植物工廠示意圖。 　　熊倩羽制圖

制圖：汪哲平 　　數據來源：農業農村部

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　　習近平總書記指出：“向設施農業要食物”。

　　作為在封閉環境下通過高精度控制實現作物周年連續生產的高效農業系統，植物工廠能夠根據不同作物對光照、溫度、濕度、營養等要素的需求，實時調控環境，精准供給，實現高效生產。

　　植物工廠如何通過精准調控實現植物生產？產量和安全性如何保証？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？在四川成都國家現代農業產業科技創新中心的無人化垂直植物工廠裡，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。“種菜也有流水線。播種、育苗，佐以養分、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。作為中國農業科學院都市農業研究所首席科學家，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，在這座無人化工廠裡，植物正循光向上、拔節生長。

　　“加速”是植物工廠的標簽

　　隨著電腦發出指令，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，已然能夠實現無人化作業。

　　自然農耕，看天吃飯，須得遵循自然規律。“風調雨順還好，若是遇上氣象災害、病虫害等，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，則打破了自然條件制約。作為在封閉環境下通過高精度控制實現作物周年連續生產的高效農業系統，植物工廠能夠根據不同作物對光照、溫度、濕度、營養等要素的需求，實時調控環境，精准供給，實現高效生產。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。”都市農業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，依據植物工廠光—營養耦合技術調控作物快速生長，可以實現水稻、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”構建數據庫

　　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，結果由於能量太強，植物難以承受。”楊其長回憶。

　　幾經周折，團隊終於找到了4塊LED光源板。不斷調試、反復實驗，優化配比、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節按需進行調配。“建設植物工廠，首先要攻克‘光效低、能耗高’難關。”王森坦言，“團隊已經構建了五大類植物‘光配方’數據庫，涵蓋72種作物、1238種‘光配方’，大幅提升系統光效。同時輔助光—溫耦合節能調控技術，實現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，團隊採用了垂直立體栽培技術，實現向立體空間拓展的技術突破。“這座栽培層達20層的垂直植物工廠，能將土地利用率提升120倍以上。”楊其長算了筆賬。

　　眼下，200平方米左右的植物工廠裡，蔬菜年產量可達60噸以上。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，在垂直空間內，能實現食物的周年穩定生產。

　　大規模推廣仍需降本增效

　　單位面積產量高、作物生產穩定性強、節省土地資源……在楊其長看來，植物工廠優點很多，“對我們這樣的農業大國來說，發展植物工廠非常重要，有助於提高農作物生產效率，彰顯農業技術水平的進步。”

　　雖然採取技術手段，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。“總體來說，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於10%的地區，消費市場廣闊。此外，植物工廠還可用於集約化育苗，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的植物工廠培訓﹔基於“光配方”的植物LED光源產品，已推廣到100多個國家和地區﹔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，並不遙遠。

　　《 人民日報 》（ 2024年04月17日 07 版）

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