在沒有陽光和土壤的密閉環境中，水稻可以正常生長嗎？

最近，中國農科院都市農業研究所植物工廠創新團隊與中國科學院院士、中國水稻研究所副所長錢前所帶領的團隊合作，找到了答案。

他們將水稻種植到植物工廠內，在經歷63天的封閉生長后，水稻結出金黃飽滿的稻穗，這個時間比大田環境下的生長周期縮短了一半以上。“這是水稻種植史上顛覆性的重大突破。”錢前說。

水稻生長周期減半如何實現？未來又有何應用價值？近日，記者走進實驗地點——位於成都科學城天府菁蓉中心的中國農科院都市農業研究所，一探究竟。

在LED光源下吃好喝好

水稻生長周期有望縮短至60天內

天府新區興隆湖畔高樓林立，記者以為這項意義重大的實驗就藏身在這些玻璃幕牆裡，該實驗的主要完成人卞中華博士卻把記者領進樓下一間不起眼的集裝箱，這位中國農科院都市農業研究所植物光生物學研究中心科研骨干介紹：“這就是我們的實驗場所。它的專業名字叫‘移動箱式植物工廠’。”眼前的植物工廠像個放大版的玻璃櫃，外立面是不透光的磨砂玻璃，面積僅15平方米。

工廠雖小，“五臟”俱全。打開房門，隻見屋內被紅色和紫色的光暈籠罩著，左右兩側擺放著4層栽培架，架子上是一叢叢青翠的水稻秧苗，採用無土栽培種植在營養液栽培槽中。房內的新風系統和二氧化碳供應系統可以調控室內溫度和氣體環境，營養液循環系統則為水稻生長發育供應所需的水分和礦物質。

“目前我們正在進行第三輪實驗。”卞中華介紹，前兩輪實驗結束后，他們調整了一些光溫參數，希望通過精准的環境優化與養分供給，進一步將其生長周期縮短至60天以內。

植物工廠是一個全封閉的空間，“水稻所需的環境和營養要素，都能靠人工調控的方式滿足，包括光照、水、溫度、營養物質、二氧化碳等。”卞中華說，“簡單來說，就是讓植物吃好、喝好，自然長得更快。”

在整個環境控制中，光照管理又是關鍵因素。卞中華說，植物對光的需求包括光輻射強度、光譜、光周期等，對光環境進行精准調控，相當於為水稻定制專屬的“光配方”。

目前的研究已發現，光照強度過低或過高對植物的生長發育都不利﹔而太陽光譜中，隻有5%左右不同波長的光對光合作用產生影響，其中紅光、藍光是維持植物正常光合作用的必需光質。

卞中華指著栽培架頂部的平板式LED光源向記者介紹，“這就是太陽光的替代品，它可以定制光譜，調控光照強度，在水稻不同生長時期提供適宜的光環境，促進水稻提早開花、快速結實。”卞中華一邊說，一邊旋轉控制按鈕，燈具上一共有6個按鈕，可以調控紫外光、藍光、白光等光譜強度。

光照還能影響作物的品質。最近，中國農科院都市農業研究所科研助理李宗耕發現，不少網友留言，想知道植物工廠中生長出的稻谷品質、口感好不好。“從蔬菜實驗來看，品質不會受到影響。”李宗耕說，不過，為了得到一個更確定的答案，他們決定把稻谷送去檢測機構檢驗，看看其中的澱粉、蛋白質等營養物質含量如何。

一年可種6茬水稻

大大節省育種時間成本

種子培育，什麼成本最高？時間成本。

再牛的技術，也得看著作物慢慢長，這也就是為什麼前幾年有個新聞，某農科所的芋頭被人偷吃了，科研人員急得痛哭流涕，因為那是花了6年時間選育、雜交、淘汰的成果。

植物工廠的神奇之處，在於它給作物生長按下了快進鍵，從而幫助科研人員在有限時間裡，研發出更多科研成果。

記者發現，植物工廠裡的水稻成熟后，比普通水稻更矮小。“這些水稻是由錢前團隊提供的矮稈品種，成熟后株高僅30厘米左右，而普通水稻成熟后高度至少在1米左右。”卞中華說，株型較矮適合在植物工廠下進行多層立體栽培，最大化利用空間，節省成本。

