人民日報記者 游儀

制圖(tu)：汪哲平(ping) 數據來源：農業農村部(bu)

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習近平總書記指出：“向(xiang)設施農業要食物”。

作(zuo)為在封閉環境下通過高(gao)精度控(kong)制實(shi)現(xian)作(zuo)物周年連(lian)續生產(chan)的高(gao)效(xiao)農業(ye)系(xi)統(tong)，植(zhi)物工廠能夠根據不同作(zuo)物對光照、溫(wen)度、濕度、營(ying)養等要素(su)的需求，實(shi)時調控(kong)環境，精準供給(gei)，實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)生產(chan)。

植物(wu)工廠如何(he)通過(guo)精準調控(kong)實(shi)現植物(wu)生(sheng)產(chan)？產(chan)量和(he)安全性如何(he)保證(zheng)？建設和(he)運維(wei)成本如何(he)控(kong)制？記者在四川成都進行了探訪。

無需(xu)土壤(rang)，不靠太陽，廠房(fang)之中(zhong)，也(ye)能生長(chang)植物？在四川成都國家現(xian)代農業產業科技創新中(zhong)心的無人(ren)化(hua)垂直(zhi)植物工廠里(li)，或許可以(yi)找到答案。

植物工廠示(shi)意圖(tu)。熊倩羽制圖(tu)

面前是多層鋼架，抬(tai)頭望(wang)，架子頂部裝著(zhu)燈珠，紅(hong)藍光線(xian)照(zhao)在(zai)水靈(ling)靈(ling)的生菜葉(xie)上(shang)。隔著(zhu)玻璃，整個工廠泛著(zhu)粉(fen)光，仿佛(fo)置身科(ke)(ke)幻(huan)片片場。“種(zhong)菜也有流水線(xian)。播種(zhong)、育苗(miao)，佐以(yi)養分、光照(zhao)、適(shi)宜溫度(du)，一(yi)棵生菜僅用(yong)35天就能長成(cheng)。這要在(zai)外(wai)邊(bian)大田，時間至少翻倍。”手一(yi)揚(yang)，指著(zhu)高達20層的垂(chui)直植(zhi)物(wu)工廠，楊其長介紹。作(zuo)為中國農業(ye)科(ke)(ke)學(xue)院(yuan)都市農業(ye)研究(jiu)所首席科(ke)(ke)學(xue)家，他帶著(zhu)團隊(dui)一(yi)道，投身植(zhi)物(wu)工廠研究(jiu)近20年。

從蔬果栽培到水稻育(yu)種，全流程智能調控，在這座無人化工廠里，植物(wu)正循光向上、拔節生長。

“加速”是植物工廠的標簽

隨(sui)著電腦發出(chu)指令，機械(xie)臂(bei)靈活地把一盤盤生(sheng)菜苗定植到(dao)(dao)栽培(pei)板上，再由機器人(ren)(ren)將(jiang)其送到(dao)(dao)指定“樓層(ceng)”。隨(sui)后，調試LED光源，輸送營養液。待(dai)到(dao)(dao)生(sheng)菜成(cheng)熟，再從“樓層(ceng)”取(qu)出(chu)，進行切根、包裝。依靠智慧管控和輔助機器人(ren)(ren)技術，從栽種到(dao)(dao)培(pei)育，從收獲到(dao)(dao)包裝，植物(wu)工廠中，已然能夠實現無(wu)人(ren)(ren)化作業。

自然農(nong)耕，看天(tian)吃飯，須(xu)得遵循(xun)自然規律(lv)。“風調雨順還好，若是(shi)(shi)遇上氣象(xiang)災害、病(bing)蟲害等(deng)(deng)，常會減產。”楊(yang)其長介紹，種(zhong)植條件(jian)難以保障是(shi)(shi)一個長期存在的(de)問題，從自然到可控，溫(wen)室大棚是(shi)(shi)一種(zhong)探(tan)索，能夠種(zhong)植反(fan)季節(jie)蔬(shu)菜，但也會受到高溫(wen)、冰雪等(deng)(deng)不良天(tian)氣影響。

