试想，如果农业不再“靠天吃饭”，而是通过植物工厂，实现生产效率和效益双提升，这无疑将为现代农业高质量发展带来前所未有的新机遇。
作为现代农业的高阶形态，植物工厂正成为产学研各界合作探索的重要领域。植物工厂发展现状如何？产学研各界该怎样协同，助力攻克植物工厂现有难题？从前端研究到后端应用，如何激发植物工厂的巨大潜力？
带着这些问题，记者来到“海上花岛”上海崇明岛，6个改造后的集装箱内，没有土壤和阳光，靠着人造光、温、水、气、肥环境与智能化控制系统，生菜也能正常生长。究竟哪个集装箱能种出高产、低耗、质优的生菜？
“聚焦AI种植，探索自主设计和建设集装箱植物工厂，既促进了国内外人工智能领域与农业领域跨界合作的生动实践，又实现了学术界、科技界和产业界紧密协同机制创新，必将进一步推动植物工厂快速发展。”浙江大学党委常委、统战部部长叶恭银说。
种普通人买得起的“智慧菜”
现代设施农业是利用现代信息技术、生物技术、工程装备技术与现代经营管理方式，为农作物提供相对可控制的环境条件，尽可能摆脱自然依赖，实现高效生产。相对传统大棚、温室而言，植物工厂是高度垂直化、集成化的农业生产系统，代表着智慧农业的新进展，也是现代设施农业发展的新版本。
在未来，植物工厂应用场景十分丰富，不仅能维持城市日常蔬菜供应，甚至在南北极、高原、沙漠等极端环境下也能有所保障。
目前，健康、安全、有品质的“智慧菜”已经进入消费市场，展现出巨大消费潜力。根据Stratistics MRC的报告，2022年全球植物工厂市场规模达到1330亿美元，预计到2028年将达到2250亿美元，预测期内复合年增长率为9.2%。
植物工厂能打破时间和空间限制，可以让蔬果作物生长周期有效缩短，产量可达传统模式的10-20倍。据测算，在大小约30立方米的集装箱，一茬生菜产量能达到150公斤左右。
不过，由于存在前期投入高、研究难度大、商业落地难等问题，叠加各种成本，植物工厂种植的蔬果，价格往往是市面上同类产品的十多倍乃至几十倍。因此，让“智慧菜”不再昂贵，走向普通消费者餐桌，还需很长一段时间。
中国农业大学水利与土木工程学院教授贺冬仙认为，随着技术进步和产业结构调整，植物工厂等高端设施农业的比重将逐步增加，成为未来农业重要发展方向。高品质、高附加值的蔬菜产品将逐步普及，满足更多消费者对健康、新鲜、便捷生活的需求。
挖掘创新思路
降低能耗是关键点之一。植物工厂可以给予作物最适宜的生产环境。仅从环境控制来看，光照是重要的能量来源，也是运营成本占比最大部分。传统植物工厂多使用LED光为植物供能，光源转化效率只有30%-40%，这不仅需要耗费更多电力为环境通风和制冷，还易灼伤植物。
环境控制系统很重要，多通道混合式液冷照明系统，一方面在植物灯中集成液冷管道，通过高速流动的液体将植物灯废热导入收集系统的管道中，实现冬夏反向调温，降低室内能耗；另一方面开发多通道植物灯，打破传统LED植物种植灯固定光谱配比、只可调节亮度的限制，让每个通道可根据需要实现多档独立微调，更精准地控制植物所需最优生长环境。
“种植架从层架式改为可移动式，可将过道处80厘米的空间充分利用起来，实现极致空间使用率。”“旋转种植架让所有种植槽在传输链条的带动下，缓慢移动形成大回环，打造动态环境，降低整体散热能耗和成本。”“通过将植物蒸腾的水分进行回收，冷凝存储至营养液中，降低植物生长过程中的水分消耗。”“尝试给植物听音乐，以探究声波赫兹对于植物生长的影响。”……
利用最前沿的技术，深入产业一线，集结一线青年科学家，合力攻克农业发展中遇到的实际痛点、难点，可以探索更多突破性创新成果，为植物工厂发展蓄力。
产业化落地需坚持长期主义
植物工厂在国内起步晚，处于初级阶段，但发展迅猛，在光源控制、智能化管控等环节打下坚实技术基础，为规模化产业落地按下“加速键”。有数据显示，截至2020年底，中国已有各类规模的植物工厂超过220座。
上海市农业科学院党委副书记徐伟林对记者表示，“植物工厂追求高效、高产、高质的生产种植。这不仅需要农业技术的支持，还需要与电器工程、工业制造等多领域进行跨界融合，共同推动农业生产智能化和高效化。这种跨界联合的模式不仅提高了农业生产的效益，也为农业科研注入了新活力。”
截至目前，已有多项成果被写成论文或进入专利实审受理阶段，涉及植物工厂环控、营养液配方动态调整技术等。包括基于日累积光照量的植物补光方法、增加空气流动降低生菜烧边症状发生率的方法、番茄产量预测模型等一系列创新种植技术也开始逐步推广应用。除此之外，一些科研成果也实现了“技术产品化”。
比如草莓营养液配方动态调整技术，目前已在北京小汤山草莓种植基地应用。中国农业大学博士生杨浩表示，“国家正在倡导大力发展现代农业，核心技术是推动新质生产力发展的新引擎。我们希望能做出一套区别于传统农业的种植方案，让普通农民也能快速学习上手，为农事生产减负增效。”
科技创新添动力，农业腾飞正当时，植物工厂话未来。在数字技术加持下，现代农业正迈向智能化、规模化、绿色化新阶段。当更多力量加入打造农科高地，迈向农业技术变革的大道，植物工厂的市场化、产业化将持续擘画农业发展新篇章。
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