LED植物工廠：中國有了自己的最高級農(nóng)業(yè)

上世紀(jì)90年代，每每路過現(xiàn)今北京北三環(huán)路聯(lián)想橋一帶，總會奇怪：三環(huán)以內(nèi)居然還有農(nóng)田？后來才知道，那是中國農(nóng)科院的試驗田。

不知從什么時候起，這片試驗田上蓋起了鋼結(jié)構(gòu)的大房子，模樣既不像寫字樓，更不像居民樓；后來才知道，那是比普通試驗田級別高得多的LED植物工廠。

這里所有的菜都可以摘了直接吃

“這里所有的菜都可以摘了直接吃。”一進門，北京中環(huán)易達(dá)設(shè)施園藝科技有限公司副總經(jīng)理劉從文就對記者說。

前不久，記者應(yīng)約來到上述聯(lián)想橋邊的國內(nèi)首個智能型LED植物工廠。300多平方米的大廳里，玻璃房內(nèi)，是由雙列5層育苗架組成的植物育苗工廠，藍(lán)色、紫色的人工光源下，排列整齊的種苗正茁壯成長。劉從文表示，其單位面積育苗效率可達(dá)常規(guī)育苗的40倍以上，育苗周期則縮短40%多。玻璃房外，是采用5層栽培床立體種植的蔬菜工廠，細(xì)圓陶粒“土壤”上種著葉用萵苣，幾乎每一棵都長得一模一樣，讓記者領(lǐng)略到“工廠化生產(chǎn)”的奧妙。劉從文介紹，這是選用深液流（DFT）水耕栽培模式，所栽培的葉用萵苣從定植到采收僅用20天左右，比常規(guī)大田栽培周期縮短40%，單位面積產(chǎn)量為露地栽培的25倍以上，產(chǎn)品清潔無污染，商品價值高。

在一套被稱為Agrilink的“設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)”顯示屏前，劉從文向記者講解了該LED植物工廠是如何進行智能化管理的：環(huán)境控制系統(tǒng)由傳感器、控制器和執(zhí)行機構(gòu)3部分組成。“這里有幾十個傳感器”，覆蓋溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液酸堿度（pH值）、營養(yǎng)液濃度（EC值）、液溫和溶氧（DO值）等作物根上部環(huán)境因子及其根際環(huán)境因子。通過傳感器及搭載人工智能攝像頭的視覺分析系統(tǒng)，不斷優(yōu)化調(diào)節(jié)溫光水氣肥等參數(shù)，采集植物生長表型參數(shù)變化并進行學(xué)習(xí)計算，得出作物生長最優(yōu)化的數(shù)據(jù)模型，實行“植物對話”。“最終的目的是用最少的資源實現(xiàn)最大化的產(chǎn)量、最優(yōu)化的質(zhì)量。”

讓農(nóng)業(yè)擺脫天和地，自由可控

“LED植物工廠是國際公認(rèn)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的最高級階段。”我國植物工廠技術(shù)奠基人、中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所“設(shè)施植物環(huán)境工程團隊”首席楊其長研究員如是說。

說它最高級，是因為它使千百年來“靠天吃飯”、依賴自然循環(huán)的農(nóng)業(yè)既擺脫了天（太陽），由人工光源代替；也擺脫了地（土壤），由營養(yǎng)液代替，實現(xiàn)了可控環(huán)境下的高效生產(chǎn)，“是一項真正的顛覆性技術(shù)”。

“高效生產(chǎn)”有多高效？楊其長解釋，其單位面積產(chǎn)量可達(dá)露地自然栽培的幾十倍甚至上百倍，用水量卻不到5%。由于植物工廠是一種通過設(shè)施內(nèi)高精度的環(huán)境控制，實現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，由計算機對植物生長過程的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及營養(yǎng)液等進行自動控制，所以不受或很少受自然條件制約，可以實現(xiàn)在荒漠、戈壁、海島、水面等非可耕地，以及城市摩天大樓或普通家居，乃至外太空環(huán)境下進行農(nóng)作物生產(chǎn)，源源不斷地為人類提供口舌之需。

數(shù)九寒天，如果嫌天氣冷，嫌菜價貴，或擔(dān)心蔬菜安全和品質(zhì)問題，不妨自家備上一臺冰箱大小的“家庭植物工廠”，喜歡什么菜就種什么菜，“種得省心、吃得放心、玩得開心”。這，不是科學(xué)幻想，而是已經(jīng)實現(xiàn)。

可是僅僅10年前，世界范圍內(nèi)，僅有日本、美國、荷蘭等少數(shù)發(fā)達(dá)國家掌握這項技術(shù)，“對我們來說，當(dāng)時這就是科幻”。

未來植物工廠也能成為中國名片

楊其長回憶，國內(nèi)有關(guān)植物工廠的系統(tǒng)研究，始于15年前中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所“密閉式人工光植物生產(chǎn)系統(tǒng)”以及“水耕栽培營養(yǎng)液在線檢測和控制系統(tǒng)”的研究；但更早的源頭，可以追溯到上世紀(jì)50年代的設(shè)施“小氣候”課題組，“這是一項歷經(jīng)60余年攻關(guān)，幾代科學(xué)家傳承接力的事業(yè)”。

2005年，楊其長查閱資料發(fā)現(xiàn)，LED的紅藍(lán)光組合，可為植物光合作用提供理想的光譜；他馬上設(shè)想，將LED用于植物工廠，代替當(dāng)時的熒光燈，會不會是一個新的發(fā)展方向。

由于當(dāng)時民用LED與植物所需光譜成分差距很大，團隊先后與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所等國內(nèi)多個科研機構(gòu)聯(lián)系，花費了數(shù)倍于民用LED的價格，共同開發(fā)出4套LED植物光源板系統(tǒng)；此后2年多，他們先后進行了植物育苗、葉用蔬菜栽培、藥用植物栽培以及植物組培等試驗研究，取得了一大批植物光配方參數(shù)。之后，在國家“863”計劃項目“智能化植物工廠生產(chǎn)技術(shù)研究”和中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程支持下，15家產(chǎn)學(xué)研用單位聯(lián)合攻關(guān)，終于獲得一系列創(chuàng)新突破：率先提出多個植物的光配方，并創(chuàng)制出基于光配方的LED節(jié)能光源及其光環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備；首次提出光—溫耦合節(jié)能環(huán)境調(diào)控方法，創(chuàng)制出植物工廠節(jié)能環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備；率先提出光—營養(yǎng)調(diào)控蔬菜品質(zhì)方法，創(chuàng)制出采前短期連續(xù)光照提升品質(zhì)工藝及技術(shù)裝備；率先提出植物工廠光效、能效以及營養(yǎng)品質(zhì)提升的智能管控方法，創(chuàng)制出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化管控系統(tǒng)。

2009年8月31日，是載入中國植物工廠發(fā)展歷史的一天。團隊與北京中環(huán)易達(dá)開發(fā)的國內(nèi)首個智能型植物工廠在長春農(nóng)博會閃亮登場，收獲了170多萬觀眾的驚喜目光；標(biāo)志著我國已經(jīng)成為世界上少數(shù)系統(tǒng)掌握智能化植物工廠技術(shù)的國家。與此同時，我國的植物工廠技術(shù)開始走向國際，基于光配方的植物L(fēng)ED光源產(chǎn)品現(xiàn)已推廣到美國、日本、歐洲等；植物工廠成套產(chǎn)品已推廣到新加坡等國。“未來植物工廠也能成為中國名片。”楊其長信心滿滿。