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,實現高效生產,。
植物工廠如何通過精準調控實現植物生產,?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,?!笔忠粨P,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,,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,依據植物工廠光—營養(yǎng)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?!澳菚篖ED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,?!蓖跎寡裕皥F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(tǒng)光效,。同時輔助光—溫耦合節(jié)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,,團隊采用了垂直立體栽培技術,,實現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)
(編輯:月兒)
