我國已掌握植物工廠的五大核心技術

右上圖 農眾物聯的全人工光植物工廠種植的鐵皮石斛。記者 喬金亮攝

下圖 北京農眾物聯的自然光植物工廠車間。 記者 喬金亮攝

離開了陽光、土壤、雨露，在鋼筋混凝土的廠房里，植物還能生長嗎？冬日里，居然能購置一臺冰箱大小的“家用電器”——微型植物工廠，在家種喜歡的葉菜。這些想法不是幻想，已成現實。目前，記者走進植物工廠，一探奧秘。

國內最大植物工廠的紀錄被不停刷新著。目前，各類資本正加速進入這一新興領域，不僅中糧、寶鋼在布局植物工廠園區(qū)，菲利普、三菱等企業(yè)也紛紛介入植物工廠的技術研發(fā)與產業(yè)推廣。福建光電企業(yè)三安集團甚至投入70億元“跨界”打造大型植物工廠。

日前，記者走訪了植物工廠企業(yè)和相關專家，探究植物工廠里的蔬菜是如何生長的，這一技術在我國的研究和應用情況，以及如何推動我國植物工廠的產業(yè)化進程。

不靠太陽，植物工廠長啥樣

在植物工廠里，蔬菜的頭頂沒有太陽、腳下沒有土壤，卻依然充滿綠意——這得益于頭頂的彩色LED燈和腳下的營養(yǎng)液。在北京市平谷區(qū)馬坊鎮(zhèn)，農眾物聯占地不足10畝的植物工廠里，新鮮蔬菜層層疊疊，旺盛地長著。該植物工廠共分三層，一層栽培高端食用菌，二層種植山野菜，三層則主要種植茄果類蔬菜。滿負荷運轉下，能年產蔬菌茄果1400萬斤。

“植物工廠環(huán)境全部是智能調控、立體種植，因此生產不受自然環(huán)境的束縛，能周年生產，葉菜類18至20天能生產一茬，總產量是自然環(huán)境下的幾十倍。我們目前的主要產品是藥食同源的高端食材，去年的訂單額有1.1億元?！鞭r眾物聯負責人姚旭說。

中國農科院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員楊其長是我國植物工廠最早的研究人之一。談到植物工廠的優(yōu)勢，他掩飾不住興奮：葉菜一年可收獲15至18茬，產量是露地栽培的40倍以上；不施用農藥，產品安全無污染；多層立體栽培，LED植物工廠栽培層數可達15層以上，顯著提升土地利用效率；可在非可耕地上生產，例如沙漠、戈壁、島礁，乃至建筑物屋頂或地下室。

提到地下室，陜西的植物工廠企業(yè)旭田光電就利用西安一處地下人防工程，建起了一座640平方米的植物工廠，將原本暗無生機的地下室變成了綠意盎然的植物世界。

企業(yè)負責人王琦說，不占用耕地，又不使用農藥，無論是經濟前景還是社會效益，植物工廠都值得投資?！安粌H在都市農業(yè)，在國防裝備、遠洋艦船、沙漠荒島、航空航天等領域，都有重要的戰(zhàn)略意義?！蓖蹒f。

此前，很多人擔心植物工廠生產出的蔬菜在口感方面與土壤栽培有差距。楊其長說，目前，植物工廠的蔬菜在口感方面與普通栽培的幾乎沒有差別。由于不施用農藥，更符合綠色的農業(yè)發(fā)展理念。

此前，相關專家已通過控制硝態(tài)氮的使用、采前短期連續(xù)光照以及增加一些微量元素等方法，成功解決了提高植物工廠蔬菜口感風味與營養(yǎng)品質的方法。

近年來，在相關項目的支持下，我國在植物工廠LED節(jié)能光源創(chuàng)制、光溫耦合節(jié)能環(huán)境控制、營養(yǎng)液栽培、蔬菜品質調控以及智能化管控等關鍵領域不斷取得重要進展。有關課題組開發(fā)出普及型植物工廠、大廈型植物工廠、島礁植物工廠、家庭植物工廠等多系列產品。

目前，我國已掌握了植物工廠的五大核心技術，成為少數幾個完全掌握植物工廠核心技術的國家之一。其中，LED人工光源技術更是核心技術的核心，在這方面中國已處于全球領先地位。楊其長認為，隨著“一帶一路”倡議的推進，未來植物工廠有望像中國高鐵等高技術一樣，實現技術裝備的出口。

成本較高，產業(yè)瓶頸咋破解

事實上，我國是植物工廠產業(yè)化發(fā)展最快的國家，幾年時間即走過了發(fā)達國家?guī)资甑陌l(fā)展道路。目前，我國人工光植物工廠總數已達100座左右，成為數量僅次于日本的植物工廠發(fā)展大國。單體規(guī)模一般為幾百平方米，上千平方米的有10多家，其中最大的有6萬平方米。很多地方建起了展示型、示范型植物工廠。

