植物工厂种植的蔬菜 李阳供图
　　“三年后，我国的植物工厂会雨后春笋般出现。商业化植物工厂会更多，种类会大幅增加，价格会更便宜。”
　　如今，植物工厂的发展印证了李绍华三年前的预测：多个万平厂房拔地而起，蔬菜瓜果琳琅满目，药用植物优质量产，走出国门亮出植物工厂的“中国名片”……
　　李绍华是中国科学院植物研究所（以下简称植物所）研究员，同时也是福建省中科生物股份有限公司（以下简称中科生物）光生物产业研究院院长。在近日接受《中国科学报》采访时，他再次搬出自己的理念：“植物工厂颠覆传统农业生产，是现代农业发展的最高阶段，对解决人口与资源间矛盾、保障国家粮食安全、食品安全及国防战略需求有重要意义。”
　　颠覆传统农业的革命
　　从靠天依地，到以塑料大棚为代表的传统设施农业，农业虽然有了巨大的进步，但是仍面临病虫害严重、农药使用过量、土地单产不高、机械化自动化水平受限等问题。
　　此外，劳动力成本上涨，自然灾害频发，人口与资源矛盾日益尖锐……一场颠覆传统农业的革命，势在必行。
　　“在十万级净化车间内，通过对光照、温度、湿度、二氧化碳及营养液等因素进行智能控制，可进行优质高产的安全蔬菜生产，实现全年稳定、连续的蔬菜供应。”植物所研究员李阳告诉《中国科学报》，“中科生物的植物工厂整合了多系列自主研发的栽培模组设备、专业的植物光源系统、无土栽培营养液配方及自控系统、智能环境控制系统和机械化栽种设备，实现了整个生产过程可控。”
　　他进一步说，基于高效的LED光谱技术和营养液调控技术、可控的洁净环境，植物工厂所产的蔬菜效率提高了几十倍甚至上百倍：可年产20余茬，蔬菜色泽、形态、次生代谢产物等方面品质可控。
　　“植物工厂绿色无污染，就连营养液也是可入口食品级，所产蔬菜无重金属污染、无农药残留等食品安全问题。” 李绍华说，植物工厂的蔬菜还多次被端上过高规格餐宴的餐桌上。
　　目前，植物工厂所产出的植物种类主要集中在叶菜类、果菜类、食用花卉和药用植物，其中药用植物以金线莲、米斛等高附加值的植物为主。
　　“相较于三年前，植物工厂的产品种类大幅增加，价格始终稳定；在海拔4300米的无人区实现蔬菜生产的植物工厂，为国家战略需求提供了保障。”李绍华说。
　　“造光” 没那么简单
　　拿什么代替太阳光？这不得不提植物工厂的关键技术之一 ——植物光配方调控技术。要将生物学和LED发光技术结合，制作出适合的植物照明灯具，可没那么简单。
　　不同的植物需要不同的光配方，植物的不同发育阶段也需要不同的光照。“以生菜为例，育苗阶段为使幼苗健壮，需要更多蓝光，后期为加速植物生长，则需要更多红光。必要时，采收前还需要添加特殊的光，以提高产品品质。”李阳说。
　　记者了解到，每一种植物的光配方一般需要1~2年研究才能获得，个别药用植物则需要3~5年甚至更长时间。
　　李阳向记者介绍了他们“造光”的历程。
　　首先，要深入调研植物的本性以及在外界环境下对光照的需求，进而研究几十种单色光在植物生长发育过程中的作用，这一般需要半年到一年的时间。与此同时，还要开展单色光组合对植物生长发育过程中的影响的研究，这也需要半年之久。
　　基础研究完成，接下来是光谱研究。要想成功替换太阳光，就要保证不同植物在不同发育周期获得合适的光质配方。要保证产量和品质，还需要做大量的实验来验证单色光峰值及覆盖范围、能量分配等参数。
　　接下来，要在光质配方的技术上，利用不同类型的LED灯株，模拟所获得的光谱，结合LED发光效率和灯具开发成本，开发出高效节能的植物照明灯具。在光质基础上，考虑用电成本和产出效益，研究光照时间、强度和方式对植物的影响，进而获得适合的光配方。
　　更关键的是光配方和灯具的中试验证和反馈修订。李阳回忆道，好的金线莲线黄叶红，而在一次生产中，金线莲的叶子上层发红，下层发绿，这说明生产环境出了问题。当时由于照明灯具已经生产完毕，即将进行量产，压力扑面而来。
　　正在厦门出差的李阳赶回湖北，在厂房“蹲”了两小时，仔细打量着眼前的金线莲和工厂的各个角落。他发现，金线莲上层的叶子比下层的红，远离风口处的叶子比风口处红；靠近底层和窗口的温度低，而此处叶子偏绿。
　　“问题很可能出在了温度上！”带着“蹲”来的思考，李阳写了两页的分析报告，经过试验，结果证实了他的猜测。通过不断的反馈和调试，他们最终解决了金线莲的生产环境问题，成就了国际上首个药用植物（金线莲）商业化植物工厂。
　　强强联合 深耕市场
　　好技术，吸引企业；好产品，赢得市场。
　　一天，植物所迎来了一批特殊的客人——国内光电产业龙头企业三安集团代表。在三安集团跟美国国家航空航天局的一次植物照明灯具的合作中，三安突然意识到国内巨大的植物工厂市场，于是找到植物所，希望合作开拓植物工厂市场。
　　实际上，美国、荷兰、日本、韩国等国近几年已建设了众多植物工厂，部分发达国家已开始在中国以示范推广为目标布局植物工厂产业。大都市、寒冷干旱等自然条件受限的地区，将是极具潜力的竟争市场。抢占时机，刻不容缓。
　　带着成为国际植物工厂“领头羊”的愿景，植物所与三安集团合作共建中科生物，下设中科生物总部基地、植物工厂研究院、产业化基地。“公司在研发的同时进行产业化示范，将植物工厂产业化的关键设备和技术的开发和应用紧密结合。”李绍华说。
　　为了更好激励科研人员，中科生物还制定了知识产权管理办法，在保护知识产权的同时，鼓励发明创造，增加年终专利奖项的设定，并将专利与专有技术作为员工晋升考核的参考。“此制度的实施促进了专利申请量的大幅度增加，发明专利申报数量同比2018年增长340%，授予和受理的国内外专利数达到189项，同比增加了372.5%。”李阳说。
　　李绍华说，以产业化为目标，对科研队伍而言既是激励又是挑战。科研人员从做实验发文章，转为钻技术、评专利，以市场应用为导向进行研究。
　　在中国科学院弘光专项的支持下，中科生物投资建立了多家直营植物工厂，在福建省安溪县湖头镇建有总面积8万平方米的标准化厂房，产品销往200多家商超、酒店和餐厅，并于美国拉斯维加斯建立2万平方米的厂房，实现商业化营利。
　　此外，中科生物还将加快装备的研发和输出，并以技术入股的形式或“植物梦工厂”商业模式入股，组建新的合资公司，实现全世界范围内的快速扩张。目前，中科生物以技术入股的形式与新加坡企业合作，共同建设2万平方米的植物工厂，为新加坡提供先进的室内植物工厂设备和种植技术。
　　对于未来，李绍华说：“当前，植物工厂的主要成本是劳动力和耗电，随着成本的上涨，国际蔬菜价格可能会持续上涨，我们将提高机械化和智能化水平，进一步降低成本。”
　　（原载于《中国科学报》 2020-05-29 第3版 转移转化)