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这个弹丸小国却凭独特技术占领全球第二我国应该向他们学习什么?

发布时间: 2024-03-29 22:20:25 |   作者: 华体会官方网站app

  或许在不久的将来,即使远在太空,人类也能吃上自己亲手种的菜。几个月前,神舟十四号载人飞船返回地球,跟随航天员一起回来的,还有经历培育生长、完成发育全过程的水稻和拟南芥种子。其中,拟南芥代表蔬菜,水稻代表粮食作物。

  在中国空间站问天舱内,这些种子完全依靠人工手段模拟生长所需的光照、温度和湿度,完成了萌发、生长、抽穗和结籽。今年春天,一场相似的科学实验,正在崇明岛上演。

  进入位于崇明花博园的光明母港垂直农业研究中心,几个集装箱映入眼帘。这些集装箱有个名字,叫做“植物工厂”,它们就是科研人员的“太空实验柜”。

  不过,与问天实验舱里的实验柜相比,集装箱的体积大了不少,但原理相近。箱内植物完全不依赖自然环境,科研人员利用技术方法对植物生长的、、、浓度,以及等环境条件进行,植物生长发育不受或很少受到自然条件的制约。

  植物工厂,被视为现代设施农业发展的高级模式,是农业产业化进程中吸收应用高新技术成果最多、最具活力和潜力的领域之一。

  在此之前,它大多出现在国内的科研实验室、远洋船队或者极地科考站。近日,随着多多农研科技大赛总决赛在崇明拉开序幕,农业的未来图景走进大众视野。在90天时间里,四组团队将操作各自的集装箱,完成三茬“翠恬”生菜的种植。这是一种口感甜脆的全新生菜品种。根据赛制,产量高、品质好、算法优且能耗低的团队将获得最后的胜利。

  传统观念认为“读不好书就去种地”,而现代农业,则是“真正读好书才能搞得好”。从入围决赛的队伍构成,就能感知一二。四支团队普遍集结了农学家、数据科学家、植物工程科学家等多个“工种”。其中,上海农科院队与“生菜快长”队“含农率”更高;上海交大“生生不息”队与“赛博农人”队“含工率”更高。他们的“工农融合能力”在相当程度上决定了种植结果。

  以“生生不息”团队为例,其成员研究领域涵盖工学、农学、市场营销和推广等方面。此前,团队在上海交通大学“深蓝计划”项目“无能耗的海上自维持蔬菜种植平台”的支持下,正在搭建基于太阳能光伏、光热利用,有机结合自动控制和浮板栽培技术的系统,预期只需要太阳能和海水即可以长期稳定运行。

  上海交通大学溥渊未来技术学院长聘副教授、博士生导师鲍华是能源领域的专家,“在植物工厂内,种植一公斤生菜需要消耗十几到二十几度电,因此如何减少能源消耗是我们团队研究的重点,目标在不降低生菜质量和产量的前提下,通过技术方法使植物工厂的能耗降低20%左右。”他说。

  上海市农业科学院植物工厂团队致力于植物工厂技术相关研究,包括极端环境种菜难题。此前,为解决极地科考队员的吃菜问题,南极长城站、中山站相继建成蔬菜种植温室。国家设施农业工程技术研究中心崇明基地则被选址为南极温室的“样板田”。在这个模仿南极条件的仿真温室中,农科院团队队长何立中等专家先探索种菜技术及经验,再传授给科考队员,最终帮助南极科考队在冰天雪地里吃到了新鲜蔬菜。

  靠天吃饭很难,“没天可靠”是另一种难。上海市农业科学院植物工厂团队负责人丁小涛研究员说,希望能够通过这次比赛推进垂直农业的智能化和自动化。比如通过远程控制实现灌溉和营养液调控等,加上团队的种植经验和算法模型,对种植箱进行无人化管理。而如何精准调控集装箱,这牵涉工学、农学等学科领域,考验着团队的“跨界”能力。

