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中国LED智能植物工厂进展分析

上世纪90年代,每每路过现今北京北三环路联想桥一带,总会奇怪:三环以内居然还有农田?后来才知道,那是中国农科院的试验田。

不知从什么时候起,这片试验田上盖起了钢结构的大房子,模样既不像写字楼,更不像居民楼;后来才知道,那是比普通试验田级别高得多的LED植物工厂。

这里所有的菜都可以摘了直接吃

“这里所有的菜都可以摘了直接吃。”一进门,北京中环易达设施园艺科技有限公司副总经理刘从文就对记者说。

前不久,记者应约来到上述联想桥边的国内首个智能型LED植物工厂。300多平方米的大厅里,玻璃房内,是由双列5层育苗架组成的植物育苗工厂,蓝色、紫色的人工光源下,排列整齐的种苗正茁壮成长。刘从文表示,其单位面积育苗效率可达常规育苗的40倍以上,育苗周期则缩短40%多。玻璃房外,是采用5层栽培床立体种植的蔬菜工厂,细圆陶粒“土壤”上种着叶用莴苣,几乎每一棵都长得一模一样,让记者领略到“工厂化生产”的奥妙。刘从文介绍,这是选用深液流(DFT)水耕栽培模式,所栽培的叶用莴苣从定植到采收仅用20天左右,比常规大田栽培周期缩短40%,单位面积产量为露地栽培的25倍以上,产品清洁无污染,商品价值高。

在一套被称为Agrilink的“设施农业物联网控制系统”显示屏前,刘从文向记者讲解了该LED植物工厂是如何进行智能化管理的:环境控制系统由传感器、控制器和执行机构3部分组成。“这里有几十个传感器”,覆盖温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液酸碱度(pH值)、营养液浓度(EC值)、液温和溶氧(DO值)等作物根上部环境因子及其根际环境因子。通过传感器及搭载人工智能摄像头的视觉分析系统,不断优化调节温光水气肥等参数,采集植物生长表型参数变化并进行学习计算,得出作物生长最优化的数据模型,实行“植物对话”。“最终的目的是用最少的资源实现最大化的产量、最优化的质量。”

让农业摆脱天和地,自由可控

“LED植物工厂是国际公认设施农业发展的最高级阶段。”我国植物工厂技术奠基人、中国农科院农业环境与可持续发展研究所“设施植物环境工程团队”首席杨其长研究员如是说。

说它最高级,是因为它使千百年来“靠天吃饭”、依赖自然循环的农业既摆脱了天(太阳),由人工光源代替;也摆脱了地(土壤),由营养液代替,实现了可控环境下的高效生产,“是一项真正的颠覆性技术”。

“高效生产”有多高效?杨其长解释,其单位面积产量可达露地自然栽培的几十倍甚至上百倍,用水量却不到5%。由于植物工厂是一种通过设施内高精度的环境控制,实现农作物周年连续生产的高效农业系统,由计算机对植物生长过程的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等进行自动控制,所以不受或很少受自然条件制约,可以实现在荒漠、戈壁、海岛、水面等非可耕地,以及城市摩天大楼或普通家居,乃至外太空环境下进行农作物生产,源源不断地为人类提供口舌之需。

数九寒天,如果嫌天气冷,嫌菜价贵,或担心蔬菜安全和品质问题,不妨自家备上一台冰箱大小的“家庭植物工厂”,喜欢什么菜就种什么菜,“种得省心、吃得放心、玩得开心”。这,不是科学幻想,而是已经实现。

可是仅仅10年前,世界范围内,仅有日本、美国、荷兰等少数发达国家掌握这项技术,“对我们来说,当时这就是科幻”。

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