植物工厂:把庄稼“种”到空中,把高楼大厦变成农场

文章来源:聚英云农 发布时间: 2022-09-14 10:26:31
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土地是传统农业的载体和根本。但人口的持续增长、土地资源的枯竭、极端气候事件的频发,已经使传统农业的发展到了“瓶颈期”。

因此,科学家们提出了“垂直农业”的概念,也就是利用先进的种植技术,把农业向上延伸,而不是向外扩展。这来源于对植物生长机理的理解和利用——我们知道,植物生长靠太阳,它们利用太阳光进行光合作用,把空气中的二氧化碳和水转变成葡萄糖、淀粉等有机物,这样就可以长高、长大,直到开花结果,繁育后代。

“植物工厂”为乡村振兴注入新动能
 

 

垂直农业利用的就是这个原理,即在适宜的条件下,只要给植物足够的光和必需的营养,就可以实现植物的室内种植——把庄稼“种”到空中去,把一幢幢高楼大厦变成一座座农场,用车间生产的办法来生产粮食和瓜果,甚至鸡鸭鱼肉。

这种植物产品生产的工厂化农业系统,就是“植物工厂”。

植物工厂是对光、温、湿、二氧化碳及营养等生长环境条件全智能控制的植物高效稳定生产系统。目前,植物工厂是设施农业发展的高级阶段,被看成农业产业化领域的“活力股”和“潜力股”,代表着未来农业的发展方向。研究发现,只要对生长环境进行控制,就可以对植物的生长周期进行调控。通过增加光照、改变“光配方”、改善营养液成分等,就可以实现对植物生长周期和生长状态的控制。比如,生菜和小白菜在农田里栽培需要30-40天才能收获,但是在植物工厂中种植,仅需20天左右。因此,在植物工厂里,植物生长在人工王国,只要有足够的光照(能量)和营养(水分、空气、矿物质等),水果、蔬菜乃至粮食就可以“长了一茬又一茬”,几乎不受外界的天气、光照和土壤环境的影响。

工作人员在“植物工厂”育苗室内观察生菜生长情况。
 

植物工厂要求固定的设施,首先需要计算机和多种传感器对环境进行精确控制、测量和反馈。简单说来,就是根据不同的植物来设置温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等,还要实时测量植物的生长和生理状态,生成数据并反馈至控制系统,对环境进行动态调节。因此,植物工厂依赖的是对设施的高精度智能化控制。

研究发现,光质影响植物光合作用和光信号调节,在植物生长、表型与抗性中起重要作用,不同的植物对不同光谱的光(光质)具有偏好性。LED植物生长灯就是室内种植环境的“小太阳”,通过采用不同的LED光源,可以实现对光波和光谱的精确控制和搭配。比如,优化红光/远红光的比例,可以提高三色堇的开花数量和质量,如果想让石竹花的花青苷含量增加,花色红艳,建议增加680nm的光;而要想长出又大又肥厚的绿油油的生菜,就需要多用蓝光和红光。我国的研发人员根据植物对光环境的要求,开发出了80多种专用光配方,用以满足不同植物的生长发育需求。

没有土壤,植物工厂中的植物“吃”什么?

和田野生产不同,植物工厂要求洁净的栽培空间,对某些育苗、组织培养型的植物工厂来说,甚至需要无菌培养室。在这种条件要求下,就需要以营养液来“饲喂”植物。植物工厂采用循环流动的营养液来为植物提供营养。

我们常说,萝卜青菜,各有所爱,不同的植物也有不同的“口味”和“取食偏好”。比如,叶菜类、茄瓜类、花菜类的蔬菜,对营养液的要求各不相同,食用类和药用类的植物对于营养液的成分、酸碱性、温度等也有不同的“挑剔”程度。这就要求植物工厂内对营养液进行个性化配制、灭菌、输送和回收,实时监控营养液发生的变化并自动补充和校正,确保植物时刻处于一个稳定优良的营养液环境中。

由此看来,只要做到精准的人工控制,就可以在植物工厂里实现万物生长的梦想。植物工厂技术的突破,使高楼农场、荒漠农场、太空农场、航海农场、极地农场等成为可能。根据目前的技术水平,1万平方米的百层大楼可日产生菜、小白菜180吨,如果建设植物工厂,4栋大楼就能满足新加坡 600万人每年25万吨蔬菜的需求。我们也可以想象,只要在舰船上、空间站上建造规模合适的植物工厂,带上种子、水和营养物质,利用太阳能或其他清洁能源,就可以长出既新鲜又有营养的粮食、蔬菜和水果来,解决航海、航天、沙漠、极地等环境中的吃饭问题。

当然了,你也可以在自家的厨房、客厅和书房,设置功能不同、格调各异的微型植物工厂,让生活和工作更有趣味。

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