  如果说国内的垂直农业还在经历自我蜕变,那么更为广义的植物工厂——荷兰温室已经“先行一步”,早早地接受市场的检验。

  顾名思义,该类温室源自荷兰,是太阳光利用型植物工厂。凭借全自动化的生产流程、高效的农产品产出,荷兰这个国土面积与我国黑龙江差不多的国家,创造出农产品出口全球第二的“农业奇迹”。

  基于这样的优势,国内各地尝试引进荷兰温室,目前总面积约为1000公顷。其中,致力于打造世界级生态岛的崇明,就占了1/20。

  位于崇明区的由由现代农业创新园,2019年斥资5.6亿元,引进荷兰全套温室设备和技术,建设20.66万平方米半封闭智能玻璃温室。温室内种植黄瓜、番茄、彩椒和生菜四个品种,平均每天为上海市民提供20到30吨左右的蔬菜。

  站在生菜种植区,记者看到,这里正如现代化全自动工厂,蔬菜生产全程被“黑科技”环绕。从荷兰进口的优质种源漂洋过海而来,经过全自动播种机播种,在催芽室等待1至2天,待到“小荷”露尖尖角时生菜苗被送上苗床。

  从荷兰引进的priva中央控制管理系统,百分百实现了水、肥、温、光、气的智能化控制。生菜住在温室豪宅里,扎根在富有营养的基质内,每长大一些,就会被自动往前挪动一点。约25天后,生菜从温室尾被推至温室头。技术人员在电脑上输入采收量,生菜就会被自动推送出来,完成包装后进入市场。

  “生菜成熟时间由原本60天减少为25天左右,一年种植茬数可增加到14次。全年不间断生产,产量为人工种植的10倍。”上海由由农业科技有限公司副总经理杨少军介绍,自动化产线需要人工介入的只有植株调整,整个温室生产区仅有9名作业人员,较传统的农业模式节省人力近90%。

  人工减少,产量提升,赋予了智能温室市场化的条件。不过,占大头的能源消耗,使得从这里走出的农产品价格仍然相比来说较高。以生菜为例,800克的价格为15.8元。

  这样的定价,消费者能买单吗?在业内人士看来,智能温室生产的农产品在口感、安全性上具备一定的优势,在消费水平相比来说较高的大城市,契合部分追求产品的质量的市民的需求。

  传统的生产模式下,如果出现病虫害,就会导致减产甚至绝产,农户们会将抗病性放在第一位,紧接着是产量、口感。由于植物工厂处于封闭或是半封闭状态,病虫害防治压力更低,安全性相比来说较高,品质被放到了第一位,之后才是产量、抗病性。比如由由的串番茄,一粒种子的价格折合人民币12元。

  颇有意思的是,购买高端种子,光靠有钱是不够的。“我们与种子公司是双向选择,如果因种植环境不适宜导致种子表现不佳,将对他们的口碑造成影响。所以,有些种子只卖给植物工厂,让其表现出最好的性状。”杨少军说。

  人工制造的光源,一定要解决能源消耗问题。在集装箱里,种出一颗生菜所需的成本远高于生菜本身的市场行情报价,普通生菜每千克成本大约4至8元,而水平较高的植物工厂,每生产1千克生菜需要消耗10度电,产品成本或达20多元。价格阻碍了这些品质蔬菜进入大众餐桌。

  “能源消耗是植物工厂面临的最大挑战。”鲍华说,从其经营成本来说,电能消耗占大头,除此之外还包括折旧损耗、劳动力成本等;而在电能中,光源的消耗占到了60%左右,同时还包括空调等控温设备。

  成本是目前推广植物工厂最急需解决的一件事情。哪怕是已经实现量产、走入市场的由由农业科学技术,杨少军也坦言,“最快需要5年收回成本。”

  比如,由由生产的串番茄,不仅是种子价格是普通种子的百倍以上,其植物工厂内使用的电和天然气,成本占到了平时运维的60%。

  不过,成本下降的空间也是最大。“比如,通过物理储能的方式,将锅炉燃烧生成的热量储存,到了夜间再输送至温室内;在用电方面,我们正规划设置光伏板,如果把整个屋顶利用起来,成本能够更好的降低10%。”

