“三年后，我國的植物工廠會雨后春筍般出現。商業化植物工廠會更多，可生產的植物種類會大幅增加，價格會更便宜。”

如今，植物工廠的發展印證了李紹華三年前的預測：多個萬平廠房拔地而起，蔬菜瓜果琳瑯滿目，藥用植物優質量產，植物工廠裝備和技術走出國門，亮出“中國名片”，一段植物工廠的“光”輝歲月，正在迎來……

李紹華是中國科學院植物研究所（以下簡稱中科院植物所）研究員，同時也是福建省中科生物股份有限公司（以下簡稱中科生物）光生物產業研究院院長。在近日接受《中國科學報》采訪時，他再次強調：“植物工廠顛覆傳統農業生產，是現代農業發展的最高階段，對解決人口與資源間矛盾、保障國家糧食安全及國防戰略需求有重要意義。”

顛覆傳統農業的“革命”

從靠天依地，到以塑料大棚為代表的傳統設施農業，農業雖然有了巨大的進步，但是仍面臨病蟲害嚴重、農藥使用過量、土地單產不高、機械化自動化水平受限等問題。

此外，勞動力成本上漲，自然災害頻發，人口與資源矛盾日益尖銳……一場顛覆傳統農業的“革命”，勢在必行。

“在十萬級凈化車間內，通過對光照、溫度、濕度、CO2及營養液等因素進行智能控制，可進行高效、優質和安全的蔬菜生產，實現全年穩定、連續的蔬菜供應。”中科院植物所副研究員、植物工廠研發中心主任李陽告訴《中國科學報》，“中科生物的植物工廠整合了多系列自主研發的栽培模組設備、專業的植物光源系統、營養液配方及控制系統、智能環境控制系統，實現了整個生產過程的可控。”

他進一步說，基于高效的LED光譜技術和營養液調控技術，可控的潔凈環境，植物工廠的生產效率是傳統農業的幾十倍甚至上百倍：可年產20余茬，蔬菜的產量和品質完全可控，而且營養更均衡。在福建省安溪縣湖頭鎮建立的國際首棟1萬㎡蔬菜工廠，可生產幾十余種蔬菜，目前主栽品種8個，從播種到采收僅35天，日產蔬菜1.8~2.0噸。

“植物工廠綠色無污染，蔬菜生產過程不使用任何農藥，解決了傳統蔬菜生產過程重金屬污染和農藥殘留等食品安全問題。” 李紹華說，植物工廠的蔬菜還完成了2017年金磚國家領導人廈門會晤餐宴保障。

目前，植物工廠所生產的植物種類集中在葉菜類（生菜、白菜、冰菜、芽苗菜等）、果菜類（番茄、甜椒、黃瓜等）、食用花卉和藥用植物，其中藥用植物以金線蓮、米斛等高附加值的藥用植物為主。

“相較于三年前，植物工廠的產品種類大幅增加，價格始終穩定；在海拔4300米的無人區實現蔬菜生產的集裝箱式植物工廠，為國家戰略需求提供了保障。”李紹華說。

“造光” 沒那么簡單

拿什么代替太陽光？這不得不提植物工廠的關鍵技術之一——植物光配方調控技術。要將生物學和LED發光技術結合，制作出適合的植物照明燈具，可沒那么簡單。

不同的植物需要不同的光配方，植物的不同發育階段對光的需求也不同。“以生菜為例，育苗階段為使幼苗健壯，需要更多藍光，后期為加速植物生長，則需要更多紅光。必要時，采收前還需要添加特殊的光配方，以提高產品的品質。”李陽說。

記者了解到，一個成熟的光配方一般需要研究1~2年，個別藥用植物則需要3~5年甚至更長時間。

李陽向《中國科學報》介紹了他們“造光”的歷程。

首先，要深入調研植物的本性以及在外界環境下對光照的需求，進而研究幾十種單色光在植物生長發育過程中的作用，這一般需要半年到一年的時間。與此同時，還要開展單色光組合對植物生長發育過程影響的研究，這也需要半年之久。

