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農業關鍵技術集成創新與示范
農業關鍵技術集成創新與示范
綠色高效激光補光技術
光環境是植物生長發育不可缺少的重要物理環境因素之一。光通過影響光合作用、光形態建成和光周期來調節植物的生長發育，由于所處氣候帶不同或季節變化等原因，有時候農作物不可避免的生長在弱光逆境中。近年來，我國大部分地區冬季經歷了長時間的霧霾天氣，導致的低溫寡照給設施蔬菜的種植帶來了嚴重的生長障礙，甚至是毀滅性的打擊。另外，近年大量出現的光伏溫室也對作物造成較大的遮光影響。農作物長期的弱光生長會導致植株營養體不健壯、落花落果嚴重、果實發育緩慢、含糖量降低、產量下降、品質變劣等問題。因此，利用人工光源進行補光，降低弱光逆境對農業生產的不利影響，幫助設施作物快速、安全生長，提高產量、品質和效益是一項必要措施，也是解決作物全年高效生產的重要因素。植物生長對人工光源的要求體現在光譜性能、發光效率和使用壽命等方面。在光譜性能方面，既要求光源能保證植物光合對光質的需求，又要盡可能減少多余的無效光譜和能耗；在發光效率方面，要求發出的光合有效輻射量與消耗功率之比達到較高水平；在其他性能方面，希望人工光源的使用年限長一些、光衰小一些，性價比高一些。
目前，市場上的植物生長補光燈多為熒光燈、鈉燈和LED燈，但此類產品存在能耗較大、布線成本較高、使用環境和作用有限等問題，不適合設施農業和大田作物的大面積推廣應用。如何使植物生長補光裝置盡可能減少無效光譜和能耗，減小發光效率光衰，增大光激勵性能，提高性價比成為當前研究植物生長人工光源的關鍵問題。
北京中農博后農業科學研究院、中國農業大學等單位的專家團隊設計發明了一種采用半導體激光器合成植物光合作用主要光譜技術的新型激光植物生長補光裝置，具有精準高效、低耗節能、綠色安全的特點，發射的激光波長及配比設置科學，激光光質、光強和照射時間可智能控制，可彌補由于季節天氣變化、霧霾、浮塵遮擋等原因對作物造成的弱光逆境影響，具有傳統補光燈不可比擬的優勢，在農業生產中的應用推廣具有良好的發展前景。通過構建與優化作物綠色高效激光補光及配套栽培技術體系，以綠色創新技術進行生態精品農產品生產。
本科技創新成果加快了激光在農業照明領域的應用研究和技術集成創新，以各類溫室、大田、植物工廠等作為研究環境，開展果蔬綠色高效激光補光技術應用、光伏溫室激光補光技術應用、糧食綠色生產激光補光技術應用、植物工廠補光技術應用等，并進一步進行激光補光對不同作物品種和不同生長階段應用效果的分析研究，為作物高效補光及配套栽培技術體系的構建與優化提供有益借鑒，為綠色高效生態農業的持續健康發展提供重要的科技支撐和技術保障。
“激光植物生長補光裝置的研究與應用”項目經農業部科技發展中心進行科學技術成果評價，科技成果評價結論為達到國際領先水平。
生物鏈富硒循環農業技術體系
硒作為世界衛生組織推薦的人體必需補充的微量元素之一，被國內外醫學界和營養學界譽為“生命的火種、抗癌之王、心臟守護神和天然解毒劑”，對人體健康具有非常重要的作用。臨床試驗證明，硒對人體的多種疾病預防和治療有很好的效果。在國際硒的營養研究和產業快速發展背景下，國內開發硒資源、利用硒資源、發展硒產業的熱潮正在興起。食用富硒農產品是當今公認的最安全、最有效、最科學的人體補硒方法，既食用安全，又易吸收。采用富硒種養技術，不僅能提高產品產量，改善品質，增加產品附加值，還能幫助農業增效、農民增收。目前，富硒農產品是典型的特色、特質、特效“三特”食品，深受市場歡迎，發展前景廣闊。
中國作為嚴重缺硒國家，富硒技術的研究應用與技術推廣具有十分重要的社會價值和廣闊的市場前景。富硒農業是功能農業的重要研究領域，對于推動農業特色化、精品化、功能化發展，增加農產品附加值、推動農業轉型升級以及提升人民生活品質、提高人民健康水平都具有重要意義。國家有關部門也在政策、標準、宣傳方面逐步加強支持力度，推動富硒產業快速發展。
2017年5月，由北京中農博后農業科學研究院、中國農業大學與二商集團北京二商生物科技有限公司聯合組建的富硒農業科技創新中心正式掛牌成立。富硒農業科技創新中心以“多重生物鏈硒轉化”專利技術為基礎，圍繞富硒技術在種養殖初級農產品、功能性食品、食藥添加劑、飼肥料、農田土壤改良等方面的應用開展工作，探索和推動富硒技術在技術升級、產品升級和產業化運營方面的實踐和應用，實現富硒農業關鍵技術的創新突破，做好富硒農產品標準化和精深開發的研究工作，有效推動富硒農業技術創新與產業健康規范發展。中心已申請包括“一種生產富硒雞蛋的方法、一種生產富硒飼料添加劑的方法、一種富硒高蛋白活性肽添加劑的制備方法、一種多功能富硒液體肥料及其生產工藝、一種富硒生物肥料及其制備和使用方法、一種環保富硒土壤肥力修復材料及其制備方法、一種富硒添加劑的制備方法及其生產設備、生物質絡合有機硒的制備方法及其生產設備、生物質絡合有機硒的制備設備、固體發酵一體機、一種富硒添加劑的制備設備”等8項國家發明專利和3項實用新型專利。
