立體栽培架、LED燈光環(huán)境調控、精準營養(yǎng)供給……大田中需要120天才能成熟的水稻，在位于成都的植物工廠中，只需要60天就可以收獲。這是我國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所植物工廠創(chuàng)新團隊，與我國水稻研究所錢前團隊合作研發(fā)的一項新成果，據介紹，這一突破，將傳統(tǒng)大田環(huán)境下120天以上的水稻生長周期縮短了一半，為加速作物育種提供了新的技術途徑。
植物工廠中種植的水稻。受訪者供圖
植物工廠里的水稻
7月中旬，位于成都的我國農科院都市農業(yè)研究所所屬的植物工廠中，四層的立體栽培架成排地豎立在廠房中，每一層架子上，都種滿了成熟的水稻。
科研人員將栽培板去除，一塊塊收割不同品種的矮桿水稻，其中有兩個品種表現出高產的特性，單層栽培架的綜合產量達到每平方米0.98公斤，相當于畝產650多公斤。這些水稻，從育苗到收割，僅僅用了63天。同樣品種的水稻，在室外大田中，則需要120天才能收獲。
植物工廠栽培的水稻，從育苗到收割僅用63天。受訪者供圖
只有原來一半的時間，這些水稻是怎樣長成的？研究團隊首席科學家、都市所研究員楊其長告訴發(fā)文人，實驗中種植的水稻，是由我國農科院水稻研究所錢前院士團隊提供的矮桿品種，這些品種適合在立體栽培架上栽培，但在大田中，她們的生長周期和其他水稻差不多，都需要120天左右。
“實現60天收獲的核心，是改變原來靠天吃飯的模式，將水稻生育期中的各個環(huán)節(jié)加以精準控制，”楊其長說，“通過人工環(huán)境下的浸種、催芽及其快速發(fā)芽，苗期LED精準供光，定植后根據不同生育階段的作物需求，進行環(huán)境與營養(yǎng)的優(yōu)化調控，大幅提升光合速率，并通過誘導提早抽穗開花、促進水稻快速結實，大幅縮短生育周期，實現快速收獲。”
植物工廠是什么樣的？
完成這些精準控制的，是一整套完整的水稻工廠化栽培技術及相應的設備。楊其長介紹，“如立體栽培系統(tǒng)，這是一套包括四層立體栽培架、深液流栽培槽、營養(yǎng)液循環(huán)供給設備等多種設備的系統(tǒng)。再如智能LED人工光源系統(tǒng)、溫濕度二氧化碳控制系統(tǒng)以及環(huán)境與營養(yǎng)智能管控系統(tǒng)等，可以精準控制光線、溫度、濕度、二氧化碳等，保證任何時候，都是最適宜水稻生長的。還有深液流水培技術，精準供給作物營養(yǎng)、基于水稻光配方的LED光環(huán)境調控技術、環(huán)境與營養(yǎng)精準調控技術等，以保障水稻不同生育階段的環(huán)境與營養(yǎng)需求”。
水稻工廠化栽培采用LED人工光源系統(tǒng)。受訪者供圖
相比多變且不可測的自然環(huán)境，在植物工廠中，全程精準控制的栽培體系，使得水稻任何時候都處在最佳的生長環(huán)境中，這成為水稻快速收獲的主要原因。“傳統(tǒng)稻田種植模式是在大田開放式條件下進行生產，受自然環(huán)境影響大，環(huán)境與營養(yǎng)均可不控，生育周期相對較長。植物工廠環(huán)境下的種植方式，可完全擺脫外界自然環(huán)境的影響，環(huán)境與營養(yǎng)精準可控，大幅縮短生育周期、顯著提升作物產量。”楊其長說。
為何要工廠化種植
工廠化種植在蔬菜中較為常見，楊其長告訴發(fā)文人，在糧食作物中，多數工廠化栽培的研究，多集中在利用溫室或人工氣候室，進行糧食作物的加代育種試驗，或進行作物某一個生育階段的基礎實驗。“至于進行糧食作物全生育期的栽培試驗，所見還是比較少的。”
楊其長介紹，植物工廠環(huán)境下水稻全生育期的栽培試驗，探索作物不同生育階段的環(huán)境營養(yǎng)需求，研究水稻快速生長以及工廠化生產的技術途徑，尤其是水稻的豎向多層立體栽培以及不同生育階段機械化技術的探究，在國際上尚屬首次。
為何要將水稻搬到工廠中？楊其長介紹了該研究的初衷，“一是想利用植物工廠環(huán)境與營養(yǎng)精準可控的技術優(yōu)勢，突破傳統(tǒng)育種受地域、季節(jié)、氣候等因素的制約，實現一年六代以上的迭代加速育種；二是想探索一下工廠化條件下進行糧食作物種植的新模式，通過豎向多層種植使食物產能呈幾何級數增長，為未來保障糧食安全提供新的技術途徑。”
未來能吃到工廠種植的大米嗎？
在蔬菜生產中，工廠化種植已有不少經驗，各地都有不少實踐者。
此次實驗成功的工廠化水稻種植，是否可以推廣？在未來，人們可以吃到工廠中種植的大米嗎？楊其長告訴發(fā)文人，植物工廠技術已經十分成熟，但植物工廠種植水稻這一模式才剛剛起步。未來的推廣可以有兩個方向，一是可廣泛用于加速育種。采用植物工廠進行加速育種可不受土地、空間和氣候條件的約束，甚至可以就近建在實驗樓或育種單位附近，一年四季均可進行加代育種，大大節(jié)省育種工作者的時間成本和旅行成本。“在加速育種方面，相當于為育種家提供了一個超級加速平臺，使育種周期大幅縮短，完全可以快速推廣。”楊其長說。
在農業(yè)生產中，植物工廠相對更高的設施成本、能耗、技術要求，目前仍未完全解決，“加上水稻價值相對較低，大規(guī)模推廣有一定的難度。但這種模式為未來解決食物安全提供了一種新的方式與途徑。隨著未來都市農業(yè)的快速發(fā)展以及低成本能源的廣泛使用，采用工廠化方式生產糧食也是有可能的。”楊其長說。
發(fā)文人 周懷宗
編輯 張樹婧 校對 陳荻雁
