中科院研究员:三五年后,商业化植物工厂大量出现

20世纪40年代以来,以“矿质营养学说”为理论基础的营养液栽培技术的应用与推广,以及1949年美国植物生理和园艺学家F.W.Went教授在加州帕萨迪纳建立的第一座人工气候室引发的“人工模拟生态环境”领域的革命性突破,为植物工厂的出现孕育了成熟的条件。1957年丹麦诞生了世界上第一家植物工厂。之后日本等国相继跟上。

“植物工厂”(Plant Factory)一词最早由日本提出,狭义上是指人工光型的植物生产系统。

在车间模拟的环境中,营养液替代了土壤,将足够的养分输送给植物。在植物生长过程中,温度、湿度、二氧化碳浓度也通过计算机控制在可控制的范围内。

2016年6月,位于中国福建省泉州市安溪县湖头镇的中科三安生物植物工厂正式投产,占地面积10000平方米。它是目前全球最大的植物工厂。作为后起之秀,中国在植物工厂的这一动作不可谓不大。

当时,作为国内光电产业龙头企业的三安集团,找到了中科院,表达了想要合建植物工厂的想法。希望能结合三安光电产业方面的优势,和中科院植物所植物科学的优势,发展这一光生物学产业。中国科学院植物研究所研究员李绍华,彼时即将面临退休,认为这是一项值得尝试的挑战,也是为国家的战略需求在服务,最后接受了邀请,来到了福建,担任植物工厂研究院院长。

说到植物工厂的前景,李绍华会兴奋地讲起自己在坐飞机时看到的《火星救援》的经历。他认为电影中在太空建立粮食储备的方法,接近植物工厂正在做的工作。他相信,植物工厂凭借其在产能、食品安全上的优势,在劳动力成本不断提高的将来,相比传统的大田栽培,会越来越有竞争力,更大范围地惠及百姓。

♦  中国科学院植物研究所研究员李绍华

   植物工厂是什么  

问:为什么会觉得植物工厂是一个大的发展方向呢?能谈一谈建设植物工厂的意义吗?

李绍华:
上个世纪的时候,有一个美国人(注:美国国际观察员莱斯特·布朗)就问,全世界人民,谁来养活中国人?为什么呢,中国人太多了,土地面积少。从目前世界上的发展趋势来看,人口增加是肯定的。现在全世界70多亿人,可能再过二十年、三十年就变成一百亿了。地球承载的能力会越来越差。这么多人怎么生存?首先要解决一个粮食问题。

从目前来讲,做植物工厂,第一目标是解决全世界的粮食安全问题。打个简单的比方,我们现在做植物工厂,所有的粮食或蔬菜都会在室内进行生产。它不取决于你的土地面积是多少。它可以在上面取一群高的房子,在每一层做植物生产。这个条件下,所能够生产的粮食,在同等面积上可能是现在传统土壤上生产的100倍、1000倍,甚至更多。

第二,随着工业的发展,土壤环境质量越来越差,农药、化肥很多,食品安全成为全世界关注的一个焦点。在植物工厂的生产,所有的环境条件都是可控的。尤其是我们会严格地控制病害和虫害,不会有重金属进入生产系统里面。

还有一些其他的重大的战略意义。大家可能看过一个电影叫火星救援。人类移居太空以后,怎么建立一个粮食自给自足的循环系统?这也是我们植物工厂可能实现的目标之一。除此之外,我们的边防、海岛啊,在一些条件很严酷的地方,植物工厂可以满足国防人员在边境上对食物的需求。

问:您在看到《火星救援》里的场景时,心情是怎样的?

李绍华:看那个电影的时候,我正好在飞机上。看了一段,印象很深刻。感觉到我们现在做的这些试验、研究,在将来的某一个时间,可能会把现在的科幻变成真正的现实。

如果人类有一天要离开地球,去外星生存,肯定是面临这么个状况。可能不会像他们演的那样,毕竟它跟现在的技术结合得少。但是理念基本是这样的:在一个地方,能够真正实现所有东西的循环,无论水还是肥料,实现植物的生长。

   此“光”非彼“光”  

问:除了水之外,对于植物的生产,还有大自然中非常重要的光。植物工厂的光能完全取代自然光,或者说模拟自然光吗?

