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全球最大植物工厂参访记,种植技术正迈向航天

2019-10-25 04:46

全球最大植物工厂参访记:博士“种菜”

在火星上种土豆,未来将不再只是科幻电影里的桥段。

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一种不需要土壤,不需要阳光的蔬菜种植方式正在成为可能。来自中国科学院植物研究所的最新研究显示,这种看似遥远的种植方式已经“落地”并实现规模化生产,生产地被科学家称作“植物工厂”。

▲植物工厂的发展前景吸引了一批学有专长的博士加盟。

前不久,中科院植物所和福建三安集团合作成立的中科生物在福建安溪建成1万平方米的植物高效生产系统并正式投产——这是目前国际上单体面积最大、全人工光型、10万级洁净厂房的“植物工厂”。4月26日,中国青年报·中青在线记者来到这个全球最大的“植物工厂”一探究竟。

摄影撰文/本报记者 谢震霖

走进厂房,首先映入眼帘的是五颜六色的灯光以及6层整齐排列的营养液菜架——这是蔬菜生长所需的“阳光”和“土壤”,也是“植物工厂”最大的奥秘所在。

绿叶“一望无垠”,间架“叠岭层峦”,走进“阳光明媚”的全球最大植物工厂“中科生物”,顿时给人错愕之感,眼前究竟是农村还是工厂? 其实,这是中科院植物所凭借雄厚的植物光生物学技术与福建三安集团掌握的LED光谱技术进行“嫁接”后聚变出核心竞争力的“非典型”产物。

中科院植物所研究员、中科生物研究院院长李绍华说,在相对密闭的空间里,蔬菜之所以能长势旺盛,与适宜的光照条件有着密不可分的关系。不同的植物对光有不同的需求,为植物的生长发育过程提供的最适宜光照条件,被科学家称为“光配方”。

我国植物工厂产业起步较晚,此次科研、企业“两强”跨界合作,突破了光照和栽培领域的多项关键技术,呈现出厚积薄发的迅猛态势。数月前,首栋一万平方米全智能控制的植物工厂生产线在福建安溪开工,已经形成日产1﹒5吨无污染、高品质蔬菜的超大产能。它不仅对传统农业及生产方式是一次颠覆性的变革,也吸引了一批学有专长的博士扎根在此“服田力穑”。

李绍华说,传统认为控制温度和二氧化碳供给可以影响植物的产量和品质,但最新的试验发现,调整“光配方”的效率更高。通过计算机对植物生育的温度、湿度、二氧化碳浓度等环境条件进行自动控制,是设施农业的“最高发展阶段”。

在绿油油的“田埂”边,记者遇见一位小字辈。“我来自潍坊农村,对土地怀有天然的情感,从北大博士毕业后,被植物工厂吸引,感觉专业和喜好十分契合。我现在主要研究栽培模式,把实验室取得的数据放大到几千、上万平方米的厂房,尽快让工人掌握相关技术,摸索一套适合特定植物的栽培方法。”刚进厂不久的李鹏博士挑起了栽培工艺改进的大梁。

接下来是“土壤”。在“植物工厂”,蔬菜不是生长在土里,而是生长在营养液里。植物在“人造光”的照耀下,享受着营养液为它们准备的特别“饮食”,一天一天长大长高。

“小李毕业后放弃担任科技副县长的机会,选择到植物工厂‘创业’。我们这个科研团队目前已有8位博士深入在生产一线。”中科院植物所植物工厂研发中心主任、中科生物研究院研发主任裴克全博士历数其他几位学富才高的成员:从事植物光配方研究的李阳博士、开发各类植物营养液的龚化勤博士、研究药用保健植物栽培的郑延海博士、负责种子优选和水培技术的李晶博士、担负次生代谢调控技术的王治博士等。

李绍华说,这些经过精心调制的营养液能及时有效地为植物提供各种养分,也能最大限度满足植物不同生长时期的营养要求,协调植物生长所需的水、肥、气、温等条件。

这8位“菜博士”身后更有重量级的科学“大腕”作为学术后援——中国科学院院士匡廷云、方精云挂帅的二十多位知名科学家相继在植物照明、智能化装备、农业科技、生物医药和规模化节能型植物工厂系统的研发、集成和示范等领域提供技术支撑。

令人欣喜的是,在“植物工厂”,从催芽到栽培再到最后收割,整个蔬菜的种植周期只有35天,而且可以一年四季不分昼夜地循环生长。

作物长势喜人,果蔬丰收在望,奥秘来自哪里?裴克全介绍说:“植物工厂的特性是利用计算机对植物生长发育的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境条件进行自动控制,使植物不受自然条件制约,从而实现农作物周年连续生产的高效农业系统。”

