CCTV2《中国经济大讲堂》| 杨其长:​植物工厂能为我们带来什么?

2022-10-12 照明小编 www.gdzrlj.com
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  高温、干旱、暴雨、山洪等极端天气和自然灾害,不断影响着全球粮食的产量和质量。未来如何解决全世界人的吃饭问题,成为全人类必须面对的重大课题。植物工厂的出现,则为我们开辟了一条值得期待的解决路径。

  植物工厂靠什么神奇科技模拟自然环境,它种出的作物有何特别之处?目前我国的植物工厂究竟发展得怎么样?2022年10月09日 ,中国经济大讲堂特邀中国农业科学院都市农业研究所研究员,智能植物工厂首席科学家杨其长,为您详细解读植物工厂能为我们带来什么。

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  杨其长,中国农业科学院都市农业研究所研究员,智能植物工厂首席科学家,他长期从事设施农业工程领域科研工作,在智能植物工厂、垂直智慧农业、低成本、叶菜工厂化等方面取得多项创新成果,为构建具有我国自主知识产权的植物工厂核心技术体系作出了重要贡献。

  什么是植物工厂?

  植物工厂无需泥土不洒农药,不受自然环境影响,通过模拟植物所需的光照、温度、营养等要素,在完全工厂化的条件下进行连续生产。它可以建在、荒漠、戈壁、海岛、水面、摩天大楼等各种地点,甚至在地球以外也能大显身手,是航天工程星际探索中实现食物自己的重要手段。作为设施农业的高级阶段,植物工厂不仅能为保障居民菜篮子的供应提供有效补充,也能成为农民致富和产业振兴的重要抓手。

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  植物工厂被认为是对传统农作方式的一种颠覆,代表了未来农业的发展方向,它需要完全可控的环境,它有三个核心的要素,第一,要用人工光源代替阳光,需要采用营养液栽培代替土壤;第二,可控的温度、湿度、二氧化碳环境;第三,需要一些智能的装备等。有这三个核心要素,我们就可以在工厂化的条件下进行食物的生产。

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  一颗生菜在植物工厂的环境下是怎么生产出来的?

  首先要有种子,然后把种子播种在带孔的一个穴盘上。通过2~3天的催芽过程,把种子变成小芽苗,小芽苗再送到育苗车间里进行育苗。

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  通过12天到14天的时间,育出小苗以后,就可以把小苗种植在栽培盘上,送到栽培车间里。

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  经过20天-22天左右,像生菜等叶菜类植物长到100克到120克左右时,就可以进行采收包装,送到市场上。理论上来看,几乎所有的作物都可以在植物工厂的环境下进行生产。

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  我们为什么需要植物工厂?

  21世纪以来,我们面临着各种挑战,包括人口的增长,耕地的减少,农业劳动力的人口老龄化非常严重,这三个挑战对我们的食物安全和食物保障提出了严峻的挑战。植物工厂为我们未来的食物安全找到了一些有效的途径。我们可以大幅度地提高食物的产能,与陆地相比,植物工厂单位面积的产量可以达到陆地的40倍以上。如果说未来我们建一个比如说30层左右的垂直农业大楼,30×40,这样的话我们大概能达到1200倍的一个产能。

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  植物工厂相当于在工厂化的环境下进行食物的生产,用了很多机械化和自动化的技术手段,所工作起来也相对比较轻松,可以吸引一大批年轻人从事农业。另外就是我们大家非常关心的,社会上有一些不太正确的观点,说植物工厂或者营养液栽培的菜是有害的。实际上我们测过很多数据,221种农药的残留全部是0,几种重金属的残留也是0,一些致病的微生物也是0,所以说我们植物工厂里的生产蔬菜是可以放心食用的。

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  植物工厂对未来我们城市的发展也是非常重要的一个支撑手段。我们如果在一些社区和家庭等场所,有一定的食物的自给能力,能保证几天或者一个短时期内的食物供给的话,我们就大大缓解了现在由于各种疫情和自然灾害引起的食物尤其是新鲜蔬菜的恐慌。

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  另外,一些沙漠、极寒地区等特殊场所的应用或者外太空的探索中,我们也可以用植物工厂这么一个手段解决我们食物的一些供给的问题。

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  未来还有哪些作物可以用植物工程高效生产?

