與大棚種植相比，成都“超級(jí)植物工廠”的最大特點(diǎn)是讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全擺脫了對(duì)自然環(huán)境的依賴

　　真正讓植物工廠走向規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用的，是中國(guó)科學(xué)家多年來的不懈探索

　　我們的目標(biāo)，是讓垂直植物工廠走進(jìn)千家萬戶，讓每個(gè)城市都有“農(nóng)業(yè)摩天大樓”

　　文 |《瞭望》新聞周刊記者 李力可

　　清晨，成都溫江區(qū)朝陽初升，喚醒天府之國(guó)的田野，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所的“超級(jí)植物工廠”內(nèi)，一場(chǎng)“生長(zhǎng)奇跡”正不分晝夜地上演。

　　嚴(yán)格消殺后走進(jìn)工廠“車間”，迎面是層層疊疊的種植架，一株株草莓在LED燈的照射下健康生長(zhǎng)。技術(shù)人員“全副武裝”，檢查不同品種草莓的生長(zhǎng)狀況：“這一茬草莓7月栽種，現(xiàn)在已經(jīng)成熟采摘?！?/p>

　　站在車間玻璃幕墻前，工廠負(fù)責(zé)人、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所副研究員彭潔指著墻上的監(jiān)控屏幕說，與大棚種植相比，“超級(jí)植物工廠”最大特點(diǎn)是讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全擺脫了對(duì)自然環(huán)境的依賴。

　　這座“超級(jí)植物工廠”，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)打造。通過多層垂直種植、環(huán)境精準(zhǔn)控制、模塊化設(shè)計(jì)、人工智能管理，實(shí)現(xiàn)植物在完全由人工營(yíng)造的“最優(yōu)環(huán)境”里，以遠(yuǎn)超自然環(huán)境的效率生長(zhǎng)。推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從田間地頭向更高效、智能、可控的方向發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式上引發(fā)一場(chǎng)面向未來的變革。

在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所“超級(jí)植物工廠”，工作人員正在對(duì)草莓進(jìn)行管護(hù)（2025 年 8 月 19 日攝） 李力可攝 / 本刊

　　垂直植物工廠的中國(guó)探索

　　當(dāng)耕地被不斷擴(kuò)張的城市擠壓，當(dāng)極端氣候變化擾亂農(nóng)業(yè)生產(chǎn)……如何在有限的耕地上實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展？

　　“像工業(yè)生產(chǎn)線一樣高效，像實(shí)驗(yàn)室一樣精準(zhǔn)，抬高農(nóng)業(yè)天花板，這是植物工廠應(yīng)該呈現(xiàn)的樣子?！闭劦街参锕S的愿景，中國(guó)植物工廠奠基人、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所首席科學(xué)家楊其長(zhǎng)充滿信心。

　　植物工廠的歷史，最早可以追溯到20世紀(jì)50年代的丹麥，隨后美國(guó)、奧地利等歐美國(guó)家迅速跟進(jìn)。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）為解決太空食物供應(yīng)問題，研究植物工廠技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)“封閉環(huán)境下的植物種植”。日本從1974年開始研發(fā)植物工廠，建成了國(guó)際上最早的商用型植物工廠。

　　受傳統(tǒng)光源能耗成本的限制，植物工廠商業(yè)化應(yīng)用一直較為緩慢。真正讓植物工廠走向規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用的，是中國(guó)科學(xué)家多年來的不懈探索。

　　20世紀(jì)80年代，還是農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)大學(xué)生的楊其長(zhǎng)關(guān)注到國(guó)外對(duì)植物工廠的研究，他意識(shí)到這種技術(shù)未來可能對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。作為從農(nóng)村走出來的大學(xué)生，想起小時(shí)候一家人吃不飽飯的日子，看到父輩在土地上辛勤勞作仍難以擺脫貧困，心中埋下了通過科學(xué)技術(shù)改變農(nóng)業(yè)落后面貌的理想。

　　2005年，在荷蘭瓦赫寧根大學(xué)訪學(xué)期間，楊其長(zhǎng)看到一位外國(guó)同事研究如何將發(fā)光二極管（LED）作為植物栽培的光源，讓一直在尋找植物工廠光源解決方案的楊其長(zhǎng)眼前一亮。

　　“那時(shí)國(guó)際上的植物工廠方案都采用不可調(diào)光的熒光燈或高壓鈉燈，能耗大，易發(fā)熱，靠近照射時(shí)可能把植物‘烤死’。”當(dāng)時(shí)，楊其長(zhǎng)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的同事們正在研究植物工廠技術(shù)，一度苦于沒有合適的光源，這次偶然發(fā)現(xiàn)，讓難題有了突破口。

