太空蔬菜走向百姓餐桌

不需要阳光土壤,太空蔬菜种植技术落地走向百姓餐桌——

探访全球最大植物工厂

本报记者　郑惊鸿

这是位于福建安溪县湖头镇光电产业园的全球最大的植物工厂。 (资料片)

科学家用LED冷光源组成的独特光谱、光强,为每一种蔬菜,组成不同的光配方,植物工厂蔬菜就是在这样不同的光配方,俗称“阳光”照耀下快速茁壮生长,20天就可以上市。

不用土壤、无需阳光,仅仅依靠营养液和人工光照通过计算机控制便可以使蔬菜在短时间内快速生长,不用水洗,直接上桌。这个曾经在科幻电影中展现的未来生活场景,如今经过中科院20多位科学家集聚研发实践,却实实在在地在福建安溪县湖头镇植物工厂真实实现,日产1.5吨没有任何污染、高品质蔬菜,投放厦门、福州和泉州等地130多家中高端超市,走上百姓餐桌。4月26日记者跟随中科院专家走进福建厦门中科生物植物工厂研究院和安溪基地,近距离感受这个集生物技术、工程技术和系统管理于一体,以LED光源配方和不间断循环营养配方打造出的全球最大植物工厂的未来农业魅力。

跨界强强合作,两年51项专利技术,共推未来农业新兴产业

以钢铁、光电高科技起家的福建三安集团何以转投建设未来农业?集团董事长林秀成告诉记者,缘于一次偶然的专供产品。2009年,美国客户要求三安提供特定波长的LED芯片,这么特殊芯片到底干什么用?追问三年后林秀成终于得知原来自己的产品还可以作为植物光源,用于太空蔬菜种植。天生的商人敏感让林秀成意识到这一定是未来农业产业发展方向,世界各地调研证实了想法,植物工厂其不受自然环境制约,全天候高效的生产方式,不仅能大幅提高土地利用率,还能解决日益突出的食品安全问题,除了都市农业,还可以广泛应用于国防装备、远洋舰船、沙漠荒岛、航空航天等特殊环境领域,被世界发达国家列为高技术战略新兴产业,对于人多地少的我国具有重要战略意义。

从安溪农村走出来的林秀成,希望家乡可以因为这项技术的开发起飞。

科学家用LED冷光源组成的独特光谱、光强,为每一种蔬菜,组成不同的光配方,植物工厂蔬菜就是在这样不同的光配方,俗称“阳光”照耀下快速茁壮生长,20天就可以上市。

2014年7月三安集团添了一间500平方米实验室,林秀成和他的三安团队开始跋涉植物工厂这座高峰。物有专攻,植物世界是个海,林秀成和他的团队来到中国科学院求援,林秀成的想法与中科院“十三五”规划不谋而合,2014年10月中科院植物所与福建三安集团签署了共建植物工厂协议,发挥各自多年累积的植物光合作用等农业科学技术以及LED光谱技术领域特长,共同推动中国植物工厂产业化发展。2015年1月6日,植物所成立植物工厂研发中心和技术指导委员会,由匡廷云院士、方精云院士担任技术指导委员会主任,8名博士长期派驻三安集团开展技术研发并提供技术支撑。2015年12月,植物所与福建三安集团共同发起成立福建省中科生物股份有限公司,计划总投资70亿元人民币,建设中科生物总部、植物工厂研究院和中科生物产业化基地三大核心项目,植物所以知识产权形式出资占比10%。双方合作组建了“植物工厂研究院”,植物所李绍华研究员担任院长,十多位国内外知名科学家担任科研顾问,设立植物工厂生产技术、植物工厂配套设备、植物化合物创新药物三个研发中心,建成了1500m2的植物工厂研发实验室。经过两年多的创新研发和科技攻关,科学家们集成光生物学、园艺学、营养学、植物学、植物化学等学科技术,在植物光配方及植物照明产品、植物营养液配方及循环利用技术、植物品种筛选和栽培方式等领域取得了突破性进展,研制成功专用蔬菜育苗灯、栽培灯等多种类型的LED灯具,不同植物的通用及专用营养液,并从200多种试验产品中筛选出可应用于产业化的21种水培叶菜品种,植物所21种专利技术和三安集团30项已经申报专利技术,为植物工厂提供强力支撑。

