“植物工厂”重塑农业未来
(资料图片仅供参考)
第三届“多多农研科技大赛”农研基地。
集装箱里成长中的翠恬生菜。
离开了日照、土壤等，如何以更低能耗种植出产量更高、品质更好的生菜？日前，一场特殊的生菜种植比赛在上海崇明岛落下帷幕。 这场历时数月在“植物工厂”举行的比赛，吸引了多方目光。何为“植物工厂”？即在封闭空间内，无需土壤，以人造光代替阳光，以营养液替代化肥，完全计算机控制，工厂化、少人化乃至无人化生产的高效农业系统，代表着智慧农业的新进展。
摆脱时间和空间限制在上海崇明岛，有四个20平方米大小集装箱改造而成的“植物工厂”。每个集装箱内种植着同品种生菜，生菜生长所需的温、光、水、肥、气等要素，被LED照明、室内环境可控技术、营养模型、算法等远程控制。 超越土地、光热、昼夜、水肥等自然约束，摆脱气候与地域的限制，“植物工厂”充满了赛博朋克风格。 今年 2 月，来自中国农业大学、上海农业科学院、上海交通大学、北京极星农业公司的四支青年队伍集聚崇明岛，在“植物工厂”内开展生菜种植比赛，所种品种是因嚼起来声音清脆而得名的“翠恬”。 90天，这是“翠恬”的生长周期，也是四支青年队伍提交比赛答卷的时限。6月27日，这场由拼多多与光明母港携手举办的光明多多垂直农业挑战赛暨第三届“多多农研科技大赛”落下帷幕，上海农业科学院团队获得冠军。 “任何地点、时间都能种植蔬菜，或可成为解决粮食安全问题的探索。”上海农业科学院何立中说。 2014 年、2015 年，南极长城站、中山站相继建成温室，但科考队员没有蔬菜种植经验。何立中团队接到任务，在国家设施农业工程技术研究中心上海崇明基地1∶1建造了模拟温室，教科考队员“种蔬菜”。 “在比赛中，工农企，学院派、科研派、实践派等交叉碰撞，有助于我们模拟出作物最理想的生长环境，更好理解以‘植物工厂’为代表的智慧农业。”中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江认为，实现工学与农学的结合，将有利于更好理解和解决农业问题。
从实验室走向餐桌上海农业科学院团队拿下了本次比赛最高产量：单层生产效率是每天每平方米0.18千克，约为传统生产的5.4倍。若进行三层种植推广，则为传统种植的16.2倍，且单株的商品性和品质都优于传统种植。 但高成本是“植物工厂”亟需解决的问题。“植物工厂”内外温差较大，空调需要日夜不间断工作，加上提供植物所需光照，能耗需求较大。以生菜为例，每生产1千克生菜需要消耗10度电，成本约为6元，约占其生产成本的三分之一。高能耗带来了高成本，“植物工厂”的生菜成本约为普通生菜的10倍。 以更低能耗，种植出产量更高、品质更好的生菜，考验着四支参赛队伍。植物生长有明期和暗期，光线、温度都需要随之调控，因此如何基于作物的生理反馈实现“植物工厂”智能环控，成为降低能耗的关键。 中国农业大学代表队给出了电耗节能方案：空调确保室温在19～22摄氏度，在暗期向明期转换时控制空调不启动加温，在明期向暗期转换时根据室内外温差判断是否启动降温，减少不必要的能耗，等等。“大规模生产时，每千克生菜耗电量可降至9.5度，优于1千克生菜 10 度电的行业较高水平。”中国农业大学代表队队长郑建锋说。 除了能耗，设备、人工是“植物工厂”成本高企的重要因素。 比赛中，中国农业大学代表队所生产的生菜成本约为每株7.73元，价格较高，主要是由于集装箱利用率不高。如果“植物工厂”栽培架布置方式为两侧布置，栽培架层数更多，可有效提高种植的空间利用率，这样成本可以降为每株4.59元。若大型集装箱“植物工厂”空间利用率高，生产自动化设备先进，生产成本可降为每株2.84元。但这个价格仍远高于市场接受度，产品难以从实验室走向餐桌。 “下一步，需大幅度降低人工光源和空调系统的能耗，实现‘植物工厂’的智能化管控，构建智能、低碳、高效的‘植物工厂’生产技术体系。”国际欧亚科学院院士、农业信息化工程专家杨其长说，可尝试采用激光种植，激光的耗能只有LED的1/ 5～1/3，若达到每千克生菜消耗4～5度电，成本将进一步降低。 当前，国内“植物工厂”数量已超过220座，商业市场较大。数据显示，目前我国的植物光源产业占世界总份额的八成以上，2021年植物光源灯出口额达4.5亿美元。 在杨其长的设想中，未来的“植物工厂”可在北京、上海等超大城市的屋顶、绿地、阳台、超市、学校、医院等开花结果。以北京为例，建一栋30层楼的“植物工厂”，年产蔬菜约1.08万吨，可供周围4万名居民食用一年。
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