中科院研究員：三五年后，商業(yè)化植物工廠大量出現(xiàn)

　　20世紀(jì)40年代以來，以“礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”為理論基礎(chǔ)的營養(yǎng)液栽培技術(shù)的應(yīng)用與推廣，以及1949年美國植物生理和園藝學(xué)家F.W.Went教授在加州帕薩迪納建立的第一座人工氣候室引發(fā)的“人工模擬生態(tài)環(huán)境”領(lǐng)域的革命性突破，為植物工廠的出現(xiàn)孕育了成熟的條件。1957年丹麥誕生了世界上第一家植物工廠。之后日本等國相繼跟上。

　　“植物工廠”(Plant Factory)一詞最早由日本提出，狹義上是指人工光型的植物生產(chǎn)系統(tǒng)。

　　在車間模擬的環(huán)境中，營養(yǎng)液替代了土壤，將足夠的養(yǎng)分輸送給植物。在植物生長過程中，溫度、濕度、二氧化碳濃度也通過計(jì)算機(jī)控制在可控制的范圍內(nèi)。

　　2016年6月，位于中國福建省泉州市安溪縣湖頭鎮(zhèn)的中科三安生物植物工廠正式投產(chǎn)，占地面積10000平方米。它是目前全球最大的植物工廠。作為后起之秀，中國在植物工廠的這一動(dòng)作不可謂不大。

　　當(dāng)時(shí)，作為國內(nèi)光電產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)的三安集團(tuán)，找到了中科院，表達(dá)了想要合建植物工廠的想法。希望能結(jié)合三安光電產(chǎn)業(yè)方面的優(yōu)勢，和中科院植物所植物科學(xué)的優(yōu)勢，發(fā)展這一光生物學(xué)產(chǎn)業(yè)。中國科學(xué)院植物研究所研究員李紹華，彼時(shí)即將面臨退休，認(rèn)為這是一項(xiàng)值得嘗試的挑戰(zhàn)，也是為國家的戰(zhàn)略需求在服務(wù)，最后接受了邀請(qǐng)，來到了福建，擔(dān)任植物工廠研究院院長。

　　說到植物工廠的前景，李紹華會(huì)興奮地講起自己在坐飛機(jī)時(shí)看到的《火星救援》的經(jīng)歷。他認(rèn)為電影中在太空建立糧食儲(chǔ)備的方法，接近植物工廠正在做的工作。他相信，植物工廠憑借其在產(chǎn)能、食品安全上的優(yōu)勢，在勞動(dòng)力成本不斷提高的將來，相比傳統(tǒng)的大田栽培，會(huì)越來越有競爭力，更大范圍地惠及百姓。

　　? 中國科學(xué)院植物研究所研究員李紹華

　　植物工廠是什么

　　問：為什么會(huì)覺得植物工廠是一個(gè)大的發(fā)展方向呢?能談一談建設(shè)植物工廠的意義嗎?

　　李紹華：上個(gè)世紀(jì)的時(shí)候，有一個(gè)美國人(注：美國國際觀察員萊斯特·布朗)就問，全世界人民，誰來養(yǎng)活中國人?為什么呢，中國人太多了，土地面積少。從目前世界上的發(fā)展趨勢來看，人口增加是肯定的?，F(xiàn)在全世界70多億人，可能再過二十年、三十年就變成一百億了。地球承載的能力會(huì)越來越差。這么多人怎么生存?首先要解決一個(gè)糧食問題。

　　從目前來講，做植物工廠，第一目標(biāo)是解決全世界的糧食安全問題。打個(gè)簡單的比方，我們現(xiàn)在做植物工廠，所有的糧食或蔬菜都會(huì)在室內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)。它不取決于你的土地面積是多少。它可以在上面取一群高的房子，在每一層做植物生產(chǎn)。這個(gè)條件下，所能夠生產(chǎn)的糧食，在同等面積上可能是現(xiàn)在傳統(tǒng)土壤上生產(chǎn)的100倍、1000倍，甚至更多。