在第一次實驗中，他們選擇了6個矮稈品種，其中2個品種表現出較高的產量潛力。“定植后45天抽穗，63天收獲，單層栽培架的綜合產量為每平方米0.98公斤，相當於畝產652公斤。”卞中華介紹。

這一實驗結果令人振奮。省農科院作物所副研究員李旭毅長期從事水稻栽培技術研究與示范推廣，在他看來，植物工廠在縮短作物育種周期方面具有巨大潛力。

水稻生長周期長，生育期在120天以上，一般情況下，一年隻能種一到兩季。使用傳統育種方法，通常一年隻能產生1至2代，為了加快育種進度，農業科技人員會選擇到海南等熱帶地區“南繁育種”，但一年也隻能產生2至3代。在這種情況下，要培育出一個優良性狀的新品種，通常需要幾年甚至十年以上。

“植物工廠環境下，水稻可以在60天左右收獲，一年就可以種5-6茬，育種就可以產生5-6代，大大節省育種工作者的時間成本。”中國農科院都市農業研究所研究員、植物工廠創新團隊首席科學家楊其長介紹，植物工廠不受空間限制，還可以建在實驗樓或育種單位附近，栽培層數可以達到10層以上，最大程度利用空間。

植物工廠也為水稻工廠化栽培提供了可能。最近，楊其長接到了不少咨詢電話。“很多企業都很感興趣，剛剛一家重慶糧食集團的經理打電話來，想在當地推廣。”

植物工廠為何會受追捧？“優勢很多。”楊其長說，植物工廠不受土地、空間和氣候條件的約束。“西南地區夏天高溫高濕，容易誘發病虫害，冬季光照偏弱，會影響作物營養物質的代謝合成。”楊其長說，用植物工廠種植水稻，可以不受氣候條件影響。

下一步，他們打算選育出適宜植物工廠種植的水稻品種，提高產量，“這對保障糧食安全具有重要意義。”楊其長說。

生產1公斤水稻需要60多度電

推廣應用面臨成本制約

不過，目前這項研究才剛起步，要大范圍推廣還面臨成本制約。

近年來，隨著植物光生物學技術的進步和LED光源成本的大幅下降，植物工廠呈現出快速發展的勢頭，我國人工光植物工廠數量已經超過200家，但主要用於生產生菜、番茄等蔬菜。

“即便是生產蔬菜，盈利也很難。”楊其長介紹，他們曾對北京一家生產生菜的植物工廠進行過測算，每生產1千克生菜要消耗10度電，相當於6元。結合產量分析計算，每千克生菜的生產成本為21.19元。但目前露地生菜的零售價僅4-6元/千克。

在日本、美國等國家，植物工廠出產的蔬菜有專門的標識和認証，市場售價通常比常規蔬菜高出1倍左右。“照這樣計算，企業盈利面不大。”楊其長說，推廣植物工廠，難的不是技術，而是如何降低建設和運營成本。

一是初期建設成本高。植物工廠在封閉的室內環境下進行，需要的環境控制系統、人工光源系統、多層立體栽培系統、營養液循環系統以及計算機控制系統等工程設施和配套裝備價格高昂。按一個栽層面積計算，初期建設成本平均在1萬-1.5萬元/平方米。

二是運行能耗較大，其中電力成本佔了大頭。據測算，人工光照明和空調的電力能耗佔到總能耗的8成以上。

相比於蔬菜，生產水稻的成本更高。“用植物工廠生產葉菜，長出來的部分基本都可以食用，但如果種水稻，隻有稻谷可以吃，不劃算。根據測算，生產1公斤水稻需要60多度電。”楊其長說。

對於未來，他仍持樂觀態度。“2005年，我們剛開始研究植物工廠時，買了4塊1平方米的LED光源板，就花了10萬元，但現在，隻要三四百元。”相信隨著技術進步，通過開發新材料、利用新能源，未來植物工廠的建設和運營成本會進一步降低，“它代表著未來農業的發展方向。”（四川日報全媒體記者 史曉露）

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