上世紀90年代，每每路過(guò)現今北京北三環(huán)路聯(lián)想橋一帶，總會(huì )奇怪：三環(huán)以?xún)染尤贿€有農田？后來(lái)才知道，那是中國農科院的試驗田。

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

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(jìn)門(mén)，北京中環(huán)易達設施園藝科技有限公司副總經(jīng)理劉從文就對記者說(shuō)。

前不久，記者應約來(lái)到上述聯(lián)想橋邊的國內首個(gè)智能型LED植物工廠(chǎng)。300多平方米的大廳里，玻璃房?jì)龋怯呻p列5層育苗架組成的植物育苗工廠(chǎng)，藍色、紫色的人工光源下，排列整齊的種苗正茁壯成長(cháng)。劉從文表示，其單位面積育苗效率可達常規育苗的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(chǎng)，細圓陶粒“土壤”上種著(zhù)葉用萵苣，幾乎每一棵都長(cháng)得一模一樣，讓記者領(lǐng)略到“工廠(chǎng)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(wú)污染，商品價(jià)值高。

在一套被稱(chēng)為Agrilink的“設施農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)控制系統”顯示屏前，劉從文向記者講解了該LED植物工廠(chǎng)是如何進(jìn)行智能化管理的：環(huán)境控制系統由傳感器、控制器和執行機構3部分組成。“這里有幾十個(gè)傳感器”，覆蓋溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營(yíng)養液酸堿度(pH值)、營(yíng)養液濃度(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(guò)傳感器及搭載人工智能攝像頭的視覺(jué)分析系統，不斷優(yōu)化調節溫光水氣肥等參數，采集植物生長(cháng)表型參數變化并進(jìn)行學(xué)習計算，得出作物生長(cháng)最優(yōu)化的數據模型，實(shí)行“植物對話(huà)”。“最終的目的是用最少的資源實(shí)現最大化的產(chǎn)量、最優(yōu)化的質(zhì)量。”

讓農業(yè)擺脫天和地，自由可控

“LED植物工廠(chǎng)是國際公認設施農業(yè)發(fā)展的最高級階段。”我國植物工廠(chǎng)技術(shù)奠基人、中國農科院農業(yè)環(huán)境與可持續發(fā)展研究所“設施植物環(huán)境工程團隊”首席楊其長(cháng)研究員如是說(shuō)。

說(shuō)它最高級，是因為它使千百年來(lái)“靠天吃飯”、依賴(lài)自然循環(huán)的農業(yè)既擺脫了天(太陽(yáng))，由人工光源代替；也擺脫了地(土壤)，由營(yíng)養液代替，實(shí)現了可控環(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(cháng)解釋?zhuān)鋯挝幻娣e產(chǎn)量可達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(chǎng)是一種通過(guò)設施內高精度的環(huán)境控制，實(shí)現農作物周年連續生產(chǎn)的高效農業(yè)系統，由計算機對植物生長(cháng)過(guò)程的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及營(yíng)養液等進(jìn)行自動(dòng)控制，所以不受或很少受自然條件制約，可以實(shí)現在荒漠、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(jìn)行農作物生產(chǎn)，源源不斷地為人類(lèi)提供口舌之需。

數九寒天，如果嫌天氣冷，嫌菜價(jià)貴，或擔心蔬菜安全和品質(zhì)問(wèn)題，不妨自家備上一臺冰箱大小的“家庭植物工廠(chǎng)”，喜歡什么菜就種什么菜，“種得省心、吃得放心、玩得開(kāi)心”。這，不是科學(xué)幻想，而是已經(jīng)實(shí)現。

可是僅僅10年前，世界范圍內，僅有日本、美國、荷蘭等少數發(fā)達國家掌握這項技術(shù)，“對我們來(lái)說(shuō)，當時(shí)這就是科幻”。

未來(lái)植物工廠(chǎng)也能成為中國名片

楊其長(cháng)回憶，國內有關(guān)植物工廠(chǎng)的系統研究，始于15年前中國農科院環(huán)發(fā)所“密閉式人工光植物生產(chǎn)系統”以及“水耕栽培營(yíng)養液在線(xiàn)檢測和控制系統”的研究；但更早的源頭，可以追溯到上世紀50年代的設施“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(cháng)查閱資料發(fā)現，LED的紅藍光組合，可為植物光合作用提供理想的光譜；他馬上設想，將LED用于植物工廠(chǎng)，代替當時(shí)的熒光燈，會(huì )不會(huì )是一個(gè)新的發(fā)展方向。

由于當時(shí)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)院半導體研究所等國內多個(gè)科研機構聯(lián)系，花費了數倍于民用LED的價(jià)格，共同開(kāi)發(fā)出4套LED植物光源板系統；此后2年多，他們先后進(jìn)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。之后，在國家“863”計劃項目“智能化植物工廠(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)研究”和中國農科院創(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(gè)植物的光配方，并創(chuàng )制出基于光配方的LED節能光源及其光環(huán)境調控技術(shù)裝備；首次提出光—溫耦合節能環(huán)境調控方法，創(chuàng )制出植物工廠(chǎng)節能環(huán)境調控技術(shù)裝備；率先提出光—營(yíng)養調控蔬菜品質(zhì)方法，創(chuàng )制出采前短期連續光照提升品質(zhì)工藝及技術(shù)裝備；率先提出植物工廠(chǎng)光效、能效以及營(yíng)養品質(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。

2009年8月31日，是載入中國植物工廠(chǎng)發(fā)展歷史的一天。團隊與北京中環(huán)易達開(kāi)發(fā)的國內首個(gè)智能型植物工廠(chǎng)在長(cháng)春農博會(huì )閃亮登場(chǎng)，收獲了170多萬(wàn)觀(guān)眾的驚喜目光；標志著(zhù)我國已經(jīng)成為世界上少數系統掌握智能化植物工廠(chǎng)技術(shù)的國家。與此同時(shí)，我國的植物工廠(chǎng)技術(shù)開(kāi)始走向國際，基于光配方的植物L(fēng)ED光源產(chǎn)品現已推廣到美國、日本、歐洲等；植物工廠(chǎng)成套產(chǎn)品已推廣到新加坡等國。“未來(lái)植物工廠(chǎng)也能成為中國名片。”楊其長(cháng)信心滿(mǎn)滿(mǎn)。