文|李陽

溫室彩椒

黨的二十大報告提出，要加強企業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)學(xué)研深度融合，強化目標導(dǎo)向，提高科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化水平。在加快科技成果轉(zhuǎn)化，促進面向國家重大需求和國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場的技術(shù)研發(fā)工作方面，中國科學(xué)院一直在“率先行動”，2015年中國科學(xué)院植物研究所聯(lián)合福建三安集團，發(fā)揮各自在植物學(xué)領(lǐng)域與光電技術(shù)領(lǐng)域的特長，創(chuàng)立了福建省中科生物股份有限公司（以下簡稱“中科生物”），利用LED光譜技術(shù)應(yīng)用于植物生命科學(xué)領(lǐng)域，致力于植物工廠的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。

經(jīng)過7年的發(fā)展，中科生物已走在了探索與自主創(chuàng)新植物工廠技術(shù)前列，已成為唯一一家具備從植物工廠科技創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)化推廣全產(chǎn)業(yè)鏈的高新技術(shù)企業(yè)。在植物工廠生產(chǎn)系統(tǒng)與裝備、植物生產(chǎn)專用光譜與照明燈具、植物專用營養(yǎng)液與穩(wěn)定性調(diào)控和生產(chǎn)模式與專用新品種育種等方面進行了重大創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。

一、植物工廠關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

（一）創(chuàng)制了模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)、無人化垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)等成套裝備

中科生物創(chuàng)制了模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)、無人化垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、節(jié)能免分栽植物工廠自動生產(chǎn)系統(tǒng)、室內(nèi)多層育苗系統(tǒng)、集裝箱植物工廠和家庭式植物工廠系統(tǒng)等植物工廠成套裝備。其中,模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)采用全新的模組化工業(yè)設(shè)計理念，革新了傳統(tǒng)跑道式栽培裝備，解決了其成本高和搭建復(fù)雜的難題，成為全球首套運用于中大型植物工廠的臺套化裝備，獲得德國“紅點獎”和“中國設(shè)計智造大獎銅獎”，已出口28個國家和地區(qū)；創(chuàng)制出全球首套無人植物工廠生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了從播種、育苗、分栽、生產(chǎn)、采收到包裝及栽培設(shè)備的清洗等植物生產(chǎn)全過程的自動化和無人化，解決了已有的植物工廠勞動力成本高且需求量大導(dǎo)致的生產(chǎn)成本居高不下的難題，獲“第一屆中國農(nóng)業(yè)機器人創(chuàng)新大賽”一等獎；開發(fā)出第一代植物工廠多層育苗系統(tǒng)，建成了國內(nèi)首個大型人工光多層育苗工廠，實現(xiàn)高品質(zhì)種苗標準化生產(chǎn)；開發(fā)出的能源自給型集裝箱式植物工廠已經(jīng)列裝我國西部某軍區(qū)，2018年首次在海拔超過4300米的無人區(qū)安全越冬，為邊防哨所、海島和荒漠等環(huán)境極端惡劣地區(qū)的邊防部隊周年生產(chǎn)蔬菜。

模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)

模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)

（二）光環(huán)境調(diào)控技術(shù)以及LED植物照明技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展

中科生物開發(fā)出不同植物生長發(fā)育的80余種專用光譜和光環(huán)境調(diào)控技術(shù)，包括生菜、白菜等葉菜類育苗與生產(chǎn)，番茄、甜椒、黃瓜等瓜果類蔬菜育苗與生產(chǎn)，食用花卉與藍莓等花果生產(chǎn)，金線蓮、霍山石斛等藥用植物生產(chǎn)，水稻、玉米、小麥等農(nóng)作物生長發(fā)育，溫室蔬菜、花卉、農(nóng)作物和瓜果補光生產(chǎn)等光配方?；诠馀浞郊夹g(shù)，結(jié)合LED優(yōu)勢，實現(xiàn)50余種植物照明產(chǎn)品的量產(chǎn)，形成了鳳凰、大嘴鳥、飛燕、火烈鳥和云雀等5大系列植物照明產(chǎn)品，光環(huán)境調(diào)控技術(shù)以及LED植物照明技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位，基于專用光配方開發(fā)的植物照明燈具產(chǎn)品已應(yīng)用到34個國家和地區(qū)。