这是用废旧集装箱改造的太阳能植物工厂,标准40英尺,可以服务海岛、边防战士,每天为20名战士不间断提供新鲜蔬菜。

这是培育的濒危名贵中药:石斛和金线莲

专用配方激发植物潜能,实现全天候高效种植,标准化生产

2016年6月,国际上单体面积最大的首栋1万平方米、全人工光型、10万级洁净生长环境、全智能控制的植物工厂正式在安溪县湖头镇投产。科学家们利用LED光谱技术及自动化设备,通过计算机对温度、湿度、光照、二氧化碳浓度及营养液进行智能控制,克服作物对生产季节、气候等自然条件依赖,实现连续生产。在植物工厂,1人播种2万粒仅1小时,催芽、育苗15天,20天栽培就可上市,颠覆传统农业生产模式,不受自然环境制约,不分昼夜循环全天候生产。

安溪湖头光电产业园,中国科学院植物研究所和福建三安集团合力打造的全球最大的植物工厂,非常醒目。占地面积300亩,总建筑面积达到70万平方米。与任何其他设施农业不同的是,不允许外人进入,记者穿了两层专配连裤防护服、帽子、手套、高靴,一道又一道的消毒后,仿佛进入冷库,这密闭恒温控制的座植物工厂安静得让人不敢令人不由自主地屏住呼吸,突然出现的机器人在轨道上无声轻盈地将成熟的蔬菜从栽培车间运往预冷车间,使得静谧的车间顿时盎然了起来。推开十万级无尘无菌净化车间厚重的大门,长相大小一致、绿油油、透亮的生菜、小白菜就整齐地生长在6层的白色层架上,要不是门口的 “栽培车间”挂排,一定以为是到了哪个高仿真玩具仓库。趴在架上近距离观看,那凝结在冰菜根茎上的晶莹小冰晶似乎就要掉落,忍不住伸手去接。方方正正的格子架上,没有丝毫的土,也见不着根系,经过技术员提示,小心翼翼提起整颗蔬菜,才露出藏在方格子下营养液中干净的根须。

“为每一种蔬菜准备的特别的营养液是植物工厂的核心技术,这些经过精心调制的营养液,通过专用管道循环输送给每一颗蔬菜,使其比其他设施无土栽培技术更容易吸收养分,满足了植物不同生长时期的营养要求,” 植物所李绍华研究员介绍,在这种栽培模式下,植物的根系环境由人工制造和调控,可有效解决传统土壤栽培中难以解决的水分、空气和养分的供应矛盾,为根系营造最适宜的环境条件,从而激发植物的生长潜能。为保证植物的正常健康生长,植物工厂还可以通过计算机有针对性地对影响营养液的诸多因素进行监测和有效控制,使其处于植物生长所需的最适宜范围,“而通过对其中一些因素、条件的控制,我们还可以对植物的生长状况进行人为干预,如改变蔬菜中矿物元素的含量,增加有益维生素、氨基酸的含量等等,使植物获得特殊产品所需的特殊品质,从而生产出具有特殊保健功能的蔬菜,”比如我们针对儿童生长过程中缺锌的情况,生产的青梗小白菜,针对儿童不爱吃蔬菜出品的绿蝶生菜,就很受年轻妈妈的欢迎,针对肾病人群生产的低钾蔬菜,针对孕妇需要生产的富含叶酸蔬菜,投放市场,就很受欢迎。

