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让植物在工厂里拔节生长

让植物在工厂里拔节生长

  杨其长在植物工厂实验室观察植物长势。记者 王永战摄

  杨其长:1963年生,安徽芜湖人。中国农业科学院都市农业研究所首席科学家、国际欧亚科学院院士。他长期从事设施农业相关研究工作,作为我国植物工厂技术体系研究的倡导者,2002年以来率领团队先后攻克植物工厂光配方及LED光源创制、光—耦合节能环境控制、温室主动蓄能调温与空间立体栽培等关键技术,形成了具有我国自主知识产权的植物工厂技术体系。

  走进中国农科院都市农业研究所的植物工厂,立架上,一棵棵奶油生菜生长旺盛;一旁,育种加速器实验室里,一株株水稻颗粒饱满……

  “在大田环境下,水稻从种到收要经历120天;在植物工厂,仅需不到60天就可以成熟收割。”杨其长一边向记者介绍,一边叮嘱助手王森,“要注意观察水稻生长状况,详实记录实验数据。”工厂内,通过自动化播种、定植、栽培,各种植物拔节生长……

  “让植物像工业品一样在工厂里生产”

  每天一早,杨其长就会来到植物工厂,查看植物生长情况,“植物工厂已经实现了植物智能化生产。”杨其长说。

  不靠阳光、不靠土壤,植物工厂是如何种出蔬菜的?杨其长介绍,“植物工厂是由计算机对植物生长过程的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境要素进行全天候控制的工厂”,这里面需要用到植物光配方、环境—营养协同调控、空间立体栽培等理论和技术支撑。

  提及为何要攻克植物工厂技术体系,杨其长坦陈:“让植物像工业品一样在工厂里生产,是我们的研究目标。”

  出生于安徽农村的杨其长,记忆最深刻的就是小时候在农田里干活的场景:盛夏,水稻金黄。凌晨时分,孩子们跟着大人一同到水田里,手持镰刀,一茬茬地割稻子,直到清晨,经常忙得一身汗水一身泥。“在我的家乡,一年两季水稻,每逢夏收最怕下雨,要抓紧时间抢收、抢种”,杨其长说,经常忙碌一夜,简单吃点东西,又要开始第二天的劳作。

  周而复始、日复一日的田间劳作,让杨其长深深感受到了其中的艰辛;那时,他就梦想有一天,可以研究出一种新的粮食种植方式……

  1981年,杨其长考上华中农业大学,选择了农业机械化专业。“做毕业设计时,我选择了设计适合水稻田耕作的机器”,杨其长回忆:尽管当时设计的机器比较粗糙,但通过机械设备改造服务农业生产的意识,已在杨其长心中牢牢扎根……

  “不同植物需要不同波段的优化光谱来进行光合作用,这就要逐个尝试”

  大学毕业后,杨其长来到中国农业大学攻读硕士研究生,学习生物环境工程专业。“这是农学、生物学和工程学的交叉学科,主要研究的,还是设施农业方向。”杨其长说,“在当时,相关专业人才较少,选择这个研究方向,就是希望给农业现代化插上科技的翅膀。”

  毕业后进入中国农科院,杨其长从事起设施农业工程领域的相关研究工作。2002年,他接触到了水耕栽培,即利用营养液培植生菜、水稻等农作物。其间,他曾获得科技部的项目支持,着手研究密闭式人工光植物系统。经过几年攻关,2005年,植物工厂著作《植物工厂概论》出版,这是杨其长根据前期探索形成的理论成果。

  同年,一次访学期间的经历,让杨其长关注到了智能LED光源在植物工厂中应用的前景。当时,杨其长正在荷兰访学。一天,在同事带领下,他看到国外的实验室用红蓝LED光源培植出了绿油油的生菜。“生菜在实验室里长得比外边还好,说明LED光能充分满足植物的光合作用需求。”受此启发,杨其长立即联系国内同事,仅用不到两个月时间,就搭建了一座LED植物工厂实验室。

  可合适的LED光源十分难寻。2006年4月,杨其长回国后,开始寻求中国科学院半导体研究所的帮助。时隔不久,在大家共同努力下,他们找来了4块价格昂贵的植物LED光源板。利用这一资源,他和同事们开展了大量植物光配方优化试验,寻找合适的光源优化参数……

  植物光合作用需要哪些光谱?研究团队此前并不清楚,“太阳光包括可见光、紫外光、红外光等波段,不同植物需要不同波段的优化光谱来进行光合作用,这就要逐个尝试”,杨其长说,经过团队不懈努力,终于形成了植物工厂的光配方理论,研发出LED光源创制技术,让植物在工厂内生长成为可能。