探訪中國首家植物工廠
國內首例以智能控制為核心的植物工廠近日研發成功 國內首例以智能控制為核心的植物工廠近日研發成功，使我國成為世界上少數幾個掌握植物工廠核心技術的國家之一。植物工廠啥模樣？會給人們生活帶來些什么？ 在中國農業科學院的巨大溫室內，各種綠植遍布四周，仿佛置身林中。植物工廠，便在這“密林”深處。 在中國農科院農業環境與可持續發展研究所程瑞鋒博士的引導下，筆者一直走到溫室最里面。可能是頂部有植物覆蓋的緣故，這里光線較暗。 收獲快且產量高 走進植物工廠，室內布滿栽培架，上面種滿生菜、小白菜等蔬菜植物。墻上的顯示屏正報告著溫度、濕度等數據。 項目負責人、中國農科院農業環境與可持續發展研究所的楊其長研究員介紹說，植物工廠是給植物提供合適生長環境的系統設備，分為植物苗工廠和蔬菜工廠兩部分。植物工廠是國際上公認的設施農業最高級發展階段，是一種技術高度密集、不受或很少受自然條件制約的全新生產方式。目前，僅有日本、美國等少數發達國家掌握這項技術。 植物工廠以節能植物生長燈和LED為人工光源，采用制冷—加熱雙向調溫控濕、光照—二氧化碳耦聯光合與氣肥調控、營養液在線檢測與控制等13個相互關聯的控制子系統，可實時對植物工廠的溫度、濕度、光照、氣流、二氧化碳濃度以及營養液等環境要素進行自動監控，實現智能化管理。 通過對工廠內環境的高精度控制，植物的生長在這里幾乎不受自然條件的制約，生長周期加快。現在工廠內種植的生菜、小白菜等，20天左右就能收獲，而在普通的大田里，則需要一個月到40天的時間。 除了收獲快，空間利用率高也是植物工廠的重要特點。在工廠內看到的都是三層的栽培架，從面積上就相當于同樣大小露天耕地的三倍，加上其種植密度大，因此，植物工廠的產量可以達到常規栽培的幾十甚至上百倍。 蔬菜種植之外，植物工廠在育苗上也有應用。程瑞鋒介紹說，他們在黃瓜和番茄的育苗方面都做了實驗。相比蔬菜生產，育苗的周期更短，一般為一周左右。雖然常規栽培的周期也不是很長，但在育苗的整齊和健壯度上不如工廠的產品。“畢竟大田的不可控因素太多，今天光照也許很好，但明天可能陰天，后天有可能降溫，而這些在工廠里都可以得到控制。” 正當筆者在植物工廠里聽取專家的介紹時，墻上的管道中突然發出一陣蜂鳴聲，打破了小屋原本的安靜…… 不靠太陽不用土 “這是營養液在循環”，程瑞鋒解釋道。說著，他把用來固定植株的塑料泡沫板掀起，原來，植物的根系根本不是生長在土壤里，而是完全浸泡在營養液中。 程瑞鋒介紹說，土壤的作用是提供營養元素和水分，而營養液除了提供水分，也提供了植物生長所需的各種元素，包括氮磷鉀等大量元素及鋅鐵錳等微量元素，因此沒有必要使用土壤栽培。無土栽培的技術現在已經非常成熟，而且水栽比土栽的生長周期要快很多，也是使用水栽的重要原因。 墻上顯示器上有營養液監控的數據，程瑞鋒說那是對營養液溫度控制的參數。在寒冷的天氣中，系統會對營養液進行加熱，如果溫度很低，會對植物的根系造成傷害。 植物工廠的小屋沒有窗戶，外界的光線幾乎無法進入，“萬物生長靠太陽”這句俗語人人皆知，但工廠內的植物卻不見天日，難道它們生長不靠陽光？ “完全不用陽光”。程瑞鋒的回答令人吃驚。在每個栽培架上，都裝有一塊燈板。不同的是左側是LED(發光二極管)燈，右側是熒光燈。兩種燈光都能滿足植物生長的需要，只是LED比熒光燈更加節能。 LED燈板以紅燈為主，中間按一定距離均勻分布著藍燈，比例大概為8∶1到9∶1。楊其長說，太陽光對于植物而言是全波段的，紅光、藍光、紫外線、紅外線等都包括，但實驗顯示，植物吸收的光線波段主要是紅光和藍光，比例超過60%。因此將紅光和藍光按照一定配比制成光源，就能滿足植物生長需求。紅外和遠紅外等成分主要以熱量的形式出現，而且耗能嚴重。去掉那些部分，不會影響植物品質。他們做過實驗，這種環境下成長起來的植物，維生素和糖的含量幾乎沒有變化。 另外，由于植物工廠內環境可控性強，栽培環境的二氧化碳濃度可以得到大幅增加，使植物的光合效率提高，植物生物量的形成和營養物質的積累，都是常規栽培的幾倍。 技術成本需降低 盡管植物工廠在產量和效率方面優點突出，但存在的問題也同樣明顯，那就是高昂的成本，在一定程度上影響了它的推廣。一個一般規模的植物工廠，建成需要十幾萬元的投入，后期的運行和維護也是一筆花銷，因此，如何降低成本是下一步所要面對的問題。 楊其長說，在降低建設成本方面，他們將主要致力于新材料的研發，制作出成本低、隔熱保溫性能好、便于安裝的新材料。而在運營方面，除了盡可能減少動力方面的消耗外，新能源的利用也是重要的手段。如果能使用太陽能、風能等清潔能源，雖然會增加前期投入，但運營費用也會大大降低。 那么，植物工廠這種生產方式，將來是否有可能成為人類糧食和蔬菜供應的主要手段？楊其長表示，植物工廠將來肯定會走向普及，但由于其需要一定的投入，因此全部使用它來供應糧食蔬菜并不現實，但在一些特殊環境下，比如極地或太空中，它作為主要供應方式還是有可能的。 當走到環發所的辦公樓下時，程瑞鋒指著樓頂的一棟板房說，看，那是我們剛剛新建的植物工廠。新建工廠的位置和他們的設想很一致：高樓大廈的頂端或地下室。隨著城市的發展，土地緊張的問題已經開始顯現，而植物工廠的做法，大大提高了土地和空間的利用效率。隨著技術的發展普及，也許不遠的將來，鋼筋水泥的都市叢林就會成為各種植物生長的溫床。張超 |
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