基礎研究完成，接下來是光質配方（光譜）研究。要想成功替換太陽光，就要保證不同植物在不同發育周期獲得合適的光質配方，包括單色光選擇、能量分配，以及應用效果。此外，在光質配方的基礎上考慮用電成本和產出效益，需要研究光照時間、光照強度及方式對植物的影響，進而獲得合適的光配方。

接下來，要在光質配方的技術上，利用不同類型的LED燈株，模擬所獲得的光譜，結合LED發光效率和燈具開發成本，開發出高效節能的植物照明燈具。

光配方和燈具的生產應用是最能檢驗技術是否成熟的方法。李陽回憶道，在金線蓮投產初期，金線蓮的葉片出現返綠現象，不符合高品質金線蓮金線清晰、葉背紅的生產要求，栽培技術和生產條件都沒有變，只有燈具是新做的，出問題的可能性最大。然而當時專用的金線蓮生長燈已經定型和大面積布置，更換的代價太大了，壓力撲面而來。

正在廈門實驗室的李陽趕回湖頭中試基地，在廠房“蹲”了兩個小時，仔細打量著眼前的金線蓮和工廠的各個角落，從不同光下的金線蓮表現，到溫度、濕度、通風等環境條件，以及金線蓮的栽培基質等栽培容器，他發現，栽培架上層的金線蓮的葉子比下層的紅，遠離空調風口處的葉子比風口處紅。

“問題很可能出在了溫度上！”帶著“蹲”來的思考，李陽寫了兩頁的分析報告，詳細分析了每一種可能存在的影響因素，經過不斷的試驗排除，結果證實了他的猜測。通過不斷的反饋和調試，他們最終解決了金線蓮的生產問題，成就了國際上首個藥用植物（金線蓮）商業化植物工廠，生產出高品質的金線蓮產品，相比其它生產模式，金線蓮的有效成分含量提升48.52%以上。

強強聯合 深耕市場

好技術，吸引好企業；好產品，贏得好市場。

一天，中科院植物所迎來了一批特殊的客人，國內光電產業龍頭企業福建三安集團。在三安集團跟美國航空航天局的一次植物照明燈具的合作中，發現LED技術在植物工廠市場應用的巨大潛力，于是找到中科院植物所，希望合作建立植物工廠。

實際上，美國、荷蘭、日本、韓國等國早期已建設了眾多植物工廠，部分發達國家已開始在中國以示范推廣為目標布局植物工廠產業。大都市、寒冷干旱等自然條件受限的地區，將是獨具潛力的爭奪市場。搶占時機，已顯得刻不容緩。

帶著成為國際植物工廠“領頭羊”的愿景，中科院植物所與三安集團合作共建福建省中科生物股份有限公司，下設中科生物總部基地、植物工廠研究院、產業化基地。“公司在研發的同時進行產業化示范，將植物工廠產業化的關鍵設備和技術的開發和應用緊密結合。”李紹華說。

為了更好的激勵科研人員，中科生物還制定了《知識產權管理辦法》，在保護知識產權的同時，鼓勵發明創造，增加年終專利獎項的設定，并將專利與專有技術作為員工晉升考核的參考項目。“此制度的實施促進了專利申請量的大幅增加，發明專利申報數量同比2018年增長340%，授予和受理的國內外專利數達189項，同比增加372.5%。”李陽說。

李紹華指出，以產業化為目標，對科研隊伍而言既是激勵又是挑戰。科研人員從做實驗發文章，轉為鉆技術、評專利，以市場應用為導向進行研究。

在中國科學院“弘光專項”的支持下，中科生物投資建立了多家直營植物工廠，在福建省安溪縣湖頭建立總面積8萬㎡的標準化廠房，產品銷往200多家商超、酒店和餐廳。

此外，中科生物還將加快裝備的研發和輸出，并以技術入股的形式入股，組建新的合資公司，實現全世界范圍內的快速擴張。中科生物還與新加坡企業合作，共建2萬㎡的植物工廠，為新加坡提供先進的室內植物工廠設備和種植技術。

對于未來的展望，李紹華說：“當前，植物工廠的主要成本在于勞動力和耗電，隨著勞動力成本的上漲，國際蔬菜價格可能會持續上漲，我們將提高機械化和智能化水平，進一步降低成本。”