植物照明系列產(chǎn)品

（三）生產(chǎn)技術(shù)居國際植物工廠領(lǐng)先水平

中科生物開發(fā)出不同植物生長發(fā)育的6大類10余種通用型及專用型的植物水培營養(yǎng)液配方和調(diào)控技術(shù)，包括滿足生菜、小白菜等葉菜類蔬菜，番茄、黃瓜、甜辣椒等果菜類蔬菜，冰菜、酸模等特菜，金線蓮、霍山石斛等藥用植物，花卉類和藍莓等果樹類的營養(yǎng)液配方。開發(fā)出相應(yīng)的植物工廠營養(yǎng)液商用產(chǎn)品，葉菜類蔬菜水培營養(yǎng)液的生產(chǎn)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)配方及市場競品。

原創(chuàng)性突破植物生產(chǎn)技術(shù)和栽培模式，實現(xiàn)從生菜和白菜種子從萌發(fā)到采收35天達到單株120克的產(chǎn)量，生菜、小白菜公斤耗電量低于8千瓦時，遠低于國際植物工廠生菜公斤耗電量10-12千瓦時；開發(fā)出果菜類蔬菜植物工廠栽培技術(shù)，坐果量大、產(chǎn)量高，每年每平方米占地面積可收獲黃瓜超過250千克、櫻桃番茄100千克、甜椒120千克，且品質(zhì)優(yōu)，黃瓜可溶性固形物含量高于4%，櫻桃番茄和甜椒高于9%；開發(fā)藍莓植物工廠專用配套栽培技術(shù)，首次實現(xiàn)藍莓在植物工廠中無需使用低溫條件的連續(xù)開花結(jié)果，一年2至3次采收。藍莓實現(xiàn)一年四季在任何需要的時間向市場提供新采收的果實，產(chǎn)量高、果實大、品質(zhì)好，打破了藍莓一年只進行一季采收的經(jīng)濟生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式，成為今后植物工廠的一個全新發(fā)展方向。

首次建立了可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的立體式+潮汐式的集約化育苗體系，已經(jīng)應(yīng)用到茄果類（番茄、辣椒、甜椒、茄子）、瓜類（黃瓜、西瓜、甜瓜、西葫蘆）、架豆、大蔥、櫻桃蘿卜、不結(jié)球白菜、西蘭花、火龍果、百香果等作物的育苗。育苗時間比傳統(tǒng)育苗縮短1/3-1/2，其中黃瓜成苗13天（傳統(tǒng)育苗23-25天）、番茄成苗20天（傳統(tǒng)育苗約50天）、甜（辣）椒成苗28天（傳統(tǒng)育苗40-50天），且生產(chǎn)成本與傳統(tǒng)溫室育苗方式基本相當。

中科生物首次建立了藥用植物金線蓮植物工廠生產(chǎn)技術(shù)體系。在育苗方面，革新了傳統(tǒng)組培莖段培養(yǎng)和固體培養(yǎng)基培養(yǎng)的生產(chǎn)模式，創(chuàng)造了金線蓮胚狀體成苗體系和液體組培技術(shù)。胚狀體成苗技術(shù)一年擴繁系數(shù)較傳統(tǒng)技術(shù)提高23倍，液體組培體系組培4個月植株單株鮮重提高30%以上，6個月超過50%，種植時清洗效率提高30%；開發(fā)出了全新的金線蓮植物工廠種植技術(shù)及大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)系統(tǒng)，所生產(chǎn)的金線蓮生長速度快，產(chǎn)品功能性化合物含量高，金線蓮苷和總黃酮含量比產(chǎn)地其他傳統(tǒng)生產(chǎn)的20家企業(yè)平均高約50%，且不同批次產(chǎn)品含量穩(wěn)定。目前，該技術(shù)已應(yīng)用到國際上最大的商業(yè)化藥用植物工廠內(nèi)，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

