开云離開了陽光、土壤、雨露，在鋼筋混凝土的廠房裡，植物還能生長嗎？冬日裡，居然能購置一台冰箱大小的“家用電器”——微型植物工廠，在家種喜歡的葉菜。這些想法不是幻想，已成現實。目前，記者走進植物工廠，一探奧秘。
國內最大植物工廠的紀錄被不停刷新著。目前，各類資本正加速進入這一新興領域，不僅中糧、寶鋼在布局植物工廠園區，菲利普、三菱等企業也紛紛介入植物工廠的技術研發與產業推廣。福建光電企業三安集團甚至投入70億元“跨界”打造大型植物工廠。日前，記者走訪了植物工廠企業和相關專家，开云探究植物工廠裡的蔬菜是如何生長的，這一技術在我國的研究和應用情況，以及如何推動我國植物工廠的產業化進程。
在植物工廠裡，蔬菜的頭頂沒有太陽、腳下沒有土壤，卻依然充滿綠意——這得益於頭頂的彩色LED燈和腳下的營養液。在北京市平谷區馬坊鎮，農眾物聯佔地不足10畝的植物工廠裡，新鮮蔬菜層層疊疊，旺盛地長著。該植物工廠共分三層，一層栽培高端食用菌，二層種植山野菜，三層則主要種植茄果類蔬菜。滿負荷運轉下，能年產蔬菌茄果1400萬斤。
“植物工廠環境全部是智能調控、立體種植，因此生產不受自然環境的束縛，能周年生產，葉菜類18至20天能生產一茬，總產量是自然環境下的幾十倍。我們目前的主要產品是藥食同源的高端食材，去年的訂單額有1.1億元。”農眾物聯負責人姚旭說。
中國農科院農業環境與可持續發展研究所研究員楊其長是我國植物工廠最早的研究人之一。談到植物工廠的優勢，他掩飾不住興奮：葉菜一年可收獲15至18茬，產量是露地栽培的40倍以上﹔不施用農藥，產品安全無污染﹔多層立體栽培，LED植物工廠栽培層數可達15層以上，顯著提升土地利用效率﹔可在非可耕地上生產，例如沙漠、戈壁、島礁，乃至建筑物屋頂或地下室。
提到地下室，陝西的植物工廠企業旭田光電就利用西安一處地下人防工程，建起了一座640平方米的植物工廠，將原本暗無生機的地下室變成了綠意盎然的植物世界。企業負責人王琦說，不佔用耕地，又不使用農藥，开云無論是經濟前景還是社會效益，植物工廠都值得投資。“不僅在都市農業，在國防裝備、遠洋艦船、沙漠荒島、航空航天等領域，都有重要的意義。”王琦說。
此前，很多人擔心植物工廠生產出的蔬菜在口感方面與土壤栽培有差距。楊其長說，目前，植物工廠的蔬菜在口感方面與普通栽培的幾乎沒有差別。由於不施用農藥，更符合綠色的農業發展理念。开云此前，相關專家已通過控制硝態氮的使用、採前短期連續光照以及增加一些微量元素等方法，成功解決了提高植物工廠蔬菜口感風味與營養品質的方法。
近年來，在相關項目的支持下，我國在植物工廠LED節能光源創制、光溫耦合節能環境控制、營養液栽培、蔬菜品質調控以及智能化管控等關鍵領域不斷取得重要進展。有關課題組開發出普及型植物工廠、大廈型植物工廠、島礁植物工廠、家庭植物工廠等多系列產品。
目前，我國已掌握了植物工廠的五大核心技術，成為少數幾個完全掌握植物工廠核心技術的國家之一。其中，LED人工光源技術更是核心技術的核心，在這方面中國已處於全球領先地位。楊其長認為，隨著“一帶一路”的推進，未來植物工廠有望像中國高鐵等高技術一樣，實現技術裝備的出口。
事實上，我國是植物工廠產業化發展最快的國家，幾年時間即走過了發達國家幾十年的發展道路。目前，我國人工光植物工廠總數已達100座左右，成為數量僅次於日本的植物工廠發展大國。單體規模一般為幾百平方米，上千平方米的有10多家，其中最大的有6萬平方米。很多地方建起了展示型、示范型植物工廠。