　　“LED光源光譜可調(diào)、不發(fā)熱、能耗低、壽命長(zhǎng)，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)找到合適的LED光源不容易。”幾經(jīng)周折，楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)終于以1平方米10萬元的價(jià)格裝配了第一塊用于實(shí)驗(yàn)的LED光源板。

　　楊其長(zhǎng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)迅速投入到LED光源的研發(fā)與優(yōu)化中，“當(dāng)時(shí)歐美、日本的水培技術(shù)、人工光技術(shù)都已經(jīng)有了積累，我們彎道超車的機(jī)會(huì)在鮮有人涉足的LED光源上。”

　　通過不斷試驗(yàn)不同波長(zhǎng)的LED燈光組合，楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)希望找到最適宜植物生長(zhǎng)的光譜配方。

　　“不是所有光譜植物都可以吸收，比如植物是綠色的，就不怎么吸收綠光?！睏钇溟L(zhǎng)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究紅光和藍(lán)光對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。他們還發(fā)現(xiàn)，一些信號(hào)光譜如紅外光能夠增大葉片面積，具有促進(jìn)光合作用的功能；紫外光有助于提高作物品質(zhì)，能讓作物在苗期生長(zhǎng)得更加健壯。

　　2009年，楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)研制出國(guó)內(nèi)首個(gè)商業(yè)化植物工廠并在長(zhǎng)春成功展出，這個(gè)200平方米的植物工廠，標(biāo)志著中國(guó)植物工廠技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向了商業(yè)化應(yīng)用。

　　此后，楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開發(fā)了家庭植物工廠，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓用戶遠(yuǎn)程控制植物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了家庭用戶在家中種植蔬菜和經(jīng)營(yíng)小型農(nóng)作物的可能。

　　為引發(fā)農(nóng)業(yè)質(zhì)變播種

　　垂直植物工廠的背后，是中國(guó)科研工作者多年對(duì)植物生長(zhǎng)規(guī)律的深度理解，轉(zhuǎn)化出一套完整的技術(shù)體系、種植模式，讓植物生長(zhǎng)擺脫對(duì)自然環(huán)境的依賴，推動(dòng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)生根本性變革。

　　——科學(xué)調(diào)配“光配方”，作物生長(zhǎng)提效、節(jié)能雙突破。

　　光是植物生長(zhǎng)的核心能量來源，不同植物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)光的需求各不相同。楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)基于對(duì)植物光生物學(xué)的深入研究，提出了“光配方”概念，根據(jù)不同作物的生長(zhǎng)特性，科學(xué)調(diào)配不同波長(zhǎng)光譜比例，構(gòu)建了75種作物、1200多種光配方，實(shí)現(xiàn)了光的精準(zhǔn)調(diào)控。

　　光的精準(zhǔn)調(diào)控一方面大幅縮短作物生長(zhǎng)周期。以生菜為例，大田種植的生菜成熟期通常需要約70天，溫室大棚需要約55天，垂直植物工廠把生菜成熟的周期縮短到35天左右。

　　另一方面有效降低作物生產(chǎn)能耗。據(jù)了解，光的能耗成本占垂直植物工廠成本的60%，通過優(yōu)化光譜組合，楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)將每公斤蔬菜所需電量從10度以上降低到了7.2度。

　　——充分利用垂直空間，單位面積“產(chǎn)量翻番”。

　　在成都“超級(jí)植物工廠”中，每個(gè)生產(chǎn)車間都布置了數(shù)層到十幾層不等的種植架，一個(gè)工人可以完成整個(gè)車間的管理與維護(hù)；生菜工廠則利用機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)20層種植架的自動(dòng)管理。

　　“垂直布局是植物工廠實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)的關(guān)鍵?！睏钇溟L(zhǎng)說，多層立體種植模式充分利用了空間資源，提升單位面積種植效率，人力成本大幅下降。

　　以草莓為例，工廠總面積2200平方米，共有5個(gè)車間立體栽培草莓，除去其他設(shè)施空間，每個(gè)車間種植草莓的面積只有200多平方米，實(shí)際種植面積相當(dāng)于3～4畝普通農(nóng)田，整個(gè)工廠種植草莓株數(shù)達(dá)13萬多株，每天產(chǎn)量400斤，全年產(chǎn)量73噸，產(chǎn)能是傳統(tǒng)露地草莓的30～40倍。

　　——精準(zhǔn)調(diào)控環(huán)境要素，定制“高附加值”品種，作物價(jià)值與市場(chǎng)需求深度綁定。

　　成都“超級(jí)植物工廠”的特點(diǎn)之一，是能夠?qū)Νh(huán)境要素精準(zhǔn)調(diào)控。在這里，植物的每一滴水、每一份養(yǎng)分、每一個(gè)燈光都精確調(diào)配，二氧化碳也能實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)給，所有車間的溫濕度都精準(zhǔn)控制。

