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1月,本该是腊梅盛放的隆冬,而在成都的一处基地,金色的油菜花却已迎风绽放。
这片早开的油菜花是成都市农林科学院专家选育的新品种“长花100”,其最大优势便是耐低温能力突出,打破了传统油菜的生长规律,通常在12月底就能开花。
从选育耐低温品种让油菜花“错峰绽放”,到突破环境限制实现蔬菜“高楼种植”,农业科学技术的创新从未止步。这些突破不再局限于单一作物的品种改良,更延伸到种植模式的根本性变革——让农业生产彻底摆脱自然节律的束缚,走向精准可控的现代化路径。
近日,《每日经济新闻》记者(以下简称每经记者)走进坐落在成都兴隆湖畔的中国农业科学院都市农业研究所。在透明的落地玻璃内,紫色光线正温柔笼罩。仰头望去,超20层的白色升降架直抵顶部,架上的隔板间,碧绿生菜正探出头来。伸手拉开一块隔板,鲜嫩的根须正静静浸在透明营养液里,无土种植的秘密随即显现。
这栋专门“种蔬菜的大厦”,藏着惊人的效率:年产量是传统大田的120倍以上,而整栋楼的日常管理,仅需1人就能完成。
年轻人不爱传统农业?植物工厂里的“新农人”正在打破这种印象。汇聚在中国农科院都市农业研究所的他们,年轻、高学历且来自五湖四海,河南“90后”博士后周成波就是这里面的骨干。
“想懂植物工厂,得先了解育种加速器。”周成波对每经记者说,这是认识植物工厂的“入门钥匙”。水稻“从种子到种子”的全生育周期,户外种植需要120~160天,而在植物工厂的水稻育种加速器里,仅需60天就能完成。这一切的背后,正体现出中国植物工厂奠基人、中国农业科学院都市农业研究所首席科学家杨其长30余年的钻研与坚守。
“凭借前期技术积累,我们先缩短了水稻生育期,之后又把这一突破延伸到小麦、大豆、玉米等作物上,让它们的育种期也大幅压缩。”周成波一边说着,一边推开玉米育种加速器实验室的门。记者抬眼望见:原本应该长得高大挺拔的玉米苗,如今株型变得矮壮紧凑,细密的根须没有扎进泥土,而是静静浸在透明的营养液里。这一幕,彻底颠覆了玉米“扎根干旱土地、淹在水里就死了”的固有印象。
小麦在育种加速器中生长,根须浸泡在营养液里实现无土水培 每经记者丁舟洋摄
据了解,针对小麦、玉米、棉花、苜蓿等传统旱区作物,中国农业科学院都市农业研究所已成功攻克“水培”技术难题,该技术目前处于世界领先水平。“理论上所有农作物都能实现无土水培,我们正在慢慢地攻克。”聊起粮食种子的“卡脖子”焦虑,周成波表示,这项技术有着关键性的战略意义。“就说大豆,中国育一个新品种得8至10年,育种家熬了多年出成果,国外的新一代好品种可能已出来了,我们的品种一下就‘过时’了。但有了育种加速器,大豆的培育周期能显著压缩,不用再被动追赶。”
大田小麦生育期要100~140多天,北方一年最多收获一两季。“现在我们能把小麦生育期缩到47~58 天,和中国科学院生物所合作的品种,50天左右就收获,一年能扩繁5季以上,这比海南南繁基地的‘一年三收’还高效。”周成波说,更方便的是,有了加速器,育种科学家不用总飞海南,在家门口就能实现育种。
传统农业始终是靠天吃饭:冬天易遇冻害、夏天难逃高温,还得受制于降水不均、光照不足、土壤肥力差异等自然条件,生产稳定性大打折扣。
而育种加速器完全摆脱了自然环境的束缚,它能依据人类需求精准调控温、光、水、营养,实现全年无间断的全周期生产。若将这类“小房间里的育种加速器”扩展到更大规模,便是“植物工厂”,相当于把“可控育种”升级成“可控量产”。
2023年底,历经前期研发积累,全球最高的“植物工厂”落地成都并正式投运。据周成波介绍,这座22米高(相当于普通住宅7层楼的高度)的垂直农业设施,集育种加速与智能种植于一体。在植物工厂里,依靠灵活移动的机械臂,工作人能完成育苗、播种,产量比传统大田种植方式高出120倍,且无需使用农药,耗水量也极少,这无疑为城市农业发展提供了全新范本。