植(zhi)物(wu)(wu)工(gong)廠(chang)的(de)(de)出現(xian)，則打破了自然條件制約(yue)。作(zuo)(zuo)(zuo)為在封閉環境下通過高(gao)精度(du)控制實現(xian)作(zuo)(zuo)(zuo)物(wu)(wu)周(zhou)年連續生(sheng)(sheng)產的(de)(de)高(gao)效農(nong)業系統，植(zhi)物(wu)(wu)工(gong)廠(chang)能夠根據不(bu)同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)物(wu)(wu)對光照、溫度(du)、濕(shi)度(du)、營(ying)養等(deng)要素的(de)(de)需求(qiu)，實時調控環境，精準供(gong)給，實現(xian)高(gao)效生(sheng)(sheng)產。在植(zhi)物(wu)(wu)工(gong)廠(chang)中，還(huan)可(ke)誘(you)導作(zuo)(zuo)(zuo)物(wu)(wu)開花、促(cu)進快(kuai)速生(sheng)(sheng)長，大幅縮短作(zuo)(zuo)(zuo)物(wu)(wu)生(sheng)(sheng)育周(zhou)期。

“‘加速’是植(zhi)物(wu)(wu)工廠的標簽(qian)。”都市農業研(yan)究所(suo)研(yan)究員(yuan)王森說。一棵(ke)生菜，生長(chang)周期可以(yi)從(cong)70天(tian)縮短到35天(tian)；一株水(shui)稻，生育(yu)期可由(you)120天(tian)縮短至63天(tian)。這套(tao)不受土(tu)地(di)、空間(jian)和氣候條件約束(shu)的技術，依據植(zhi)物(wu)(wu)工廠光—營養耦合技術調控作(zuo)物(wu)(wu)快(kuai)速生長(chang)，可以(yi)實(shi)現水(shui)稻、小麥、玉米(mi)、大豆、棉(mian)花、油菜等作(zuo)物(wu)(wu)生育(yu)期縮短一半以(yi)上，為作(zuo)物(wu)(wu)育(yu)種(zhong)加速提供有效支撐。

1238種“光配方”構建數據庫

一(yi)次(ci)訪學，讓(rang)楊其長推開了植物工廠研究的“大門”。

2005年(nian)，在荷蘭(lan)瓦赫寧根大學的一間實驗室中，揭開黑布，紅藍(lan)光(guang)照(zhao)耀(yao)之下，生菜長(chang)勢喜人。自那時起，好(hao)奇的種子便在楊其長(chang)心中扎(zha)了根：LED光(guang)源(yuan)如(ru)何影響(xiang)植物(wu)生長(chang)？如(ru)何利用(yong)LED照(zhao)明解(jie)決植物(wu)工廠光(guang)源(yuan)的能耗(hao)難(nan)題？

一回國，就行動。一邊緊鑼密鼓(gu)搭建實(shi)驗室，一邊東(dong)奔西走尋(xun)找光(guang)源。“那會兒LED照明剛起步，國內(nei)少(shao)有(you)廠家(jia)生產。我們甚至嘗(chang)試用(yong)紅(hong)色(se)激光(guang)代替，結果由于能量太強(qiang)，植物難以承受。”楊其長回憶。

幾經周折，團(tuan)隊(dui)(dui)終于找(zhao)到了4塊LED光源板。不斷調試、反復實驗，優化配(pei)比、降低能耗，歷時多(duo)年(nian)，楊其長帶(dai)領團(tuan)隊(dui)(dui)在成都打(da)造(zao)出了一個無人化垂直植物工廠，一年(nian)能產10茬以上蔬菜。

走進植物(wu)(wu)工(gong)廠，架子頂部的LED燈珠顏色各異，在種(zhong)植過程中，會(hui)將紅光(guang)(guang)、藍(lan)光(guang)(guang)、綠(lv)光(guang)(guang)、近(jin)紫外(wai)光(guang)(guang)和(he)紅外(wai)光(guang)(guang)等依(yi)照作物(wu)(wu)品種(zhong)和(he)生長(chang)環節按需(xu)進行(xing)調配(pei)(pei)。“建設植物(wu)(wu)工(gong)廠，首先要攻(gong)克(ke)‘光(guang)(guang)效(xiao)低(di)、能耗高’難關。”王森坦言，“團隊已經構建了五大(da)類植物(wu)(wu)‘光(guang)(guang)配(pei)(pei)方(fang)’數據庫，涵蓋(gai)72種(zhong)作物(wu)(wu)、1238種(zhong)‘光(guang)(guang)配(pei)(pei)方(fang)’，大(da)幅(fu)提升系統(tong)光(guang)(guang)效(xiao)。同(tong)時輔助光(guang)(guang)—溫耦合節能調控技術，實現植物(wu)(wu)工(gong)廠綜(zong)合能耗降低(di)56%以上(shang)。”