　　特點(diǎn)之二，是能夠保持車間的潔凈。彭潔說，工廠的空氣和灌溉用水都經(jīng)過過濾系統(tǒng)處理，確保車間達(dá)到十萬級(jí)潔凈度標(biāo)準(zhǔn)，為植物提供純凈的生長(zhǎng)環(huán)境。偶有病蟲害，也可通過生物防治技術(shù)治理，最大程度減少農(nóng)藥使用。

　　這些特點(diǎn)能夠定向增強(qiáng)作物的特定功能性成分，生產(chǎn)出高附加值農(nóng)產(chǎn)品。

　　“目前，受生產(chǎn)成本限制，不是所有作物都適合在垂直植物工廠里種植?！迸頋嵳f，“我們選擇品種的標(biāo)準(zhǔn)是‘高附加值、高需求、高差異化’?！北热绮葺嬖谑┯棉r(nóng)藥多、不能周年供應(yīng)的痛點(diǎn)，消費(fèi)者愿意為安全、新鮮買單；又如丹參、黃芪等中藥材，藥企需要“無重金屬、無農(nóng)藥殘留”種苗，垂直植物工廠剛好能滿足這些需求；再如富硒油菜，通過營(yíng)養(yǎng)液添加硒元素，讓油菜的硒含量達(dá)到“功能性食品”標(biāo)準(zhǔn)，這種油菜產(chǎn)品可以作為食品、藥品及護(hù)膚品的生產(chǎn)原料。

　　“未來，垂直植物工廠將成為工業(yè)與農(nóng)業(yè)結(jié)合的樣板，作為多樣化產(chǎn)品的上游原料供應(yīng)基地，根據(jù)下游產(chǎn)業(yè)的需求，生產(chǎn)不同功能成分的作物原料。目前已有十多種功能植物正在進(jìn)行培育實(shí)驗(yàn)?！迸頋嵳f。

　　讓每個(gè)城市都有“農(nóng)業(yè)摩天大樓”

　　“垂直植物工廠不是完全替代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，而是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的補(bǔ)充。它能在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)做不到的地方，做傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)做不到的事?！睏钇溟L(zhǎng)認(rèn)為，在全球氣候變化、城鎮(zhèn)化率不斷提高的背景下，未來，農(nóng)業(yè)將不再是“靠天吃飯”的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而是“技術(shù)驅(qū)動(dòng)”的超級(jí)產(chǎn)業(yè)，垂直植物工廠將成為保障食物安全的重要手段。我們的目標(biāo)，是讓垂直植物工廠走進(jìn)千家萬戶，讓每個(gè)城市都有“農(nóng)業(yè)摩天大樓”。

　　為實(shí)現(xiàn)這一愿景，中國(guó)科學(xué)家們正加速探索垂直植物工廠與人工智能技術(shù)的深度融合。

　　“通過智能感知、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)控制等技術(shù)手段，讓人工智能優(yōu)化種植技術(shù)方案、改進(jìn)管理方式，實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備的高效協(xié)同調(diào)控，使垂直植物工廠更加智慧?！睏钇溟L(zhǎng)說。

　　同時(shí)，垂直植物工廠還將進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)，降低能耗成本，提升資源利用效率?！拔覀兾磥淼哪繕?biāo)是將光源能耗進(jìn)一步降低至每公斤蔬菜4度電左右，讓垂直植物工廠蔬菜的生產(chǎn)成本接近大棚蔬菜。”楊其長(zhǎng)說。

　　“我們還將與種苗企業(yè)合作，在垂直植物工廠將育苗時(shí)間縮短一半，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；咝в??！迸頋嵳f。

　　在專業(yè)人士看來，各項(xiàng)技術(shù)的不斷深化應(yīng)用讓垂直植物工廠成為“探索未來農(nóng)業(yè)”的試驗(yàn)場(chǎng)，不斷拓展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景：

　　在中東沙漠，利用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)的油氣資源發(fā)電，建設(shè)垂直植物工廠已成為解決糧食安全問題的新嘗試；在新疆，戈壁沙漠節(jié)能溫室正探索如何在沙漠極端氣候條件下實(shí)現(xiàn)高效產(chǎn)出……

　　這，就是垂直植物工廠探索的未來農(nóng)業(yè)，它讓人類對(duì)未來農(nóng)業(yè)的想象不再是遙遠(yuǎn)的未來，而是觸手可及的現(xiàn)在?！?/p>