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“植物工廠”重塑農(nóng)業(yè)未來

2023-07-31 10:13:48   

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第三屆“多多農(nóng)研科技大賽”農(nóng)研基地。

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集裝箱里成長中的翠恬生菜。

離開了日照、土壤等,如何以更低能耗種植出產(chǎn)量更高、品質(zhì)更好的生菜?日前,一場特殊的生菜種植比賽在上海崇明島落下帷幕?! ∵@場歷時數(shù)月在“植物工廠”舉行的比賽,吸引了多方目光。何為“植物工廠”?即在封閉空間內(nèi),無需土壤,以人造光代替陽光,以營養(yǎng)液替代化肥,完全計算機(jī)控制,工廠化、少人化乃至無人化生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng),代表著智慧農(nóng)業(yè)的新進(jìn)展。

擺脫時間和空間限制  在上海崇明島,有四個20平方米大小集裝箱改造而成的“植物工廠”。每個集裝箱內(nèi)種植著同品種生菜,生菜生長所需的溫、光、水、肥、氣等要素,被LED照明、室內(nèi)環(huán)境可控技術(shù)、營養(yǎng)模型、算法等遠(yuǎn)程控制?! 〕酵恋亍⒐鉄?、晝夜、水肥等自然約束,擺脫氣候與地域的限制,“植物工廠”充滿了賽博朋克風(fēng)格?! 〗衲?2 月,來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院、上海交通大學(xué)、北京極星農(nóng)業(yè)公司的四支青年隊伍集聚崇明島,在“植物工廠”內(nèi)開展生菜種植比賽,所種品種是因嚼起來聲音清脆而得名的“翠恬”。  90天,這是“翠恬”的生長周期,也是四支青年隊伍提交比賽答卷的時限。6月27日,這場由拼多多與光明母港攜手舉辦的光明多多垂直農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)賽暨第三屆“多多農(nóng)研科技大賽”落下帷幕,上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院團(tuán)隊獲得冠軍?!  叭魏蔚攸c、時間都能種植蔬菜,或可成為解決糧食安全問題的探索?!鄙虾^r(nóng)業(yè)科學(xué)院何立中說?! ?014 年、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(tuán)隊接到任務(wù),在國家設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心上海崇明基地1∶1建造了模擬溫室,教科考隊員“種蔬菜”?!  霸诒荣愔?,工農(nóng)企,學(xué)院派、科研派、實踐派等交叉碰撞,有助于我們模擬出作物最理想的生長環(huán)境,更好理解以‘植物工廠’為代表的智慧農(nóng)業(yè)?!敝袊こ淘涸菏俊肄r(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江認(rèn)為,實現(xiàn)工學(xué)與農(nóng)學(xué)的結(jié)合,將有利于更好理解和解決農(nóng)業(yè)問題。

從實驗室走向餐桌  上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院團(tuán)隊拿下了本次比賽最高產(chǎn)量:單層生產(chǎn)效率是每天每平方米0.18千克,約為傳統(tǒng)生產(chǎn)的5.4倍。若進(jìn)行三層種植推廣,則為傳統(tǒng)種植的16.2倍,且單株的商品性和品質(zhì)都優(yōu)于傳統(tǒng)種植。  但高成本是“植物工廠”亟需解決的問題。“植物工廠”內(nèi)外溫差較大,空調(diào)需要日夜不間斷工作,加上提供植物所需光照,能耗需求較大。以生菜為例,每生產(chǎn)1千克生菜需要消耗10度電,成本約為6元,約占其生產(chǎn)成本的三分之一。高能耗帶來了高成本,“植物工廠”的生菜成本約為普通生菜的10倍?! ∫愿湍芎?,種植出產(chǎn)量更高、品質(zhì)更好的生菜,考驗著四支參賽隊伍。植物生長有明期和暗期,光線、溫度都需要隨之調(diào)控,因此如何基于作物的生理反饋實現(xiàn)“植物工廠”智能環(huán)控,成為降低能耗的關(guān)鍵?! ≈袊r(nóng)業(yè)大學(xué)代表隊給出了電耗節(jié)能方案:空調(diào)確保室溫在19~22攝氏度,在暗期向明期轉(zhuǎn)換時控制空調(diào)不啟動加溫,在明期向暗期轉(zhuǎn)換時根據(jù)室內(nèi)外溫差判斷是否啟動降溫,減少不必要的能耗,等等?!按笠?guī)模生產(chǎn)時,每千克生菜耗電量可降至9.5度,優(yōu)于1千克生菜 10 度電的行業(yè)較高水平?!敝袊r(nóng)業(yè)大學(xué)代表隊隊長鄭建鋒說?! 〕四芎模O(shè)備、人工是“植物工廠”成本高企的重要因素?! ”荣愔校袊r(nóng)業(yè)大學(xué)代表隊所生產(chǎn)的生菜成本約為每株7.73元,價格較高,主要是由于集裝箱利用率不高。如果“植物工廠”栽培架布置方式為兩側(cè)布置,栽培架層數(shù)更多,可有效提高種植的空間利用率,這樣成本可以降為每株4.59元。若大型集裝箱“植物工廠”空間利用率高,生產(chǎn)自動化設(shè)備先進(jìn),生產(chǎn)成本可降為每株2.84元。但這個價格仍遠(yuǎn)高于市場接受度,產(chǎn)品難以從實驗室走向餐桌。  “下一步,需大幅度降低人工光源和空調(diào)系統(tǒng)的能耗,實現(xiàn)‘植物工廠’的智能化管控,構(gòu)建智能、低碳、高效的‘植物工廠’生產(chǎn)技術(shù)體系?!眹H歐亞科學(xué)院院士、農(nóng)業(yè)信息化工程專家楊其長說,可嘗試采用激光種植,激光的耗能只有LED的1/ 5~1/3,若達(dá)到每千克生菜消耗4~5度電,成本將進(jìn)一步降低?! ‘?dāng)前,國內(nèi)“植物工廠”數(shù)量已超過220座,商業(yè)市場較大。數(shù)據(jù)顯示,目前我國的植物光源產(chǎn)業(yè)占世界總份額的八成以上,2021年植物光源燈出口額達(dá)4.5億美元?! ≡跅钇溟L的設(shè)想中,未來的“植物工廠”可在北京、上海等超大城市的屋頂、綠地、陽臺、超市、學(xué)校、醫(yī)院等開花結(jié)果。以北京為例,建一棟30層樓的“植物工廠”,年產(chǎn)蔬菜約1.08萬噸,可供周圍4萬名居民食用一年。

來源:《瞭望》周刊
編輯:張靜
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