植物工廠里的蔬菜 （中國農科院農業環境與可持續發展研究所供圖）

日前，國家“十二五”科技創新成就展在北京展覽館舉辦，由中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所“設施植物環境工程團隊”自主研發的“智能LED植物工廠”成果亮相其中，并受到黨和國家領導人以及社會各界高度關注、廣泛贊譽。

這項被稱為“土地利用和農作方式的顛覆性技術”只被少數國家掌握，而我國就是其中之一。

“目前我國已經全面掌握了LED植物工廠關鍵技術，整體水平處于國際前沿。”我國植物工廠研究的創始人、中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員楊其長在接受《中國科學報》記者采訪時表示。

生產植物的“工廠”

植物工廠是一種通過設施內的高精度控制實現農作物周年連續生產的高效農業系統，是由計算機對植物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養液等環境要素進行全天候控制，不受或很少受自然條件制約的省力型生產方式。

換言之，智能LED植物工廠可對“工廠”內環境要素和營養要素進行實時自動監控，不用土、不用陽光，可實現任何時間、任何地點的植物智能化生產，甚至可以在太空、荒漠、戈壁、海島、水面、摩天大樓等非可耕地里進行作物生產。

楊其長告訴記者，作為一種全新的生產方式，植物工廠的技術優勢主要表現為：一是作物生產計劃性強，可在不受外界環境影響的條件下，實現周年均衡生產；二是單位面積產量高，可大幅提高資源利用率；三是機械化、自動化程度高，勞動強度低，工作環境舒適；四是不施用農藥，產品安全無污染；五是多層式、立體栽培，節省土地和能源；六是不受或很少受地理、氣候等自然條件影響；七是與現代生物技術緊密結合，可以生產出稀有、價高、富含營養的植物產品。

對于我國這樣一個人口多，耕地少，人均資源相對不足的農業大國來說，發展植物工廠尤有重大意義。“全球人口的快速增長，可用耕地的不斷減少，如何利用有限的耕地滿足人們日益增長的對食物的需求已經成為全球性難題；隨著城市化的快速發展和人們生活水平的不斷提高，人們對潔凈安全農產品的需求越來越迫切；同時，農業從業人口老齡化，年輕人不愿務農的現象日趨嚴重，吸引年輕人務農已經成為全球面臨的重大課題。”楊其長說，“植物工廠恰恰提供了解決上述問題的可能途徑。”

同時，作為一項技術高度密集的產業，植物工廠集中體現了現代技術、現代裝備工程與信息技術的最新科技成果，是目前許多發達國家農業高技術研究的熱點和焦點，也是顯示一個國家農業高技術水平的重要標志。在楊其長看來，植物工廠顛覆了傳統的農作方式，代表了未來農業發展的方向，從這一層面說，掌握植物工廠核心關鍵技術具有戰略意義。“在農業的高技術競爭中，我們國家應該掌握關鍵技術，才能參與激烈的國際競爭。”

突破難點掌握關鍵技術

記者了解到，植物工廠的“智能”主要體現在兩個方面：第一，對植物的環境要素和營養要素實現智能化檢測；第二，實現智能化控制，即根據不同植物在其不同生長階段對環境和營養要素的特定需求進行智能化調控，并通過物聯網技術實現在任何地點對植物工廠系統的管控。

然而，植物工廠智能的實現并非易事。

楊其長告訴記者，植物在植物工廠的人工環境下進行生長，核心要素是光環境，首先要解決的難點就是對植物光配方的研究，這是植物LED光源創制的核心。同時，由于植物工廠的能源消耗比較大，因而節能環境控制技術可謂是植物工廠的“生命”，如果能源消耗很大，發展就受限。此外，智能化管控的實現也是難點之一。“既然叫‘工廠’，環境和營養要素的檢測和控制，與傳統農業就有區別。”楊其長說，“需要高技術的手段，包括信息技術、智能裝備技術、物聯網技術等技術的集成和應用。”

如何突破植物工廠系統能耗大、運行成本高等關鍵技術瓶頸，大幅度降低人工光源與空調系統能耗、提升蔬菜品質并實現植物工廠的智能化管控，構建“低碳、智能、高效”的植物工廠生產技術體系，是實現植物工廠快速普及與推廣的關鍵。

“發展中國植物工廠高技術產業，必須依靠自主研發實現在植物光配方及人工光源創制、節能環境控制以及智能化管控等核心關鍵技術上取得突破，否則必將受制于人。”楊其長說。

十幾年前開始，楊其長就把植物工廠作為科研選題重要方向之一，開始了相關的研究。經過長期鉆研和探索，楊其長帶領研究團隊在植物工廠LED節能光環境調控技術、光—溫耦合節能環境控制技術、UV—納米TiO2營養液自毒物質協同消除及蔬菜品質提升技術、基于物聯網的植物工廠智能化管控技術等關鍵技術上取得了重大突破。

讓植物工廠成為“中國符號”

自2003年以來，課題組歷經十多年的創新研發，先后開發出普及型植物工廠、大廈型植物工廠、島礁植物工廠、低碳智能家庭植物工廠等多個系列產品。

“目前我國有100座左右的植物工廠，發展速度很快。”楊其長說，“未來我們國家一定會成為植物工廠的大國。”

植物工廠雖然擁有眾多優勢以及廣泛的社會需求，但在實際發展過程中也面臨著一些“瓶頸”。

楊其長告訴記者，植物工廠普及和推廣的核心是工業產品化，從目前看，植物工廠的標準化、模塊化裝備的研發方面仍待提高。從研發力量上來看，目前參與研究的主要是科研單位、高校和中小企業，“希望未來有中國的大企業積極參與其中，只有實現植物工廠標準化、規模化生產，才能在國際競爭中有地位。”楊其長說。從經濟效益上來看，與露地、大棚相比，植物工廠由于初期建設成本較高、耗能較大等原因，總體上來看單位生產成本還是相對偏高，仍需要進一步降低成本。

    對此，他建議，植物工廠的發展應該上升到國家戰略，出臺相應的產業扶持政策，并予以資金上的支持；同時，植物工廠產品還需要食品等有關部門的認證、評價和檢測，讓更多的消費者了解和認識植物工廠生產的農產品的益處。

他還指出，隨著“一帶一路”戰略的推進，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。“國家應該及時出臺政策，使植物工廠形成產業和產能。”楊其長對植物工廠未來的應用前景充滿信心，他表示，“未來植物工廠有可能也是代表中國的符號。”

（記者 胡璇子）