自然災(zāi)害和極端天氣不斷影響著全球糧食生產(chǎn)，未來如何才能保障全世界人的吃飯問題？植物工廠的出現(xiàn)，為人們開辟了一條值得期待的解決路徑。近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所研究員、智能植物工廠首席科學(xué)家楊其長在介紹植物工廠的現(xiàn)狀及未來時表示，作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的高級階段，植物工廠不僅能為保障居民“菜籃子”提供有效補充，也可以成為農(nóng)民致富和產(chǎn)業(yè)振興的重要抓手。

對傳統(tǒng)農(nóng)作方式的一種顛覆

所謂植物工廠，就是無需泥土，不灑農(nóng)藥，不受自然環(huán)境影響，通過模擬植物所需的光照、溫度、營養(yǎng)等要素，在完全工廠化的條件下生產(chǎn)植物。植物工廠被認為是對傳統(tǒng)農(nóng)作方式的一種顛覆，代表了未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。植物工廠需要3個核心要素，楊其長介紹道，一是用人工光源代替陽光，用營養(yǎng)液代替土壤；二是需要可控的溫度、濕度、二氧化碳等環(huán)境；三是需要一些智能裝備?！坝辛诉@3個核心要素，就可以在工廠化的條件下進行實物生產(chǎn)?！?/span>

一棵生菜在植物工廠的環(huán)境下是如何生產(chǎn)出來的？楊其長說，先把種子播種在一個帶孔的穴盤上，通過兩三天的催芽，種子變成了小芽苗，再送到育苗車間里進行育苗。經(jīng)過12—14天，育出小苗后，把小苗種植在栽培盤上，送進栽培車間。再經(jīng)過20—22天的培育，等生菜長到100—120克時，就可以進行采收、包裝，最后送到市場上。

由于建設(shè)成本、運行成本較高，所以植物工廠栽培的作物品種主要是一些附加值較高的矮稈作物，如葉菜、果菜、果樹以及食用花卉、藥用植物。一些季節(jié)性很強的植物，如草莓和藍莓，在植物工廠的環(huán)境下可以做到一年四季都能生產(chǎn)。

“總而言之，作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的高級階段，植物工廠不僅能為保障居民‘菜籃子’提供有效補充，也可以成為農(nóng)民致富和產(chǎn)業(yè)振興的重要抓手?！睏钇溟L說。

產(chǎn)能較露地種植提高40倍

與露地種植相比，植物工廠單位面積的產(chǎn)量可以達到露地種植的40倍以上。楊其長解釋稱，一是露地栽培植物就像是在一個平房里，植物工廠的生產(chǎn)則像在樓房里。露地是一層，植物工廠可以達到10層以上，這樣栽培的產(chǎn)能就能達到10倍以上。二是露地栽種植物生育周期較長，比如葉菜類作物需要70天左右，而在植物工廠的環(huán)境下只需要34天，周期縮短了一半。三是露地栽種只有一季到兩季，而植物工廠一年四季都可以生產(chǎn)，所以植物工廠的產(chǎn)能又增加了一倍以上。另外，從資源的利用效率來看，植物工廠對水資源和肥料的利用率都很高，與露地栽培相比，節(jié)水和節(jié)肥分別達到90%。

“未來，植物工廠可以建在戈壁、沙漠、海島、鹽堿地上，也可以建在城市的摩天大樓、地下室里，還有一些特殊場所，比如高原哨所、外太空的空間站，甚至月球和火星上，都可以通過植物工廠生產(chǎn)植物?！睏钇溟L說。

“如今，人們都非常關(guān)心農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，而植物工廠因為是在非常潔凈的環(huán)境下進行生產(chǎn)的，空氣和水都經(jīng)過凈化處理，植物基本上沒有蟲害，也沒有重金屬的污染，所以生產(chǎn)出來的蔬菜是安全、潔凈、無污染的，甚至可以免洗直接食用?！睏钇溟L說，“由于我們在植物工廠的收獲過程中采取了一些措施，生產(chǎn)的蔬菜保質(zhì)期可以達到一個星期，而且，蔬菜的口感非常好，水分較多，還有點甜?！?/span>

植物工廠在未來是非常必要的。楊其長表示，一方面，它可以大幅度提高食物的產(chǎn)能，解決未來人口、資源以及農(nóng)業(yè)勞動力短缺造成的一些重大難題。另一方面，它能為人們提供高品質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品，并在沙漠、戈壁、極寒地區(qū)等特殊場所以及外太空的探索中，提供食物供給的解決方案。

為植物定制專屬“光配方”