具有自主知識產權的高安全、標準化的多重生態鏈硒轉化技術涉及“微生物轉化”、“昆蟲轉化”、“二次動物轉化”和“植物轉化”等多個技術與工藝環節，通過構建“研發生物富硒飼料-養殖鍵康富硒畜禽-生產富硒土壤調理劑及有機肥–培養健康富硒土壤-種植健康富硒作物–加工富硒農畜產品”的養殖業、種植業、加工業的現代生態循環農業體系，實現畜禽糞便和農林廢棄物的無害化處理和資源化利用，而且使得土壤缺硒地區的富硒農畜產品相比天然富硒區域的產品在硒含量以及硒形態等方面更具優勢，在有效改良種植地土壤的同時，生產的生態精品富硒果蔬、畜禽產品更具優質、健康、安全的品質，在市場上更有競爭力和品牌影響力。通過發展優質、高效、生態、安全的綠色農業，有效推進農業供給側結構性改革和農業綠色發展，帶動農民增收致富，提升人民生活品質和健康水平，促進富硒農業產業健康可持續發展。
多重生物鏈硒轉化技術路線
智慧農業物聯網技術
物聯網是在通信網和互聯網基礎上的網絡應用拓展，它利用感知識別技術與各種智能裝備對物理世界進行感知識別后經過網絡互聯進行計算處理和信息挖掘，通過物-物、人-物的信息傳輸、共享、交換與無縫鏈接實現對物理世界的實時感知控制、精確化管理和智能化科學決策。農業是物聯網技術應用需求最迫切、難度最大、集成性特征最明顯的重點應用領域之一，物聯網技術為農業現代化的快速發展提供了前所未有的機遇。農業物聯網技術的研究應用是現代智慧農業發展的需要，也是衡量一個國家綜合科技實力與農業發展水平的重要標志。農業物聯網應面向集約、高產、高效、生態、安全的現代農業發展需求，綜合運用無線傳感器技術、移動通信技術、自動化技術、作物安全生產與高效栽培技術、病蟲害綜合防治技術、土壤肥料資源高效利用技術等，實現跨學科、多領域高新技術綜合應用支撐下的環境信息精確監測、生產過程精準管理、肥-水-藥智能實施、病蟲害智能診斷與監控預警、農產品質量安全監管與追溯等目標，這也是農業物聯網未來發展的必然趨勢。未來農產品質量安全溯源物聯網也不應只注重農產品產后的流通環節，而應與產前農業生態環境監測、產中農業生產精細管理、產后農產品包裝標識及物流配送等環節緊密結合，從而實現“從農田到餐桌”的全程監控與管理。
設施園藝物聯網應用：
在設施園藝方面，農業物聯網應用主要包括溫室二氧化碳濃度、空氣溫濕度、土壤溫度與含水量、光照強度等環境參數與作物長勢等現場視頻圖像信息的遠程實時精確采集、數據的可靠傳輸、系統分析決策與卷簾機、自動灌溉與施肥一體化等的自動控制等環節。通過物聯網技術，對影響作物生長的環境參數實時監測，同時根據環境參數門限值設置實現自動化控制現場電氣設備，亦支持遠程控制和無縫擴展無線傳感器節點，保證作物有一個良好、適宜的生長環境，真正使“作物-環境-栽培技術”構成的生產生態系統處于最佳生產狀態，提升作物栽培的現代化水平，實現生產過程的智能化控制、科學化管理，達到作物高產高效、優質安全的目標。
大田種植物聯網應用：
在大田種植方面，農業物聯網應用一般面向于對農田資源環境信息、農田小氣候、土壤肥力、土壤含水量、土壤溫度、農作物長勢、病蟲草害、農機作業情況等信息的全面感知，通過對采集信息的分析決策來指導灌溉量、施肥量的精準調節，實現作物高產高效栽培與病蟲草害綜合防治及產后農機指揮調度等。
畜禽養殖物聯網應用：
在畜禽養殖方面，集成實時監測、精細養殖、產品溯源、專家決策管理于一體的畜禽物聯網精細化養殖監控網絡與系統已趨于成熟，養殖模式逐漸走向集約化、工廠化、智能化。
水產養殖物聯網應用：
在水產養殖方面，基于傳感器技術、無線傳感網、智能處理及智能控制等物聯網技術，集水質環境數據、圖像實時采集與無線傳輸、智能處理和預測預警、決策支持等功能于一體的智能水產養殖系統已得到廣泛應用。
農產品質量安全與追溯領域的應用：
在農產品質量安全與追溯方面，農業物聯網的應用主要集中在農產品包裝標識及農產品物流配送等環節。廣泛采用條形碼技術、電子數據交換技術、RFID電子標簽等技術，實現了農產品供應鏈各環節溯源信息數據的自動采集和生產全程的網絡化管理。
