植物工廠示意圖。制圖：熊倩羽

制圖：汪哲平

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習(xí)近平總書(shū)記指出：“向設(shè)施農(nóng)業(yè)要食物?！?/p>

作為在封閉環(huán)境下通過(guò)高精度控制實(shí)現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，植物工廠能夠根據(jù)不同作物對(duì)光照、溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)等要素的需求，實(shí)時(shí)調(diào)控環(huán)境，精準(zhǔn)供給，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。

植物工廠如何通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控實(shí)現(xiàn)植物生產(chǎn)？產(chǎn)量和安全性如何保證？建設(shè)和運(yùn)維成本如何控制？記者在四川成都進(jìn)行了探訪。

無(wú)需土壤，不靠太陽(yáng)，廠房之中，也能生長(zhǎng)植物？在四川成都國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心的無(wú)人化垂直植物工廠里，或許可以找到答案。

面前是多層鋼架，抬頭望，架子頂部裝著燈珠，紅藍(lán)光線(xiàn)照在水靈靈的生菜葉上。隔著玻璃，整個(gè)工廠泛著粉光，仿佛置身科幻片片場(chǎng)?！胺N菜也有流水線(xiàn)。播種、育苗，佐以養(yǎng)分、光照、適宜溫度，一棵生菜僅用35天就能長(zhǎng)成。這要在外邊大田，時(shí)間至少翻倍?！笔忠粨P(yáng)，指著高達(dá)20層的垂直植物工廠，楊其長(zhǎng)介紹。作為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所首席科學(xué)家，他帶著團(tuán)隊(duì)一道，投身植物工廠研究近20年。

從蔬果栽培到水稻育種，全流程智能調(diào)控，在這座無(wú)人化工廠里，植物正循光向上、拔節(jié)生長(zhǎng)。

“加速”是植物工廠的標(biāo)簽

隨著電腦發(fā)出指令，機(jī)械臂靈活地把一盤(pán)盤(pán)生菜苗定植到栽培板上，再由機(jī)器人將其送到指定“樓層”。隨后，調(diào)試LED光源，輸送營(yíng)養(yǎng)液。待到生菜成熟，再?gòu)摹皹菍印比〕?，進(jìn)行切根、包裝。依靠智慧管控和輔助機(jī)器人技術(shù)，從栽種到培育，從收獲到包裝，植物工廠中，已然能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人化作業(yè)。

自然農(nóng)耕，看天吃飯，須得遵循自然規(guī)律。“風(fēng)調(diào)雨順還好，若是遇上氣象災(zāi)害、病蟲(chóng)害等，常會(huì)減產(chǎn)?！睏钇溟L(zhǎng)介紹，種植條件難以保障是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，從自然到可控，溫室大棚是一種探索，能夠種植反季節(jié)蔬菜，但也會(huì)受到高溫、冰雪等不良天氣影響。

植物工廠的出現(xiàn)，則打破了自然條件制約。作為在封閉環(huán)境下通過(guò)高精度控制實(shí)現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，植物工廠能夠根據(jù)不同作物對(duì)光照、溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)等要素的需求，實(shí)時(shí)調(diào)控環(huán)境，精準(zhǔn)供給，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。在植物工廠中，還可誘導(dǎo)作物開(kāi)花、促進(jìn)快速生長(zhǎng)，大幅縮短作物生育周期。

“‘加速’是植物工廠的標(biāo)簽?！倍际修r(nóng)業(yè)研究所研究員王森說(shuō)。一棵生菜，生長(zhǎng)周期可以從70天縮短到35天；一株水稻，生育期可由120天縮短至63天。這套不受土地、空間和氣候條件約束的技術(shù)，依據(jù)植物工廠光—營(yíng)養(yǎng)耦合技術(shù)調(diào)控作物快速生長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)水稻、小麥、玉米、大豆、棉花、油菜等作物生育期縮短一半以上，為作物育種加速提供有效支撐。

1238種“光配方”構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)

一次訪學(xué)，讓楊其長(zhǎng)推開(kāi)了植物工廠研究的“大門(mén)”。

2005年，在荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的一間實(shí)驗(yàn)室中，揭開(kāi)黑布，紅藍(lán)光照耀之下，生菜長(zhǎng)勢(shì)喜人。自那時(shí)起，好奇的種子便在楊其長(zhǎng)心中扎了根：LED光源如何影響植物生長(zhǎng)？如何利用LED照明解決植物工廠光源的能耗難題？