為了(le)解(jie)決平面栽培土(tu)地(di)與空間(jian)利用率低的(de)問題，團隊采用了(le)垂直(zhi)(zhi)立體栽培技術(shu)，實現向立體空間(jian)拓展(zhan)的(de)技術(shu)突破。“這座栽培層達20層的(de)垂直(zhi)(zhi)植(zhi)物工(gong)廠，能將(jiang)土(tu)地(di)利用率提升120倍以上。”楊其長算了(le)筆賬。

眼下，200平(ping)方米左右(you)的(de)植物工(gong)廠里，蔬菜年(nian)產(chan)(chan)量可(ke)達60噸以(yi)上。通(tong)過采(cai)用自(zi)主培育(yu)的(de)作物新品種、垂直(zhi)立(li)體栽培系(xi)(xi)統(tong)、營養液自(zi)動供(gong)給系(xi)(xi)統(tong)、人工(gong)模(mo)擬節能光源(yuan)以(yi)及基于(yu)AI的(de)智慧管控系(xi)(xi)統(tong)，在(zai)垂直(zhi)空間內，能實現(xian)食物的(de)周年(nian)穩定生產(chan)(chan)。

大規模推廣仍需降本增效

單位面積產(chan)量高、作(zuo)物(wu)生產(chan)穩定(ding)性強、節省土地資源……在(zai)楊(yang)其長看來，植(zhi)物(wu)工(gong)(gong)廠(chang)優點很多，“對我們這(zhe)樣的農業大國來說，發展植(zhi)物(wu)工(gong)(gong)廠(chang)非(fei)常重要，有助于提(ti)高農作(zuo)物(wu)生產(chan)效率，彰顯農業技術水(shui)平的進步。”

雖然(ran)采取技術手段，能(neng)耗已經(jing)有所下降(jiang)，但要推(tui)廣(guang)普及(ji)，高(gao)耗能(neng)仍是橫(heng)在(zai)團(tuan)隊面(mian)前的一道(dao)坎。此外(wai)，與(yu)露(lu)地栽培、溫室大(da)(da)棚(peng)相比，存在(zai)初(chu)期建(jian)設成本高(gao)、后期運維投(tou)入大(da)(da)等(deng)問題。“總體(ti)來說，植(zhi)物(wu)工廠單位(wei)生產成本相對偏(pian)高(gao)。”談及(ji)植(zhi)物(wu)工廠面(mian)臨的瓶頸，楊其(qi)長坦言，未(wei)來若要大(da)(da)規模(mo)推(tui)廣(guang)，還得(de)想辦法降(jiang)本增效，讓科技成果為(wei)更多人所及(ji)所享(xiang)。

目前，團隊正在摸索(suo)植物(wu)工(gong)廠(chang)的盈利(li)模式。據介紹，植物(wu)工(gong)廠(chang)高端葉菜(cai)(cai)生(sheng)產聚焦(jiao)京津冀、長(chang)三(san)角、珠三(san)角、成渝等人口密集的都(dou)市(shi)圈及本地蔬菜(cai)(cai)自給(gei)率低于(yu)10%的地區，消(xiao)費市(shi)場廣(guang)闊。此外，植物(wu)工(gong)廠(chang)還可用于(yu)集約化(hua)育(yu)苗，不僅能夠降低生(sheng)產成本，種苗品質也有(you)保(bao)障。

從跟跑到領跑，令人振奮(fen)的(de)是，我國(guo)(guo)的(de)植(zhi)物(wu)(wu)工(gong)(gong)廠(chang)開始(shi)走向國(guo)(guo)際。植(zhi)物(wu)(wu)工(gong)(gong)廠(chang)技術國(guo)(guo)際培訓(xun)班上，來自20多個國(guo)(guo)家的(de)學(xue)員接受系(xi)統(tong)的(de)植(zhi)物(wu)(wu)工(gong)(gong)廠(chang)培訓(xun)；基于(yu)“光配方”的(de)植(zhi)物(wu)(wu)LED光源(yuan)產品(pin)，已推(tui)廣到100多個國(guo)(guo)家和地區；有關無人化(hua)垂直(zhi)植(zhi)物(wu)(wu)工(gong)(gong)廠(chang)的(de)落地項目(mu)，已與英國(guo)(guo)、沙(sha)特阿拉伯(bo)、智利、卡塔(ta)爾(er)等國(guo)(guo)達成合作……

從沙(sha)漠到荒地，從島(dao)礁到高原，楊其長盼望植物工廠能在更(geng)多(duo)非耕地上大(da)顯身(shen)手。他相信，這一天(tian)，并不(bu)遙遠。

《 人民日(ri)報 》（ 2024年04月17日(ri)   07 版）

來源：人民日報