作者:田瑞颖 来源:中国科学报 发布时间:2021/10/26 15:17:10
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沙漠里的蔬菜“绿洲”

 

“跟小时候的味道一样,特浓郁的番茄味儿!”在沙丘连绵的巴丹吉林沙漠,坐落着我国酒泉卫星发射中心,战士们吃到刚从基地蔬菜工厂采摘的番茄,嘴里甜着,心里乐着。

这里的蔬菜工厂,无需泥土、没有农药、品种多样,从播种到采摘只需35天。神舟十三号航天员出发前食用的蔬菜,正是来自这里。

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发射中心的蔬菜工厂 中科生物供图

为航天事业“加个菜”

巴丹吉林沙漠是我国八大沙漠之一。这里干旱少雨,风沙肆行,冬季最低气温超过零下30度,夏季最高气温超过40度。

在这样的戈壁荒滩,要种蔬菜,还要保证种类丰富、口感美味又不使用农药,在过去是不敢想的。

实际上,新鲜蔬菜的供给,不仅是宇航员在空间站驻留,也是高寒边防哨所、海岛、舰船以及科研人员极地科考等极端环境下,必须解决的后勤保障难题。

生长环境(温度、湿度、光照、CO2和营养条件等)全智能控制的植物高效生产系统“植物工厂”,生产不受气候环境影响,具有方便运输和稳定生产等特点,是解决极端环境下蔬菜生产难题的最佳途径。

2015年,中国科学院植物研究所(以下简称中科院植物所)与三安集团合作共建福建省中科生物股份有限公司(以下简称中科生物)。2019年,在中科院促进科技成果转移转化专项“弘光专项”支持下,快速推动了中科生物在国内外布局植物工厂。

2020年12月,他们迎来了一项重要任务:要在4个月内,完成酒泉卫星发射中心蔬菜工厂的建设,以保障航天员在基地期间的伙食。

中科院植物所植物工厂研发中心主任、中科生物光生物产业研究院副院长李阳看来,未来航天员到太空工作可能是常态化的,必须时刻做好后勤保障工作,提供绿色健康、营养丰富的新鲜蔬菜。

虽然团队积累了多年的建设经验,并完成多个极端环境下的植物工厂项目,但要短时间内在巴丹吉林沙漠里,平地而起打造一座“蔬菜王国”,也有不小的挑战。

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蔬菜工厂建设期间,风沙肆行 中科生物供图

李阳告诉《中国科学报》,建设期间,正值北方冬季。不仅风沙大,户外温度也低至零下20度,一方面不利于施工,另一方面,项目团队成员大多来自福建,“北方这种天气,他们还是第一次体验”。

不仅如此,航天员不同于其他“客户”,供给他们的蔬菜品种,不但要有传统的叶菜,还要有番茄、黄瓜、彩椒,甚至部分药材。

克服重重困难后,2021年3月,725平方米的人工光型蔬菜工厂如期建成投产。该蔬菜工厂利用高效的LED光谱技术和营养液栽培技术,在可控的洁净环境内完成高效优质的蔬菜生产。

在这个沙漠“绿洲”中,生菜、冰菜、番茄、彩椒等应有尽有,栽培区、动力辅助区、工艺辅助区等分配合理。“根据航天员的食物需求,专门定制的品种和精准调控技术是未来更需要关注的问题。”李阳说。

此外,他还表示,要真正实现航天种菜,对于微重力、空间紧凑的航天器而言,水分、营养管理等种植装备和技术是目前需要解决的技术难题。

吃得好、吃得安全、吃得科学

据联合国发布的《世界人口前景》,预计到2050年,世界人口将超过90亿。中国农业大学中国粮食与食物安全研究中心主任、北京大学中国战略中心执行主任王宏广曾在接受媒体采访时表示,目前世界粮食安全形势严峻,联合国《2030年可持续发展议程》中提到的零饥饿目标将难以实现。

对于我国而言,他认为,虽然目前“吃饱”的问题已解决,但吃得好、吃得安全、吃得科学依然是难题。

李阳告诉记者,由于植物工厂不受自然环境影响,可以周年连续生产,自动化程度高,单位面积产量可达传统大田农业生产的几十倍甚至上百倍,是实现农业工业化和现代化的重要途径。

以生菜生产为例,1千平方米的大田年产量约为3吨,相同面积的温室生产量约15吨,而植物工厂生产量可达100吨。

“植物工厂还可以建在边际土地甚至荒漠,能有效缓解人口增长与劳动力短缺和耕地不足的矛盾,是未来农业发展方向之一,特别是对于耕地缺乏的国家,更为重要。”李阳说。

除了对国家整体的粮食安全提到保障作用,植物工厂还能保障航空航天、边防海岛、极地高寒等特殊环境下作业的蔬菜供应,对满足特殊需求具有重要意义。

李阳向记者透露,目前,在我国海拔4300~5200米的地方,已经开始使用能源自供型集装箱式植物工厂,实现蔬菜生产保障。此外,远洋专用植物工厂也开始“服役”,“这不仅能让大家吃到新鲜蔬菜,更是一种缓解压力、保障身心健康的方式。”

在李阳看来,植物工厂还是缓解农业生产与水资源缺乏的矛盾,解决农产品农药残留和重金属超标等食品安全问题,避免传统农业生产对土壤和环境的污染,保护生态环境的重要方式。

不仅如此,植物工厂还可以加速育种,助力种业发展。“目前,作物育种加代工作都在海南完成,但只能针对夏季型作物,且一年最多实现3代繁育。而植物工厂对夏冬型作物均能加速育种周期,实现一年连续4~8代的种植与种子采收,成为育种加速器。”李阳说。

走向无人化生产

近年来,不少国家掀起了“植物工厂热”,虽然我国植物工厂比欧洲、美国、日本等起步晚,但发展势头强劲,竞争也非常激烈。

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全智能控制的植物工厂 中科生物供图

为了深耕市场,中科生物开发了适用不同场景的系列植物工厂类型,包括模块化植物工厂、家庭式植物工厂以及便于灵活运输和组装的集装箱式植物工厂等。

此外,他们还开展了植物工厂科普教育,让科学启蒙的“种子”播撒到青少年心中。

李阳告诉记者,虽然当前正遭受新冠疫情影响,但公司植物工厂业务呈增长趋势,并出口到29个国家和地区,还出现了蔬菜供不应求的市场现象。

他表示,一方面,随着劳动力成本的增加,人们对智能化、自动化和无人化的植物工厂关注度越来越高;另一方面,由于集装箱式植物工厂的灵活性,其需求量和应用领域也在增加。“相比之下,国外的需求量更大。”

对于植物工厂而言,劳动力和用电是主要成本,提高机械化和智能化水平,是发展的重要方向。

李阳告诉记者,目前,中科生物的一代UPLift自动化植物工厂已经在海南和陕西杨凌高新示范区推广,实现了采收前的全程无人化生产,“在国际植物工厂领域处于领先地位”。

面向未来全球市场,李阳表示,接下来,在装备技术研发方面,将重点关注智能化植物工厂,以提升生产效率、降低劳动成本和运行成本。“此外,我们还将集中优势研发力量,实现真正意义的植物工厂无人化生产。”

 
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