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新華網北京6月12日電 題: 上海農科院：植物工廠里大有乾坤
新華網 谷雨
初夏的上海崇明島，陽光正穿透玻璃房，灑向由一排排“貨架”組成的“植物工廠”。在這充滿“賽博感”的空間里，沒有土壤，黃瓜、番茄、生菜等蔬菜植物也能實現正常生長。來自上海市農業(yè)科學院（簡稱“上海農科院”）的何立中團隊正觀測并記錄植物生長情況，為接下來栽培技術研究工作做準備。
這座植物工廠，坐落于上海農科院下屬的國家設施農業(yè)工程技術研究中心，依托一套復雜的智能控制系統，高精度自主調控滿足植物對光、溫、水、肥、氣等營養(yǎng)要素的需求，讓植物處于最佳生長狀態(tài)，從而種植出產量更高、品質更優(yōu)的蔬菜產品，打破時間和空間限制,使農業(yè)種植不再依賴“靠天吃飯”。
植物工廠代表著未來農業(yè)的發(fā)展方向,是現代設施農業(yè)發(fā)展的高級階段，也是農業(yè)高新技術成果落地應用最具活力和潛力的領域之一，吸引著無數科學家關注。如何實現植物工廠的高效生產，以及資源充分利用，一直是該領域研究熱點。“我們希望通過研究植物工廠，能早日實現大規(guī)模商業(yè)化，更好滿足大眾對于安全、新鮮、品質蔬菜的消費需求，助力農業(yè)產業(yè)化邁向更高臺階。”何立中說。
為蔬菜農業(yè)生產提供全新模式
據何立中介紹，植物工廠是一種先進的蔬菜栽培模式，不受自然環(huán)境條件約束，讓植物作物產速更快、產量更高、品質更好。首先，植物工廠的種植速度更快，比如從育苗到摘下新鮮生菜，一般只需要28天-35天，大大縮短了生長周期。其次，植物作物可以像商品一樣在“貨架”上堆疊，沒有空間限制，作物產量比傳統種植普遍提高了10-20倍。
除此之外，傳統種植模式下，由于環(huán)境條件無法精準管控，植物病蟲害等問題凸顯，只能通過打農藥解決，何立中說，“在這里，蔬菜都不需要打藥，可以直接摘下來吃。”高品質意味著更高的安全性和營養(yǎng)價值，甚至還能實現蔬菜鉀等微量元素定制。
據了解，何立中團隊由上海市農業(yè)科學院園藝所及信息所的科技人員組成，長期從事植物工廠無土栽培、智慧農業(yè)等相關研究，具有深厚的農學背景。崔佳維是該團隊的“主力隊員”，負責環(huán)境控制管理等方面的工作。她表示，植物也是生命體，需要“好好吃飯”才能健康成長。植物工廠的關鍵技術之一，就是對各營養(yǎng)要素精準調控，耦合出最適合其生長的營養(yǎng)環(huán)境。
光源不僅有陽光，用LED 燈也可進行人工補光；溫度和濕度由空調和風扇控制；配置好的營養(yǎng)液經由營養(yǎng)液控制系統實現自動灌溉；二氧化碳濃度也由專業(yè)設備進行控制......借助大量傳感器的支持，這些操作環(huán)節(jié)的背后，是植物即使在極端環(huán)境之下，也能健康成長。
何立中團隊曾為我國南極科考隊員提供極端環(huán)境的蔬菜種植培訓。此前，由于極地氣候惡劣，科考隊員往往無法吃到新鮮蔬菜。2014年和2015年，南極長城站、中山站相繼建成溫室，但科考隊員沒有蔬菜種植經驗。何立中團隊接到任務，在崇明基地1∶1建造了模擬溫室，為科考隊員在仿真南極條件下提供培訓，教科考隊員“種蔬菜”。
不止于此，在南極溫室中遇到種植難題，何立中團隊還會為科考隊員們進行遠程指導，確保蔬菜健康成長。截至目前，已經有7批科考隊員先后在崇明接受培訓，可以說，這支團隊為植物工廠的發(fā)展，提供了可參考、復制的“樣本”，還為“植物工廠”科研領域帶來了更多寶貴經驗。
