科创中国

一种有机种养结合循环受光高效的设施农业系统，其特征在于：包括建筑主体，建筑主体内形成种养空间，种养空间内上下分层布置多层种养层，多层种养层之间设有上下连通多层种养层的中间通道，多层种养层包括从上至下依次设置的植物种植层、菌类种植层和鱼类养殖层；与建筑主体及多层种养层配合还设有太阳能供热系统、通风系统、降温系统和运输系统。

墙体框架与植物种植层和菌类种植层对应分为二层和一层，鱼类养殖层沉于地面设置；

太阳能供热系统包括设于建筑主体外的太阳能集热器，与太阳能集热器的进水口连接设有进水管道，与太阳能集热器的出水口连接设有出水管道，出水管道和进水管道与设在鱼类养殖层的供暖管道的进出水口连接；

通风系统分为自然通风系统和强制通风系统，自然通风系统包括在前墙二层设置的可移动推拉式玻璃幕墙，以及在后墙二层设置的可移动推拉式保温板；前墙二层在可移动推拉式玻璃幕墙上设有通风口，后墙二层在可移动推拉式保温板上设有窗户和通风口；自然通风系统还包括在前墙一层设置的通风口，以及在后墙一层设置的窗户和通风口；

降温系统包括在前顶处设置的喷淋管，喷淋管上排布设有喷淋头形成喷淋降温装置，喷淋降温装置向前顶喷淋冷却水形成水帘。

中间通道为上下连通植物种植层、菌类种植层和鱼类养殖层的一条贯穿通道，中间通道在鱼类养殖层设有水平延伸的滑轨，滑轨上设有运输车和滑轨升降机构，使滑轨可向上移动至菌类种植层和植物种植层，从而形成运输系统。

1.多层种养层包括从上至下依次设置的植物种植层、菌类种植层和鱼类养殖层，其采用三层设计，上层种植蔬菜，中层种植菌类，底层通过鱼塘养鱼，上层利用其阳光充足的特点种植蔬菜，中层充分利用其弱光环境种植菌类，底层的鱼类养殖层产生大量的二氧化碳可通过中间的上下通道为植物种植层提供碳源，三层空间设计使地上空间和底下空间得到充分利用，为种植养殖用地日益缺乏的现实背景提供了新思路，新方法。

植物种植层通过加装反光板，充分利用建筑所在环境的光线，为蔬菜种植提供更加丰富的光线资源，为该层植物密度的增加奠定基础。通过太阳能集热器，植物种植层，反光板阶梯的设计，整套系统所在区域的太阳光得以充分利用，达成了空间高效利用和区域太阳光高效利用的目的。

2.由于本立体农业种植养殖系统既有养殖又有种植，下层的鱼类养殖层和菌类种植层产生大量二氧化碳流经中间的上下通道为植物种植层提供碳源，通过植物将其固定可为建筑内部提供氧气，这减少了系统与外部的空气交换，实现了有效的碳传递。系统本身可完成碳的供给与热量供给，能有效减少冬季与外界的通风频率，同时也将减少热量损失和经济开支。此外，在一定条件下，由于菌类种植层数量众多，室内二氧化碳浓度势必将高于外界，以此可加快植物生长，提高种植效率。鉴于二氧化碳浓度升高可能会对鱼类养殖造成影响，故需通过适当通风给鱼塘加氧确保鱼类良好生长。植物种植层与菌类种植层的上下通道为菌类种植和鱼类养殖提供的弱光环境有益于菌类与鱼类的生长。

3.在建筑设置有上下连通植物种植层、菌类种植层和鱼类养殖层的一条中间贯穿通道，中间通道在鱼类养殖层设有水平延伸的滑轨，滑轨上设有运输车和滑轨升降机构，使滑轨可向上移动至菌类种植层和植物种植层，从而形成运输系统，有效提升建筑内的运作效率。中间通道为植物种植层获取菌类种植层和鱼类养殖层产生的碳源和热量提供了便利。

4.由于植物种植层与菌类种植层存在上下通道，这为菌类种植和鱼类养殖提供了弱光环境，有益于菌类与鱼类的生长。本系统多层种植养殖的设计不仅充分利用了太阳光线，而且通过合理位置与角度加装太阳能集热器，充分利用了太阳光的热能，降低了碳排放。在夏季可以通过调节太阳能集热器系统工作模式，提供生活热水，冬天则利用太阳能集热器的闭环循环为鱼池加热，进而为整个立体系统提供热量。

一、节约土地资源、增补主粮种植面积，产生高效益

向科学技术要土地，向大数据要效益。绿色方舱合理科学地根据作物生长需求，采用信息传感技术进行管理，合理实施，相互依存，解放人工生产力，利用配植，使一亩土地面积立体空间开发达到十亩土地的种植面积，产值可达10至100亩效益。

二、肥料利用率提高50%，农药减少90%

肥料利用率高，产物有机化，确保高产出高品质无土栽种机制，采用高温杀菌杀虫卵，从源头上，解决病虫害，外加防虫和消毒设施，少用农药肥料定期定量滴灌施用，产出的产品质量达到有机绿色标准，高产高效。

三、打破南北方种植结构

南方新品种，高品质，经济效益高的水产品和蔬菜水果在绿色方舱中可不受环境地域限制，成功实现多元化生产，采鲜吃鲜。

四、绿色环保，净化大气

水养食用菌产生的二氧化碳作为气态碳肥增强光合作用，增加作物碳水化合物的形成，提高产量品质的同时净化大气，光伏发电发热，利用水调节方舱内的湿度和温度，供作物在适宜的条件下生长，保证高质量，稳产高产。