　　第二，隨著工業(yè)的發(fā)展，土壤環(huán)境質(zhì)量越來越差，農(nóng)藥、化肥很多，食品安全成為全世界關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。在植物工廠的生產(chǎn)，所有的環(huán)境條件都是可控的。尤其是我們會(huì)嚴(yán)格地控制病害和蟲害，不會(huì)有重金屬進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)里面。

　　還有一些其他的重大的戰(zhàn)略意義。大家可能看過一個(gè)電影叫火星救援。人類移居太空以后，怎么建立一個(gè)糧食自給自足的循環(huán)系統(tǒng)?這也是我們植物工廠可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一。除此之外，我們的邊防、海島啊，在一些條件很嚴(yán)酷的地方，植物工廠可以滿足國防人員在邊境上對(duì)食物的需求。

　　問：您在看到《火星救援》里的場景時(shí)，心情是怎樣的?

　　李紹華：看那個(gè)電影的時(shí)候，我正好在飛機(jī)上?？戳艘欢?，印象很深刻。感覺到我們現(xiàn)在做的這些試驗(yàn)、研究，在將來的某一個(gè)時(shí)間，可能會(huì)把現(xiàn)在的科幻變成真正的現(xiàn)實(shí)。

　　如果人類有一天要離開地球，去外星生存，肯定是面臨這么個(gè)狀況?？赡懿粫?huì)像他們演的那樣，畢竟它跟現(xiàn)在的技術(shù)結(jié)合得少。但是理念基本是這樣的：在一個(gè)地方，能夠真正實(shí)現(xiàn)所有東西的循環(huán)，無論水還是肥料，實(shí)現(xiàn)植物的生長。

　　此“光”非彼“光”

　　問：除了水之外，對(duì)于植物的生產(chǎn)，還有大自然中非常重要的光。植物工廠的光能完全取代自然光，或者說模擬自然光嗎?

　　李紹華：不是這樣。從植物生長的角度看，太陽光是全光譜，從紅外到紫外，甚至更長的波段都有，能量是這么分布的。對(duì)植物來講，某些波段長度的光，對(duì)生長是必須的。并不是說我們需要把整個(gè)太陽光全部都放置在里面。

　　我們的光，從強(qiáng)度、從植物的利用角度，完全可以達(dá)到這個(gè)要求，甚至比自然光更好。比如說我們做生菜，不需要纖維素含量那么高，但口感反而比外面賣的菜更好。我們通過研究，獲得一個(gè)特殊的光譜。根據(jù)它的強(qiáng)度和所需要的光的波長，不同的植物用不同的光譜去做它。

　　問：也就是說，在植物工廠里，對(duì)環(huán)境條件的控制可以對(duì)植物的生長態(tài)勢進(jìn)行控制。這對(duì)于我們?cè)耘嘁恍?duì)環(huán)境要求苛刻的植物會(huì)有幫助嗎?

　　李紹華：在人工大田栽培條件下，一些比較困難的作物種植，可能通過植物工廠的栽培來實(shí)現(xiàn)。

　　植物或者動(dòng)物為什么會(huì)瀕危?因?yàn)樵耘喹h(huán)境不太適合它生長。比如說金線蓮，傳統(tǒng)金線蓮是野生的。大概二十多年前開始人工栽培，現(xiàn)在很多都進(jìn)行人工栽培。

　　但是，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在野生的條件下，很少能找到金線蓮。而在人工栽培條件下，最大的問題是病害和蟲害相當(dāng)嚴(yán)重。我們?cè)谥参锕S條件下，不僅要生產(chǎn)一些新的食物，還有一個(gè)重要的目標(biāo)：我們生產(chǎn)的產(chǎn)品，尤其是藥用植物的生產(chǎn)，它的品質(zhì)會(huì)保證非常一致，因?yàn)槭窃谌斯た刂茥l件下進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。

　　過去經(jīng)常提到中藥現(xiàn)代化的一個(gè)最大的問題，是提供藥材的穩(wěn)定性比較差。藥材的道地性，就是某一個(gè)地方生產(chǎn)的某一個(gè)產(chǎn)品，比其他地方生產(chǎn)的藥材品質(zhì)更好。除了地域差別外，同一個(gè)地區(qū)，不同的年份、同一年不同的月份，它所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，都存在很大的差別。

