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探访中科院植物工厂:“光配方”打造的蔬菜世界

    没有阳光,植物仍可进行光合作用;脱离土壤,植物营养也能很平衡……

  在福建泉州安溪县,中科院植物所与福建三安联合,在没有阳光和土壤的室内,打造了无菌、无毒害的高质量蔬菜“植物工厂”,在改变农业生产方式的同时,也把科研的汗水洒在了国民经济的主战场上……

  给植物“喜欢”的光

  走进植物工厂的厂房,如超市货架一般高高立起的6层植物栽培架出现在记者面前。每一层架子上方,布满了科学家精心定制的包含蓝光、红光等不同光谱的LED光源,灯光下种满了郁郁葱葱的生菜、小白菜、冰菜等10余种水培叶菜,同时还有金线莲、石斛等多种名贵中草药。蔬菜的根部是研究人员专门配比的营养液而不是土壤提供营养。

  在这里,植物成了可以按订单需求规模化、流水线生产的产品,使得传统上依靠阳光、土壤提供营养的蔬菜种植模式彻底改变。

  中科院植物所研究员、植物工厂研究院院长李绍华告诉《中国科学报》记者,植物工厂是生长环境(温度、湿度、光照、二氧化碳和营养条件等)全智能控制的植物高效生产系统,也被视作设施农业的最高级发展阶段。

  事实上,李绍华团队植物工厂的发展,源于其对植物生长所需光谱、营养液等因素的长期研究。研究人员告诉记者,植物的生物量90%源于光合作用,所以光合作用也被视为影响植物生长和产量的最基础要素。而科学家则通过科技手段,用定制光源取代了植物的光合作用中的关键因素——太阳光。

  “植物并不吸收所有的光,它们更喜欢可见光的蓝光和红光,因此将红光和蓝光按照一定配比制成光源,就能满足植物生长需求。”植物工厂科研主任裴克全介绍说,通过这种室内密闭空间的种植,植物实现了一年四季不受季节限制连续周期生产的目标。

  除此之外,通过对温度、湿度、二氧化碳浓度以及营养液等影响植物生长因素的高精度控制,科研人员在植物工厂中为植物生长提供了最适宜的环境,令植物的生长效率得到了很大提升。

  李绍华告诉记者,植物工厂内种植的生菜类蔬菜,育苗移栽后20天左右就可以收获,而在普通大田里,则需要一个月到40天的时间。

  一棵蔬菜的“战略”价值

  植物所和福建三安打造的10000平方米植物工厂,目前是国内最大的全人工光型10万级洁净度植物生产基地,也是首个实现商业化的植物工厂。

  然而,植物工厂也一直面临着高成本、耗能大的发展桎梏。这一需要高投入、高技术、精装备的科技成果,具有怎样的商业价值?又将如何走上百姓餐桌?一些问题依然需要答案。

  李绍华从食品安全及缓解土壤资源和水资源危机等方面,为记者分析了植物工厂的发展前景:我国蔬菜种植面积1600万公顷,使用农药31.1万吨,化肥5912万吨,而同等种植面积下,植物工厂使用的肥料是传统种植方式的1/25,农药则一点不用,最大程度保障了所种植物的食用安全性。

  采访过程中,研究人员从栽培架上顺手掰下一片冰菜的叶子递给记者食用。“我们生产出的产品不仅口感好、味道鲜美,更重要的是安全。”李绍华说。研究人员告诉记者,经过第三方机构检测发现,植物工厂种植的蔬菜产品检测不到农药、重金属等有害物质,而维生素、膳食纤维、矿物质等营养成分相较于传统种植蔬菜高出了几倍之多。

  从我国耕地资源紧缺层面看,植物工厂也有独到的战略意义。李绍华告诉记者,植物工厂多层栽培架立体栽培的模式,种植面积相当于同样大小耕地的几倍,加上种植密度大等特点,其产量更是可以达到常规栽培的几十倍甚至上百倍。

  因而,虽然面临着10度电生产1公斤蔬菜的耗能,以及需要高技术人才维护光、营养液、温度、湿度等植物生长环境等问题,但这种生产效率“百倍于传统农业”的现代种植技术,仍被李绍华视作具有战略意义的“农业发展方向”之一。

  “配方”背后的定制服务

  在植物工厂厂区,记者看到一个由废旧集装箱改造而成的太阳能植物工厂。据中科三安总经理占卓说,这个造价20万元左右的集装箱,提供了包含光系统、营养液系统在内的完备的植物工厂生产系统,可供应20余人的日常蔬菜消耗。

  事实上,植物工厂模块化的栽培系统,在为沙漠、海岛等特殊环境提供蔬菜刚性需求解决途径的同时,更多地着眼于走进北上广特大城市普通百姓的餐桌。

  而通过模块化的系统设计模式,他们还将在未来3年内推出小家电式的小型植物工厂,让大众可以在家完成蔬菜、瓜果种植,使更多人享用到健康、新鲜、高品质的农产品。

  记者走访了厦门当地的某精品超市,其中所售卖的植物工厂生菜产品价格在150克11.8元,约合40元一斤。虽然价格偏高,但占卓介绍,通过与精品超市、餐饮企业的合作,一家日产1.5吨的工厂,其产品并不愁销。

  随着对光谱研究的深入以及对光和营养液等系统运用的娴熟,植物工厂的耗能也在不断降低。“现在的产品已经比第一代产品用电耗能降低了25%,并且生长周期也从最开始的50天大幅缩短。”裴克全说,在劳动力日益紧缺的情况下,高机械化程度运作的植物工厂,与传统农业种植成本间的差距还将不断缩小。

  在不断降低成本的同时,植物工厂的研究人员也在不断寻找与普通百姓需求的契合点。

  “比如肾脏病人严格控制钾的摄入量,我们可以为他们提供低钾配方的蔬菜。”裴克全举例说,针对不同需求的顾客,定制蔬菜将是该植物工厂服务大众的方向之一。

  植物工厂也在开发更多的蔬菜、瓜果、经济作物品种,满足人们的多样化需求。李绍华告诉记者,研究人员正在研究桃树的小型化,在不远的未来有望实现桃子、草莓等水果在植物工厂的生产。

  记者也了解到,由中科院植物所和福建三安集团共同发起成立的福建省中科生物股份有限公司目前拥有全球领先的栽培系统及技术,已在国际范围获得认可。自2016年至今,其自主研发的植物工厂装备已向海外市场售出1000多套,创汇200多万美元。从中科院植物所走出的这一成果,正从百姓餐桌走向国外舞台,并逐步在服务国民经济主战场中发挥越来越重要的作用。

  (原载于《中国科学报》 2017-04-27 第1版 要闻)
 
 
 
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