李绍华:不是这样。从植物生长的角度看,太阳光是全光谱,从红外到紫外,甚至更长的波段都有,能量是这么分布的。对植物来讲,某些波段长度的光,对生长是必须的。并不是说我们需要把整个太阳光全部都放置在里面。

我们的光,从强度、从植物的利用角度,完全可以达到这个要求,甚至比自然光更好。比如说我们做生菜,不需要纤维素含量那么高,但口感反而比外面卖的菜更好。我们通过研究,获得一个特殊的光谱。根据它的强度和所需要的光的波长,不同的植物用不同的光谱去做它。

问:也就是说,在植物工厂里,对环境条件的控制可以对植物的生长态势进行控制。这对于我们栽培一些对环境要求苛刻的植物会有帮助吗?

李绍华:在人工大田栽培条件下,一些比较困难的作物种植,可能通过植物工厂的栽培来实现。

植物或者动物为什么会濒危?因为栽培环境不太适合它生长。比如说金线莲,传统金线莲是野生的。大概二十多年前开始人工栽培,现在很多都进行人工栽培。

但是,你会发现在野生的条件下,很少能找到金线莲。而在人工栽培条件下,最大的问题是病害和虫害相当严重。我们在植物工厂条件下,不仅要生产一些新的食物,还有一个重要的目标:我们生产的产品,尤其是药用植物的生产,它的品质会保证非常一致,因为是在人工控制条件下进行的标准生产。

过去经常提到中药现代化的一个最大的问题,是提供药材的稳定性比较差。药材的道地性,就是某一个地方生产的某一个产品,比其他地方生产的药材品质更好。除了地域差别外,同一个地区,不同的年份、同一年不同的月份,它所生产出来的产品,都存在很大的差别。

植物工厂所有植物生产、生长的环境条件是完全一致的。在不同的时间、不同车间生产的产品比较相同,保证提供的原料的一致性。

另外我们会通过一些人工措施,包括灯或者其他设备,来提高所需要的功能性化合物的含量。每一种药材为什么会起作用?是功能性化合物在起作用。通过人工的措施,促进有效化合物的合成和积累。提供的药材产品质量可能更高,比传统人工栽培条件下栽培得更好。

   技术突破:模块式的整合栽培系统  

问:现在您所在的植物工厂,对环境的控制主要通过什么设备来实现呢?它跟过去的植物工厂有什么区别吗?

李绍华:过去的植物工厂做的就是几个栽培厂。栽培最常用的,就是我们现在说的铝合金之类,做一个栽培层,在里面放点水,进行蔬菜或其他东西的生产。这里有个很大的问题,一是建造的成本很高,二是灵活性很小。

现在针对这样的问题,中科生物做了一个设备,我们称之为模块式的整合栽培系统。它把电力系统、水营养系统以及栽培支撑系统,整合在一起。你们可能在我们的工厂里看到了,它采取一种工业模组化设备,你可以把任何一块设备拆下来,再重新装上去,很容易。建造的成本也比较低,实用性非常广。

这个设备目前应该说是国际领先的。我们也申请了国际专利,正在向国外出口。去年向美国出口,今年正在与日本、新加坡等几个国家商谈。

问:关于植物工厂的科研和生产,中国在国际上处于什么样的水平?

