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科技滿滿!植物工廠的奧妙在哪兒?
來源: | 作者:新華網(wǎng) | 發(fā)布時間: 2024-06-21 | 178 次瀏覽 | 分享到:

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(xiàn)正常生長。來自上海市農(nóng)業(yè)科學院(簡稱“上海農(nóng)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(shù)研究工作做準備。

 

這座植物工廠,坐落于上海農(nóng)科院下屬的國家設施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心,依托一套復雜的智能控制系統(tǒng),高精度自主調(diào)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(chǎn)量更高、品質(zhì)更優(yōu)的蔬菜產(chǎn)品,打破時間和空間限制,使農(nóng)業(yè)種植不再依賴“靠天吃飯”。

 

植物工廠代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向,是現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段,也是農(nóng)業(yè)高新技術(shù)成果落地應用最具活力和潛力的領(lǐng)域之一,吸引著無數(shù)科學家關(guān)注。如何實現(xiàn)植物工廠的高效生產(chǎn),以及資源充分利用,一直是該領(lǐng)域研究熱點?!拔覀兿Mㄟ^研究植物工廠,能早日實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化,更好滿足大眾對于安全、新鮮、品質(zhì)蔬菜的消費需求,助力農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化邁向更高臺階?!焙瘟⒅姓f。


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為蔬菜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供全新模式

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據(jù)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(chǎn)速更快、產(chǎn)量更高、品質(zhì)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(chǎn)量比傳統(tǒng)種植普遍提高了10-20倍。

 

除此之外,傳統(tǒng)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(nóng)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?!备咂焚|(zhì)意味著更高的安全性和營養(yǎng)價值,甚至還能實現(xiàn)蔬菜鉀等微量元素定制。

 

據(jù)了解,何立中團隊由上海市農(nóng)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(nóng)業(yè)等相關(guān)研究,具有深厚的農(nóng)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(guān)鍵技術(shù)之一,就是對各營養(yǎng)要素精準調(diào)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(diào)和風扇控制;配置好的營養(yǎng)液經(jīng)由營養(yǎng)液控制系統(tǒng)實現(xiàn)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(jīng)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(jīng)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(lǐng)域帶來了更多寶貴經(jīng)驗。

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仍需探索能耗與成本的平衡點

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目前,許多國家都將植物工廠作為提升農(nóng)業(yè)綜合效益和國際競爭力的重要途徑之一。我國農(nóng)業(yè)也正處于轉(zhuǎn)型升級關(guān)鍵期。

 

為了促進植物工廠持續(xù)健康發(fā)展,2023年,上海市農(nóng)業(yè)科學院還成立了“垂直農(nóng)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(guān)研究。從科研角度來說,何立中認為,兼顧產(chǎn)量、品質(zhì)和能耗成本,找到植物作物生產(chǎn)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(shù)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(chǎn)及節(jié)能增效方面的研究,還致力于加強數(shù)字技術(shù)與高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)學研各界需要集中各方面資源力量,加快科技攻關(guān)。丁小濤說,“我們期待與業(yè)界進行更多交流?!?/span>

 

 

去年,在何立中和丁小濤的帶領(lǐng)下,團隊參加了“光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽”暨第三屆“多多農(nóng)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(jié)果,丁小濤認為,贏得比賽的關(guān)鍵是優(yōu)化了植株生長和能耗之間的平衡關(guān)系,最終以產(chǎn)量優(yōu)勢,幫助他們?nèi)〉昧说谝幻暮贸煽儭?/span>

 

比賽的結(jié)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(tǒng),以及能夠推廣應用的光配方、作物模型系統(tǒng),目前正在申請專利和軟件著作權(quán)中?!氨荣愖屛覀冎匦抡J識了植物工廠軟硬件技術(shù)、環(huán)境調(diào)控技術(shù)、智能化技術(shù)等方面的復雜性,發(fā)現(xiàn)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(nóng)研比賽的題中之義,由比賽帶動的小規(guī)模試點投產(chǎn),將促進農(nóng)業(yè)科研的研究成果,更快向社會價值做轉(zhuǎn)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(chǎn)業(yè)視角、農(nóng)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(jīng)開啟,何立中和丁小濤率領(lǐng)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(nèi),將標準集裝箱改造為“新農(nóng)田”,設計智慧種植方案進行生菜生產(chǎn)。

 

考核維度上,生菜品質(zhì)與產(chǎn)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(lián)合更多懂知識、懂技術(shù)的‘小伙伴’,探索產(chǎn)業(yè)界關(guān)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?!?/span>

 

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(jié)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(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向智慧農(nóng)業(yè)的科學路徑?!逼炊喽喔呒壐笨偛?、首席發(fā)展官朱政說。

來源:新華網(wǎng)


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