植物工廠示意圖。
熊倩羽制圖
制圖：汪哲平
數(shù)據(jù)來源：農業(yè)農村部
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習近平總書記指出：“向設施農業(yè)要食物”。
作為在封閉環(huán)境下通過高精度控制實現(xiàn)作物周年連續(xù)生產的高效農業(yè)系統(tǒng)，植物工廠能夠根據(jù)不同作物對光照、溫度、濕度、營養(yǎng)等要素的需求，實時調控環(huán)境，精準供給，實現(xiàn)高效生產。
植物工廠如何通過精準調控實現(xiàn)植物生產？產量和安全性如何保證？建設和運維成本如何控制？記者在四川成都進行了探訪。
無需土壤，不靠太陽，廠房之中，也能生長植物？在四川成都國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)科技創(chuàng)新中心的無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，紅藍光線照在水靈靈的生菜葉上。隔著玻璃，整個工廠泛著粉光，仿佛置身科幻片片場�！胺N菜也有流水線。播種、育苗，佐以養(yǎng)分、光照、適宜溫度，一棵生菜僅用35天就能長成。這要在外邊大田，時間至少翻倍。”手一揚，指著高達20層的垂直植物工廠，楊其長介紹。作為中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所首席科學家，他帶著團隊一道，投身植物工廠研究近20年。
從蔬果栽培到水稻育種，全流程智能調控，在這座無人化工廠里，植物正循光向上、拔節(jié)生長。
“加速”是植物工廠的標簽
隨著電腦發(fā)出指令，機械臂靈活地把一盤盤生菜苗定植到栽培板上，再由機器人將其送到指定“樓層”。隨后，調試LED光源，輸送營養(yǎng)液。待到生菜成熟，再從“樓層”取出，進行切根、包裝。依靠智慧管控和輔助機器人技術，從栽種到培育，從收獲到包裝，植物工廠中，已然能夠實現(xiàn)無人化作業(yè)。
自然農耕，看天吃飯，須得遵循自然規(guī)律�！帮L調雨順還好，若是遇上氣象災害、病蟲害等，常會減產。”楊其長介紹，種植條件難以保障是一個長期存在的問題，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)境下通過高精度控制實現(xiàn)作物周年連續(xù)生產的高效農業(yè)系統(tǒng)，植物工廠能夠根據(jù)不同作物對光照、溫度、濕度、營養(yǎng)等要素的需求，實時調控環(huán)境，精準供給，實現(xiàn)高效生產。在植物工廠中，還可誘導作物開花、促進快速生長，大幅縮短作物生育周期。
“‘加速’是植物工廠的標簽�！倍际修r業(yè)研究所研究員王森說。一棵生菜，生長周期可以從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，依據(jù)植物工廠光—營養(yǎng)耦合技術調控作物快速生長，可以實現(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”構建數(shù)據(jù)庫
一次訪學，讓楊其長推開了植物工廠研究的“大門”。
2005年，在荷蘭瓦赫寧根大學的一間實驗室中，揭開黑布，紅藍光照耀之下，生菜長勢喜人。自那時起，好奇的種子便在楊其長心中扎了根：LED光源如何影響植物生長？如何利用LED照明解決植物工廠光源的能耗難題？
一回國，就行動。一邊緊鑼密鼓搭建實驗室，一邊東奔西走尋找光源。“那會兒LED照明剛起步，國內少有廠家生產。我們甚至嘗試用紅色激光代替，結果由于能量太強，植物難以承受�！睏钇溟L回憶。
幾經周折，團隊終于找到了4塊LED光源板。不斷調試、反復實驗，優(yōu)化配比、降低能耗，歷時多年，楊其長帶領團隊在成都打造出了一個無人化垂直植物工廠，一年能產10茬以上蔬菜。
走進植物工廠，架子頂部的LED燈珠顏色各異，在種植過程中，會將紅光、藍光、綠光、近紫外光和紅外光等依照作物品種和生長環(huán)節(jié)按需進行調配�！敖ㄔO植物工廠，首先要攻克‘光效低、能耗高’難關�！蓖跎寡�，“團隊已經構建了五大類植物‘光配方’數(shù)據(jù)庫，涵蓋72種作物、1238種‘光配方’，大幅提升系統(tǒng)光效。同時輔助光—溫耦合節(jié)能調控技術，實現(xiàn)植物工廠綜合能耗降低56%以上。”
為了解決平面栽培土地與空間利用率低的問題，團隊采用了垂直立體栽培技術，實現(xiàn)向立體空間拓展的技術突破�！斑@座栽培層達20層的垂直植物工廠，能將土地利用率提升120倍以上�！睏钇溟L算了筆賬。
眼下，200平方米左右的植物工廠里，蔬菜年產量可達60噸以上。通過采用自主培育的作物新品種、垂直立體栽培系統(tǒng)、營養(yǎng)液自動供給系統(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，能實現(xiàn)食物的周年穩(wěn)定生產。
大規(guī)模推廣仍需降本增效
單位面積產量高、作物生產穩(wěn)定性強、節(jié)省土地資源……在楊其長看來，植物工廠優(yōu)點很多，“對我們這樣的農業(yè)大國來說，發(fā)展植物工廠非常重要，有助于提高農作物生產效率，彰顯農業(yè)技術水平的進步�！�
雖然采取技術手段，能耗已經有所下降，但要推廣普及，高耗能仍是橫在團隊面前的一道坎。此外，與露地栽培、溫室大棚相比，存在初期建設成本高、后期運維投入大等問題�！翱傮w來說，植物工廠單位生產成本相對偏高。”談及植物工廠面臨的瓶頸，楊其長坦言，未來若要大規(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，團隊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聚焦京津冀、長三角、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)，消費市場廣闊。此外，植物工廠還可用于集約化育苗，不僅能夠降低生產成本，種苗品質也有保障。
從跟跑到領跑，令人振奮的是，我國的植物工廠開始走向國際。植物工廠技術國際培訓班上，來自20多個國家的學員接受系統(tǒng)的植物工廠培訓；基于“光配方”的植物LED光源產品，已推廣到100多個國家和地區(qū)；有關無人化垂直植物工廠的落地項目，已與英國、沙特阿拉伯、智利、卡塔爾等國達成合作……
從沙漠到荒地，從島礁到高原，楊其長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。
《 人民日報 》（ 2024年04月17日 07 版）