文 侯立順

植物工廠是通過設施內(nèi)高精度環(huán)境控制實現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是利用智能計算機和電子傳感系統(tǒng)對植物生長的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境條件進行自動控制，使設施內(nèi)植物的生長發(fā)育不受或很少受自然條件制約的省力型生產(chǎn)方式。

植物工廠是現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段，是一種高投入、高技術、精裝備的生產(chǎn)體系，集生物技術、工程技術和系統(tǒng)管理于一體，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從自然生態(tài)束縛中脫離出來，按計劃周年性進行植物產(chǎn)品生產(chǎn)的工廠化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進程中吸收應用高新技術成果最具活力和潛力的領域之一，代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。

先經(jīng)催芽室播種，在育苗室的LED光照下長出小苗，然后送往栽培室繼續(xù)接受光照……

2016年6月，由中國福建省中科生物股份有限公司建設的湖頭首棟“植物工廠”建成投產(chǎn)，開辟了近萬平方米的“植物工廠”栽培面積，按照這套流程，“植物工廠”平均每20天左右就能收獲一大批綠色無污染、營養(yǎng)豐富的新鮮蔬菜。

2016年7月，在法國里昂東北維勒班鎮(zhèn)的多阿大學城為其占地50平方米、高4米的種植試點基地舉行了揭牌儀式，該基地是一座已于2017年落成的工業(yè)化種植場的縮小版。

LED種植業(yè)領頭羊、美國企業(yè)的計劃則更為宏大。他們已經(jīng)在毗鄰曼哈頓的紐瓦克（新澤西洲）建成了一座12層的垂直農(nóng)場，占地6500平方米，預計蔬菜年產(chǎn)量90萬千克，這相當于每月25萬棵萵苣的產(chǎn)量！

未來5年，25座類似的城市農(nóng)場將在全世界其他大城市投入使用，種植萵苣、芝麻菜、水芹、羽衣甘藍、香芹等，總計超過250個品種的蔬菜。

不再需要陽光

通過調節(jié)LED燈的光照強度，可使水果、蔬菜在室內(nèi)極速生長，并令它們的品質登峰造極!因為新型的城市農(nóng)場已經(jīng)在全球范圍內(nèi)快速擴張，其中培育的蔬果，在生長速率、密度和品質等方面具備前所未有的特性，其至可能變更作物的顏色、質地和風味，而這一切都不需要日照！是什么導致了這一變革？發(fā)光二極管，也就是知名的LED。最早嘗試的毫無疑問是大麻種植者，他們試圖找到一種更隱蔽的光源（比鈉燈溫度更低、更暗淡）以進行那些見不得光的種植，如今該模式已被引入工業(yè)化種植。

LED的價值何在？除了低能耗的優(yōu)點外，它還可以為每種作物提供特定光譜，用以實現(xiàn)作物生長和質量的最優(yōu)化。兩年來，研究人員利用LED在特定光譜獲得了相對較強的光照功率，這對目前在溫室或人工氣候室中使用的氖燈或鈉燈來說是不可能完成的。要知道，作物是無法利用太陽全部光線的：它們只能利用某些特定波長的光進行光合作用。農(nóng)作物之所以呈現(xiàn)出綠色，那是因為它們反射綠光，這意味著這些特定波長的光并不參與光合作用，因此，如果你試圖在綠光照射下讓西紅柿結出果實，那一定會是“竹籃打水一場空”。研究證實，就在反射綠光的過程中，農(nóng)作物自身已經(jīng)被加熱了。熱了，就要冷卻，否則農(nóng)作物就會因“高燒”而死亡。

不過，對于農(nóng)作物來說，它們天生就有一套巧妙的冷卻辦法，它們通過根部吸收水，又通過葉子將水分蒸發(fā)出去，這樣就避免了“高燒”。但完成這一冷卻過程是有代價的：農(nóng)作物需要從葉子那里獲得能量，并作為冷卻的動力而消耗掉。其實，這完全是太陽光造成的一種能量浪費，這些用來冷卻的能量，完全可以作為農(nóng)作物自身生長的能量。因此，某些作物完全可以在僅有紅光和藍光的照射下生長，這樣就能避免植物不必要的升溫，從而給生長留下更多的能量。而單色的LED可以極為精確地調配相應光的波長。更妙的是，通過提高這些特定波長光的強度，能獲得令人贊嘆不已的成果。一棵凈重300克、結實而爽脆的萵苣，在紅光和藍光LED的照射下只需4個星期即可長成，而在田間日光照射下則需要8～12個星期。

