四川在线记者 史晓露 摄影报道

在没有阳光和土壤的密闭环境中，水稻可以正常生长吗?

最近，中国农科院都市农业研究所植物工厂创新团队与中国科学院院士、中国水稻研究所副所长钱前所带领的团队合作，找到了答案。

他们将水稻种植到植物工厂内，在经历63天的封闭生长后，水稻结出金黄饱满的稻穗，这个时间比大田环境下的生长周期缩短了一半以上。“这是水稻种植史上颠覆性的重大突破。”钱前说。

水稻生长周期减半如何实现?未来又有何应用价值?近日，记者走进实验地点——位于成都科学城天府菁蓉中心的中国农科院都市农业研究所，一探究竟。

在LED光源下吃好喝好

水稻生长周期有望缩短至60天内

天府新区兴隆湖畔高楼林立，记者以为这项意义重大的实验就藏身在这些玻璃幕墙里，该实验的主要完成人卞中华博士却把记者领进楼下一间不起眼的集装箱，这位中国农科院都市农业研究所植物光生物学研究中心科研骨干介绍：“这就是我们的实验场所。它的专业名字叫‘移动箱式植物工厂’。”眼前的植物工厂像个放大版的玻璃柜，外立面是不透光的磨砂玻璃，面积仅15平方米。

 

植物工厂内，采用无土栽培种植在营养液栽培槽中的水稻秧苗。

工厂虽小，“五脏”俱全。打开房门，只见屋内被红色和紫色的光晕笼罩着，左右两侧摆放着4层栽培架，架子上是一丛丛青翠的水稻秧苗，采用无土栽培种植在营养液栽培槽中。房内的新风系统和二氧化碳供应系统可以调控室内温度和气体环境，营养液循环系统则为水稻生长发育供应所需的水分和矿物质。

“目前我们正在进行第三轮实验。”卞中华介绍，前两轮实验结束后，他们调整了一些光温参数，希望通过精准的环境优化与养分供给，进一步将其生长周期缩短至60天以内。

植物工厂是一个全封闭的空间，“水稻所需的环境和营养要素，都能靠人工调控的方式满足，包括光照、水、温度、营养物质、二氧化碳等。”卞中华说，“简单来说，就是让植物吃好、喝好，自然长得更快。”

在整个环境控制中，光照管理又是关键因素。卞中华说，“植物对光的需求包括光辐射强度、光谱、光周期等，对光环境进行精准调控，相当于为水稻定制专属的‘光配方 ’。”

 

植物工厂内成熟的水稻

目前的研究已发现，光照强度过低或过高对植物的生长发育都不利;而太阳光谱中，只有5%左右不同波长的光对光合作用产生影响，其中红光、蓝光是维持植物正常光合作用的必须光质。

卞中华指着栽培架顶部的平板式LED光源向记者介绍，“这就是太阳光的替代品，它可以定制光谱，调控光照强度，在水稻不同生长时期提供适宜的光环境，促进水稻提早开花、快速结实。”卞中华一边说，一边旋转控制按钮，灯具上一共有6个按钮，可以调控紫外光、蓝光、白光等光谱强度。

光照还能影响作物的品质。最近，中国农科院都市农业研究所科研助理李宗耕发现，不少网友留言，想知道植物工厂中生长出的稻谷品质、口感好不好。“从蔬菜实验来看，品质不会受到影响。”李宗耕说，不过，为了得到一个更确定的答案，他们决定把稻谷送去检测机构检验，看看其中的淀粉、蛋白质等营养物质含量如何。

一年可种6茬水稻

大大节省育种时间成本

种子培育，什么成本最高?时间成本。

再牛的技术，也得看着作物慢慢长，这也就是为什么前几年有个新闻，某农科所的芋头被人偷吃了，科研人员急得痛哭流涕，因为那是花了6年时间选育、杂交、淘汰的成果，结果什么都没了。想确定成果?再来6年。可科研人员能有几个6年?

植物工厂的神奇之处，在于它给作物生长按下了快进键，从而帮助科研人员在有限时间里，研发出更多科研成果。

 

中国农科院都市农业研究所楼下的移动式植物工厂

记者发现，植物工厂里的水稻成熟后，比普通水稻更矮小。“这些水稻是由钱前团队提供的矮秆品种，成熟后株高仅30厘米左右，而普通水稻成熟后高度至少在1米左右。”卞中华说，株型较矮适合在植物工厂下进行多层立体栽培，最大化利用空间，节省成本。

在第一次实验中，他们选择了6个矮秆品种，其中2个品种表现出较高的产量潜力。“定植后45天抽穗，63天收获，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。”卞中华介绍。

