• 持續上萬年春種秋收、靠天吃飯的農耕方式或許已經走到了尾聲? 是的,如今,一門名叫“光生物”的學科正從實驗室走向產業。它將植物生長所需要的陽光、土壤、雨露,用人工的方式提供給植物,使瓜果蔬菜在最理想的環境下生長,能量得到盡可能大的轉化。

      持續上萬年春種秋收、靠天吃飯的農耕方式或許已經走到了尾聲? 是的,如今,一門名叫“光生物”的學科正從實驗室走向產業。它將植物生長所需要的陽光、土壤、雨露,用人工的方式提供給植物,使瓜果蔬菜在最理想的環境下生長,能量得到盡可能大的轉化。
    植物工廠是通過設施內高精度環境控制,實現農作物周年連續生產的高效農業系統;通過計算機對植物生育的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及營養液等環境條件進行自動控制,使設施內植物生育不受或很少受自然條件的制約。
    植物生長究竟靠哪些光? 科學家對植物光合作用的原理進行了長期細致的研究,發現植物更青睞可見光的藍色和紅色部分,比例超過60%,因此將紅光和藍光按照一定比例配比制成光源,就能滿足植物生長的需要。植物幾乎不吸收綠光,也不需要紅外、遠紅外等部分,把它們去除掉,根本不影響植物生長,還可以避免大量能耗。
    植物工廠的蔬菜生長流程主要包括:播種-揀苗-育苗-移栽-生長管理-收獲。
    LED紅藍光譜的波長調節范圍很大,且可人工控制,可以針對不同種類植物調節成合適的光譜波長,這樣,植物就能根據LED設定的光源進行生長。定制的“光配方”,意味著植物的生長速度可以更快,并可獲得更高的產量和更優秀的品質。
    由于植物工廠內使用了人工照明,可以實現多層立體化栽培。蔬菜可以在堆疊式層架上,利用無土栽培方式種植,葉片吸收人工光源提供的光來進行光合作用,根系生長在營養液中,通過營養液為其提供水分、養分和氧氣等。
    目前,植物工廠除了培育生菜、小白菜、芹菜、番茄、黃瓜等蔬菜瓜果外,還有石斛、金線蓮等多種藥用植物。
    為植物尋找“光配方”
    如果嚴重自然災害對傳統農業造成毀滅性打擊,光生物產業的元年就將到來。
    什么是光生物學? 它要揭示的,是陽光與生命活動之間的各種奧秘。
    萬物生長靠太陽,光合作用可以說是地球上最重要的能量轉化方式。植物、藻類和部分細菌,通過光的轉換,將二氧化碳和水轉化為碳水化合物和氧氣,將太陽能轉化為化學能,植物90%的生物量是光合作用的產物。
    看起來普普通通的陽光,其實包含了各種波長不同的電磁波,有我們肉眼能夠感知的可見光,還有紅外線、紫外線和遠紅外光等不可見光。
    不同的植物對光波的吸收也有不同喜好,為此他們形成了一系列專用的“光配方”,讓植物在最適宜的光照下進行生長。他說:“而我們就是把這部分奧秘解開,就像為嬰兒提供配方奶粉一樣,為植物提供最適合生長的光照,盡量減少無謂的能耗?!比缃?,他們已經找到了多種瓜果蔬菜的光配方,并申請了專利。
    或許你會覺得,讓蔬菜在陽光下生長就好,何必要費心去尋找這些“光配方”? 如果我們把眼光轉向藥用植物,“光配方”的意義就會顯得更加重要。李紹華說,很多藥材之所以珍貴,就因為它們生長條件特別苛刻,即使實現人工栽培,植物中的藥用成分卻可能下降。這是因為植物中的藥用成分往往并非維持生命所必需,只有在受到環境脅迫時才會產生。所以,藥材質量往往與產地密切相關,離開了特定的自然環境,就難以保證??扇绻馕龀隽怂璧墓馀浞?,再配合環境 (氣候)、營養 (土壤) 配方,就能在人工環境下大量生產出高質量藥用植物。
    “我們已經研制出了多種藥用植物的光配方,比如具體光譜的配比,或者加入一些特殊波段的光?!崩罱B華說,他們培育出的石斛、金線蓮等,其中藥用成分含量甚至可以超過天然生長的植物———在植物工廠里,可以一年到頭不分季節地持續生產出高品質藥材。
    在全球氣候變暖的當下,日益增多的極端天氣給傳統農業帶來的損失越來越大,“如果哪天嚴重的自然災害給傳統農業帶來了毀滅性打擊,那么光生物產業的元年就到來了?!崩罱B華說,光生物產業其實是生命科學與光電產業的深度交叉融合,將對傳統農業產生顛覆性影響,讓人類再次擺脫對自然條件的依賴,“如果光生物產業發展繁榮后,當人類飛向宇宙深處,它將為太空中的食物生產,提供一定的解決之道?!?br /> 效率高得驚人
    走進植物工廠,才會了解原來植物“心無旁騖”地生長,能量利用可以如此高效。
    這些在全人工條件下生長的蔬菜究竟什么樣? 要想近距離看上它們一眼,還真不容易。因為它們全程生長在無菌、無塵環境中,人要想接近它們,先要經過嚴格消毒與隔離。車間里的溫度、濕度都根據蔬菜最適宜的條件來調節,并通入更多的二氧化碳,促進光合作用。
    通常,大氣中的二氧化碳濃度不會超過400ppm,但車間里則高達1000ppm,所以,必須有風扇不停吹著,保持空氣流通。這樣可使植物的光合效率提高,植物生物量的形成和營養物質的積累,都是常規栽培的數倍。
    在植物工廠里,從播種開始到收獲,生菜、青菜等蔬菜基本只需35天的生長周期,除去育苗期,真正占用車間的時間只有20天。也就是說,同樣一畝的面積,在植物工廠,一年可以收獲16-18茬蔬菜,這是在大田中無法想象的。更可觀的是,在一層三四米高的車間里,可以疊起6-8層栽培蔬菜的架子,每層都是有效種植面積。如果在一畝地上建造十幾層高樓,相當于將可種植的土地面積擴展了成百倍。
    植物工廠的高效,還不止于此。在10萬級潔凈空間中生長起來的蔬菜,無需噴灑任何農藥、殺蟲劑,連灰塵都難以沾染,完全可以免洗入口。盡管目前種植1公斤蔬菜需要耗電10度,加上管理成本,價格比普通蔬菜高出不少,但從綜合效益看,其發展空間巨大。
    在植物工廠中,水和營養的利用效率可以高達90%以上。別小看那一層層架子,所有電線、營養液運輸管道,全部都集成在里面,為蔬菜精確輸送養分。而在大田里,90%以上的水分都蒸騰到了空氣中,超過60%的化肥沒有被植物吸收,造成了土壤板結、微生物滅絕,還滲入地下水造成污染?!败囬g幾乎不排放污水,反而可以產生更多氧氣?!蹦壳斑@些蔬菜可以成為人們餐桌蔬菜的有效補充,在沙漠、海島、遠洋作業等特殊地方,植物工廠可以解決部分惡劣氣候條件下,特殊人群的綠色蔬菜需求。

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