植物工厂的“光”辉岁月_风闻

来源：科学网   中国科学报   作者：田瑞颖   时间：2020/5/22

​原文网址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/5/440227.shtm

“三年后，我国的植物工厂会雨后春笋般出现。商业化植物工厂会更多，可生产的植物种类会大幅增加，价格会更便宜。”

如今，植物工厂的发展印证了李绍华三年前的预测：多个万平厂房拔地而起，蔬菜瓜果琳琅满目，药用植物优质量产，植物工厂装备和技术走出国门，亮出“中国名片”，一段植物工厂的“光”辉岁月，正在迎来……

李绍华是中国科学院植物研究所（以下简称中科院植物所）研究员，同时也是福建省中科生物股份有限公司（以下简称中科生物）光生物产业研究院院长。在近日接受《中国科学报》采访时，他再次强调：“植物工厂颠覆传统农业生产，是现代农业发展的最高阶段，对解决人口与资源间矛盾、保障国家粮食安全及国防战略需求有重要意义。”

颠覆传统农业的“革命”

从靠天依地，到以塑料大棚为代表的传统设施农业，农业虽然有了巨大的进步，但是仍面临病虫害严重、农药使用过量、土地单产不高、机械化自动化水平受限等问题。

此外，劳动力成本上涨，自然灾害频发，人口与资源矛盾日益尖锐……一场颠覆传统农业的“革命”，势在必行。

“在十万级净化车间内，通过对光照、温度、湿度、CO2及营养液等因素进行智能控制，可进行高效、优质和安全的蔬菜生产，实现全年稳定、连续的蔬菜供应。”中科院植物所副研究员、植物工厂研发中心主任李阳告诉《中国科学报》，“中科生物的植物工厂整合了多系列自主研发的栽培模组设备、专业的植物光源系统、营养液配方及控制系统、智能环境控制系统，实现了整个生产过程的可控。”

他进一步说，基于高效的LED光谱技术和营养液调控技术，可控的洁净环境，植物工厂的生产效率是传统农业的几十倍甚至上百倍：可年产20余茬，蔬菜的产量和品质完全可控，而且营养更均衡。在福建省安溪县湖头镇建立的国际首栋1万㎡蔬菜工厂，可生产几十余种蔬菜，目前主栽品种8个，从播种到采收仅35天，日产蔬菜1.8~2.0吨。

“植物工厂绿色无污染，蔬菜生产过程不使用任何农药，解决了传统蔬菜生产过程重金属污染和农药残留等食品安全问题。” 李绍华说，植物工厂的蔬菜还完成了2017年金砖国家领导人厦门会晤餐宴保障。

目前，植物工厂所生产的植物种类集中在叶菜类（生菜、白菜、冰菜、芽苗菜等）、果菜类（番茄、甜椒、黄瓜等）、食用花卉和药用植物，其中药用植物以金线莲、米斛等高附加值的药用植物为主。

“相较于三年前，植物工厂的产品种类大幅增加，价格始终稳定；在海拔4300米的无人区实现蔬菜生产的集装箱式植物工厂，为国家战略需求提供了保障。”李绍华说。

“造光” 没那么简单

拿什么代替太阳光？这不得不提植物工厂的关键技术之一——植物光配方调控技术。要将生物学和LED发光技术结合，制作出适合的植物照明灯具，可没那么简单。

不同的植物需要不同的光配方，植物的不同发育阶段对光的需求也不同。“以生菜为例，育苗阶段为使幼苗健壮，需要更多蓝光，后期为加速植物生长，则需要更多红光。必要时，采收前还需要添加特殊的光配方，以提高产品的品质。”李阳说。

记者了解到，一个成熟的光配方一般需要研究1~2年，个别药用植物则需要3~5年甚至更长时间。

李阳向《中国科学报》介绍了他们“造光”的历程。

首先，要深入调研植物的本性以及在外界环境下对光照的需求，进而研究几十种单色光在植物生长发育过程中的作用，这一般需要半年到一年的时间。与此同时，还要开展单色光组合对植物生长发育过程影响的研究，这也需要半年之久。

