植物工厂是世界上公认的设施农业最高端发展阶段，它集成现代生物技术与种植技术、计算机信息技术、机械自动化技术于一体，同时提高农业工业化、现代化育苗水平和农作物品质与产量，将突破人类发展面临的诸多瓶颈，有望实现在荒漠、戈壁、海岛、水面、极地或太空等非可耕地及城市摩天大楼里进行农业生产的“梦想”。目前，仅有日本、美国、荷兰等少数发达国家掌握有关技术。
最近，中国第一座大型植物工厂在北京通州区落成投产。它占地1289平方米。按照国际分类，超过1000平米的植物工厂就可算作“大型”了。这座植物工厂是北京市科学技术委员会的重大科技攻关项目，由北京农业机械研究所与其孵化的高科技企业——京鹏（Kingpeng）环球科技股份有限公司共同设计研发，拥有自主知识产权，并具备科研、生产、示范、孵化等几大功能。
“我们的植物工厂采用目前种植领域国际最前沿的技术、仪器和设备，如精准育苗生产线、移栽机器人、营养液循环再利用技术、植物生理生态监测和环境调控技术以及应用信息
管理技术等，引领设施农业技术向高端发展，”北京市农业机械研究所所长田真说。
虽说是“工厂”，但置身其中的植物（水果、蔬菜、花卉等），全部“生产”完全遵循自然生长过程，或者更确切地说——完全模拟自然环境下的温度、湿度、光照，适合的气体浓度（二氧化碳浓度等）及气流条件。可一般在大田里种植的作物不可控制的因素太多，而植物工厂内的作物从育苗到生长，每一个环节都在计算机的智能实时监控之下。这里采用低能耗、低成本的植物生长无线检测系统，内嵌以太网芯片开发的局域网温室环境调控系统及作物生长模型有机结合，运用图像处理技术和通信技术远距离栽培管理，实现了植物生长的精准可控。在总控制室，电脑内储存着每种植物生长所需条件的相关数据，工作人员只需事先设定好温度、湿度等信息，自动培养箱就可以为种子提供它们最适宜的发芽条件。
在这家工厂，水果、蔬菜先要经历“组培”（组织培养，tissue culture）的过程­——技术人员从原材料植物体上取下一小块符合需要的器官、组织或细胞，通过无菌操作，在实验室条件(人工控制条件)下进行培养，以在短期内获得再生的完整植株苗木。工作人员表示，“通过这项技术繁殖的后代不仅整齐一致，并能保持原有品种的优良性状。”在育苗室，小小1平米左右的“台面”上可以培育5000、6000株生菜苗，是单位面积自然环境下的10倍。再加上工作台的叠加和自由升降，可利用的空间足以扩充作业面积。而“生产车间”的植物也不必像在农田里那样“一”字排开，可以“长”在多层的立体栽培架上，显现着空间利用率高的优势，这样从面积上就相当于同样大小露天耕地的数倍。据了解，植物从组织培养、播种到收获，只需要短短20、30天左右，大大低于常规栽培周期（缩短30%以上）。生长成熟的植物紧接着就会进入“收获区”，自动设备可以根据客户的不同需求直接将果蔬打包分装，并运送进冷藏库保存，随时等待出厂上市。
植物工厂所有植物的生长都不是在泥土中完成的——它们完全浸泡在营养液里。其形状和味道也可以通过控制营养液的种类和数量等方式加以控制和改变。“营养液水培的植物比土壤栽培的生长周期要快很多，植物一年内可循环生长和多茬收获。”京鹏公司副总经理、总工程师周增产博士算过一笔账，普通温室叶类蔬菜 50到60天为一茬，通州植物工厂则30至40天一茬。依照估算，近1300平方米的植物工厂如果全部运转，可以年产1500万株机播良种苗和10万株组培苗的高品质蔬菜瓜果。
“另外，消毒效率也一直是封闭式营养液循环系统研究的热点和难点。”周总工程师介绍说，“我们的营养液消毒装备采用多段处理工艺，先采用沙滤法（sand filtration methods）去除营养液中的残留物、浮游物，提高营养液的透明度，然后利用真空紫外线(Vacuum-UV)和短波紫外线（UV-C）两类波长的相互协同作用，结合臭氧消毒技术，实现快速、高效、广谱（broad-spectrum）灭菌，净化营养液中的有机、无机污染物。”
由于是在干净无尘的环境中生长，加之无需使用杀虫剂，植物工厂种植出来的蔬菜水果几乎不用清洗便能直接品尝，且营养健全，口感却不比露天蔬菜差，可谓真正无污染的“绿色”食品。
“绿色”能源
“我们植物工厂能源供给采用地源热泵（Heat Pump），是重大的技术创新，从而也减少了煤炭石油等高碳能源的消耗和温室气体的排放。”周增产总工程师特别指出。
他提到的“热泵技术”是近年来世界范围内颇受关注的一种新能源技术。与抽水的水泵相对，热泵是用来从周围环境中“提取”能量的，包括从自然界中的水、空气或土壤中获得低品位热能，经过电力做功，变成可为人所用的高品位热能。具体到植物工厂，为植物们“供暖”的热泵技术自然也意味着环保和节能，如没有燃烧过程，不会产生二氧化硫等污染气体与粉尘，可以“就地取材”。
这家植物工厂还完全采用了太阳能发电，在大大降低能耗的同时也践行了“绿色低碳”理念。“我们拥有15千瓦的太阳能独立光伏发电系统，即使连续3天雨雪或电力供应不正常时，仍能够维持植物工厂核心部分育苗室和人工光植物生产车间的正常运作。”周总工程师说，补光灯消耗能源比较大，太阳能发电系统运行以后就基本上解决了这个问题。
人工“太阳”
在植物工厂里，除了太阳光、太阳人工光并用之外，植物生长主要靠每个栽培架上所安装的人工光源，LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是主角。
而此前（去年），中国大陆第一例LED光源植物工厂由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研发成功，并在吉林省长春“农博园”投入运行。
5年前，该所被誉为“中国数字植物工厂研究开拓者”的杨其长研究员偶然得知欧洲人正在进行LED光源在密闭式植物栽培系统的试验研究。他马上把这与数字植物工厂联系起来，“如果用LED代替目前的荧光灯，将是一个重要的发展方向。”由于当时中国民用LED与植物工厂所需的光谱成分差距很大，他们先后与国内多个相关研究机构联系，终于开发出4套LED植物光源板系统。
“太阳光对于植物而言是全波段的，红光、蓝光、紫外线、红外线等都包括，但实验表明，植物吸收的光线波段主要是红光和蓝光，比例超过60%。”杨研究员说，将红光和蓝光按照一定配比制成人工光源，就能满足植物生长需求，并且不会影响植物品质。
作者：
2010-10-3