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数字植物工厂正向我们走来

发布时间:2010-02-26 文章来源:蒋建科 返回列表

数九寒天,如果嫌天气冷,或者嫌菜价贵。不妨在自家阳台或者客厅里购置一台冰箱大小的“家用数字植物工厂”,种植自己喜欢的叶类蔬菜。这不是科学幻想,而是不久就能享受到的高新技术服务。

近日,随着我国第一例以智能控制为核心的数字植物工厂研制成功, 越来越多的人们对数字植物工厂这一农业高技术成果产生了浓厚兴趣。为此,笔者走访了智能型数字植物工厂课题组组长、我国数字植物工厂研究的创始人——中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所杨其长研究员。

杨其长研究员介绍说,数字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,是由计算机对植物生育过程的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制,不受或很少受自然条件制约的全新生产方式。

由于数字植物工厂充分运用了现代工业、生物工程和信息技术等手段,技术高度密集。多年来,数字植物工厂一直被国际上公认为设施农业发展的最高级阶段,成为衡量一个国家农业高技术水平的重要标志之一,目前仅有日本、美国、荷兰等少数发达国家掌握这项技术。

数字植物工厂不占用农用耕地,产品安全无污染,操作省力,机械化程度高,单位面积产量可达露地的几十倍甚至上百倍,因此又被认为是21世纪解决人口、资源、环境问题的重要途径,也是未来航天工程、月球和其他星球探索过程中实现食物自给的重要手段。

据杨其长研究员介绍,数字植物工厂技术的突破将会彻底解决人类发展面临的诸多困惑,甚至可以实现在荒漠、戈壁、海岛、水面等非可耕地,以及在城市的摩天大楼里进行作物生产。利用取之不尽的太阳能,加上一定的种子和矿质营养,就可源源不断地为人类生产所需要的食品。近年来,一些耕地资源紧缺的发达国家正在加大资金与技术的投入,加紧数字植物工厂的研发和推广工作,在日本,政府采取补贴50%的手段,推进数字植物工厂的发展,预计3年后将新增150座数字植物工厂。

数字植物工厂作为技术高度集成的农业系统,就像航天工程、磁悬浮、大飞机等技术一样,发达国家不会轻易让其他对手掌握其核心技术。杨其长研究员深有体会地说,数字植物工厂必须依靠自主研发,掌握核心技术,拥有自主知识产权。

构建数字植物工厂是杨其长研究员多年来的梦想。这位来自安徽农村的科学家,小时候跟父辈们一道耕地、插秧,干过许多重体力劳动,那时他就梦想着有一天能把父辈们从繁重的农业生产中解脱出来,像工人一样在生产线上生产粮食,不受四季气候的约束。上大学时,他毅然选择了农业机械化专业,工作以后,他一直从事设施农业方面的研究,朝着数字植物工厂的梦想迈进。

早在10年前,杨其长研究员就把数字植物工厂作为科研选题的重要方向之一,收集了大量的有关数字植物工厂的研究资料。2002年,他获得了科技部科学仪器设备升级改造项目“植物无糖培养环境综合调控系统”的支持,开始了密闭式人工光植物系统的研究。2004年,再次获得科技部升级改造项目“植物水耕栽培装置及其营养液自控系统”的支持,进行了水耕栽培营养液在线检测和控制系统的研究。正是这两个课题的支持,为数字植物工厂研究奠定了重要基础。2005年,他根据多年的积累和对国际前沿的把握,出版了国内第一部植物工厂专著《植物工厂概论》,全面系统地对数字植物工厂的发展历程、国际动态以及相关的核心技术进行了介绍,为我国在该领域的突破奠定了理论基础。

2005年4月,杨其长在国家留学基金委的资助下赴荷兰瓦赫宁根大学留学一年。一次偶然的机会,他发现欧洲人已经在悄悄地进行LED光源在密闭式植物栽培系统的试验研究,通过查阅资料,杨其长发现LED是一种非常好的节能光源,红蓝光LED组合可为植物光合作用提供理想的光谱,是未来农业与生物领域重要的人工光源。这一敏锐的信息,杨其长马上与数字植物工厂联系起来,如果将LED用于数字植物工厂代替目前的荧光灯,将是一个重要的发展方向。想到这里,他兴奋不已,马上通过邮件和电话告知国内的助手们赶快试制。在他的督促下,不到半年时间,一座20平米的小型植物工厂试验系统建设完毕。2006年4月杨其长如期回国后,立即着手开展LED光源板的试制,由于当时民用LED与植物所需要的光谱成分差距很大,杨其长先后与国内的多个相关研究所联系,花费了数倍于民用LED的价格,终于开发出4套LED植物光源板系统,保证了试验的顺利进行。在短短的2年多时间里,他们先后进行了LED植物育苗、叶用蔬菜、药用植物栽培以及植物组培的试验研究,取得了一大批原始数据,为LED植物工厂的应用奠定了基础。

2008年5月,国际著名的数字植物工厂专家、日本千叶大学校长古在丰树教授访问杨其长的试验室时,感到非常惊讶,并在下午的报告中多次提及,没想到中国在LED数字植物工厂方面的研究如此深入,并在演讲中多次称呼比他小20岁的中国学者杨其长为“先生”。要知道在日本“先生”是非常尊敬的称呼。随后,古在丰树教授两次邀请杨其长研究员访问日本,并亲自陪同考察,使杨其长充分感受到来自异国学者的尊重。

2009年,是中国数字植物工厂发展值得纪念的一年。8月31日,离第七届中国国际农产品交易会与第八届中国长春国际农业o食品博览(交易)会开幕仅剩一周的时间,杨其长研究员团队建设的国内第一例智能型植物工厂终于宣告成功。栽培床上的蔬菜长势喜人、育苗床上的种苗整齐健壮,博览会管委会的领导都露出了欣慰的笑容。

这个国内第一例智能型数字植物工厂建筑面积为200平方米,共由植物苗工厂和蔬菜工厂两部分组成,以节能植物生长灯和LED为人工光源,采用制冷-加热双向调温控湿、光照-CO2耦联光合调控、空气均匀循环与流通、营养液(EC、pH、DO和液温等)在线检测与控制、图像信息传输、环境数据采集与自动控制等13个相互关联的控制子系统,可实时对植物工厂的温度、湿度、光照、气流、CO2浓度以及营养液等环境要素进行自动监控,实现智能化管理。植物苗工厂由双列五层育苗架组成,种苗均匀健壮,品质好,单位面积育苗效率可达常规育苗的40倍以上,育苗周期可缩短40%以上。蔬菜工厂采用五层栽培床立体种植,栽培方式选用DFT(深液流)水耕栽培模式,所栽培的叶用莴苣从定植到采收仅用16-18天时间,比常规栽培周期缩短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。

国内第一例智能型植物工厂在长春农博会一经亮相,就受到国务院副总理******、时任农业部部长孙政才等有关领导的好评,以及170多万观众的高度关注。同时,也向世人宣告,我国在数字植物工厂领域已经取得重大技术突破,成为世界上少数掌握数字植物工厂高技术的国家,杨其长自豪地说:我们已经拥有了数字植物工厂的自主知识产权。