解决技术“痛点”,发电、光照两不误的新型光伏系统;不需土壤和阳光,让植物依然枝繁叶茂的“太空农场”科技创新成果展,带你看科技如何在农业与生态的土壤上开出花来。

  利用太阳光光伏发电,能带来资源有效利用率的提升等诸多好处,如今在许多农村地区已广泛应用。然而,这项技术有一个“痛点”,就是光伏发电设备在吸收太阳能发电的同时,容易遮挡住光照,影响设备下的植物生长。在本次展会序厅中,由中科大先进技术研究院带来的一套新型农业光伏系统,便能解决这个问题。

  据介绍,为了充分利用光源,中科大先研院农业光电子研究组,依据植物对太阳光的吸收主要取决于叶绿素的光合作用原理,提出了一个更好地让阳光兼顾农作物生长和光伏发电的创新方案,能够实现棚上产电,棚下种菜的效果。

  “整套系统的核心技术就是设备上的这层物理光学膜。”工作人员介绍,这层包裹在设备上看似不足一张纸厚的光学膜,实际上是由100多层膜叠加而成。“在太阳光中适合植物光合作用的红光和蓝光,约占到太阳直射光的10%左右,通过这层膜,可以让红光和蓝光留下来,作用于农作物生长。其余的光则能通过膜反射到上方的太阳能电子板上面进行发电。”

  这一套方案能成功实现,主要利用的是现代光学干涉滤光原理。利用该原理并采用低成本的塑料多层膜,就可以将适合植物光合作用的太阳光精准“剥离”出来,用于植物生长,并将其余大部分反射光用来发电。该项技术有效解决了同时满足农作物光照需求与光伏发电存在的严重“争光”的矛盾。

  此外,其还可同步解决农田干旱缺水的瓶颈问题。“由于照射到地面的光量减少90%,因此在日常种植中灌溉的工作量也大大地减少,节约了用水。”

  “这项具有原始创新性技术的意义,不仅仅在于光伏农业本身。”据介绍,该项技术方案,是在国内外首次提出并采用低成本方法,大面积实现了从太阳光精准过滤农作物光合作用有效光能,这很可能成为引领智慧农业和数字农业的一个新的发展方向。2015年,该技术曾获得日内瓦国际发明展金奖;2017年,获得了被誉为科技创新“奥斯卡”的美国R&D100大奖;2018年,获得世界可持续能源技术协会年度创新奖。

  目前,该项目已在安徽阜阳、内蒙古海拉尔草原、湖北省仙桃等地建成了多个试验与示范工程,应用在现代农业领域中。

  植物的生长,离不开空气、阳光和土壤。然而在现代农业展区,一个透明的“柜子”中,居然长满了生机盎然的叶菜、小西红柿等农作物,吸引了大批市民参观。

  “这是颠覆了传统的农业模式的太空农场。”相关工作人员介绍,这种“太空农业”的栽培原理,主要是利用空间站、高空气球,搭载作物种子、微生物菌种等样品,在太空宇宙射线、高真空、微重力等特殊条件作用下,诱发染色体畸变,使种子产生变异,再返回地面诱导培育植株育种。

  种子在这个小“柜子”中,如何“开花结果”呢?“植物在里面生长是不需要土壤与太阳光的。”据介绍,种植机内采用了双气雾栽培模式,能给予根系及叶片气雾式的营养液。“不需要土壤,不需要打农药,在植物下面加入有机肥料就可以了”。在光照方面,其利用LED植物补光灯照射,让植物进行光合作用。“机内还加入了5%紫色光及长波紫外线。可以模拟清晨黄昏光照环境。这些灯也全都采用了隔离电源与全防水设计。”

  不仅如此,这台设备还十分智能。它配备了温度及湿度传感器,可以根据外部环境自动调整。“为了植物更适应环境生长,还能将温度手动设定为清晨模式、白天模式、黄昏模式、黑夜模式等。”同时,其搭载了智能控制水温系统,防止在冰天雪地环境下结冰。“设备还能够自动检测营养液液位等,当营养液液位低于20%,种植机会发出警报声及短信通知用户。”此外,“农场”内还配置了紫外线杀菌灯来灭菌。

  “它就是一个全封闭的智能人工可控种植环境。”工作人员介绍,这个种植机不受地区、土壤等条件限制,“在家里屋顶、阳台以及沙漠、油田等不能进行土壤栽培或土壤污染严重的地方都可以应用。”此外,利用它还可以减少农药、土壤污染、节约用水,同时加速植物的生长速度。“比如番茄、黄瓜等作物的产量,相对来说,比传统土壤栽培高1倍以上。”

  “这个感觉很不错,也不占很大空间,在家里弄一个种种菜挺有意思。”看着机内刚刚生长出来的小西红柿,许多市民表示今后也想把这个“农场”搬进家里。目前,这种新型农业种植模式已经在新疆、四川等地区大面积应用。

  展会中,一台生态系统净水模型也吸引了许多人的目光。这一模型模拟制作了山脉、森林、草原、河流、沼泽和土壤等单元构成的自然生态,展示了水在自然界中的循环和净化过程。这套模型是由安徽师范大学研制而成,集生态、美观、护坡技术等于一体。

  “通过这个模型展示,希望能让大家直观地看见,大自然净水能力是有限的,呼吁大家保护自然。此外,利用它还可以做一些科研实验,比如比较哪些植物的净水效果更好等。”据参与研制该模型的学生介绍,模型中的护坡砖以及生态浮床都是由他们自主研发,并都申请了专利。

  “生态浮床是由泡沫组成,当中挖有一个小孔,可以让植物的根茎插入水中,澳门皇冠吸收富营养化物,进行相关实验。”据了解,这套生态系统净水模型,曾在安徽省第七届“双百”大赛中获得一等奖。