上海农科院:植物工厂里大有乾坤

日期: 2024-06-13 作者: 来源:新华网

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编者按:推进数字乡村建设是乡村振兴的重要举措,也是实现农业农村现代化的重要途径。当前,多方正携手合力发展乡村特色产业,用“生态美、产业兴、生活富”为底色,共绘宜居宜业和美乡村新画卷。围绕科技对于乡村振兴的赋能作用,新华网将从生态、产业、人才等维度入手,集合近年来美丽乡村建设中的典型人物故事和产业发展案例,感受美丽生态、美丽经济、美好生活,体现乡村振兴中的强大引擎,展现农业农村现代化水平。

初夏的上海崇明岛,阳光正穿透玻璃房,洒向由一排排“货架”组成的“植物工厂”。在这充满“赛博感”的空间里,没有土壤,黄瓜、番茄、生菜等蔬菜植物也能实现正常生长。来自上海市农业科学院(简称“上海农科院”)的何立中和同事正观测并记录植物生长情况,为接下来栽培技术研究工作做准备。

这座植物工厂,坐落于上海农科院下属的国家设施农业工程技术研究中心,依托一套复杂的智能控制系统,高精度自主调控满足植物对光、温、水、肥、气等营养要素的需求,让植物处于最佳生长状态,从而种植出产量更高、品质更优的蔬菜产品,打破时间和空间限制,使农业种植不再依赖“靠天吃饭”。

植物工厂代表着未来农业的发展方向,是现代设施农业发展的高级阶段,也是农业高新技术成果落地应用最具活力和潜力的领域之一,吸引着无数科学家关注。如何实现植物工厂的高效生产,以及资源充分利用,一直是该领域研究热点。“我们希望通过研究植物工厂,能早日实现大规模商业化,更好满足大众对于安全、新鲜、品质蔬菜的消费需求,助力农业产业化迈向更高台阶。”何立中说。

为蔬菜农业生产提供全新模式 

据何立中介绍,植物工厂是一种先进的蔬菜栽培模式,不受自然环境条件约束,让植物作物产速更快、产量更高、品质更好。首先,植物工厂的种植速度更快,比如从育苗到摘下新鲜生菜,一般只需要28天-35天,大大缩短了生长周期。其次,植物作物可以像商品一样在“货架”上堆叠,没有空间限制,作物产量比传统种植普遍提高了10-20倍。

除此之外,传统种植模式下,由于环境条件无法精准管控,植物病虫害等问题凸显,只能通过打农药解决,何立中说,“在这里,蔬菜都不需要打药,可以直接摘下来吃。”高品质意味着更高的安全性和营养价值,甚至还能实现蔬菜钾等微量元素定制。

据了解,何立中与上海市农业科学院园艺所及信息所的科技人员组成了小团队,长期从事植物工厂无土栽培、智慧农业等相关研究,具有深厚的农学背景。崔佳维是该团队的“主力队员”,负责环境控制管理等方面的工作。她表示,植物也是生命体,需要“好好吃饭”才能健康成长。植物工厂的关键技术之一,就是对各营养要素精准调控,耦合出最适合其生长的营养环境。

光源不仅有阳光,用LED灯也可进行人工补光;温度和湿度由空调和风扇控制;配置好的营养液经由营养液控制系统实现自动灌溉;二氧化碳浓度也由专业设备进行控制......借助大量传感器的支持,这些操作环节的背后,是植物即使在极端环境之下,也能健康成长。

上海农科院曾为我国南极科考队员提供极端环境的蔬菜种植培训。此前,由于极地气候恶劣,科考队员往往无法吃到新鲜蔬菜。2014年和2015年,南极长城站、中山站相继建成温室,但科考队员没有蔬菜种植经验。何立中和同事接到任务后,在崇明基地1∶1建造了模拟温室,为科考队员在仿真南极条件下提供培训,教科考队员“种蔬菜”。

不止于此,在南极温室中遇到种植难题,他们还会为科考队员们进行远程指导,确保蔬菜健康成长。截至目前,已经有7批科考队员先后在崇明接受培训,可以说,他们为植物工厂的发展,提供了可参考、复制的“样本”,还为“植物工厂”科研领域带来了更多宝贵经验。

仍需探索能耗与成本的平衡点 

目前,许多国家都将植物工厂作为提升农业综合效益和国际竞争力的重要途径之一。我国农业也正处于转型升级关键期。

为了促进植物工厂持续健康发展,2023年,上海市农业科学院还成立了“垂直农场创新研究平台”,开展绿叶菜、草莓、大麦草和西红花等相关研究。从科研角度来说,何立中认为,兼顾产量、品质和能耗成本,找到植物作物生产的最佳平衡点,绝非易事。而植物工厂的研究,涉及到新材料、新技术和新装备等众多学科,需要更多拥有跨学科背景的人才。

与何立中一样,丁小涛也是团队的“元老”,负责植物工厂蔬菜高效生产及节能增效方面的研究,还致力于加强数字技术与高效农业生产深度融合。丁小涛表示,要客观认识到当下植物工厂的发展阶段,产学研各界需要集中各方面资源力量,加快科技攻关。丁小涛说,“我们期待与业界进行更多交流。”

去年,在何立中和丁小涛的带领下,团队参加了“光明多多垂直农业挑战赛”暨第三届“多多农研科技大赛”,挑战在迷你的集装箱里种植“翠恬”生菜,最终收获冠军。谈及比赛结果,丁小涛认为,赢得比赛的关键是优化了植株生长和能耗之间的平衡关系,最终以产量优势,帮助他们取得了第一名的好成绩。

比赛的结束也是新一轮研究的起点。通过比赛,何立中等人还开发了一个决策管理系统,以及能够推广应用的光配方、作物模型系统,目前正在申请专利和软件著作权中。“比赛让我们重新认识了植物工厂软硬件技术、环境调控技术、智能化技术等方面的复杂性,发现了更多值得研究的问题。”何立中说。

这也正是拼多多作为平台企业连续主办四届农研比赛的题中之义,由比赛带动的小规模试点投产,将促进农业科研的研究成果,更快向社会价值做转化。消费者获得更好的口感体验、平台企业深入到市场上下游、科研方增加了产业视角、农业持续创新发展,这是一个多赢的成果。

今年,新一届比赛已经开启,何立中和丁小涛率领团队第二次参加比赛。针对投入大、成本高这一阻碍植物工厂发展的行业难题,今年的比赛要求参赛队伍自己动手,在规定的预算范围内,将标准集装箱改造为“新农田”,设计智慧种植方案进行生菜生产。

考核维度上,生菜品质与产量依旧是两大重点指标,不同的是,去年考查的能源消耗变为今年的集装箱建设成本控制及合理性考量。面对新课题,何立中和同事压力陡增,“对于今年的比赛,我们将继续发挥在种植方面的优势,同时将进一步联合更多懂知识、懂技术的‘小伙伴’,探索产业界关注的植物工厂降本增效问题,以创新思维和跨学科视角助力乡村振兴。”

面向未来的科研,何立中表示,将不断提升自身专业能力,立足“田间地头”挥洒汗水,让中华大地结出更多更好的丰硕科研果实。

“实际上,大家聚在一起是为了找一条发展的道路,一条从汗水农业转向智慧农业的科学路径。”拼多多高级副总裁、首席发展官朱政说。