無人化垂直植物工廠里的生菜35天就能收獲。

　　植物工廠是什么？普遍認可的定義是，這是一種通過設施內高精度環(huán)境控制，實現(xiàn)農作物周年連續(xù)生產的高效農業(yè)系統(tǒng)，代表著未來農業(yè)的發(fā)展方向。

　　近日，植物工廠這一科研領域又有新突破。在天府新區(qū)成都片區(qū)，由中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所（以下簡稱“都市農業(yè)研究所”）自主研發(fā)的首座無人化垂直植物工廠投入使用。這座植物工廠栽培層高20層，是世界上目前設施單體生產層數(shù)最高的植物工廠。

　　這座植物工廠探索出了哪些前沿農業(yè)科技？記者進行了探訪。

　　攻克“光效低、能耗高”難題

　　走進植物工廠，透過玻璃，一棟多層貨架式的建筑展現(xiàn)在眼前。每層貨架上方，無數(shù)整齊排列的燈珠發(fā)出紅色、藍色等不同顏色的光線，均勻照射在貨架內定植好的生菜葉片上。整個建筑呈現(xiàn)出一種充滿未來科技感的粉紅色。

　　電腦發(fā)出指令后，一輛空間運輸小車托著一盤剛定植好的生菜苗，根據(jù)坐標上下移動，最后放置在既定位置。

　　都市農業(yè)研究所研究員王森介紹，這座栽培層數(shù)高達20層的垂直植物工廠，通過采用自主培育的作物新品種、垂直立體栽培系統(tǒng)、營養(yǎng)液自動供給系統(tǒng)、人工模擬節(jié)能光源以及基于AI的智慧管控系統(tǒng)，實現(xiàn)了在垂直空間內的穩(wěn)定生產。目前，已經可以實現(xiàn)作物從種到收全程無人化。

　　在這些技術中，人工模擬節(jié)能光源攻克了植物工廠“光效低、能耗高”的世界性難題，這也是這座植物工廠最核心的技術之一。

　　“傳統(tǒng)植物工廠生產一公斤生菜，需要耗電11千瓦時。我們團隊通過植物光配方與光效提升技術，只耗費8.5千瓦時的電?！蓖跎f。

　　這是如何實現(xiàn)的？記者在貨架上看到，貨架上不同顏色的LED燈珠按一定的規(guī)律整齊排列。“我們將紅光、藍光、黃光、近紫外光或近紅外光，按植物品種不同、生長過程不同進行精準配比。苗期早的時候需要弱光，開花結果的時候需要強光。”王森介紹。

　　在人工控制的營養(yǎng)、光照、溫度、濕度條件下，這座植物工廠可以最大程度節(jié)省空間、能量，實現(xiàn)“短時間高強度”產出。

　　“一般來說，每塊種植板上可以種植9棵生菜，這一整棟大樓一次最多可以種25000棵生菜?！蓖跎f，更重要的是，這里的生菜35天就能成熟收割一茬，而傳統(tǒng)大田生菜的正常生長周期需要70天。

　　目前，無人化垂直植物工廠可以實現(xiàn)葉類菜、果菜、食用菌等作物的規(guī)?；N植。試驗檢測結果顯示，垂直植物工廠里生產的作物，營養(yǎng)成分與大田作物基本上沒有差別。

　　為加速作物育種提供技術儲備

　　“加速”是這座植物工廠的關鍵詞。一棵生菜的生長周期從70天加速縮短至35天，這為加速作物育種提供了理論驗證與技術儲備。

　　目前，南繁是我國育種科學家更快選育新品種的重要方式。將水稻、玉米、棉花等夏季作物的育種材料，在當?shù)厍锛臼斋@后，冬季拿到海南等南方亞熱帶或熱帶地區(qū)，利用充足的光熱條件進行繁殖和選育。這樣一來，一年一季的作物就能實現(xiàn)一年繁育2—3代。

　　這座植物工廠使用的技術則能打破土地、空間和氣候條件的約束，就地實現(xiàn)作物快速繁育。

　　12月中旬，成都迎來一輪寒潮，日最高溫度低至5℃。走進植物工廠旁的育種加速實驗室，室內氣溫則保持在28℃。

　　當下，四川全省水稻已經顆粒歸倉，油菜還未抽薹。在這間實驗室里，水稻正經歷不同的生長周期，有的正在抽穗，有的還是矮矮的秧苗，而油菜已到了結莢期。

　　不同生長周期、不同生長季節(jié)的作物，在這里實現(xiàn)了“團聚”。依靠的是一套“光—溫—營養(yǎng)”耦合調控作物快速繁育關鍵技術。

　　都市農業(yè)研究所智能園藝裝備創(chuàng)新團隊首席科學家楊其長介紹，這套技術不受土地、空間和氣候條件的約束，根據(jù)植物生長特性來配置所需要的光譜；采取營養(yǎng)液栽培手段，使植物充分吸收營養(yǎng)；通過光與營養(yǎng)精準調控，誘導早期開花和促進作物快速生長，大幅縮短作物生育周期，育種效率大幅度提升。

　　目前，育種加速器里，小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、苜蓿等多種旱地作物正在進行育種?？蒲袌F隊試驗發(fā)現(xiàn)，這些作物通過育種加速器，生育期均縮短50%以上。

　　轉化投產還需解決成本問題

　　除將核心技術運用于前端育種環(huán)節(jié)，團隊專家也希望，未來能將無人化垂直植物工廠真正實現(xiàn)轉化。在樓房中、沙漠里，甚至地下空間建設，在保障城市居民日常生活的同時，彌補耕地不足的問題。

　　“在人口密集的城市，通過植物工廠能保障城市的日常蔬菜供應。如遇城市交通封閉等特殊情況，也能保證蔬菜供應自給自足?！蓖跎榻B，此外，在邊防哨所、遠航科考、島礁生存等場景中，植物工廠也有望發(fā)揮重要作用。

　　“雖然我們已經有效降低了能耗，但植物工廠要實現(xiàn)轉化投產，甚至盈利，能耗高依舊是難題?！蓖跎f，下一步，在降低能耗這一問題上繼續(xù)攻關，依舊是團隊的重要任務。

　　目前，科研團隊已經匯總了72類作物、1300多種光配方的數(shù)據(jù)庫，對作物基礎研究、生理研究等發(fā)揮著重要作用。

　　此外，較高的建設和維護成本也是一項重要考慮因素。王森說，植物工廠生產蔬菜成本，較自然環(huán)境種植蔬菜成本要高出許多，所以，待成本進一步降低后，才可能得到推廣應用。

　　值得欣喜的是，目前，依托團隊技術，位于黑龍江的北大荒集團七星農場以及成都市溫江區(qū)，已經有兩個無人化垂直植物工廠項目正在建設中，預計2024年4月實現(xiàn)運營。

　　王森透露，這兩個項目不僅要承擔科研任務，還將致力于實現(xiàn)盈利。團隊正在開展多個有關垂直無人植物工廠的落地項目，包括來自沙特、智利和卡塔爾等國家的一些國際合作項目。

　　如今，團隊正開展垂直農業(yè)大樓相關研發(fā)，下一步將建設集種植和養(yǎng)殖于一體的農業(yè)大樓，在垂直空間內同時實現(xiàn)蔬菜種植、水產養(yǎng)殖、食用菌培育等，探索屋頂農業(yè)、陽臺農業(yè)新模式。

□四川日報全媒體記者闞瑩瑩 文/圖

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