基础研究完成，接下来是光质配方（光谱）研究。要想成功替换太阳光，就要保证不同植物在不同发育周期获得合适的光质配方，包括单色光选择、能量分配，以及应用效果。此外，在光质配方的基础上考虑用电成本和产出效益，需要研究光照时间、光照强度及方式对植物的影响，进而获得合适的光配方。

接下来，要在光质配方的技术上，利用不同类型的LED灯株，模拟所获得的光谱，结合LED发光效率和灯具开发成本，开发出高效节能的植物照明灯具。

光配方和灯具的生产应用是最能检验技术是否成熟的方法。李阳回忆道，在金线莲投产初期，金线莲的叶片出现返绿现象，不符合高品质金线莲金线清晰、叶背红的生产要求，栽培技术和生产条件都没有变，只有灯具是新做的，出问题的可能性最大。然而当时专用的金线莲生长灯已经定型和大面积布置，更换的代价太大了，压力扑面而来。

正在厦门实验室的李阳赶回湖头中试基地，在厂房“蹲”了两个小时，仔细打量着眼前的金线莲和工厂的各个角落，从不同光下的金线莲表现，到温度、湿度、通风等环境条件，以及金线莲的栽培基质等栽培容器，他发现，栽培架上层的金线莲的叶子比下层的红，远离空调风口处的叶子比风口处红。

“问题很可能出在了温度上！”带着“蹲”来的思考，李阳写了两页的分析报告，详细分析了每一种可能存在的影响因素，经过不断的试验排除，结果证实了他的猜测。通过不断的反馈和调试，他们最终解决了金线莲的生产问题，成就了国际上首个药用植物（金线莲）商业化植物工厂，生产出高品质的金线莲产品，相比其它生产模式，金线莲的有效成分含量提升48.52%以上。

强强联合 深耕市场

好技术，吸引好企业；好产品，赢得好市场。

一天，中科院植物所迎来了一批特殊的客人，国内光电产业龙头企业福建三安集团。在三安集团跟美国航空航天局的一次植物照明灯具的合作中，发现LED技术在植物工厂市场应用的巨大潜力，于是找到中科院植物所，希望合作建立植物工厂。

实际上，美国、荷兰、日本、韩国等国早期已建设了众多植物工厂，部分发达国家已开始在中国以示范推广为目标布局植物工厂产业。大都市、寒冷干旱等自然条件受限的地区，将是独具潜力的争夺市场。抢占时机，已显得刻不容缓。

带着成为国际植物工厂“领头羊”的愿景，中科院植物所与三安集团合作共建福建省中科生物股份有限公司，下设中科生物总部基地、植物工厂研究院、产业化基地。“公司在研发的同时进行产业化示范，将植物工厂产业化的关键设备和技术的开发和应用紧密结合。”李绍华说。

为了更好的激励科研人员，中科生物还制定了《知识产权管理办法》，在保护知识产权的同时，鼓励发明创造，增加年终专利奖项的设定，并将专利与专有技术作为员工晋升考核的参考项目。“此制度的实施促进了专利申请量的大幅增加，发明专利申报数量同比2018年增长340%，授予和受理的国内外专利数达189项，同比增加372.5%。”李阳说。

李绍华指出，以产业化为目标，对科研队伍而言既是激励又是挑战。科研人员从做实验发文章，转为钻技术、评专利，以市场应用为导向进行研究。

在中国科学院“弘光专项”的支持下，中科生物投资建立了多家直营植物工厂，在福建省安溪县湖头建立总面积8万㎡的标准化厂房，产品销往200多家商超、酒店和餐厅。

此外，中科生物还将加快装备的研发和输出，并以技术入股的形式入股，组建新的合资公司，实现全世界范围内的快速扩张。中科生物还与新加坡企业合作，共建2万㎡的植物工厂，为新加坡提供先进的室内植物工厂设备和种植技术。

对于未来的展望，李绍华说：“当前，植物工厂的主要成本在于劳动力和耗电，随着劳动力成本的上涨，国际蔬菜价格可能会持续上涨，我们将提高机械化和智能化水平，进一步降低成本。”