內實現(xiàn)了

26、植物的立體栽培，并常年種植有菠蘿、樹葡萄、三角梅、馬櫻丹、雞蛋花、草莓、西紅柿、辣椒等植物。該彩色玻璃溫室能夠很好的解決作物生長過程中對光的需求，而且增強溫室的保溫效果。2016年初福建三明地區(qū)遭受罕見持續(xù)低溫，普通大棚內種植的西紅柿等作物全部受動死亡，而該溫室內種植的樹葡萄等熱帶作物無一受凍，全部安全過冬。2.福建洋塔園藝有限公司與福建農林大學光電子農業(yè)科研團隊長期合作，2014年起將光電子農業(yè)科研團隊研發(fā)的全國獨有專利技術應用于花卉生產，獲得了良好的效益。通過專利技術生產的產品深受市場和消費者的喜愛，取得了顯著的經濟和社會效益，2014年1月至2018年1-6月新增產值910萬元，利稅273萬元。3.福清佳家農業(yè)綜合開發(fā)有限公司與福建農林大學光電子農業(yè)科研團隊長期合作，2014年起將團隊研發(fā)的專利技術應用于鐵皮石斛生產，獲得了良好的效益，也是公司核心競爭優(yōu)勢所在。通過該專利技術生產的鐵皮石斛連續(xù)榮獲了第十屆和第十二屆海峽兩岸林業(yè)博覽會暨投資貿易洽談會金獎，產品深受市場和消費者喜愛，開創(chuàng)了鐵皮石斛的健康新時代，取得了顯著的經濟和社會效益，2015年1月至20