运行近两年来,这座植物工厂的实际效果如何?“各方面指标均达到预期。”周成波表示,“尤其是无人化机器人运作以及数据收集、反馈与处理环节,均实现了最初设定的目标,该工厂已是国内首座、世界领先的无人化植物工厂。”
以植物工厂内种植的生菜为例,其大田生长周期约70天,在这里可缩短至35天左右。这在某种程度上预示着,近两年来已实现约20茬不间断采收。除生长周期缩短、产量提升外,周成波介绍,这里的生菜口感优于大田品种,品质也更优:“经检测,其维生素、氨基酸及微量元素等含量指标,均高于大田种植生菜。”
植物沐浴的光线、吸收的营养液、所处的温度,都像为其量身定做的“婴幼儿配方奶粉”,精准适配生长需求。“从植物发芽到成熟,我们有专属的‘光配方’,通过不同光谱调节,为其匹配最适合生长的光合作用条件。”周成波说。
无菌环境搭配无人化种植,从根源上免去了病虫害困扰,自然无需使用农药。但这种特殊的营养液,会不会是大众担心的“科技与狠活”?
“很多人觉得营养液看起来像化学药品,担心它不健康,这其实是对无土栽培的常见误解。”周成波解释道,“我们的营养液配方,核心就是植物从土壤里自然吸收的氮、磷、钾等营养元素,而且不用大面积施化肥,既避开了土壤中有几率存在的重金属,也减少了化肥对环境的污染。”
尽管植物工厂在产量、品质与可控性上优势显著,但周成波坦言,其整体成本高于大田农业,经济效益仍是当前生产中的核心瓶颈。
“针对这样的一个问题,我们也在探索处理方法。首先,它‘贵’的核心原因主要在于光源能耗。我们正在新疆推广植物工厂技术,借助当地丰富的光热资源和较低的电力成本,逐步降低能耗相关成本。未来随着能源技术发展,若核能技术实现较大突破,电价一下子就下降,植物工厂的能耗问题就能迎刃而解。”周成波表示。“其次,我们正持续优化光源技术。目前采用的LED光源,本身已融入节能设计,能耗较日本同类植物工厂降低50%。第三,我们通过选择种植高价值作物,如草莓、灵芝等,进一步摊薄单位面积的种植成本。”
在商业化落地层面,植物工厂技术已形成可复制的产业逻辑。研发团队与成都市温江区合作打造的智慧草莓植物工厂,让草莓“住进”11层无菌空间,全年生长。每颗草莓从种苗到成熟,都在全封闭环境中完成,确保无病毒、无农药。
未来随技术和产能的提升,植物工厂生产的农产品可完全做到物美价廉。周成波希望,这一天在未来10年到20年便会来到。
据周成波介绍,目前全国已有近260座投入商用的植物工厂,且整体运营状况良好。“这些市场端的成功案例,给了我们科研人员极大的信心,也充分证明了植物工厂技术的市场可行性。中国乃至全球的农业生产方式都将迎来变革,而植物工厂这类高效、绿色的种植模式,有望成为推动这场变革的重要力量。”
他表示,植物工厂与大田农业并非替代关系,而是互补共生。尤其在传统农业难以覆盖的极端自然环境中,植物工厂已发挥无法替代的作用。无论是缺乏耕地的海岛、空间存在限制的远洋舰船,还是自然条件恶劣的边防哨所,科研团队通过技术合作,让这些场景下的人员能稳定吃上新鲜有机蔬菜,有效填补了传统种植的空白。
从国际地位来看,植物工厂技术虽起源于日本,新加坡、美国、荷兰等国也有前沿实践,但中国的技术整体已处于国际领先水平,尤其在智能化应用与规模化落地方面形成独特优势。
而当前,AI(人工智能)技术正成为提升植物工厂能效的关键。通过各类传感器实时采集作物生长数据,再用AI算法分析植物状态,精准优化温、光、水等环境控制条件。这种“数据驱动的精准种植”模式,让中国在能耗控制、作物品质稳定性上实现显著突破,为全球植物工厂发展提供了中国方案。
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