　　植物工廠所有植物生產(chǎn)、生長的環(huán)境條件是完全一致的。在不同的時(shí)間、不同車間生產(chǎn)的產(chǎn)品比較相同，保證提供的原料的一致性。

　　另外我們會(huì)通過一些人工措施，包括燈或者其他設(shè)備，來提高所需要的功能性化合物的含量。每一種藥材為什么會(huì)起作用?是功能性化合物在起作用。通過人工的措施，促進(jìn)有效化合物的合成和積累。提供的藥材產(chǎn)品質(zhì)量可能更高，比傳統(tǒng)人工栽培條件下栽培得更好。

　　技術(shù)突破：模塊式的整合栽培系統(tǒng)

　　問：現(xiàn)在您所在的植物工廠，對(duì)環(huán)境的控制主要通過什么設(shè)備來實(shí)現(xiàn)呢?它跟過去的植物工廠有什么區(qū)別嗎?

　　李紹華：過去的植物工廠做的就是幾個(gè)栽培廠。栽培最常用的，就是我們現(xiàn)在說的鋁合金之類，做一個(gè)栽培層，在里面放點(diǎn)水，進(jìn)行蔬菜或其他東西的生產(chǎn)。這里有個(gè)很大的問題，一是建造的成本很高，二是靈活性很小。

　　現(xiàn)在針對(duì)這樣的問題，中科生物做了一個(gè)設(shè)備，我們稱之為模塊式的整合栽培系統(tǒng)。它把電力系統(tǒng)、水營養(yǎng)系統(tǒng)以及栽培支撐系統(tǒng)，整合在一起。你們可能在我們的工廠里看到了，它采取一種工業(yè)模組化設(shè)備，你可以把任何一塊設(shè)備拆下來，再重新裝上去，很容易。建造的成本也比較低，實(shí)用性非常廣。

　　這個(gè)設(shè)備目前應(yīng)該說是國際領(lǐng)先的。我們也申請(qǐng)了國際專利，正在向國外出口。去年向美國出口，今年正在與日本、新加坡等幾個(gè)國家商談。

　　問：關(guān)于植物工廠的科研和生產(chǎn)，中國在國際上處于什么樣的水平?

　　李紹華：最近十幾年，植物工廠的發(fā)展非?？?。比如日本、中國的臺(tái)北、美國，以及荷蘭等歐洲國家，他們做植物工廠，研究和生產(chǎn)的實(shí)踐都比較久，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中國。中國算是后起之秀。

　　但是其他國家有一個(gè)最大的特點(diǎn)是，真正從事與植物工廠相關(guān)的技術(shù)研究的很少。我們作為中科生物的一個(gè)公司，是真正從產(chǎn)業(yè)角度來做相關(guān)的研究。盡管我們沒有發(fā)表很多文章，但通過最近三四年的研究，在實(shí)際應(yīng)用上取得了一些成績。

　　比如藥用植物的栽培，目前在國際上有人做，但是進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的公司還沒有。我們的金線蓮在7月底馬上要投入大規(guī)模的生產(chǎn)。這在國際上應(yīng)該是處于領(lǐng)先的水平。

　　除此之外，我們現(xiàn)在有關(guān)植物的生產(chǎn)技術(shù)，比如生菜、大白菜、冰菜的生產(chǎn)，處于世界領(lǐng)先水平。日本現(xiàn)在植物工廠做生菜生產(chǎn)，從播種、萌芽開始，到采收，三十五天，大概都在七八十克，我們現(xiàn)在是120克到150克。

　　問：現(xiàn)在植物工廠在縮短植物生長周期、提高植物產(chǎn)量的作用方面已經(jīng)是很明顯了，接下來還會(huì)有怎樣的技術(shù)突破呢?