（四）建立植物工廠育種加速技術(shù)體系，育成首個植物工廠專用的生菜品種

利用植物工廠優(yōu)勢，中科生物通過精準控制光質(zhì)與光照時間，調(diào)節(jié)不同作物生長階段的營養(yǎng)液濃度，設(shè)定最佳環(huán)境溫度與濕度，縮短作物營養(yǎng)生長期和加速其進入生殖生理狀態(tài)，并實現(xiàn)盡早開花，創(chuàng)造出全新的植物工廠育種加速器。植物工廠育種加速器適宜于所有的作物種類，能克服南繁基地僅適宜夏季作物且需異地種植的缺陷。與傳統(tǒng)室外或溫室育種相比，主要作物由每年繁殖1-2代增加到每年3-4代，植株生長周期縮短15%-20%，種子采收周期縮短40%-50%。并且通過兩年多的努力，在2020年育成2個不燒心、不焦邊、生長速度快、產(chǎn)量高的生菜新品種（已申請DUS保護），這也成為首例利用植物工廠育種加速器育成的作物新品種。

二、植物工廠技術(shù)成果

為獲得科研成果的知識產(chǎn)權(quán)保護，中科生物已申請涵蓋植物工廠裝備、植物專用光譜技術(shù)與燈具、營養(yǎng)液技術(shù)、栽培技術(shù)等領(lǐng)域的專利成果511件，含發(fā)明專利和實用新型專利分別為241件和220件；為進一步保護核心專利在主要市場國家的權(quán)益，擴展申請了美國、歐盟、日本等國外專利220件（含65項PCT)。截至目前，已累計獲得授權(quán)專利370件，其中國內(nèi)發(fā)明專利和實用新型專利分別為57件和210件，國外發(fā)明專利58件。

三、植物工廠產(chǎn)業(yè)化

中科生物自主研發(fā)的植物工廠裝備和技術(shù)已出口到歐美亞澳等國家和地區(qū)，已成為國際上植物工廠系統(tǒng)解決方案的重要供應(yīng)商，是一家在國際植物工廠領(lǐng)域有重大影響力的光生物產(chǎn)業(yè)企業(yè)。

金線蓮工廠化生產(chǎn)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

（一）建成了全國面積最大、植物工廠類型和種植品種最多的植物工廠生產(chǎn)示范基地

中科生物在福建省泉州市安溪縣建設(shè)了占地面積200畝的植物工廠生產(chǎn)示范基地。2016年利用公司自己研發(fā)的模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)裝備，建成了全球首個建筑面積1萬平方米的大型商業(yè)化蔬菜植物工廠，進行生菜的生產(chǎn)與銷售，探索我國植物工廠蔬菜生產(chǎn)的盈利模式?！斑@一植物工廠的建成標志著我國的植物工廠真正由示范階段進入了產(chǎn)業(yè)化階段?！敝?，團隊陸續(xù)建成了全球首個商業(yè)化烹飪類蔬菜（2017年）、商業(yè)化食用花卉（2017年）、商業(yè)化藥用植物（2017年）等植物工廠，植物產(chǎn)品在商超、高檔飯店與賓館銷售；同時建立了示范推廣性質(zhì)的果菜類蔬菜植物工廠（2019年）、藍莓植物工廠（2020年）、茶葉植物工廠（2020年）、集裝箱植物工廠（2017年）和無人化垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)植物工廠（2018年）。商業(yè)化生產(chǎn)與示范植物工廠在國內(nèi)外產(chǎn)生了重要影響，共有國內(nèi)外1700多批3萬余人次來基地參觀學(xué)習(xí)，促進了全球植物工廠產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

