LED植物工厂：中国有了自己的最高级农业

　　壮丽70年 奋斗新时代

　　本报记者 瞿 剑

　　上世纪90年代，每每路过现今北京北三环路联想桥一带，总会奇怪：三环以内居然还有农田？后来才知道，那是中国农科院的试验田。

　　不知从什么时候起，这片试验田上盖起了钢结构的大房子，模样既不像写字楼，更不像居民楼；后来才知道，那是比普通试验田级别高得多的LED植物工厂。

　　这里所有的菜都可以摘了直接吃

　　“这里所有的菜都可以摘了直接吃。”一进门，北京中环易达设施园艺科技有限公司副总经理刘从文就对记者说。

　　前不久，记者应约来到上述联想桥边的国内首个智能型LED植物工厂。300多平方米的大厅里，玻璃房内，是由双列5层育苗架组成的植物育苗工厂，蓝色、紫色的人工光源下，排列整齐的种苗正茁壮成长。刘从文表示，其单位面积育苗效率可达常规育苗的40倍以上，育苗周期则缩短40%多。玻璃房外，是采用5层栽培床立体种植的蔬菜工厂，细圆陶粒“土壤”上种着叶用莴苣，几乎每一棵都长得一模一样，让记者领略到“工厂化生产”的奥妙。刘从文介绍，这是选用深液流(DFT)水耕栽培模式，所栽培的叶用莴苣从定植到采收仅用20天左右，比常规大田栽培周期缩短40%，单位面积产量为露地栽培的25倍以上，产品清洁无污染，商品价值高。

　　在一套被称为Agrilink的“设施农业物联网控制系统”显示屏前，刘从文向记者讲解了该LED植物工厂是如何进行智能化管理的：环境控制系统由传感器、控制器和执行机构3部分组成。“这里有几十个传感器”，覆盖温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液酸碱度(pH值)、营养液浓度(EC值)、液温和溶氧(DO值)等作物根上部环境因子及其根际环境因子。通过传感器及搭载人工智能摄像头的视觉分析系统，不断优化调节温光水气肥等参数，采集植物生长表型参数变化并进行学习计算，得出作物生长最优化的数据模型，实行“植物对话”。“最终的目的是用最少的资源实现最大化的产量、最优化的质量。”

　　让农业摆脱天和地，自由可控

　　“LED植物工厂是国际公认设施农业发展的最高级阶段。”我国植物工厂技术奠基人、中国农科院农业环境与可持续发展研究所“设施植物环境工程团队”首席杨其长研究员如是说。

　　说它最高级，是因为它使千百年来“靠天吃饭”、依赖自然循环的农业既摆脱了天(太阳)，由人工光源代替；也摆脱了地(土壤)，由营养液代替，实现了可控环境下的高效生产，“是一项真正的颠覆性技术”。

　　“高效生产”有多高效？杨其长解释，其单位面积产量可达露地自然栽培的几十倍甚至上百倍，用水量却不到5%。由于植物工厂是一种通过设施内高精度的环境控制，实现农作物周年连续生产的高效农业系统，由计算机对植物生长过程的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等进行自动控制，所以不受或很少受自然条件制约，可以实现在荒漠、戈壁、海岛、水面等非可耕地，以及城市摩天大楼或普通家居，乃至外太空环境下进行农作物生产，源源不断地为人类提供口舌之需。

　　数九寒天，如果嫌天气冷，嫌菜价贵，或担心蔬菜安全和品质问题，不妨自家备上一台冰箱大小的“家庭植物工厂”，喜欢什么菜就种什么菜，“种得省心、吃得放心、玩得开心”。这，不是科学幻想，而是已经实现。

　　可是仅仅10年前，世界范围内，仅有日本、美国、荷兰等少数发达国家掌握这项技术，“对我们来说，当时这就是科幻”。

　　未来植物工厂也能成为中国名片

　　杨其长回忆，国内有关植物工厂的系统研究，始于15年前中国农科院环发所“密闭式人工光植物生产系统”以及“水耕栽培营养液在线检测和控制系统”的研究；但更早的源头，可以追溯到上世纪50年代的设施“小气候”课题组，“这是一项历经60余年攻关，几代科学家传承接力的事业”。

　　2005年，杨其长查阅资料发现，LED的红蓝光组合，可为植物光合作用提供理想的光谱；他马上设想，将LED用于植物工厂，代替当时的荧光灯，会不会是一个新的发展方向。

　　由于当时民用LED与植物所需光谱成分差距很大，团队先后与中国科学院半导体研究所等国内多个科研机构联系，花费了数倍于民用LED的价格，共同开发出4套LED植物光源板系统；此后2年多，他们先后进行了植物育苗、叶用蔬菜栽培、药用植物栽培以及植物组培等试验研究，取得了一大批植物光配方参数。之后，在国家“863”计划项目“智能化植物工厂生产技术研究”和中国农科院创新工程支持下，15家产学研用单位联合攻关，终于获得一系列创新突破：率先提出多个植物的光配方，并创制出基于光配方的LED节能光源及其光环境调控技术装备；首次提出光—温耦合节能环境调控方法，创制出植物工厂节能环境调控技术装备；率先提出光—营养调控蔬菜品质方法，创制出采前短期连续光照提升品质工艺及技术装备；率先提出植物工厂光效、能效以及营养品质提升的智能管控方法，创制出基于物联网的智能化管控系统。