这一实验结果令人振奋。省农科院作物所副研究员李旭毅长期从事水稻栽培技术研究与示范推广，在他看来，植物工厂在缩短作物育种周期方面具有巨大潜力。

水稻生长周期长，生育期在120天以上，一般情况下，一年只能种一到两季。使用传统育种方法，通常一年只能产生1至2代，为了加快育种进度，农业科技人员会选择到海南等热带地区“南繁育种”，但一年也只能产生2至3代。在这种情况下，要培育出一个优良性状的新品种，通常需要几年甚至十年以上。

“植物工厂环境下，水稻可以在60天左右收获，一年就可以种5-6茬，育种就可以产生5-6代，大大节省育种工作者的时间成本。”中国农科院都市农业研究所研究员、植物工厂创新团队首席科学家杨其长介绍，植物工厂不受空间限制，还可以建在实验楼或育种单位附近，栽培层数可以达到10层以上，最大程度利用空间。

植物工厂也为水稻工厂化栽培提供了可能。最近，杨其长收到了不少咨询电话。“很多企业都很感兴趣，刚刚一家重庆粮食集团的经理打电话来，想在当地推广。”

植物工厂为何会受追捧?

“优势很多。”杨其长说，植物工厂不受土地、空间和气候条件的约束。“西南地区夏天高温高湿，容易诱发病虫害，冬季光照偏弱，会影响作物营养物质的代谢合成。”杨其长说，用植物工厂种植水稻，可以不受气候条件影响。

下一步，他们打算选育出适宜植物工厂种植的水稻品种，提高产量，“这对保障粮食安全具有重要意义。”杨其长说。

生产1公斤水稻需要60多度电

推广应用面临成本制约

不过，目前这项研究才刚起步，要大范围推广还面临成本制约。

近年来，随着植物光生物学技术的进步和LED光源成本的大幅下降，植物工厂呈现出快速发展的势头，我国人工光植物工厂数量已经超过200家，但主要用于生产生菜、番茄等蔬菜。

“即便是生产蔬菜，盈利也很难。”杨其长介绍，他们曾对北京一家生产生菜的植物工厂进行过测算，每生产1千克生菜要消耗10度电，相当于6元。结合产量分析计算，每千克生菜的生产成本为21.19元。但目前露地生菜的零售价仅4-6元/千克。

在日本、美国等国家，植物工厂出产的蔬菜有专门的标识和认证，市场售价通常比常规蔬菜高出1倍左右。“照这样计算，企业盈利面不大。”杨其长说，推广植物工厂，难的不是技术，而是如何降低建设和运营成本。

 

植物工厂内的水稻，该品种为矮秆水稻品种。

一是初期建设成本高。植物工厂在封闭的室内环境下进行，需要的环境控制系统、人工光源系统、多层立体栽培系统、营养液循环系统以及计算机控制系统等工程设施和配套装备价格高昂。按一个栽层面积计算，初期建设成本平均在1万-1.5万元/平方米。

二是运行能耗较大，其中电力成本占了大头。据测算，人工光照明和空调的电力能耗占到总能耗的8成以上。

相比于蔬菜，生产水稻的成本更高。“用植物工厂生产叶菜，长出来的部分基本都可以食用，但如果种水稻，只有稻谷可以吃，不划算。根据测算，生产1公斤水稻需要60多度电。”杨其长说。

对于未来，他仍持乐观态度。“2005年，我们刚开始研究植物工厂时，买了4块1平方米的LED光源板，就花了10万元，但现在，只要三四百元。”相信随着技术进步，通过开发新材料、利用新能源，未来植物工厂的建设和运营成本会进一步降低，“它代表着未来农业的发展方向。”

【小科普】

植物工厂：走进家庭　步入深空

植物工厂是在完全密闭或半密闭条件下通过高精度的环境控制，实现作物在垂直立体空间上，周年连续生产的高效农业系统。具有生长周期短、空间利用率高、一年四季不间断生产等特点。

植物工厂被看作现代设施农业发展的高级阶段。与传统的植物生产方式(露地、大棚或温室)相比，植物工厂具有明显优势，包括不受或很少受外界条件制约，单位土地资源利用率高，不施用农药，生产的产品绿色安全无污染，节约人力成本等。

植物工厂最早于1957年诞生在丹麦的一家农场。随着人工光源技术的系列突破，近年来，植物工厂在东亚与欧美国家发展迅速。

我国植物工厂起步较晚，分别在1998年和1999年从加拿大引进过两套太阳光利用型植物工厂，放置在深圳和北京顺义，用于生产波士顿奶油生菜。近十余年来，我国植物工厂发展迅速，主要分布在北京、深圳、厦门等沿海地区，有两座面积超过1万平方米的植物工厂，还出现了栽培层超过20层的垂直立体植物工厂。

国内关于植物工厂的研究始于2002年前后。目前科研人员已研制出多种植物生长装置，既有大到上万平方米的植物工厂，也有小到家庭使用的微型植物生长装置，还有可在空间站使用的植物生长箱等。