仍需探索能耗與成本的平衡點
目前，許多國家都將植物工廠作為提升農業(yè)綜合效益和國際競爭力的重要途徑之一。我國農業(yè)也正處于轉型升級關鍵期。
為了促進植物工廠持續(xù)健康發(fā)展，2023年，上海市農業(yè)科學院還成立了“垂直農場創(chuàng)新研究平臺”，開展綠葉菜、草莓、大麥草和西紅花等相關研究。從科研角度來說，何立中認為，兼顧產量、品質和能耗成本，找到植物作物生產的最佳平衡點，絕非易事。而植物工廠的研究，涉及到新材料、新技術和新裝備等眾多學科，需要更多擁有跨學科背景的人才。
與何立中一樣，丁小濤也是團隊的“元老”，負責植物工廠蔬菜高效生產及節(jié)能增效方面的研究，還致力于加強數字技術與高效農業(yè)生產深度融合。丁小濤表示，要客觀認識到當下植物工廠的發(fā)展階段，產學研各界需要集中各方面資源力量，加快科技攻關。丁小濤說，“我們期待與業(yè)界進行更多交流。”
去年，在何立中和丁小濤的帶領下，團隊參加了“光明多多垂直農業(yè)挑戰(zhàn)賽”暨第三屆“多多農研科技大賽”，挑戰(zhàn)在迷你的集裝箱里種植“翠恬”生菜，最終收獲冠軍。談及比賽結果，丁小濤認為，贏得比賽的關鍵是優(yōu)化了植株生長和能耗之間的平衡關系，最終以產量優(yōu)勢，幫助他們取得了第一名的好成績。
比賽的結束也是新一輪研究的起點。通過比賽，何立中團隊還開發(fā)了一個決策管理系統，以及能夠推廣應用的光配方、作物模型系統，目前正在申請專利和軟件著作權中。“比賽讓我們重新認識了植物工廠軟硬件技術、環(huán)境調控技術、智能化技術等方面的復雜性，發(fā)現了更多值得研究的問題。”何立中說。
這也正是拼多多作為平臺企業(yè)連續(xù)主辦四屆農研比賽的題中之義，由比賽帶動的小規(guī)模試點投產，將促進農業(yè)科研的研究成果，更快向社會價值做轉化。消費者獲得更好的口感體驗、平臺企業(yè)深入到市場上下游、科研方增加了產業(yè)視角、農業(yè)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，這是一個多贏的成果。
今年，新一屆比賽已經開啟，何立中和丁小濤率領團隊第二次參加比賽。針對投入大、成本高這一阻礙植物工廠發(fā)展的行業(yè)難題，今年的比賽要求參賽隊伍自己動手，在規(guī)定的預算范圍內，將標準集裝箱改造為“新農田”，設計智慧種植方案進行生菜生產。
考核維度上，生菜品質與產量依舊是兩大重點指標，不同的是，去年考查的能源消耗變?yōu)榻衲甑募b箱建設成本控制及合理性考量。面對新課題，作為團隊負責人的何立中壓力陡增，“對于今年的比賽，我們將繼續(xù)發(fā)揮在種植方面的優(yōu)勢，同時將進一步聯合更多懂知識、懂技術的‘小伙伴’，探索產業(yè)界關注的植物工廠降本增效問題，以創(chuàng)新思維和跨學科視角助力鄉(xiāng)村振興。”
面向未來的科研，何立中團隊表示，將不斷提升自身專業(yè)能力，立足“田間地頭”揮灑汗水，讓中華大地結出更多更好的豐碩科研果實。
“實際上，大家聚在一起是為了找一條發(fā)展的道路，一條從汗水農業(yè)轉向智慧農業(yè)的科學路徑。”拼多多高級副總裁、首席發(fā)展官朱政說。
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