受控环境农业(CEA)是一种先进和密集型的基于水块的农业,植物在受控环境中生长以优化园艺实践。
CEA技术比种植厂的旧系统更简单。实际上,他们要求合理的化学,园艺,工程,植物生理学,植物病理,计算机和昆虫学知识。在研究或商业环境中运营成功的CEA生产,需要广泛的技能以及参加细节的自然倾向。
重要性
如今的消费者越来越多地要求食用新鲜、高质量、不含杀虫剂和其他农药的蔬菜。当地生产也是购买新鲜蔬菜的一个主要因素。在美国和世界上的许多地区,气候使得仅靠当地的农产品无法全年满足这种需求。进口到美国的农产品可能来自美国的其他地区(加利福尼亚、佛罗里达和德克萨斯是主要的出口州)和其他国家(主要是墨西哥、荷兰和以色列)。
当新鲜产品运输距离很大时,可能存在显着的质量损失。此外,运输的能量要求可能是显着的。CEA设施中的本地生产还可能需要显着的加热,通风和可能补充照明的能量输入。研究表明,生长和运输新鲜农产品所需的(非太阳能)能量至少1000英里相当于CEA设施中当地生产所需的能量,如东北和上部中西部。
交通运输依赖于液体燃料,而液体燃料的价格预计将比一般通货膨胀率上涨得更快。中国煤炭设施的生产依赖于电力和天然气,预计这两种能源的价格上涨速度不会超过通胀。这些因素表明,在未来几十年里,新鲜蔬菜的CEA生产可以成为商业农业中一个显著更大的组成部分。
消费者的利益
管理良好,当地CEA运营可以提供高质量的新鲜产品(以及花卉或制药厂),没有农业化学品。此外,CEA设施可以根据表面或地面水排出液体而关闭。CEA设施也可位于城市化区域,因此不要求将开放或农业用地转换为温室。CEA设施增加了地方税基,并将净收入带到社区。
农业的好处
农业的某些部门面临着越来越困难的经济前景。乳业尤其如此。多元化是提高小农经济稳定性的一种手段,而CEA是多元化的一种选择。此外,许多家庭农场不能分给两个或更多希望继续从事农业的孩子。增加一个强大的CEA设施可以为一个以上的孩子提供留下的机会。
福利事业
植物生长的两个最重要的环境变量是温度和光照。这两个参数必须控制在温室中从一处到另一处的一致,并且每天都保持一致。达到一致性的唯一方法是使用补充照明。在多云气候的地方,每年为合适的照明所需的电力可以达到每平方英尺照明面积100千瓦时。这种负载主要出现在非高峰时段,可以在短时间内中断。这些特点应该使CEA电力负荷对许多地方公用事业具有极大的吸引力。
CEA的简史
CEA或受控环境农业是园艺和工程技术的组合,可优化作物生产,作物质量和生产效率(Albright,1990)。达尔里普尔(1973)发现,罗马皇帝,Tiberius Caesar(14 - 37 A.D)授权,最早的已知CEA生产。凯撒的医生告诉他,他每天需要一个黄瓜以获得身体健康。因此,可移动的植物床在有利的天气下放置在外面,并在不利的天气期间带来室内。在冬天,阳光灿烂的日子,床上覆盖着玻璃玻璃(云母)的框架覆盖着玻璃窗,带来户外。
温室生产食物(再次黄瓜)于1597年记录。在1500年的灯笼盖上被放置在小区域上并用来强迫蔬菜。到了1670年的温室结构类似于今天使用的温室结构。这些早期的欧洲温室利用了具有玻璃或上油纸的木框架(达尔里姆普利,1973)。
在美国,温室在美国革命的时候出现。这包括乔治华盛顿山的温室,该斯塔顿建于1780年。早期美国温室的热源通常来自粪肥分解(达尔里姆普利,1973)产生的热源。到1900年,大多数温室都来自加热水系统。通过20世纪之交(Langhans,1990)开发了高效的锅炉和改进的加热系统。但是,全年成功的关键部分仍然缺失。
1887年,美国的种植者在美国的花店建议,避免在温室中生长西红柿,直到4月,因为“你不能制作阳光”(STARR,1887)。Making “sunshine” had become possible with the invention of the incandescent lamp by Thomas Edison in 1879, but widespread use of electric lamps did not occur until the early 1900’s after many small power plants and generators were in place (World Book Encyclopedia, 1997).
1889年的Libell Upe Bailey在康奈尔大学在康奈尔大学(达尔利,1973年)在康奈尔大学进行了第一个科学对温室作物影响的科学实验。该实践被称为“电培养”,被记录为显着改善作物生产,但在经济上不被视为食品生产。即使在今天,只有具有相对较高的货币价值(例如,菠菜,覆盆子,番茄,专业莴苣作物)只能证明使用补充电光的额外生产成本。在20世纪60年代,MD在贝茨维尔的ARS培育工程实验室工作,通过使用植物生长室(Krizek,1968),莴苣,番茄和黄瓜幼苗生长显着增加(Krizek,1968)。
从20世纪80年代中期到90年代后期,NASA在肯尼迪航天中心的生物质生产室进行了植物生长室研究,为火星基地的粮食作物生产提供了最先进的环境控制和监测水平。NASA生物质生产室的植物研究提供了证据,证明粮食作物的营养价值可以和大田作物一样好,甚至更好(Wheeler等人,1996;Wheeler等人,1997年)。其他研究人员注意到CEA作物增加的营养效益(McKeehen等人,1996;Mitchell等人,1996;Nielson等人,1995年;约翰逊,2000)。
1999年,康奈尔大学CEA计划在纽约伊塔卡的第一个商业规模CEA原型生菜生产设施上破坏了地面。该设施每天具有1245头高质量的莴苣头的生产能力。原型设施代表CEA研究对商业规模生产的过渡阶段。
Cornell Cea今天
康奈尔目前与CEA的合作是在园艺部分的综合植物科学学院在里面农业学院与生命科学,在领导下尼尔•马特森。一个主要的努力是形成Glase-温室照明和系统工程联盟
GLASE联盟由康奈尔大学和伦斯勒理工学院于2017年成立,并得到纽约州能源研究与发展局(NYSERDA)和行业合作伙伴的支持。GLASE开发先进的温室照明和控制系统,以适应特定的温室和室内种植作物的需要。该联盟的工作延伸到CEA照明环境的所有领域,集成了LED照明工程、二氧化碳浓缩和照明控制系统的进步。
公私合作将前沿学术研究与行业从业者的市场专业知识结合起来。GLASE的合作伙伴是CEA种植者、园艺师、农产品买家、植物生理学家、照明制造商和农业工程师,他们都致力于开创性和商业化的突破性温室技术。



