無人化垂直植物工廠裡的生菜35天就能收獲。

　　植物工廠是什麼？普遍認可的定義是，這是一種通過設施內高精度環境控制，實現農作物周年連續生產的高效農業系統，代表著未來農業的發展方向。

　　近日，植物工廠這一科研領域又有新突破。在天府新區成都片區，由中國農業科學院都市農業研究所（以下簡稱“都市農業研究所”）自主研發的首座無人化垂直植物工廠投入使用。這座植物工廠栽培層高20層，是世界上目前設施單體生產層數最高的植物工廠。

　　這座植物工廠探索出了哪些前沿農業科技？記者進行了探訪。

　　攻克“光效低、能耗高”難題

　　走進植物工廠，透過玻璃，一棟多層貨架式的建筑展現在眼前。每層貨架上方，無數整齊排列的燈珠發出紅色、藍色等不同顏色的光線，均勻照射在貨架內定植好的生菜葉片上。整個建筑呈現出一種充滿未來科技感的粉紅色。

　　電腦發出指令后，一輛空間運輸小車托著一盤剛定植好的生菜苗，根據坐標上下移動，最后放置在既定位置。

　　都市農業研究所研究員王森介紹，這座栽培層數高達20層的垂直植物工廠，通過採用自主培育的作物新品種、垂直立體栽培系統、營養液自動供給系統、人工模擬節能光源以及基於AI的智慧管控系統，實現了在垂直空間內的穩定生產。目前，已經可以實現作物從種到收全程無人化。

　　在這些技術中，人工模擬節能光源攻克了植物工廠“光效低、能耗高”的世界性難題，這也是這座植物工廠最核心的技術之一。

　　“傳統植物工廠生產一公斤生菜，需要耗電11千瓦時。我們團隊通過植物光配方與光效提升技術，隻耗費8.5千瓦時的電。”王森說。

　　這是如何實現的？記者在貨架上看到，貨架上不同顏色的LED燈珠按一定的規律整齊排列。“我們將紅光、藍光、黃光、近紫外光或近紅外光，按植物品種不同、生長過程不同進行精准配比。苗期早的時候需要弱光，開花結果的時候需要強光。”王森介紹。

　　在人工控制的營養、光照、溫度、濕度條件下，這座植物工廠可以最大程度節省空間、能量，實現“短時間高強度”產出。

　　“一般來說，每塊種植板上可以種植9棵生菜，這一整棟大樓一次最多可以種25000棵生菜。”王森說，更重要的是，這裡的生菜35天就能成熟收割一茬，而傳統大田生菜的正常生長周期需要70天。

　　目前，無人化垂直植物工廠可以實現葉類菜、果菜、食用菌等作物的規模化種植。試驗檢測結果顯示，垂直植物工廠裡生產的作物，營養成分與大田作物基本上沒有差別。

　　為加速作物育種提供技術儲備

　　“加速”是這座植物工廠的關鍵詞。一棵生菜的生長周期從70天加速縮短至35天，這為加速作物育種提供了理論驗証與技術儲備。

　　目前，南繁是我國育種科學家更快選育新品種的重要方式。將水稻、玉米、棉花等夏季作物的育種材料，在當地秋季收獲后，冬季拿到海南等南方亞熱帶或熱帶地區，利用充足的光熱條件進行繁殖和選育。這樣一來，一年一季的作物就能實現一年繁育2—3代。

　　這座植物工廠使用的技術則能打破土地、空間和氣候條件的約束，就地實現作物快速繁育。

　　12月中旬，成都迎來一輪寒潮，日最高溫度低至5℃。走進植物工廠旁的育種加速實驗室，室內氣溫則保持在28℃。

　　當下，四川全省水稻已經顆粒歸倉，油菜還未抽薹。在這間實驗室裡，水稻正經歷不同的生長周期，有的正在抽穗，有的還是矮矮的秧苗，而油菜已到了結莢期。

　　不同生長周期、不同生長季節的作物，在這裡實現了“團聚”。依靠的是一套“光—溫—營養”耦合調控作物快速繁育關鍵技術。

　　都市農業研究所智能園藝裝備創新團隊首席科學家楊其長介紹，這套技術不受土地、空間和氣候條件的約束，根據植物生長特性來配置所需要的光譜﹔採取營養液栽培手段，使植物充分吸收營養﹔通過光與營養精准調控，誘導早期開花和促進作物快速生長，大幅縮短作物生育周期，育種效率大幅度提升。

　　目前，育種加速器裡，小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、苜蓿等多種旱地作物正在進行育種。科研團隊試驗發現，這些作物通過育種加速器，生育期均縮短50%以上。

　　轉化投產還需解決成本問題

　　除將核心技術運用於前端育種環節，團隊專家也希望，未來能將無人化垂直植物工廠真正實現轉化。在樓房中、沙漠裡，甚至地下空間建設，在保障城市居民日常生活的同時，彌補耕地不足的問題。

　　“在人口密集的城市，通過植物工廠能保障城市的日常蔬菜供應。如遇城市交通封閉等特殊情況，也能保証蔬菜供應自給自足。”王森介紹，此外，在邊防哨所、遠航科考、島礁生存等場景中，植物工廠也有望發揮重要作用。

　　“雖然我們已經有效降低了能耗，但植物工廠要實現轉化投產，甚至盈利，能耗高依舊是難題。”王森說，下一步，在降低能耗這一問題上繼續攻關，依舊是團隊的重要任務。

　　目前，科研團隊已經匯總了72類作物、1300多種光配方的數據庫，對作物基礎研究、生理研究等發揮著重要作用。

　　此外，較高的建設和維護成本也是一項重要考慮因素。王森說，植物工廠生產蔬菜成本，較自然環境種植蔬菜成本要高出許多，所以，待成本進一步降低后，才可能得到推廣應用。

　　值得欣喜的是，目前，依托團隊技術，位於黑龍江的北大荒集團七星農場以及成都市溫江區，已經有兩個無人化垂直植物工廠項目正在建設中，預計2024年4月實現運營。

　　王森透露，這兩個項目不僅要承擔科研任務，還將致力於實現盈利。團隊正在開展多個有關垂直無人植物工廠的落地項目，包括來自沙特、智利和卡塔爾等國家的一些國際合作項目。

　　如今，團隊正開展垂直農業大樓相關研發，下一步將建設集種植和養殖於一體的農業大樓，在垂直空間內同時實現蔬菜種植、水產養殖、食用菌培育等，探索屋頂農業、陽台農業新模式。

□四川日報全媒體記者闞瑩瑩 文/圖

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