五、适用范围广

加强国防，我国边境线长，海岛沙漠高山，气候条件差，可用少量的人员根据住房人数进行配装来满足人员的蔬菜，水果，水产品的需求。高速公路服务区由于有采购不便，客流量不稳定等因素限制，在采购蔬菜、水果、鱼虾等水产品上具有保存成本高，产生巨额浪费等缺陷。故而绿色方舱应运而生，在1000平方米左右的服务区内，基本能全面满足消费水准，且全部都是有机食品，游客可自主采摘水果，经济效益更高，绿色有机蔬菜可专供对有健康食品有较高的要求的社会群体食用，如机关、学校、产业园区等。

刘圣勇，教授，博士生导师，农业部农村可再生能源重点开放实验室主任，兼任中国农业工程学会高级会员，中国能源研究会理事，中国动力工程学会会员，河南可再生能源学会副秘书长，河南省能源研究会常务理事，河南省农业工程学会常务理事。本人长期致力于可再生能源与环境工程方面教学、科研与社会服务工作，为我国可再生能源的发展和生态环境保护做出了重要贡献，在本领域有较高知名度。2016年获河南省科技创新团队负责人，2017年获得中国农业工程学会先进工作者称号，2018-2021年担任河南省科技特派员，2020年入选河南省高层次（C类）人才等。

团队带头人刘圣勇教授主持参加了20余项国家及省级重点科研攻关项目，授权国家专利30余项，其中6项为发明专利；在国内外学术刊物上发表论文200余篇，其中SCI、EI收录70余篇；出版论著7部，其中2部获得省部级优秀科技著作。在生物质成型燃烧、打捆燃烧、悬浮燃烧和太阳能制冷、温室大棚、太阳能加热沥青等领域，开展了大量的基础研究工作，还设计了一系列的农林废弃物燃烧和太阳能利用设施与装备，取得了丰硕的成果。同时，农林废弃物燃烧相关研究成果还在河南省四通锅炉有限公司、河南省永兴锅炉有限公司、河南斯威锅炉有限公司等企业得到了成果转化，太阳能利用相关研究成果在河南省农垦生物科技开发有限公司和河南九一环保科技股份有限公司等企业得到了成果转化。

在“一种有机种养结合循环受光高效的设施农业系统”研发过程中，刘圣勇，魏东东，张亚博负责主要技术问题。团队以此为基础，开展现代农业设施农业中植物生长过程能量平衡与物质转换规律及能量调控技术等方面的研究，采用可再生能源工程与生物相结合的手段，营造出一种适宜于植物生长需要，并在植物质量、能量消耗、产量等方面优化的生物环境。目前，针对能为植物生长营造出最适宜环境的大型连栋温室，在温室的供热、光调控与二氧化碳气肥供给等方面，开展植物生长过程能量平衡及能量调控技术等一系列开拓性研究。

研发成果目前已获得技术转让经费5万元，下一步需针对实际环境中光线阶梯利用中密度设计、建筑内环境监测及调节机理、高效运输具体方法等方面进一步完善。预计需投入经费15万元，时间2年。

立体空间开发十亩土地的种植面积，产值可达到10至100亩效益。由于本立体农业种植养殖系统既有养殖又有种植，下层的鱼类养殖层和菌类种植层产生大量二氧化碳流经中间的上下通道为植物种植层提供碳源，通过植物将其固定可为建筑内部提供氧气，这减少了系统与外部的空气交换，实现了有效的碳传递。系统本身可完成碳的供给与热量供给，能有效减少冬季与外界的通风频率，同时也将减少热量损失和经济开支。

多层设计利用环境丰富性，产出品类丰富性，在一个系统中实现种植蔬菜、菌类、养殖水产品，可提供更宽范围的营养物质，满足宽范围的口感。

肥料利用率高，产物有机化，确保高产出高品质无土栽种机制，采用高温杀菌杀虫卵，从源头上，解决病虫害，外加防虫和消毒设施，少用农药肥料定期定量滴灌施用，产出产品的质量达到有机绿色标准，高产高效。

提升土地资源利用效率、加深养殖种植之间碳循环利用，光资源阶梯利用等方面进行相互整合；具有环保效益，如养殖业减少碳排放，既可保护生态，又能提升人民生活品质，促进身体健康。

为促成科技成果实现产业化落地，刘圣勇教授团队与河南省农垦生物科技开发有限公司合作开发绿色方舱技术，获得“一种有机种养结合循环受光高效的设施农业系统”实用新型专利授权，绿色方舱即以此为基础设计的。绿色方舱是河南农业大学和河南省农垦生物科技开发有限公司共同研发的新成果，它是农业生产力的一次技术性革命。将传统农业单面积、单品种、单季次的生产模式，转变为多面积、多品种、多季次的高产出、高品质、多种种养立体化生产体系。用现代信息科技作为农业新的生产力，综合AI、大数据、区块链、信息传感等技术，实现农业生产管理中水、肥、光、温、气的智能循环，是农业生产中自然资源和经济关系实现立体有机开发，也是肥、水、光、温、气循环利用科学优化的设计。

接下将会以绿色、高效、减少碳排放为目标的方向实现成果转化。前期已具备一定合作基础，后续还可进行深度技术转让合作，转让经费由双方协商。从研究开发到技术转让、产品上市，一般需经历两个阶段：第一阶段是研发，包括基础研究、应用研究、技术开发；第二阶段是转化，包括设计、生产、销售、售后服务等。绿色方舱依靠科技调整种养结构，便可达到节约土地资源，绿色发展的要求。希望合作单位利用大规模生产工艺、使用大装备进行大批量生产，可以把样品变成产品，销往市场取得经济价值和社会价值。通过大力发展名特新产品、绿色食品以提高农业综合效益，减少蔬菜水果水养面积为主粮让路，增加主粮种植面积，为保卫国家粮食安全做出重大贡献。