　　李紹華：我們現(xiàn)在正在做一個(gè)模組，叫高光效力栽培模組。植物光的利用效率會(huì)比我們現(xiàn)在在傳統(tǒng)的模組或者傳統(tǒng)的栽培方式條件下，提高一倍光能利用效率。

　　無論現(xiàn)在還是未來，我們的研究都是緊密結(jié)合著植物工廠產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。另外，我們即將出的第一個(gè)全智能化的栽培模組，馬上就要進(jìn)行驗(yàn)證了。

　　三五年后，商業(yè)化植物工廠大量出現(xiàn)

　　問：目前來看，植物工廠相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，生產(chǎn)成本以及銷售價(jià)格還是比較高的，怎么看待它將來的應(yīng)用市場，如何更大地惠及老百姓，以及緩解人類土地的壓力?

　　李紹華：現(xiàn)在植物工廠的成本相對(duì)來講比較貴，但是我們也會(huì)看到這幾個(gè)問題。

　　首先，在自然條件下，生產(chǎn)蔬菜或者其他作物的時(shí)間是有限制的。打個(gè)比方說，現(xiàn)在要生產(chǎn)生菜，如果你到廈門去，可能就是冬天一季，其他時(shí)間不能生產(chǎn)，生產(chǎn)出來的生菜也不好吃，產(chǎn)量會(huì)很低。如果在植物工廠里生產(chǎn)，除了前面講到的，同等面積條件下，產(chǎn)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于現(xiàn)在的大田生產(chǎn)之外，一年四季的生產(chǎn)都比較穩(wěn)定。一年可能生產(chǎn)20場，甚至更多。這樣的話我們?cè)诋a(chǎn)能上面會(huì)有很多的優(yōu)勢。

　　第二，關(guān)于勞動(dòng)力的成本。我在上世紀(jì)八十年代到法國，那時(shí)候中國人出去第一件事情是吃雞腿。為什么?雞腿很便宜啊。可是蔬菜在國外就非常貴。夏天的黃瓜都是三四法郎。在這些國家，勞動(dòng)力成本提高以后，蔬菜這一類勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)的成本會(huì)越來越貴。

　　隨著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展，中國的勞動(dòng)力成本也會(huì)越來越高。即使這樣，也沒有幾個(gè)老百姓愿意讓自己的孩子去從事農(nóng)業(yè)，你想找人都找不著。

　　我們研究的設(shè)備方向之一，是全自動(dòng)化栽培模組。在這種條件下，它所需要的勞動(dòng)力是極少的。

　　我相信，隨著科技的進(jìn)步，植物工廠的成本會(huì)越來越低，產(chǎn)品價(jià)格會(huì)越來越便宜。相反在大田條件下，勞動(dòng)生產(chǎn)力成本會(huì)越來越高。

　　隨著時(shí)間的推移，我們的產(chǎn)品相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，會(huì)越來越具有競爭力。大家吃的是很安全的食品，但是價(jià)格還不貴。這樣它惠及的老百姓的面會(huì)越來越廣。

　　問：在您看來，未來的植物工廠發(fā)展可能會(huì)有哪些趨勢呢?

　　李紹華：目前來講，三五年之后，國家的植物工廠會(huì)像雨后春筍一樣出現(xiàn)。

　　過去，很多植物工廠都是二十平米、一百平米，大型的兩百平米，不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，搞一點(diǎn)東西送人可以。搞五十平米的，一年能生產(chǎn)多少公斤?但是未來幾年里面，一定會(huì)有大量的幾百平米、上千平米以上的植物工廠出現(xiàn)。真正商業(yè)化的植物工廠會(huì)越來越多。

　　第二，種類會(huì)大幅地增加。現(xiàn)在用于植物工廠生產(chǎn)的種類很少，因?yàn)樗枰挟a(chǎn)量、成本，要找一個(gè)合適的平衡點(diǎn)才能生產(chǎn)。你看到的我們植物工廠生產(chǎn)的這些蔬菜，比如生菜、小白菜、大白菜，都是比較容易獲得經(jīng)濟(jì)效益的。但是在未來三五年以后，種類會(huì)越來越多。西紅柿、麻椒、茄子，都可能在植物工廠里生產(chǎn)。甚至是果蔬。

　　第三，價(jià)格肯定會(huì)越來越便宜，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的價(jià)差會(huì)越來越小。