借力LED種植

開花需要亮紅色和暗紅色光譜的平衡。但如果只追求純粹的生長，則無需暗紅色光譜，也無需綠色或黃色光譜；亮紅色和藍色光譜足矣。雖說能量較高的藍色光譜對調節(jié)作物新陳代謝至關重要，但每種作物還是有各自特定的波長配比需求：藍色、紅色、少量綠色、紫外線，作物應當受到強度恰好的光照。研究人員發(fā)現(xiàn)過強的光照會導致能量過剩，作物會想盡一切辦法將其消耗。減輕過度光照的壓力可令作物將能量集中于生產(chǎn)更重要的光化學物質?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)等同于對光的掌控，真是太精妙了！

光照對農(nóng)作物營養(yǎng)品質的影響同樣令人印象深刻。研究人員通過對芝麻菜的測試顯示，維生素A和維生素B的含量分別比根據(jù)露天種植環(huán)境制定的國際推薦標準高出109%和252%。經(jīng)LED照射產(chǎn)出的卷心菜和西蘭花，擁有更高含量的硫代葡萄糖苷。這類化合物除了會給此類蔬菜帶來獨特的風味，還可降低患癌風險。

此外，研究人員對作物中天然色素的測定同樣顯示，相關研究中使用的擬南芥的花青素含量提升了2倍，后者以其抗氧化作用聞名。必須根據(jù)不同的發(fā)育階段（發(fā)芽期、生長期、開花期、結果期）為每種作物找到最理想的照射方法。每種作物都有特定的種植參數(shù)，為每一種作物適配一個照射光譜和相應的照射強度，可使其產(chǎn)出（生長、產(chǎn)量），營養(yǎng)和口味、口感、顏色、氣味等感官品質達到最優(yōu)。

這種新型農(nóng)業(yè)也為田間種植提供了一個徹底的替代方案：在不透光的空間重新定制氣候條件（溫度、濕度、空氣流量、二氧化碳、氧氣，安裝在人工氣候室內(nèi)的傳感器負責監(jiān)視這些參數(shù)），再借助這些特定的光線種植水果和蔬菜，就能做到實時提供作物生長所需了！

植物工廠一角

讓植物自由生長

作物的營養(yǎng)品質并不是LED種植的唯一優(yōu)點。受控的種植環(huán)境使忽略季節(jié)更迭、無污染、免農(nóng)藥、大幅減少用水的連續(xù)生產(chǎn)變得可行，甚至為農(nóng)業(yè)用地的持續(xù)減少打通了一條新路。目前，研究人員已經(jīng)開發(fā)了一個閉環(huán)的氣耕系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的土耕節(jié)約95%的水，比水培法節(jié)約40%的水。該系統(tǒng)使用的水大部分都會被農(nóng)作物吸收，其余蒸發(fā)掉的水分還會被收集起來，重新利用。

另外可圈可點的是，種植這種農(nóng)作物的成本并不高，所需的光源LED價格低廉，而且耗電量小。許多國家的科學家都認為，這項種植技術的發(fā)明，一旦能夠把所種農(nóng)作物的品種擴大，并把相關技術在世界范圍內(nèi)推廣開來，必將為人類提供充足的蔬菜供應。

交通不便或被污染的大都市、氣候惡劣的地區(qū)、需要生產(chǎn)高附加值作物的制藥業(yè)和化妝品業(yè)等都是該項技術的目標市場。更長遠來看，應用于未來的載人航天任務也無不可。

那么種出的作物味道如何呢？盡管企業(yè)家普遍宣稱該技術對作物的成分沒有任何影響，但科學家暫時還難以對此進行評估。目前，實驗室種植出來的草莓和樹莓，品嘗起來口感柔糯且富有香氣。對此，科學家認為這方面完全不值得擔憂:只要光合作用條件得到滿足，沒有理由獲得味道差勁的產(chǎn)品。

科學家剛剛開始研究LED對糖類和香味物質產(chǎn)出的影響,這些數(shù)據(jù)需要在實驗室中進一步客觀分析。雖然在黑暗中種出的農(nóng)作物還存在一些缺陷，但其潛在的利益空間卻很大，產(chǎn)品營養(yǎng)很豐富，沒有空氣污染，運輸距離大大縮短，在地球上任何環(huán)境都能種植，世界各地的人們一年四季都有新鮮果蔬供應?？茖W家們認為，未來不需要太陽光呵護的LED種植會成為我們食品的主要來源。