科学家用LED冷光源组成的独特光谱、光强,为每一种蔬菜,组成不同的光配方,植物工厂蔬菜就是在这样不同的光配方,俗称“阳光”照耀下快速茁壮生长,20天就可以上市。

植物工厂是一种多层架栽培形式,记者注意到每一白色层架顶部,布的红、蓝、绿的LED灯管,其分布的色灯的个数并不相同。福建三安集团总经理助理郑勇介绍,每层采用的人工光源都是LED冷光源,这种灯的发光效率高,发热少,能近距离照射植物,既能满足植物生长的需要,又比荧光灯更加节能。通俗的说法,这就是植物生长的“阳光”,在相对密闭的空间里,蔬菜之所以能长势旺盛,与适宜的光照条件有着密不可分的关系。不同的植物对光有不同的需求,为植物的生长发育过程提供的最适宜光照的光强、光谱,被科学家称为“光配方”。 L E D灯板以红灯为主,中间按一定距离均匀分布着蓝灯等其他一些颜色的灯。郑勇告诉记者,太阳光对于植物而言是全波段的,但实验显示,植物吸收的光线波段主要是红光和蓝光,比例超过60%,因此将红光和蓝光按照一定配比制成光源,就能满足植物生长需求。而植物在不同的生长阶段对光强和光质的需求是不同的,针对每一种蔬菜或者每一个发育阶段,达到其每日的光需量,适宜的光照强度和光照时间在保证产量和节省成本方面能起到事半功倍的作用。科学的研究结果表明,在密闭环境下成长起来的植物,由于植物工厂内环境可控性强, 栽培环境的二氧化碳浓度可以得到大幅增加,使植物的光合效率提高,植物生物量的形成和营养物质的积累,都是常规栽培的几倍。定制的 “光配方”意味着更快的生长速度、更高的产量和更优秀的品质。

这是为蔬菜准备的专用营养液

根据百姓需求生产功能产品,实现珍稀濒危药用植物标准化规模生产

未来的植物工厂还能种什么?中科生物总经理占卓说,“思想有多远,植物工厂的发展空间就有多大。”蔬菜生产仅仅是起步,7月草莓、番茄都将投产,金线莲、石斛等名贵濒危中草药已开始在植物工厂自动化生产,针对创新药的原料生产加工研究,也已经取得显著成果。用旧集装箱改造的40英尺标准植物工厂,可以每天为20位战士不间断提供新鲜蔬菜,也已经在某边防部队服务。中科生物在植物工厂产业化关键设备开发方面也已取得重要成果,自主研发出具有国际领先水平的植物工厂模组化成套设备,获得国际PCT专利受理、美国UL认证,开始走出国门。在去年厦门举行的9.8中国国际投资贸易洽谈会上,中科生物首次展出自主研发的植物工厂及相关技术,就得到国际客商高度关注,中东以及澳大利亚、新加坡等地公司相继前来洽谈合作,今年美国公司定购 1000多套专属装备,创汇200多万美元。

占卓说,下一步利用企业自身在技术、资金、人才方面的优势,率先在国内主要特大型城市北上广深,以100-150公里销售半径,建立植物工厂,为百姓提供100%安全、健康、优质、适口的高端蔬菜、水果、花卉、名贵濒危保健品;在国外热点地区建立示范基地,推广具有我国自主知识产权的系统装备和相关技术;并重点在植物工厂内实现药用植物的高效、高品质、一致性生产,提高我国中药现代化水平;另外已与冰箱商家联手拟3年内推出家庭小型植物工厂,让消费者在家里种植自己特定产品。

在我国植物学专家和企业的共同努力之下,我国的植物工厂虽然起步较晚,但已经真正实现了产业化。日本“植物工厂之父”、原千叶大学校长古在丰树教授到访后评价:“中科三安植物工厂在不久的将来,将引领世界植物工厂发展。”

(图片除署名外,均由农民日报记者郑惊鸿摄影)