植物工厂孕育都市农业——
水稻一年长6茬！香不？
本报记者 常理
日前，中国农业科学院传来好消息：由该院都市农业研究所植物工厂创新团队与中国水稻研究所钱前院士团队合作的水稻栽培项目取得重大进展，水稻定植后仅60天左右就可以收获，比大田环境下120天左右的生长周期缩短了近一半， 单层栽培架的综合产量为每平方米0.98公斤，相当于亩产652公斤。这一成果对于推动粮食作物快速育种，促进都市农业发展以及保障我国粮食安全有着怎样的意义？记者采访了中国农科院都市农业研究所植物工厂创新团队的相关负责人。
“养”出来的作物
众所周知，阳光、土壤、水分是作物生长不可或缺的因素。然而与传统大田农业种植生长出来的作物不同，植物工厂内的作物，更像是被“养”出来的。在这里，不需要天然的光照也不需要来自大自然的土壤和水分，通过人工技术提供适宜的环境条件和养分供给，促进作物快速生长与营养成分积累，实现全年高效生产各种高品质作物。植物工厂内的“阳光”来自于定制的光谱多光谱智能LED(发光二极管)光源，五颜六色的灯光为水稻在不同生长周期提供最佳的光源环境；水稻生长所必需的营养元素和水分则是通过深液流水耕栽培技术提供的。
除了光照、水分和养分供给，还有很多因素影响着水稻的生长，比如温度、湿度、二氧化碳浓度等。在植物工厂内的控制室里，科研工作者可监控工厂内的任何一项指标，通过控制器进行实时调控。传统的大田作物栽培过程容易受到环境和极端天气的影响，导致生长发育滞后，生育周期长。而植物工厂就完全避免了这些因素的困扰，为作物的生长创造优良的生长环境条件，促进快速生长与结实，这也是为什么植物工厂的水稻生长周期能够缩短一半。
“植物工厂还有一个优势，就是它与外界相对隔绝，空气都是经过净化的，人员进出也都需要穿戴防护服，可有效阻断虫害和病毒侵袭。所以，植物工厂内的作物基本处于无菌、无虫的环境中，避免使用农药，真正实现绿色生长。”创新团队成员卞中华告诉记者。
实现快速育种
都市农业研究所所长、植物工厂创新团队首席科学家杨其长告诉记者，实现水稻定植后60天左右收获这一重要突破的最大意义是为加快育种速度、保障国家粮食安全提供了全新解决途径。
对于大多数作物来说，要想培育出新的优良种质，需要经过若干代的培育繁殖。而且新品种出来以后，其性状是否稳定，是否适宜大规模种植，还需要数代的验证。这通常要花费几年甚至数十年时间。
“传统的育种方法，一年只能产生1代至2代，即使在温室环境下或在热带地区，一年也只能产生2代至3代。而在植物工厂按60天左右收获一代来计算，一年可以产出5代至6代，这大大缩短了作物育种时间，打破了制约作物生长的时间瓶颈。”杨其长告诉记者。
植物工厂内通过精准调控植物生长的环境和营养要素，从而大大提升作物的光合作用速率，诱导早期开花和促进作物快速生长，大幅缩短作物生育周期，实现快速育种。而且，植物工厂育种加速系统不受土地、空间和气候条件的约束，大大节省了育种工作者的时间和人力成本。
杨其长表示，未来植物工厂栽培层数可以达到10层以上，育种工作也将更加高效便捷，这对保障粮食安全具有重要的现实意义。据介绍，创新团队目前正在研发适用于植物工厂所需要的机械化设备，相信在不久的将来，植物工厂也可以像无人车间一样，仅需一两位科研人员定期检查设备，而其他工作就可以交由机械去完成了。
都市农业的发展方向
近年来，我国也出现了不少植物工厂项目。有些植物工厂生产的菠菜、生菜、小番茄、小白菜、小黄瓜以及金线莲等正逐渐走上居民的餐桌。
未来的某一天，我们是否可以在市场上见到植物工厂生产的其他农产品呢？
卞中华认为，这是完全有可能的。他说，5年前，欧洲一些国家也对植物工厂持怀疑态度。但是，由于近年来极端天气频发，加上全球疫情导致食物供应链受到冲击，进一步加剧了食物短缺的风险，植物工厂的产品越来越受到欧洲各国和相关企业的欢迎。目前，英国将垂直农业、植物工厂等作为农业重点项目进行推广，欧洲其他一些国家也开始了植物工厂的研发工作。但是在农业实际生产中，植物工厂需要较多的设施成本和能耗，以及更高的技术要求，有些问题目前尚待解决。
不过，随着相关产业的发展以及关键技术的突破，植物工厂的造价和运行成本也会随之降低。卞中华举了一个例子，多光谱LED光源一平方米的造价5年前大约是3000元至4000元，而现在仅有200元至300元。
“水稻价值相对较低，大规模推广有一定的难度，但这种模式为今后解决食物安全问题提供了一种新的方式与途径。未来都市农业的快速发展以及低成本能源的广泛使用，采用工厂化方式生产粮食也是有可能的。”杨其长认为，随着相关技术的逐渐成熟，以及消费者认知程度的提升，植物工厂将是都市农业的发展方向。