新知丨植物工廠：探索農業生產新模式

洗手、穿分體防護衣，再洗手、穿連體防護衣，穿上高筒膠鞋、戴上手套、再在手套外均勻噴酒精，踩過兩道消毒液，進入風淋室除塵……走過這些程序，滑動門緩緩開啟，另外一個世界展現在眼前——這就是科學院植物研究所與福建三安集團共同建設的中科生物植物工廠。

植物工廠，是通過設施內高精度環境控制實現農作物周年連續生產的一種高效農業系統。在有限的空間里，科學家們利用計算機精確控制植物生長發育所需的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度、營養液等環境條件，獲得高質量、高產量的農產品。

不受自然條件限制成亮點

和我們熟知的農業生產不同，植物工廠中既沒有土壤、也不見陽光——植物在配置的營養液中生長，整齊地排列在多層立體栽培架上，每一層都設置LED光源，空氣經過凈化處理、連水都是經過反滲透膜處理的純水。

科學院植物研究所研究員、中科生物植物工廠研究院院長李紹華說：「光合作用為植物生長提供了90%以上的生物量，是植物生長發育所需的最基礎要素。研究表明，植物並不吸收所有的光，可見光中的藍光、紅光和少量綠光對植物生長最重要，因此我們為植物定製了光源。」針對不同植物的偏好，科學家們設定了不同的「光配方」，以加速它們的生長。以生菜為例，自然條件下需要40天左右成熟，但在植物工廠只需要約20天。同時，因為多層栽培，在同樣面積的土地上，植物工廠的產量能夠達到常規栽培的幾十倍、甚至上百倍。

但李紹華介紹，植物工廠最大的優勢並不是速度和產量，而是質量。「這裡沒有污染、也不會生蟲，蔬菜絕不用任何農藥。」李紹華說，「通過精確的調控，植物工廠里的蔬菜質量更有保障，也更穩定。」

如今，科學院植物研究所和福建三安集團合作、共同發起成立的福建省中科生物股份有限公司（簡稱「中科生物」），已經開發出應用於植物工廠的、從營養液到光源的整套技術和設備。科學院植物研究所植物工廠研發中心主任、中科生物研究院研發主任裴克全說：「植物工廠不受自然條件限制，將為沙漠、海島等不適合植物生長的地方提供解決方案，甚至太空也可以。」

植物工廠發展依然面臨瓶頸

李紹華坦承，成本是目前植物工廠發展的瓶頸問題之一。除了設備投入外，植物工廠所需的用電量遠超常規農業生產方式，「現在10度電能夠生產1公斤左右蔬菜，未來我們希望可以提升到每10度電生產3公斤蔬菜。」而蔬菜保質期短、易腐壞，異地冷鏈運輸的成本也比較高。中科生物植物工廠設在福建省泉州市安溪縣，生菜運送到90公里以外的廈門市，售價約為每150克10元。

藥用植物的生產成本可能會更高。藥用植物中的某些成分必須在特定的自然條件下才能生產，比如人蔘皂苷是人蔘中的核心成分，需要多年生長才能積累，雪蓮中的營養成分也需要在極寒和缺氧的環境中才能產生。要在植物工廠中模擬這些環境，成本將會成倍上升。

另一個面臨的主要問題是，不是所有植物都能夠在植物工廠中生產。「目前我們遴選出十幾種草本葉菜植物，包括生菜、小白菜、冰菜等，還有金線蓮、石斛等多種中草藥材。」裴克全介紹，「如果生產水果就需要考慮授粉問題，在成規模的生產中，人工授粉不太現實，還是需要蜜蜂。」但在人工光源下，蜜蜂的「導航系統」就會失靈，以致無法給植物授粉。「那麼我們就要研究，究竟是什麼讓蜜蜂辨識方向的，如何在植物工廠的設計模塊中加入這些因素。」而目前世界上還沒有在植物工廠內栽培木本植物成功的案例，「我們的研究會逐步推進，希望能夠率先突破禁區」。

儘管還存在很多待解決的問題，但植物工廠作為未來農業的一個極具潛力的發展方向，是目前國際學術界和企業界關注的高技術新興領域之一。李紹華說：「植物工廠不受自然環境制約，能實現全天候高效生產，不僅能提高土地利用率，還能解決日益突出的食品安全問題。植物工廠發展還面臨很多困難，我們將繼續努力攻關。面向未來，掌握自己的核心技術，提出可行的解決方案，不就是我們科學家應該做的事嗎？」