記者了解到，植物工廠雖然擁有眾多優勢以及廣泛的社會需求，但實際發展也面臨諸多瓶頸，尤其是初期建設成本過高、能耗較大以及如何實現優質優價等，突破成本和效益的瓶頸是實現植物工廠持續健康發展的重點。
比如，植物工廠需要在封閉環境下進行生產，因此要投入包括維護結構、空調系統、人工光源、多層栽培架、營養液循環、計算機系統等在內的工程與裝備，成本比露地、溫室大棚等高，在我國一般建設費用為每平方米4000元至1萬元。美國和日本的建設費用是我國的2至3倍。楊其長說，降低初期建設成本，盡可能選用標准化民用材料和裝備，已經成為植物工廠發展的重要方向。
“國外植物工廠發展存在一個問題，就是投入成本太高，不利於推廣。”姚旭對此也深有體會，植物具有極強的適應性，光溫濕等變量隻要控制在合適的區間，就可以保証正常生長。如進口溫控制導系統，雖然能調節溫度變量在0.01攝氏度，相當於太空艙種植的控制程度，但其對產量的貢獻卻微乎其微，而投入成本比起國內本土設備卻增加了幾十倍。
此外，能耗是影響植物工廠運行的瓶頸，尤其是照明。近年來，LED節能光源及其節能措施在植物工廠推廣應用，可減少人工光能耗50%以上﹔採用空調與光溫耦合控制模式可減少降溫能耗﹔同時，積極探索清潔能源的利用，如太陽能光伏發電系統、風能或生物質能源等，已經成為植物工廠研究的熱點。據介紹，LED人工光源成本在過去的幾年裡持續下降。10年前，每平方米的LED成本是幾萬元，如今隻需要幾百元。
楊其長認為，植物工廠的普及推廣與經濟效益密不可分，一方面要盡可能降低設備投入及折舊的成本，另一方面要實現高附加值作物能以高價格賣出，讓消費者認可並願意以較高價格購買無農藥污染、新鮮潔淨的植物工廠產品。同時，植物工廠產品還需要有關部門的認証、評價和檢測，讓更多的消費者了解其長處，從而達到優質優價。
“植物工廠作為技術高度集成的農業系統，就像航天工程、大飛機等技術一樣，發達國家不會輕易讓其他國家掌握核心技術。”楊其長說，植物工廠能提升資源利用效率，對於我國這樣一個人多地少的大國來說，意義重大。因此，必須採取積極措施，加大植物工廠研究和開發力度，並從政策、資金等方面扶持植物工廠，使其形成產業和產能。
植物工廠是一項高投入、高產出的生產方式，在發展初期離不開國家的政策扶持。以日本為例，开云多年來，日本政府採取補貼50%的手段，推進植物工廠發展。如日本東京電力初期建設的植物工廠，其建設費用比例為國庫補助50%、地方政府補助7%、开云企業自身出資43%。因此，我國應將植物工廠列入國家重點扶持的產業項目中。同時，引導機械、電子、精密儀器等大型企業與科研教育部門聯手，加快實現植物工廠的產業化。
專家表示，可以按循序漸進的原則，通過試驗示范，穩步推進植物工廠的發展。在建設區域上，應先從經濟發達地區和城市開始，在消費水平高的大都市建設若干個植物工廠示范基地，進而向全國推廣﹔在優先發展領域上，農業科技園區、高品質蔬菜生產企業、城市社區等對植物工廠需求最迫切，應列入優先考慮范圍。
推動植物工廠的民用化也是一個重要途徑。近兩年，越來越多的人走進植物工廠，或參觀或購買。農眾物聯在北京的個別公園進行了科普巡展，在個別小學承建了植物工廠實驗室，把技術帶到了百姓身邊。旭田光電則研發了集裝箱型植物生長箱，成為適合餐飲商超、居民社區的家用植物工廠。如今，在西安的一些餐飲場所，消費者已能在大堂的微型植物工廠裡點菜了。
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