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“三年后,我國的植物工廠會雨后春筍般出現。商業化植物工廠會更多,可生產的植物種類會大幅增加,價格會更便宜。”
如今,植物工廠的發展印證了李紹華三年前的預測:多個萬平廠房拔地而起,蔬菜瓜果琳瑯滿目,藥用植物優質量產,植物工廠裝備和技術走出國門,亮出“中國名片”,一段植物工廠的“光”輝歲月,正在迎來……
李紹華是中國科學院植物研究所(以下簡稱中科院植物所)研究員,同時也是福建省中科生物股份有限公司(以下簡稱中科生物)光生物產業研究院院長。在近日接受《中國科學報》采訪時,他再次強調:“植物工廠顛覆傳統農業生產,是現代農業發展的最高階段,對解決人口與資源間矛盾、保障國家糧食安全及國防戰略需求有重要意義。”
顛覆傳統農業的“革命”
從靠天依地,到以塑料大棚為代表的傳統設施農業,農業雖然有了巨大的進步,但是仍面臨病蟲害嚴重、農藥使用過量、土地單產不高、機械化自動化水平受限等問題。
此外,勞動力成本上漲,自然災害頻發,人口與資源矛盾日益尖銳……一場顛覆傳統農業的“革命”,勢在必行。
“在十萬級凈化車間內,通過對光照、溫度、濕度、CO2及營養液等因素進行智能控制,可進行高效、優質和安全的蔬菜生產,實現全年穩定、連續的蔬菜供應?!敝锌圃褐参锼毖芯繂T、植物工廠研發中心主任李陽告訴《中國科學報》,“中科生物的植物工廠整合了多系列自主研發的栽培模組設備、專業的植物光源系統、營養液配方及控制系統、智能環境控制系統,實現了整個生產過程的可控。”
他進一步說,基于高效的LED光譜技術和營養液調控技術,可控的潔凈環境,植物工廠的生產效率是傳統農業的幾十倍甚至上百倍:可年產20余茬,蔬菜的產量和品質完全可控,而且營養更均衡。在福建省安溪縣湖頭鎮建立的國際首棟1萬㎡蔬菜工廠,可生產幾十余種蔬菜,目前主栽品種8個,從播種到采收僅35天,日產蔬菜1.8~2.0噸。
“植物工廠綠色無污染,蔬菜生產過程不使用任何農藥,解決了傳統蔬菜生產過程重金屬污染和農藥殘留等食品安全問題。” 李紹華說,植物工廠的蔬菜還完成了2017年金磚國家領導人廈門會晤餐宴保障。
目前,植物工廠所生產的植物種類集中在葉菜類(生菜、白菜、冰菜、芽苗菜等)、果菜類(番茄、甜椒、黃瓜等)、食用花卉和藥用植物,其中藥用植物以金線蓮、米斛等高附加值的藥用植物為主。
“相較于三年前,植物工廠的產品種類大幅增加,價格始終穩定;在海拔4300米的無人區實現蔬菜生產的集裝箱式植物工廠,為國家戰略需求提供了保障。”李紹華說。
“造光” 沒那么簡單
拿什么代替太陽光?這不得不提植物工廠的關鍵技術之一——植物光配方調控技術。要將生物學和LED發光技術結合,制作出適合的植物照明燈具,可沒那么簡單。
不同的植物需要不同的光配方,植物的不同發育階段對光的需求也不同?!耙陨藶槔珉A段為使幼苗健壯,需要更多藍光,后期為加速植物生長,則需要更多紅光。必要時,采收前還需要添加特殊的光配方,以提高產品的品質?!崩铌栒f。
記者了解到,一個成熟的光配方一般需要研究1~2年,個別藥用植物則需要3~5年甚至更長時間。
李陽向《中國科學報》介紹了他們“造光”的歷程。
首先,要深入調研植物的本性以及在外界環境下對光照的需求,進而研究幾十種單色光在植物生長發育過程中的作用,這一般需要半年到一年的時間。與此同時,還要開展單色光組合對植物生長發育過程影響的研究,這也需要半年之久。