李绍华:最近十几年,植物工厂的发展非常快。比如日本、中国的台北、美国,以及荷兰等欧洲国家,他们做植物工厂,研究和生产的实践都比较久,远远超过中国。中国算是后起之秀。

但是其他国家有一个最大的特点是,真正从事与植物工厂相关的技术研究的很少。我们作为中科生物的一个公司,是真正从产业角度来做相关的研究。尽管我们没有发表很多文章,但通过最近三四年的研究,在实际应用上取得了一些成绩。

比如药用植物的栽培,目前在国际上有人做,但是进行产业化的公司还没有。我们的金线莲在7月底马上要投入大规模的生产。这在国际上应该是处于领先的水平。

除此之外,我们现在有关植物的生产技术,比如生菜、大白菜、冰菜的生产,处于世界领先水平。日本现在植物工厂做生菜生产,从播种、萌芽开始,到采收,三十五天,大概都在七八十克,我们现在是120克到150克。

问:现在植物工厂在缩短植物生长周期、提高植物产量的作用方面已经是很明显了,接下来还会有怎样的技术突破呢?

李绍华:我们现在正在做一个模组,叫高光效力栽培模组。植物光的利用效率会比我们现在在传统的模组或者传统的栽培方式条件下,提高一倍光能利用效率。

无论现在还是未来,我们的研究都是紧密结合着植物工厂产业发展的需求。另外,我们即将出的第一个全智能化的栽培模组,马上就要进行验证了。

   三五年后,商业化植物工厂大量出现  

问:目前来看,植物工厂相对于传统农业,生产成本以及销售价格还是比较高的,怎么看待它将来的应用市场,如何更大地惠及老百姓,以及缓解人类土地的压力?

李绍华:现在植物工厂的成本相对来讲比较贵,但是我们也会看到这几个问题。

首先,在自然条件下,生产蔬菜或者其他作物的时间是有限制的。打个比方说,现在要生产生菜,如果你到厦门去,可能就是冬天一季,其他时间不能生产,生产出来的生菜也不好吃,产量会很低。如果在植物工厂里生产,除了前面讲到的,同等面积条件下,产量要远远多于现在的大田生产之外,一年四季的生产都比较稳定。一年可能生产20场,甚至更多。这样的话我们在产能上面会有很多的优势。

第二,关于劳动力的成本。我在上世纪八十年代到法国,那时候中国人出去第一件事情是吃鸡腿。为什么?鸡腿很便宜啊。可是蔬菜在国外就非常贵。夏天的黄瓜都是三四法郎。在这些国家,劳动力成本提高以后,蔬菜这一类劳动密集型产业的成本会越来越贵。
随着未来农业的发展,中国的劳动力成本也会越来越高。即使这样,也没有几个老百姓愿意让自己的孩子去从事农业,你想找人都找不着。

我们研究的设备方向之一,是全自动化栽培模组。在这种条件下,它所需要的劳动力是极少的。

我相信,随着科技的进步,植物工厂的成本会越来越低,产品价格会越来越便宜。相反在大田条件下,劳动生产力成本会越来越高。

随着时间的推移,我们的产品相对于传统农业,会越来越具有竞争力。大家吃的是很安全的食品,但是价格还不贵。这样它惠及的老百姓的面会越来越广。

问:在您看来,未来的植物工厂发展可能会有哪些趋势呢?

李绍华:目前来讲,三五年之后,国家的植物工厂会像雨后春笋一样出现。

过去,很多植物工厂都是二十平米、一百平米,大型的两百平米,不能实现商业化,搞一点东西送人可以。搞五十平米的,一年能生产多少公斤?但是未来几年里面,一定会有大量的几百平米、上千平米以上的植物工厂出现。真正商业化的植物工厂会越来越多。

第二,种类会大幅地增加。现在用于植物工厂生产的种类很少,因为它需要有产量、成本,要找一个合适的平衡点才能生产。你看到的我们植物工厂生产的这些蔬菜,比如生菜、小白菜、大白菜,都是比较容易获得经济效益的。但是在未来三五年以后,种类会越来越多。西红柿、麻椒、茄子,都可能在植物工厂里生产。甚至是果蔬。

第三,价格肯定会越来越便宜,与传统农业的价差会越来越小。

 



来源:澎湃新闻

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