作者:齐芳 来源:光明日报 发布时间:2017/5/9 9:50:26
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中科生物植物工厂:探索农业生产新模式

 

洗手、穿分体防护衣,再洗手、穿连体防护衣,穿上高筒胶鞋、戴上手套、再在手套外均匀喷酒精,踩过两道消毒液,进入风淋室除尘……走过这些程序,滑动门缓缓开启,另外一个世界展现在眼前——这就是中国科学院植物研究所与福建三安集团共同建设的中科生物植物工厂。

植物工厂,是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的一种高效农业系统。在有限的空间里,科学家们利用计算机精确控制植物生长发育所需的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、营养液等环境条件,获得高质量、高产量的农产品。

不受自然条件限制成亮点

和我们熟知的农业生产不同,植物工厂中既没有土壤、也不见阳光——植物在配置的营养液中生长,整齐地排列在多层立体栽培架上,每一层都设置LED光源,空气经过净化处理、连水都是经过反渗透膜处理的纯水。

中国科学院植物研究所研究员、中科生物植物工厂研究院院长李绍华说:“光合作用为植物生长提供了90%以上的生物量,是植物生长发育所需的最基础要素。研究表明,植物并不吸收所有的光,可见光中的蓝光、红光和少量绿光对植物生长最重要,因此我们为植物定制了光源。”针对不同植物的偏好,科学家们设定了不同的“光配方”,以加速它们的生长。以生菜为例,自然条件下需要40天左右成熟,但在植物工厂只需要约20天。同时,因为多层栽培,在同样面积的土地上,植物工厂的产量能够达到常规栽培的几十倍、甚至上百倍。

但李绍华介绍,植物工厂最大的优势并不是速度和产量,而是质量。“这里没有污染、也不会生虫,蔬菜绝不用任何农药。”李绍华说,“通过精确的调控,植物工厂里的蔬菜质量更有保障,也更稳定。”

如今,中国科学院植物研究所和福建三安集团合作、共同发起成立的福建省中科生物股份有限公司(简称“中科生物”),已经开发出应用于植物工厂的、从营养液到光源的整套技术和设备。中国科学院植物研究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说:“植物工厂不受自然条件限制,将为沙漠、海岛等不适合植物生长的地方提供解决方案,甚至太空也可以。”

植物工厂发展依然面临瓶颈

李绍华坦承,成本是目前植物工厂发展的瓶颈问题之一。除了设备投入外,植物工厂所需的用电量远超常规农业生产方式,“现在10度电能够生产1公斤左右蔬菜,未来我们希望可以提升到每10度电生产3公斤蔬菜。”而蔬菜保质期短、易腐坏,异地冷链运输的成本也比较高。中科生物植物工厂设在福建省泉州市安溪县,生菜运送到90公里以外的厦门市,售价约为每150克10元。

药用植物的生产成本可能会更高。药用植物中的某些成分必须在特定的自然条件下才能生产,比如人参皂苷是人参中的核心成分,需要多年生长才能积累,雪莲中的营养成分也需要在极寒和缺氧的环境中才能产生。要在植物工厂中模拟这些环境,成本将会成倍上升。

另一个面临的主要问题是,不是所有植物都能够在植物工厂中生产。“目前我们遴选出十几种草本叶菜植物,包括生菜、小白菜、冰菜等,还有金线莲、石斛等多种中草药材。”裴克全介绍,“如果生产水果就需要考虑授粉问题,在成规模的生产中,人工授粉不太现实,还是需要蜜蜂。”但在人工光源下,蜜蜂的“导航系统”就会失灵,以致无法给植物授粉。“那么我们就要研究,究竟是什么让蜜蜂辨识方向的,如何在植物工厂的设计模块中加入这些因素。”而目前世界上还没有在植物工厂内栽培木本植物成功的案例,“我们的研究会逐步推进,希望能够率先突破禁区”。

尽管还存在很多待解决的问题,但植物工厂作为未来农业的一个极具潜力的发展方向,是目前国际学术界和企业界关注的高技术新兴领域之一。李绍华说:“植物工厂不受自然环境制约,能实现全天候高效生产,不仅能提高土地利用率,还能解决日益突出的食品安全问题。植物工厂发展还面临很多困难,我们将继续努力攻关。面向未来,掌握自己的核心技术,提出可行的解决方案,不就是我们科学家应该做的事吗?”

(本报记者 齐芳)

 
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