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随着中国农业产业环境的变化、城市人口的增加以及植物工厂应用成本进一步降低,植物工厂有望迎来发展的黄金期
植物工厂是用高科技打造的现代农业可持续生产系统.在这个生产系统中,采用立体栽培技术进行周年生产,植物产量是传统农业产量的几十倍甚至上百倍,产出的植物品质达到绿色甚至有机品质.目前世界上仅有日本、美国和荷兰等少数发达国家掌握这项技术,其中日本科技企业建设有大量植物工厂.我国植物工厂发展时间尚短,还处于科研、试验、示范阶段.但植物工厂作为一种新兴农业生产模式,已经开始在花卉、蔬菜等品种的栽培中使用并被越来越多人接受.未来随着中国农业产业环境的变化、城市人口的增加以及植物工厂应用成本进一步降低,植物工厂有望迎来发展的黄金期.
从《火星救援》到植物工厂
电影《火星救援》中有这样一幕：宇航员马克是一名植物学专家,当他被独自遗留火星后,为了克服生存威胁,开始在没有合适的土壤和空气的情况下,一步步手动盖起一座马铃薯生产工厂,用自己的排泄物和人造水浇灌土豆成长.最终孤身留在火星上的宇航员马克在火星荒漠上种出了土豆,并靠种土豆、吃土豆生存500天.
看完《火星救援》后,很多人都开始想象如何在贫瘠的荒漠上依赖科学智慧养活自己.宇航员马克在火星基地的室内铺好火星土壤,生产出了宝贵的土豆.而在实际生活中,亦有人在高楼林立、寸土寸金的中国城市里建起了植物工厂.
台湾人萧俊丞从2013年起开始在北京CBD创建“植物工场”.这片位于东三环高档写字楼地下空间的“菜地”约50平方米,狭长的空间里整齐地摆放着一排四层高的货架,通过直流冷光LED照明和流动的营养液来培养蔬菜,每月可收获新鲜蔬菜一千斤.由于采用无尘车间生产,摆脱了土壤污染、水源污染和空气污染,保证了蔬菜的品质,越来越多的人开始上门寻求合作.由于需求量大,萧俊丞又在北京丰台郭公庄建设了另外一座“植物工场”, 以满足越来越多企业、写字楼、餐厅及家庭的要求.
在人们的印象中,中国有广阔的土地,可以栽培大量的果蔬产品,好像植物种植和科技的距离还比较遥远.但是真实的情况却比较复杂.业内专家表示,我国大田露地农业生产系统虽然面积较大,但是其产能和稳定性却一直较低.其中原因包括从农业生产资源的数量和质量上看,土地、水肥、人力资源的数量和质量都在下降.另外,由于农业环境的污染、自然灾害频发、季节干扰大.大田农业受季节干扰很大,中国北方在冬季根本无法进行大田农业生产,还有就是即使使用温室栽培,但是人为干预能力差.比如去年12月下旬,受雾霾天气影响,北京市昌平区温室大棚光照普遍不足,草莓生长发育受到极大影响,上市时间比原计划推迟了半个月左右.
基于上述原因,设施农业虽然在我国得到大力发展,但这种低端的设施农业,包括塑料大棚、日光温室等,其产能和稳定性一直比较差,增产和稳产的潜力有限,那么如何才能人为控制光照、水分、养料、温度等条件来提高果蔬产量和质量呢?
结合目前人类已有的技术,解决办法只能是发展“植物工厂”. “植物工厂”的定义就是通过设施内高精度环境控制,来实现作物周年连续生产的系统,这个系统不受或很少受自然条件的制约,是一种高效农业生产方式.李克强总理2015年提出,要“通过升级创新农业生产系统,提升农业装备的级别,用工业的理念发展农业”,就是这个意思.只有通过这种方法,我们才能用有限的资源、有限的空间生产更多的粮食和食物.
4月20日,第十七届中国（寿光）国际蔬菜科技博览会在寿光开幕.其中十号展馆的“植物工厂”就是一项样板工程.该植物工厂是利用物联网系统对植物生长的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度及营养液等环境条件进行实时监测和自动控制,使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产.其智能精准采集系统可以实时无线采集温度、湿度、土壤酸碱度、肥力指标、农残等数据,智能节水节肥控制系统可根据土壤肥力指标、酸碱度等数据控制智能管控水阀.另外,该工厂还将光伏太阳能发电应用到植物工厂中,除可作LED植物补光系统外,还可应用到营养液循环系统、生物杀虫灯和自动化控制系统等,有效降低植物工厂的成本.
日本科技企业大量建设植物工厂
植物工厂是一种新兴农业生产模式,可广泛用于花卉、蔬菜、药材和食用菌种植栽培,目前这种技术主要被荷兰、日本、美国等发达国家掌握,其特点是在高科技支撑下,作物栽培可以不受或者很少受外界自然条件制约.
据了解,植物工厂可以大幅提高单位土地利用率、产出率和经济效益.由于自动化程度高,所以其还具有生产计划性,使农产品安全无污染,生产操作省力.
植物工厂可以在极端恶劣的环境条件进行生产,有利于农业摆脱资源和环境的限制,实现农业的可持续发展.因此,植物工厂被认为是21世纪解决世界资源人口和环境问题的重要途径,也是未来高科技工程（如航天工程、海洋探索过程）中实现食物自给的重要途径.
在日本,由于人口老龄化日趋严重,植物工厂在日本获得了广泛应用.
近年来,日本科技界建设了大量的植物工厂,东芝、富士通、松下、夏普等电子行业巨头纷纷将闲置的工厂改装为高科技温室大棚,种植无菌蔬菜,很多电子工程师也随之摇身一变,成为新时代“农夫”.
日本国民自古有吃生菜的习惯,而生菜等叶菜又特别适合在植物工厂内种植,一些有实力的公司便纷纷介入开发（比如三菱、松下等）,每年都有新技术推出.以横须贺东芝无尘室农场（Toshiba Clean Room Farm Yokosuka）为例,该农场位于神奈川县横须贺市,由原来的软盘工厂内的四层建筑改建而成,占地面积近2000平方米.培育的绿叶蔬菜有散叶生菜、玻璃生菜、直立生菜、瑞士甜菜、雪菜、菠菜、芝麻菜等.该植物工厂从播种到栽培,工人会根据菜苗的成长阶段,细心地为每株菜苗更换栽培棚.在播种阶段,工人会将种子种在小盒子的海绵上,然后放在托盘的孔中.而在栽培阶段,随着植物的生长,小盒子会被换到孔间隔更大的托盘上.根据植物大小而改变栽培密度并更换到高度不同的栽培棚的方式可以更有效地利用空间.
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参考文献：
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