一回國(guó)，就行動(dòng)。一邊緊鑼密鼓搭建實(shí)驗(yàn)室，一邊東奔西走尋找光源。“那會(huì)兒LED照明剛起步，國(guó)內(nèi)少有廠家生產(chǎn)。我們甚至嘗試用紅色激光代替，結(jié)果由于能量太強(qiáng)，植物難以承受。”楊其長(zhǎng)回憶。

幾經(jīng)周折，團(tuán)隊(duì)終于找到了4塊LED光源板。不斷調(diào)試、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化配比、降低能耗，歷時(shí)多年，楊其長(zhǎng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在成都打造出了一個(gè)無(wú)人化垂直植物工廠，一年能產(chǎn)10茬以上蔬菜。

走進(jìn)植物工廠，架子頂部的LED燈珠顏色各異，在種植過(guò)程中，會(huì)將紅光、藍(lán)光、綠光、近紫外光和紅外光等依照作物品種和生長(zhǎng)環(huán)節(jié)按需進(jìn)行調(diào)配?！敖ㄔO(shè)植物工廠，首先要攻克‘光效低、能耗高’難關(guān)?！蓖跎寡?，“團(tuán)隊(duì)已經(jīng)構(gòu)建了五大類(lèi)植物‘光配方’數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋72種作物、1238種‘光配方’，大幅提升系統(tǒng)光效。同時(shí)輔助光—溫耦合節(jié)能調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)植物工廠綜合能耗降低56%以上?！?/p>

為了解決平面栽培土地與空間利用率低的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)采用了垂直立體栽培技術(shù)，實(shí)現(xiàn)向立體空間拓展的技術(shù)突破?！斑@座栽培層達(dá)20層的垂直植物工廠，能將土地利用率提升120倍以上。”楊其長(zhǎng)算了筆賬。

眼下，200平方米左右的植物工廠里，蔬菜年產(chǎn)量能超過(guò)60噸。通過(guò)采用自主培育的作物新品種、垂直立體栽培系統(tǒng)、營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)供給系統(tǒng)、人工模擬節(jié)能光源以及基于AI的智慧管控系統(tǒng)，在垂直空間內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)食物的周年穩(wěn)定生產(chǎn)。

大規(guī)模推廣仍需降本增效

單位面積產(chǎn)量高、作物生產(chǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)、節(jié)省土地資源……在楊其長(zhǎng)看來(lái)，植物工廠優(yōu)點(diǎn)很多，“對(duì)我們這樣的農(nóng)業(yè)大國(guó)來(lái)說(shuō)，發(fā)展植物工廠非常重要，有助于提高農(nóng)作物生產(chǎn)效率，彰顯農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的進(jìn)步”。

雖然采取技術(shù)手段，能耗已經(jīng)有所下降，但要推廣普及，高耗能仍是橫在團(tuán)隊(duì)面前的一道坎。此外，與露地栽培、溫室大棚相比，存在初期建設(shè)成本高、后期運(yùn)維投入大等問(wèn)題。“總體來(lái)說(shuō)，植物工廠單位生產(chǎn)成本相對(duì)偏高?！闭劶爸参锕S面臨的瓶頸，楊其長(zhǎng)坦言，未來(lái)若要大規(guī)模推廣，還得想辦法降本增效，讓科技成果為更多人所及所享。

目前，團(tuán)隊(duì)正在摸索植物工廠的盈利模式。據(jù)介紹，植物工廠高端葉菜生產(chǎn)聚焦京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、成渝等人口密集的都市圈及本地蔬菜自給率低于10%的地區(qū)，消費(fèi)市場(chǎng)廣闊。此外，植物工廠還可用于集約化育苗，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，種苗品質(zhì)也有保障。

從跟跑到領(lǐng)跑，令人振奮的是，我國(guó)的植物工廠開(kāi)始走向國(guó)際。植物工廠技術(shù)國(guó)際培訓(xùn)班上，來(lái)自20多個(gè)國(guó)家的學(xué)員接受系統(tǒng)的植物工廠培訓(xùn)；基于“光配方”的植物L(fēng)ED光源產(chǎn)品，已推廣到100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)；有關(guān)無(wú)人化垂直植物工廠的落地項(xiàng)目，已與英國(guó)、沙特阿拉伯、智利、卡塔爾等國(guó)達(dá)成合作……

從沙漠到荒地，從島礁到高原，楊其長(zhǎng)盼望植物工廠能在更多非耕地上大顯身手。他相信，這一天，并不遙遠(yuǎn)。（記者游儀）

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