不同的植物需要不同的光源，植物的各個發(fā)育階段對光源的需求也不相同。以生菜為例，育苗階段需要更多的藍光使幼苗健壯，后期則需要更多紅光加速植物生長?？茖W(xué)家們要針對植物不同的偏好，找到專屬于它們的“光配方”。合適的“光配方”不僅能夠大幅度提升植物的產(chǎn)量、質(zhì)量，還能調(diào)控植物，讓蔬菜更營養(yǎng)美味，讓鮮花更鮮艷，讓果實更香甜、更富營養(yǎng)，從而提高經(jīng)濟效益。

我國植物工廠發(fā)展雖然起步較晚，但跨過了高壓鈉燈和熒光燈時代，直接進入了led燈時代。楊其長介紹，led燈有很多優(yōu)勢，比如其發(fā)出的是單色光，效率更高，而且可以組合成植物需要的光譜，還比較節(jié)能。在植物工廠的整個成本中，有52%來自電能消耗，而電能消耗中有60%來自光源、35%來自空調(diào)，所以，要解決植物工廠的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，首先要解決光源的能耗問題，也就是說要找到高效的光源。

“但是，要把led燈用在植物工廠里，還有很多路要探索。首先，要確定需要用哪些光譜進行組合，哪種光譜是某種菜所需要的，光譜的配比又是多少?！睏钇溟L說，從植物光譜的吸收曲線中可以看出，植物的主要吸收峰值在400—500納米的藍光區(qū)域和600—700納米的紅光區(qū)域，最優(yōu)的兩個峰值分別是450納米和660納米?！坝辛诉@個依據(jù)后，我們就進行了led光源的開發(fā)。經(jīng)過無數(shù)次試驗，終于建立起了一個理論體系，也就是‘光配方’的概念?！?/span>

除了為不同的植物定制專屬的“光配方”外，光源的照射方向，遠紅光、紫外光等對植物生長有何影響等，也都需要仔細研究。行業(yè)中有句話叫作“順境創(chuàng)產(chǎn)量，逆境創(chuàng)品質(zhì)”，也就是說，在良好的環(huán)境下，植物會長得更快、產(chǎn)量更高，而逆境能提升植物的品質(zhì)。“比如，近紫外光對作物有一定的傷害，但我們用了一點近紫外光照射植物后，植物的品質(zhì)得到了大幅度提升?！睏钇溟L說。

降低系統(tǒng)能耗實現(xiàn)低碳發(fā)展

目前，我國的植物工廠總數(shù)已經(jīng)超過220座，成為數(shù)量僅次于日本的植物工廠大國。楊其長指出，雖然植物工廠擁有眾多優(yōu)勢和廣泛的社會需求，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。其中，系統(tǒng)能耗較大導(dǎo)致運行成本過高，是植物工廠發(fā)展亟待突破的瓶頸。未來，大幅度降低人工光源和空調(diào)系統(tǒng)的能耗，并實現(xiàn)植物工廠的智能化管控，構(gòu)建智能、低碳、高效的植物工廠生產(chǎn)技術(shù)體系，是實現(xiàn)植物工廠快速普及與推廣的關(guān)鍵。

“目前，通過我們的不懈努力，已經(jīng)把綜合能耗由原來的每公斤菜消耗31—42度電降到8.25度電?，F(xiàn)在國際上的普遍水平是每公斤菜消耗10度電以上。從理論上說，我們還可以繼續(xù)降低能耗，達到每公斤菜消耗4—5度電，這是我們未來追求的目標。”楊其長說，“另外，我們正在嘗試采用激光，把激光從一條線變成一個面，然后再擴散。激光的耗能只有l(wèi)ed的1/3—1/5，所以激光被認為是未來很有潛力的一個光源?！?/span>

植物工廠技術(shù)的突破，還為很多產(chǎn)業(yè)提供了契機。比如，目前我國的植物光源產(chǎn)業(yè)占世界總份額的百分之八九十。“去年，我們出口了約4.5億美元的光源燈，未來的市場規(guī)模還會更大?！睏钇溟L說。

植物工廠還將在城市發(fā)展中起到一定的作用。比如，在北京建一棟30層樓的垂直植物工廠，1年產(chǎn)菜的總量約為1.08萬噸，可以供應(yīng)周圍4萬居民1年食用的蔬菜量?！斑@是非?？捎^的。”楊其長說，一方面，蔬菜的運輸環(huán)節(jié)大大壓縮，不用到山東壽光等蔬菜生產(chǎn)集散地去長途運輸，居民就近就可以購買新鮮的蔬菜。另一方面，城市里一些退休不久、有勞動能力的老人可以到垂直工廠來參加勞動，既鍛煉身體，又有一定的收入。

“總之，植物工廠正在改變?nèi)藗兊纳?，它可以保障國家的食物安全，讓城市居民的生活更加豐富多彩，同時還可以發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)?？梢哉f，植物工廠的未來前景是非常廣闊的。”楊其長說。（編輯 李闖）

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