（二）代表中國先進植物工廠技術(shù)的裝備技術(shù)出口多個發(fā)達國家和地區(qū)

在國內(nèi)，中科生物研發(fā)的模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)的植物工廠已在25個省（市、自治區(qū))推廣應(yīng)用，如2016年利用自主研發(fā)的裝備和技術(shù)建成全球單體面積最大的1萬平方米植物工廠，日產(chǎn)1.8噸無農(nóng)藥、無重金屬污染的高品質(zhì)蔬菜，成為了2017年金磚國家領(lǐng)導(dǎo)人廈門會晤餐宴的唯一生食類蔬菜；在國際上，模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)的植物工廠被推廣到含歐美在內(nèi)的27個國家和地區(qū)。全自動化智能生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)植物工廠真正意義上的數(shù)字化、無人化，兩座自動化植物工廠落地陜西和海南，分別服務(wù)于楊凌國家農(nóng)高區(qū)和三亞種子創(chuàng)新研究院；集裝箱式植物工廠除在國內(nèi)推廣應(yīng)用外，也開始向馬來西亞出口。作物育苗生產(chǎn)系統(tǒng)植物工廠，已應(yīng)用于蔬菜和煙草的規(guī)模化育苗。

中科生物還致力于服務(wù)國防后勤保障的國家戰(zhàn)略需求。2018年能源自供型集裝箱植物工廠安裝在我國海拔超過4300米的邊防站，首次實現(xiàn)了特高海拔地區(qū)的蔬菜周年生產(chǎn)；2019年啟動“陸軍機關(guān)暖心惠兵樣板工程”，一批集裝箱植物工廠已列裝陸軍部隊，部分安裝在了海拔超過5000米的無人區(qū)邊防哨所；2021年模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)植物工廠首次安裝在沙漠腹地的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，為航天員的蔬菜安全供給提供保障；2019年特別研制的艦船專用植物工廠安裝在了海軍大型艦船上，開創(chuàng)了保障海軍戰(zhàn)士海外執(zhí)行任務(wù)期間新鮮蔬菜供給的先河。

楊凌自動化植物工廠

四、植物工廠產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生的影響

中科生物的植物工廠成套裝備與生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新成果得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，極大地推動了我國乃至全球植物工廠產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為解決土地資源緊缺、環(huán)境污染與食品安全等問題，提供了全新途徑，也為未來保障我國大糧食安全開辟出重要的發(fā)展方向。在裝備和技術(shù)方面，團隊創(chuàng)新成果的應(yīng)用，一改我國早期植物工廠（2009年我國建成首個試驗性質(zhì)的 100m2LED植物工廠）完全依賴進口的局面，2016年項目團隊建成全球首個1萬平方米植物工廠。植物工廠科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化成果引起社會的廣泛關(guān)注，獲得中科院、科技部和當?shù)卣拇罅χС郑参锕S成功突破關(guān)鍵技術(shù)，并成為新興前沿技術(shù)；中科生物先后通過知識產(chǎn)權(quán)貫標和兩化融合管理體系認證，獲得了“國家高新技術(shù)企業(yè)”“福建省科技小巨人領(lǐng)軍企業(yè)”“福建省科技型企業(yè)”“福建省院士工作站”“福建省智能制造示范企業(yè)”“博士后科研工作站”“福建省植物工廠工程研究中心”“泉州市院士示范工作站”和“新型研發(fā)機構(gòu)”等榮譽稱號。促進了我國植物工廠裝備與關(guān)鍵技術(shù)躍居國際領(lǐng)跑地位，提高了裝備產(chǎn)品技術(shù)的國際競爭力。近幾年，成果在全球范圍內(nèi)推廣，在行業(yè)內(nèi)形成巨大的示范效應(yīng)，產(chǎn)生了顯著的社會效益與間接經(jīng)濟效益。

西藏集裝箱植物工廠