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傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是基于太陽光照與土壤基質(zhì)而進行自然生產(chǎn)的，那么未來是不是可以用人工光照代替太陽光，以水代替土壤介質(zhì)來開創(chuàng)出新型農(nóng)業(yè)呢？

在摩天大廈里種植水果、蔬菜，實現(xiàn)自給自足，這一人類狂想曲也許會在不久的將來就要實現(xiàn)了。室內(nèi)農(nóng)場帶來的農(nóng)業(yè)新革命，或許正是人類農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展方向，有望成為改變?nèi)祟愞r(nóng)業(yè)歷史的一環(huán)。

遏制一切不利因素

進入室內(nèi)農(nóng)場之前，要穿戴好潔凈室專用防塵服、面具和橡膠靴，然后踏上粘塵墊，穿過一道風(fēng)淋室，才能走進植物室。植物室里放著 6 個架子，每個架子上有 5層水道，上面漂浮著大量植物。兩名身穿防塵服的工作人員照料著這間室內(nèi)花園，偶爾將新的秧苗放進架子的一端，從架子的另一端拿下準(zhǔn)備采收的托盤。綠色生菜和羽衣甘藍，它們都種植在精確配比營養(yǎng)成分的水溶液中。高效節(jié)能的LED 燈散發(fā)著粉色的光，其頻譜范圍設(shè)定在 400～700納米之間，這是光合作用的最佳范圍。世界銀行的數(shù)據(jù)顯示，2017 年全球的農(nóng)業(yè)用地為5000 萬平方千米。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織 2017 年的報告指出，農(nóng)業(yè)、森林及其他土地在使用過程中排放的溫室氣體共占全球的 21%，大部分為二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。實際上，盡管室內(nèi)農(nóng)場需要人造光和精細的溫控，但它仍可以避免大量氣體排放。室內(nèi)農(nóng)場能極大地減少用于農(nóng)業(yè)種植的土地數(shù)量，對氣候變化有重要影響?？茖W(xué)家認為應(yīng)該將這一新興產(chǎn)業(yè)主流化。

植物在人工光照的植物工廠中生長，能遏制一切不利生長的環(huán)境因子，得以快速持續(xù)地生長。葉菜類的生長，可以持續(xù)增重至收獲。西紅柿類，只要確保根系的生長持續(xù)，就可以永遠不受限地生長，培養(yǎng)出無限生長的巨型植物。通過精準(zhǔn)的環(huán)境模擬，光合作用得以最有效地進行，代謝合成變得旺盛而健全，培育出的蔬果營養(yǎng)價值更高，品質(zhì)更佳，維生素 A 與維生素 C 的含量與傳統(tǒng)種植相比也同樣提高數(shù)倍。

電腦控制生長

植物室里的生菜和羽衣甘藍吸收的光來自 LED 燈管，燈管每日保持 16～17小時的照明時間，能耗約占每日總能耗（600～700 千瓦時）的70%。一般蔬菜從播種到采收大約需要 60 天，而在蔬菜農(nóng)場里只需要 40 天。有別的植物工廠宣稱可以更快，只需 30 天。中緯度帶上的傳統(tǒng)農(nóng)場每年只能收獲 1～3 次，而植物工廠大約可以每月收獲 1 次。室外種植的生菜成熟后需要立刻全部采收，而室內(nèi)生菜的收獲可以是連續(xù)的，產(chǎn)量很高，且不受害蟲和惡劣天氣的影響。

植物工廠都由計算機控制，管理者只需敲擊鍵盤就能進行生產(chǎn)指揮，對于各種不同的植物，管理者只需輕松調(diào)動相關(guān)植物的最佳生長模式，就可進行最優(yōu)化的生產(chǎn)管理，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更為傻瓜化。此外，植物工廠里還會安裝植物生理傳感器，實現(xiàn)植物生長過程中各項生理指標(biāo)的在線檢測，以實現(xiàn)環(huán)境因子的最科學(xué)化控制。也就是可以按發(fā)育所需來命令控制各項環(huán)境因子，如光合效率、呼吸作用、蒸騰系數(shù)、果實膨脹等。而隨著智能機器人技術(shù)的發(fā)展，未來在植物工廠中，機器人將被廣泛采用，如種苗的嫁接插苗與果實的采收等，都開始利用機器人來完成。

如果每座城市都能將食物總量的10%種植在室內(nèi)將會是什么樣子呢？這一轉(zhuǎn)變能解放 88.1 萬平方千米的農(nóng)業(yè)用地，把它們轉(zhuǎn)化成硬木森林。這就足夠了，這些樹木能夠清除大氣中25 年的碳含量。室內(nèi)農(nóng)場這種人為改變氣候的解決方案是“直接”而又“簡單”的。

普及漸趨可能

植物工廠的用水效率是傳統(tǒng)溫室的30～50 倍。許多植物工廠甚至不用清洗自己的產(chǎn)品。例如在蔬菜農(nóng)場中，采收的植物就直接包裝，非常干凈，可以直接食用。在日本、美國、荷蘭等國，已開始對植物工廠進行研究與嘗試。目前，植物工廠的最大問題就是能源負荷大，電費在生產(chǎn)成本中所占比率很大。不過，上述各國已經(jīng)開始在節(jié)能化上進行深入研究。比如，利用太陽能供電和利用風(fēng)能發(fā)電的自發(fā)電型植物工廠，或者利用科學(xué)的反光原理，使工廠內(nèi)的光能得到最大化的利用。有些植物工廠甚至可以利用微生物發(fā)酵發(fā)電，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)與循環(huán)發(fā)展。有了這些先進的技術(shù)作為支撐，使植物工廠的普及漸趨可能。

植物的根莖懸吊在半空中的菜槽里，養(yǎng)分就直接噴灑在菜根上，黏附在菜根表面上的養(yǎng)分水膜就變成蔬菜所需的水分和濕氣來源。這種不需要土壤就能生產(chǎn)豐盛農(nóng)作物的方法，只使用了傳統(tǒng)農(nóng)耕十分之一的水分，節(jié)省了寶貴能源。一棟 58 層的“農(nóng)場”，占地僅 1.3 萬平方米，卻可以提供74.32萬平方米的農(nóng)作物生長面積，其產(chǎn)量相當(dāng)于一個 414.4 萬平方米的傳統(tǒng)農(nóng)場，足夠養(yǎng)活 3.5 萬人。 如果一個室內(nèi)農(nóng)場的產(chǎn)量能夠供應(yīng)方圓幾千米內(nèi)的消費者，那么它就具備了最佳經(jīng)濟可行性，不僅免去了運輸和加工過程，節(jié)省了燃料，同時也降低了運輸途中的損失。植物工廠的最終目標(biāo)是想要生產(chǎn)某種蔬果，只要按下某指定按鈕，該工廠便能完全自動地實施適當(dāng)?shù)沫h(huán)境控制，并定時定量地生產(chǎn)高品質(zhì)的指定蔬果。農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展讓我們可以暢想：未來，建立基于人工光照及環(huán)控技術(shù)的植物工廠將逐步普及。植物在人工模擬環(huán)培下，可以排除自然環(huán)境的不利因素，還能更好地生長。