这是对传统农业生产模式的一次颠覆——它不受自然环境制约,全天候生产。中科院植物研究所高级工程师、中科生物研发中心主任裴克全告诉记者,这不仅可以在一定程度上解决食品安全问题,还能大幅提高土地利用率。

光是生命之源,不同蔬菜对光的需求是有差别的,这就需要了解光与植物生长的关系。“比如LED蓝色光能显著提高豌豆苗的叶绿素含量,但对其他植物的影响却可能完全相反。”李阳博士的工作就是给车间内各种蔬菜进行“光配方”。合适的“光分配”能有效提高植物生长的效率,但“光配方”研究难度不小,试验周期较长。

走进这样的“植物工厂”并非易事。在“植物工厂”的生产车间内,工作人员必须戴好防护面罩、手套,穿上两层防护服,并经过多重消毒程序,才被允许“进去”。

植物工厂没有土壤,作物都生长在营养液里。确定不同蔬菜的“膳食结构”是龚化勤博士的主攻方向。她解释说:“假如所需营养元素缺乏时,植物会表现出虚弱、矮小、缺绿、叶片小而变形等现象,这时就要有针对性地对营养液性质进行监测和人工干预,如改变蔬菜中的矿物元素含量等,设计满足植物生长的营养配方,获得我们所需的具有特殊保健功能的蔬菜。”

裴克全告诉记者,此举是为了防止将导致蔬菜病虫害的因素带入。因此,在作物的全生长周期内不需要喷洒任何农药,因此在摆上餐桌前也不需要经过任何水洗。

“菜博士”还对植物营养液不断进行优化,将得到调整和补充的营养液再投入生产线进行循环利用,不仅极大地提高了效能,还有效降低了耗能。

值得一提的是,不只是都市农业,这种种植模式还可以应用到国防装备、远洋舰船、沙漠荒岛等领域,比如,在一些环境恶劣的边防哨所,边防战士就可以在太阳能发电辅助的“植物工厂”生产新鲜蔬菜。

“蔬菜工厂”生产流程的严格程度可以与高等级制药厂标准相媲美,进入工作区必须换上里外两层无菌衣裤帽,穿戴手套并用酒精揉搓,着靴趟过消毒液池后,再移步到风淋室进行除尘……员工每天两次进入车间,都要重复同样的流程。

简言之,“植物工厂”技术特别适合为那些在特殊环境下生活的人们,提供食物等生命保障系统。

陪同参观的中科生物总经理占卓还透露,假如员工患有感冒,那天就禁止上岗操作。他边说边示意记者采摘蔬菜入口品尝。“这样生产出来的果蔬,百分之百无农药、无重金属污染,也没有转基因等人们忧虑的问题,完全可以直接食用。”中科院植物所研究员、中科生物研究院院长李绍华博士自信地说。

对人们来说,最为特殊的环境不外乎遥远的太空了。看过电影《火星救援》的人们,对在火星上种土豆的场景应该不陌生。裴克全说,这些虽然是科幻情节,但也描绘了“植物工厂”技术在未来航空航天的广泛应用前景。

这里的果蔬五花八门,有鲜食莴苣类、烹饪十字花科类、番杏科叶类等大类,仅鲜食生菜就有红罗莎、现代舞裙、绿罗马、波士顿等十余种,令人目不暇接。

事实上,早在2014年,美国航天局就开始在国际空间站里种植生菜,宇航员在太空中也能品尝到自己种植的蔬菜。裴克全说,平时宇航员吃的都是压缩的包装食品,能吃到新鲜蔬菜,“是件相当享受的事”。

“植物工厂的出现会倒逼传统农业革命,”李绍华介绍说,“运用植物工厂种植方式可达到农地生产效率的100至150倍。”这不仅能提高土地利用率,解决日益突出的食品安全问题,还适用于远洋舰船、沙漠荒岛、航空航天等特殊环境领域对鲜蔬的需求。

他了解到,国际空间站的第一批新鲜蔬菜种植在一个微波炉大小的盒子中,内置LED灯。宇航员斯科特·凯利和另外两个宇航员品尝太空生菜后,连称味道“好极了”。

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去年10月17日,我国神舟十一号载人飞船发射成功。裴克全说,当他在电视上看到这一幕时激动不已。更让他振奋的是,他发现神舟十一号飞船里的宇航员已经开始了在太空中种植生菜的尝试。这意味着,距离我国“植物工厂”技术在航天领域的应用越来越近了。

(原载于《中国青年报》 2017-04-27 04版)

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