基礎研究完成,接下來是光質配方(光譜)研究。要想成功替換太陽光,就要保證不同植物在不同發育周期獲得合適的光質配方,包括單色光選擇、能量分配,以及應用效果。此外,在光質配方的基礎上考慮用電成本和產出效益,需要研究光照時間、光照強度及方式對植物的影響,進而獲得合適的光配方。
接下來,要在光質配方的技術上,利用不同類型的LED燈株,模擬所獲得的光譜,結合LED發光效率和燈具開發成本,開發出高效節能的植物照明燈具。
光配方和燈具的生產應用是最能檢驗技術是否成熟的方法。李陽回憶道,在金線蓮投產初期,金線蓮的葉片出現返綠現象,不符合高品質金線蓮金線清晰、葉背紅的生產要求,栽培技術和生產條件都沒有變,只有燈具是新做的,出問題的可能性最大。然而當時專用的金線蓮生長燈已經定型和大面積布置,更換的代價太大了,壓力撲面而來。
正在廈門實驗室的李陽趕回湖頭中試基地,在廠房“蹲”了兩個小時,仔細打量著眼前的金線蓮和工廠的各個角落,從不同光下的金線蓮表現,到溫度、濕度、通風等環境條件,以及金線蓮的栽培基質等栽培容器,他發現,栽培架上層的金線蓮的葉子比下層的紅,遠離空調風口處的葉子比風口處紅。
“問題很可能出在了溫度上!”帶著“蹲”來的思考,李陽寫了兩頁的分析報告,詳細分析了每一種可能存在的影響因素,經過不斷的試驗排除,結果證實了他的猜測。通過不斷的反饋和調試,他們最終解決了金線蓮的生產問題,成就了國際上首個藥用植物(金線蓮)商業化植物工廠,生產出高品質的金線蓮產品,相比其它生產模式,金線蓮的有效成分含量提升48.52%以上。
強強聯合 深耕市場
好技術,吸引好企業;好產品,贏得好市場。
一天,中科院植物所迎來了一批特殊的客人,國內光電產業龍頭企業福建三安集團。在三安集團跟美國航空航天局的一次植物照明燈具的合作中,發現LED技術在植物工廠市場應用的巨大潛力,于是找到中科院植物所,希望合作建立植物工廠。
實際上,美國、荷蘭、日本、韓國等國早期已建設了眾多植物工廠,部分發達國家已開始在中國以示范推廣為目標布局植物工廠產業。大都市、寒冷干旱等自然條件受限的地區,將是獨具潛力的爭奪市場。搶占時機,已顯得刻不容緩。
帶著成為國際植物工廠“領頭羊”的愿景,中科院植物所與三安集團合作共建福建省中科生物股份有限公司,下設中科生物總部基地、植物工廠研究院、產業化基地?!肮驹谘邪l的同時進行產業化示范,將植物工廠產業化的關鍵設備和技術的開發和應用緊密結合。”李紹華說。
為了更好的激勵科研人員,中科生物還制定了《知識產權管理辦法》,在保護知識產權的同時,鼓勵發明創造,增加年終專利獎項的設定,并將專利與專有技術作為員工晉升考核的參考項目?!按酥贫鹊膶嵤┐龠M了專利申請量的大幅增加,發明專利申報數量同比2018年增長340%,授予和受理的國內外專利數達189項,同比增加372.5%。”李陽說。
李紹華指出,以產業化為目標,對科研隊伍而言既是激勵又是挑戰??蒲腥藛T從做實驗發文章,轉為鉆技術、評專利,以市場應用為導向進行研究。
在中國科學院“弘光專項”的支持下,中科生物投資建立了多家直營植物工廠,在福建省安溪縣湖頭建立總面積8萬㎡的標準化廠房,產品銷往200多家商超、酒店和餐廳。
此外,中科生物還將加快裝備的研發和輸出,并以技術入股的形式入股,組建新的合資公司,實現全世界范圍內的快速擴張。中科生物還與新加坡企業合作,共建2萬㎡的植物工廠,為新加坡提供先進的室內植物工廠設備和種植技術。
對于未來的展望,李紹華說:“當前,植物工廠的主要成本在于勞動力和耗電,隨著勞動力成本的上漲,國際蔬菜價格可能會持續上漲,我們將提高機械化和智能化水平,進一步降低成本?!?/span>
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