探访“植物工厂”

李 荔

11月10日,北京下起了2009年入冬的第二场雪,在中国农业科学院实验室型的“植物工厂”里,一些绿油油的奶油生菜和小白菜却无忧无虑地生长着,外界的寒冷似乎与它们无关。

当天下午4点半,室外温度足有零下2℃,记者专门赶到位于中国农业科学院内实验室型的“植物工厂”进行参观。一个20平方米左右的房子里,分布着4个栽培架,每个栽培架有3层,每层上都种满生菜或者小白菜等蔬菜。它们有的在白色的光源下生长,有的在蓝色的和红色的光源下生长。墙上的显示屏正报告着室内的环境数据:温度25.5℃、环境相对湿度52.1%、二氧化碳浓度1290PPm。在室内正前方的角落里还并排安置着三四条黑色的细管子,它们的末端直接连接到栽培架。这些管子时不时地发出哗哗的声音。

“这是营养液在实现自动循环。”中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所程瑞锋博士解释道。说话间,他把用来固定植株的塑料泡沫板掀起。记者看到,这些植物的根系根本不是生长在土壤里,而是完全浸泡在营养液中。

程瑞锋介绍说,营养液除了能提供水分外,还能提供植物生长所需的各种元素。这些水培的植物比土栽的生长周期要快很多。现在“植物工厂”内种植的生菜、小白菜等,20天左右就能收获,而在普通的大田里,则需要40多天的时间。

“植物工厂”里各种因素都可以得到控制

“‘植物工厂除了具有收获快的特点外,还具有空间利用率高的优点。一般在‘植物工厂里看到的都是多层的立体栽培架,这样从面积上就相当于同样大小露天耕地的数倍,加上其种植密度大、生长周期短,因此‘植物工厂的产量可以达到常规栽培的几十甚至上百倍。”程瑞锋告诉记者,一般在大田里种植作物,不可控制的因素太多。比如:光照、气温、湿度、二氧化碳浓度等,而这些在“植物工厂”里都可以得到控制。

“比如,今天阴天,外界阳光强度很弱,可是这些奶油生菜却可以在这里怡然自得地生长。”程瑞锋说,万物生长靠太阳,在这个见不到阳光的“植物工厂”里,植物生长秘诀就在每个栽培架上所安装的人工光源上。不过记者现场看到,有的植物是在白色的荧光灯下生长,而有的是在红色与蓝色交替的LED(发光二极管)灯下生长,这两种灯光都能满足植物生长的需要。

“与荧光灯相比较,LED灯光能转化率高、耗费的能源少,使用起来更为高效节能。”程瑞锋说。

中国“植物工厂”研究的创始人——中国农科院农业环境与可持续发展研究所杨其长研究员对记者表示,他们农科院这个只有20平方米的“植物工厂”只是实验型的。目前,规模大一些的要数他们和长春市人民政府合作研制成功并在长春农博园投入使用的建筑面积为200平方米的“植物工厂”,这也是中国大陆第一例以智能控制为核心的LED“植物工厂”。

该“植物工厂”有植物苗工厂和蔬菜工厂两部分,以节能植物生长灯和LED为人工光源,并采用计算机对植物生长过程中的温度、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。

记者了解到,早在1957年,丹麦就已经诞生了世界上第一家“植物工厂”,20世纪六七十年代,美国、奥地利、日本等一些国家也开始“植物工厂”的相关研究和实验,并取得了很大的研究成果。其中,日本在“植物工厂”的市场化方面走得最远,而这种大规模市场化也得到了日本政府的积极支持。

日本的“植物工厂”每年可提供300万株蔬菜

截至目前,日本的许多“植物工厂” 能够每周7天、每天24小时生产外观完美的莴苣以及其他绿叶蔬菜,一些面积较大的“植物工厂”每年可提供300万株蔬菜,满足一部分消费者的需求。

杨其长透露,早在10年前,他就把“植物工厂”作为科研选题的重要方向之一,并收集了大量的有关“植物工厂”的研究资料,可是一直以来都没有相关的研究课题支持。

然而,就在杨其长赴荷兰瓦赫宁根大学留学的2005年,一次偶然的发现使得国内的首例智能型“植物工厂”的诞生有了眉目。当时,他发现,欧洲人已经在悄悄地进行LED光源在密闭式植物栽培系统的试验研究。杨其长通过查阅资料,发现LED是一种非常好的节能光源,红蓝光组合可为植物光合作用提供理想的光谱。他发现这一敏锐的信息后,马上与“植物工厂”联系起来。他想,如果将LED用于“植物工厂”代替目前使用的荧光灯等人工光源,这将是一个重要的发展方向。于是,他马上告知国内的助手赶快试制。不到半年的时间,一座20平方米的小型“植物工厂”试验系统就在中国农业科学院内建成了,经过4年的研究和摸索之后,目前他们已经在LED节能光源的智能控制方面取得了重要突破。

“植物工厂”的蔬菜价格昂贵,很少人能够享用

杨其长表示,多年来,“植物工厂”一直被公认为设施农业发展的最高阶段,是衡量一个国家农业高技术水平的重要标志之一。但是 “植物工厂”就像航天工程、磁悬浮、大飞机等技术一样,发达国家不会轻易让其对手掌握。这些年来,他曾多次访问欧洲和日本,但在参观“植物工厂”时,无论是研究单位还是生产厂商基本都不许拍照,对于一些核心技术更是避而不谈,有时甚至有意把显示屏上的参数遮挡起来。因此,国内研究“植物工厂”只能依靠自主研发。近些年来,在国内农业专家的努力下,我国已经开发出了“植物工厂”中的硬件系统及其相应的控制技术。

记者了解到,“植物工厂”的蔬菜在种植过程中不需要使用杀虫剂,因此不存在农药、病菌污染带来的风险。此外,由于这些蔬菜几乎都是在无菌的条件下进行生产的,卫生程度高,几乎在不用清洗的情况下就可以安全食用。

也正是因为“植物工厂”蔬菜的这些特点,它们目前在日本受到广泛欢迎。不过由于生产成本的关系,“植物工厂”蔬菜的价格都在普通蔬菜的好几倍以上,因此不少人还是无法享用。当前,日本有关技术专家正在想方设法不断降低“植物工厂”蔬菜的生产成本,以便被更多的人接受。

杨其长说,现在他们的“植物工厂”蔬菜还正处于研发完善阶段,因此还没有大量走向市场。不过他预言,在不久的将来,越来越多的中国人肯定能吃到“植物工厂”里培育出来的蔬菜。