記者了解到，植物工廠雖然擁有眾多優(yōu)勢以及廣泛的社會需求，但實際發(fā)展也面臨諸多瓶頸，尤其是初期建設成本過高、能耗較大以及如何實現優(yōu)質優(yōu)價等，突破成本和效益的瓶頸是實現植物工廠持續(xù)健康發(fā)展的重點。

比如，植物工廠需要在封閉環(huán)境下進行生產，因此要投入包括維護結構、空調系統(tǒng)、人工光源、多層栽培架、營養(yǎng)液循環(huán)、計算機系統(tǒng)等在內的工程與裝備，成本比露地、溫室大棚等高，在我國一般建設費用為每平方米4000元至1萬元。美國和日本的建設費用是我國的2至3倍。楊其長說，降低初期建設成本，盡可能選用標準化民用材料和裝備，已經成為植物工廠發(fā)展的重要方向。

“國外植物工廠發(fā)展存在一個問題，就是投入成本太高，不利于推廣?！币π駥Υ艘采钣畜w會，植物具有極強的適應性，光溫濕等變量只要控制在合適的區(qū)間，就可以保證正常生長。

如進口溫控制導系統(tǒng)，雖然能調節(jié)溫度變量在0.01攝氏度，相當于太空艙種植的控制程度，但其對產量的貢獻卻微乎其微，而投入成本比起國內本土設備卻增加了幾十倍。

此外，能耗是影響植物工廠運行的瓶頸，尤其是照明。近年來，LED節(jié)能光源及其節(jié)能措施在植物工廠推廣應用，可減少人工光能耗50%以上；采用空調與光溫耦合控制模式可減少降溫能耗；

同時，積極探索清潔能源的利用，如太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、風能或生物質能源等，已經成為植物工廠研究的熱點。據介紹，LED人工光源成本在過去的幾年里持續(xù)下降。10年前，每平方米的LED成本是幾萬元，如今只需要幾百元。

楊其長認為，植物工廠的普及推廣與經濟效益密不可分，一方面要盡可能降低設備投入及折舊的成本，另一方面要實現高附加值作物能以高價格賣出，讓消費者認可并愿意以較高價格購買無農藥污染、新鮮潔凈的植物工廠產品。同時，植物工廠產品還需要有關部門的認證、評價和檢測，讓更多的消費者了解其長處，從而達到優(yōu)質優(yōu)價。

產能落地，政府怎么來扶持

“植物工廠作為技術高度集成的農業(yè)系統(tǒng)，就像航天工程、大飛機等技術一樣，發(fā)達國家不會輕易讓其他國家掌握核心技術。”楊其長說，植物工廠能提升資源利用效率，對于我國這樣一個人多地少的大國來說，意義重大。因此，必須采取積極措施，加大植物工廠研究和開發(fā)力度，并從政策、資金等方面扶持植物工廠，使其形成產業(yè)和產能。

應從戰(zhàn)略高度加大植物工廠的研究與開發(fā)力度。植物工廠是現代農業(yè)的重要窗口，是未來國際農業(yè)高技術競爭的重要方向。植物工廠涉及多個學科的整合，應借鑒發(fā)達國家的先進經驗，從戰(zhàn)略的高度，盡早啟動相關科研項目，進行多學科協(xié)同攻關。

植物工廠是一項高投入、高產出的生產方式，在發(fā)展初期離不開國家的政策扶持。以日本為例，多年來，日本政府采取補貼50%的手段，推進植物工廠發(fā)展。

如日本東京電力初期建設的植物工廠，其建設費用比例為國庫補助50%、地方政府補助7%、企業(yè)自身出資43%。因此，我國應將植物工廠列入國家重點扶持的產業(yè)項目中。同時，引導機械、電子、精密儀器等大型企業(yè)與科研教育部門聯手，加快實現植物工廠的產業(yè)化。

專家表示，可以按循序漸進的原則，通過試驗示范，穩(wěn)步推進植物工廠的發(fā)展。在建設區(qū)域上，應先從經濟發(fā)達地區(qū)和城市開始，在消費水平高的大都市建設若干個植物工廠示范基地，進而向全國推廣；在優(yōu)先發(fā)展領域上，農業(yè)科技園區(qū)、高品質蔬菜生產企業(yè)、城市社區(qū)等對植物工廠需求最迫切，應列入優(yōu)先考慮范圍。

推動植物工廠的民用化也是一個重要途徑。近兩年，越來越多的人走進植物工廠，或參觀或購買。農眾物聯在北京的個別公園進行了科普巡展，在個別小學承建了植物工廠實驗室，把技術帶到了百姓身邊。

旭田光電則研發(fā)了集裝箱型植物生長箱，成為適合餐飲商超、居民社區(qū)的家用植物工廠。如今，在西安的一些餐飲場所，消費者已能在大堂的微型植物工廠里點菜了。