植物工厂:

颠覆农业生产技术的革命

陕西科技报
  一种不需要外界的阳光、雨水、土壤、肥料却可以种菜种花种树的“植物工厂”,正在中国多地悄然出现。对于我国这样一个人口多,耕地少,人均资源相对不足的农业大国来说,发展植物工厂尤有重大意义。
  生产植物的“工厂”
  植物工厂是一种通过设施内的高精度控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统,这是一种将农作物当做工业品的生产方式——LED灯替代了太阳,营养液替代了土壤、肥料和水,而计算机可以控制植物生长的温度、湿度等环境条件。
  植物工厂以节能LED植物生长灯为光源,针对不同的植物,不同的生长阶段,光强、光质和光周期也完全不同。可以说,植物工厂给每个植物进行了科学的“光配方”。无土栽培技术,它是植物工厂的技术核心之一。这些营养液由专业人员精心调制而成,能及时有效的为植物提供各种养分,能最大限度满足植物不同生长时期的营养要求,也能协调植物生长所需的水、肥、气(氧气)、温等条件,使蔬菜生长快、产量高。
  “优雅蔬菜”的诞生
  植物工厂里生产的蔬菜在摆上超市货架时,拥有一个别致的名称“优雅蔬菜”。这一优雅,在顾客心中最为重要的便是安全、健康。而这一安全系数的保障,则来自于植物工厂对环境的高要求。所有植物均生长在一个相对密闭的洁净空间内,植物工厂通过环境控制,隔绝了土壤、天灾、病虫害,连作障碍、重金属污染、农药残留等问题也一并得到解决,从而保证在蔬菜产品中不仅杜绝了规定不准含有的有毒物质,对有些不可避免的有害物质也控制在限定的安全标准内。在这样严格的安全管理之下,植物工厂生产出来的蔬菜不经水洗便可采摘食用,且口感质地俱佳。
  不仅安全,植物工厂另一个让人眼前一亮的便是它的栽培方式。所有蔬菜都采用多层架栽培,这意味着从种植面积上而言,相当于同样大小露地的几倍,加上其种植密度大,植物工厂的产量可以达到常规规模栽培的几十甚至上百倍。
  历史与发展现状
  植物工厂,这种脑洞大开的想法最早出现于丹麦,而真正发扬光大的是日本。日本是拥有全世界最多植物工厂的国家,也是全世界植物工厂发展程度最高的国家之一。目前,我国人工光植物工厂总数已达100座左右,成为数量仅次于日本的植物工厂发展大国。2009年9月7日,国内第一例以智能控制为核心的植物工厂研发成功,并在长春农博园投入运行,该植物工厂是国内首个科学研究型的植物工厂。
  植物工厂的技术优势主要表现为:一是作物生产计划性强,可在不受外界环境影响的条件下,实现周年均衡生产;二是单位面积产量高,可大幅提高资源利用率;三是机械化、自动化程度高,劳动强度低,工作环境舒适;四是不施用农药,产品安全无污染;五是多层式、立体栽培,节省土地和能源;六是不受或很少受地理、气候等自然条件影响;七是与现代生物技术紧密结合,可以生产出稀有、价高、富含营养的植物产品。
  然而,植物工厂的实现并非易事。植物工厂需要在封闭环境下进行生产,因此要投入包括维护结构、空调系统、人工光源、多层栽培架、营养液循环、计算机系统等在内的工程与装备,成本比露地、温室大棚等高,在我国一般建设费用为每平方米4000元至1万元,并且建设规模越小每平方米的价格越高。
  未来应用及意义
  智能LED植物工厂不用土、不用阳光,可实现任何时间、任何地点的植物智能化生产,甚至可以在太空、荒漠、戈壁、海岛、水面、摩天大楼等非可耕地里进行作物生产。植物工厂技术的突破将会解决人类发展面临的诸多瓶颈,利用取之不尽的太阳能和其它各种清洁能源,加上一定的种子、水源和矿质营养,就可源源不断地为人类生产所需要的农产品。因此被认为是21世纪解决粮食安全、人口、资源、环境问题的重要途径,也是未来航天工程、月球和其他星球探索过程中实现食物自给的重要手段。
  作为一项技术高度密集的产业,植物工厂集中体现了现代技术、现代装备工程与信息技术的最新科技成果,是目前许多发达国家农业高技术研究的热点和焦点,也是显示一个国家农业高技术水平的重要标志。植物工厂颠覆了传统的农作方式,代表了未来农业发展的方向,从这一层面说,掌握植物工厂核心关键技术具有战略意义。