  植物工厂的早期的栽培的作物主要是以像蔬菜、花卉、瓜果、功能植物等等,怎么会想到种水稻?杨其长说:“有一次我们中国科学院院士钱院士,他有一些非常矮化的水稻品种,他特别希望用这种水稻搞成多层的立体栽培。后来我们通过探索以后,发现原来在大田环境下120天以上才能收获的水稻,在植物工厂的环境下,用我们一些技术手段,60天就可以把水稻种出来,所以这是非常有意思的一个结果。”

  现在我们实验室已经做完了,像小麦我们大概也能60天左右收获,原来的小麦有120-150天以上,但是青豆我们基本上在60天左右,还有像大豆,大豆我们现在种的大概在60天到70天的样子,我们也可以收获。

  我国科学家如何找到适合植物工厂的特殊光源,又是如何为不同的植物定制专属的光配方?

  我们中国的植物工厂发展起步还是比较晚的,大概也就是从2002年开始探索,不到20年左右的时间。但是中国的路子要顺一点,因为我们相当于跨过了高压钠灯和荧光灯时代,直接进入了第三个时代,我们叫LED时代。植物工厂的整个成本大概有52%左右的成本是来自于电能的消耗,在电能消耗中有60%是来自于光源,35%是空调。

  所以说要解决植物工厂的关键技术瓶颈,首先要解决光源的能耗的问题,其次解决空调的能耗。

  2005年的时候,在欧洲马丁大学访学的时候,有一天我在同事的带领下看到一个实验室,就是弄了LED的灯板,用红蓝交替的光源种出了非常漂亮的生菜,对我的启发非常大。

  我们发现很多年前有个植物生理学家画了一条曲线,叫植物光谱的吸收曲线,这个曲线可以看出来植物的主要吸收峰在400~500纳米的蓝光区域和600~700纳米的红光区域,而且它最优的两个峰值在450纳米和660纳米。有了这么一个依据以后,我们就可以进行led的一个开发。

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  后来我们又提出了提出了光配方的概念,探索远红光、紫外光等对植物生长的影响,包括光源的照射方向,从植物下方照射会对植物生长有什么样的效果?

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  我国科学家通过哪些手段降低植物工程的能耗?植物工厂如何带动相关产业的发展,丰富我们的生活?

  目前来说植物工厂的成本还是相对来说还是比较高一点的,我们在北京的一家植物工厂的案例,2400平米的一个商业化的植物工厂,它现在在北京的知名的一些餐馆或者一些超市销售,总体算起来成本大概一公斤24块钱左右。未来随着植物工厂的技术的突破,可以进一步的降低它的成本。

  刚才提到的光效能耗的问题,中国科学家通过了不懈的努力,现在我们已经把综合能耗由原来的的31度-42度电/公斤菜这么一个状况,现在给它降到大概8.25这么一个水平。当然现在国际上的水平给我们的数据大概还是10以上,所以这个技术的突破为未来的植物工厂大规模的应用提供了很好的一个技术支撑。

  但是理论上的值呢我们现在算了一下还可以继续下降大概在4~5的样子。也就是说未来的一公斤的菜用4~5度电就可以解决。

  另外我们还有一个很有意思的研究,就是说植物工厂里的从小苗子、长到大苗子这个过程大概有20多天的时间,小苗子很小,如果你在全生育期都用同样的一个光去照的话,其他的地方就是浪费的。如果我们把一个光聚到植物体上去照,它小的时候给它小一点,大的时候光斑大一点,这样的话我们也可以节省50%左右的能耗。

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  另外我们现在试了,把激光一条线变成一个面,然后再扩散。它的耗能只有LED的1/3~1/5,所以激光被认为是未来很有潜力的一个光源。

  植物工厂技术的突破和植物工厂技术的出现,延伸出了很多产业。比如说植物光源产业,我们植物光源的产业目前来说,占世界上的整个份额的百分之八九十。去年我们出口了大概4.5亿美元的灯,国内用的植物的灯大概20亿左右,这个规模还不是很大,未来的规模会更大。

  假想一下,我们未来可能在很多城市建立这种城市的垂直农场,比如说在北京我们建立一栋大概30层左右的垂直农场,一年的产菜的量大概是1.08万吨,就可以供应周围的4万人一年的蔬菜,所以说这个是非常可观的。

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  退休的职工还有劳动能力,未来我们可以到垂直农场来去参与一些劳动,一方面我们得到了身心的一些锻炼,同时我们还有收获。一些城市居民需要体验农业的愿望也可以实现,这种家庭种菜的小、装备,一方面满足自己新鲜蔬菜的需求,同时可以有参与感、体验感和幸福感。

编辑:严志祥

来源:农业照明网