  从种植品类来看,当前植物工厂的作物还是较为单一。鲍华解释,叶菜生长周期比较短,更适合植物工厂种植。“消费者习惯每天都要吃新鲜的蔬菜,这是一个比较好的市场选择。此外,业内还在尝试种中草药,还有水稻、小麦等粮食作物。”

  去年年底,垂直农场公司Infarm在无土环境下成功试验小麦室内种植。初步试验根据结果得出,在规模上,垂直农业每年每公顷的产量为117吨,是露天农业产量的26倍。Infarm表示,随技术发展,室内产量能更加进一步提高50%。

  高成本悬在头顶,上海为什么还要探索植物工厂?“垂直农业能解决人多地少的问题,代表了现代农业科学技术水平,这些都是很有价值的。”丁小涛说。

  比如帮助加快育种研发进程。在跨国公司进入中国市场,民族种子的发展面临严峻挑战的背景下,垂直农业凭借可控的生产环境,能够助力解决种业“卡脖子”问题。

  植物工厂还改变了传统农业“靠天吃饭”的命运,让一切尽在掌握之中。甚至让生菜叶长得紫一点还是绿一点,都可以通过光配方和营养液的调整来实现。

  从更深远的意义来说,我国农业从业人口正慢慢地减少,业内人士戏称,在上海,只有“老外”在种地——老年人和外地人。如何吸引更多年轻人投身农业?“植物工厂或许是一个突破口。”鲍华说。

  在日本,它早早进入千家万户,成为实际生活的体验。20世纪七八十年代,日本国内产业升级,工厂设备面临淘汰。与此同时,老龄化问题导致无人种地问题突出。在政府的鼓励下,这些设备被应用于科学研究,在人工光“植物工厂”方向实现全球领先。精品农业的高定价,以及诸多科技巨头的热情参加下,让植物工厂在当地多点开花。

  又如荷兰,从气候室建设、种子育种到施肥、照明等众多环节,许多头部公司参与带动,且得到了政府的支持,比如在天然气方面给予优惠补贴,为植物工厂成本减负。它的农产品出口额仅次于美国,居于全球第二位,变成全球上太阳光利用型植物工厂实力最强的国家。

  再看回中国,因规划化、高成本等困难,植物工厂的进展较为缓慢。不过,从技术上来看,已经不存在“卡脖子”的环节,软硬件方面均具备搭建自有植物工厂的实力,且已有实践。

  农业产业化涉及一整套技术及流程,就以由由的荷兰温室来说,系统集成了以色列、斯里兰卡、比利时等国家的先进农业技术。“在育种、系统精准度等各环节,我们与外国还是有不小的追赶空间。”业内人士指出。

  比如灌溉,半数国土是沙漠的以色列,凭借独步全球的滴灌技术,不仅有效缓解了缺水问题,还成功将沙漠变成绿洲,变成全球农产品出口大国。

  在育种方面,我国企业与国际巨头相比差距明显。国内前50强种业企业2021年的科研投入是13.8亿元,只占出售的收益的6.25%。多个方面数据显示,拜耳集团仅2020年的研发投入就达到20亿美元。国内植物工厂的种子,很多都是来自国外,因为中国育种更多还是追求产量,而日本等国家的育种倾向于风味和口感,更符合新模式下消费群体需求。

  国情各有不同,国外农业强国的模式无法照搬硬套。当下形成的共识是,科学技术创新,是农业变革以及海外开疆拓土的关键力量。特别是对于上海都市农业来说,更需要发展农业科学技术,起到辐射全国的作用。

  近日发布的2023年中央“一号文件”明白准确地提出,要发展现代设施农业。从去年的“加快发展设施农业”到今年的“发展现代设施农业,实施设施农业现代化提升行动”,导向性更加明显。

  这无疑释放了更为积极的信号。在业内人士看来,随着产业资本、金融资本等进入现代农业,正为国内植物工厂的发展带来了新的驱动力。各类力量的加入,有望让新商业、新模式走出实验室,走近大众。