离开了阳光、雨露、土壤，在钢筋混凝土搭建起的厂房里，植物可以生长吗？产量有保证吗？“植物工厂采用了温湿光的自动补偿系统，以互联网智能控制，经过人工驯化的多种高附加值农产品可以在植物工厂实现量产。”中国农科院蔬菜花卉研究所研究员贺超兴答道。
　　循着这个回答，笔者走访了多家植物工厂，看一看厂房里的植物到底是如何生长的，这一新兴的生产方式应用和推广的情况如何。
厂房里，植物是如何生长的
　　植物的生长离不开光照、水分、养料、适宜的温度等。作为植物生长的车间，植物工厂本质上是对这些要素的集成控制。
　　去年12月下旬，受雾霾天气影响，北京市昌平区温室大棚光照普遍不足，草莓生长发育受寡照影响，上市时间比原计划推迟了半个月左右。
　　而在植物工厂里种植草莓的农民，完全不用苦苦“等风来”。通过光传感器的光照监测，植物工厂的物联网系统可以自动调节光照，植物在雾霾天气里依然可以享受“阳光浴”。
　　取代“太阳”的光照系统，是不是需要大量耗电呢？据业内人士介绍，光照的确占了植物工厂能耗的相当部分，为了节约这部分能源，有关方面已在研究LED植物光效照明技术。通过对光的波长、光质比、光合光子通量等的研究，找到适合不同植物品种、不同生长期的最佳照明光谱，可以实现高效利用“每一束光”。
　　常言道，植物生长离不开土地。事实上，植物生长真正离不开的并非土地，而是土壤中的养料。在植物工厂里，农作物种植在营养液或者砾石、蛭石、椰糠、秸秆等做成的基质材料里。植物生长所需养分由调配好的营养液补给，食品安全变得更可控，同时还避免了重茬对植物生长的不利影响，节约了土地。
降成本，先进设备也需本土化
　　作为一种新兴的农业生产方式，植物工厂在荷兰、日本、美国等发达国家被普遍采用。“国外植物工厂发展相对成熟一些，但是也存在一个问题，就是投入成本太高，不利于推广。”据介绍，植物具有极强的适应性，光温湿等变量只要控制在合适的区间，就可以保证正常生长。如进口温控制导系统，虽然能调节温度变量在0.01℃，相当于太空舱种植的控制程度，但其对产量的贡献却微乎其微，而投入成本比起国内本土设备却增加了几十倍。
　　在国内一家植物工厂，笔者看到，各色各样的绿色蔬菜一层一层地摞了六七层。“每层的层高不同，植物生长的不同阶段需要调整层高，国外进口设备可以自动调整层高，我们自主研发的设备则是半自动调整。”从自动到半自动，并非本土设备技术水平的不足，而是更了解市场的选择。
　　多数食用菌的生产在秋冬季节，因为食用菌的正常生长环境通常温度较低、湿度较大，因此在周年化生产过程中，大部分食用菌生产须降温通风，所需能耗成为运营过程中主体成本之一。
　　这家植物工厂在设计上采用依托食用菌、绿叶菜、茄果类蔬菜等所需条件的差别进行有效循环：利用食用菌吸收氧气释放二氧化碳并使室内温湿度增加的条件，协调互补绿叶菜、茄果类蔬菜的自然生长；绿叶菜、茄果类蔬菜则能吸收二氧化碳并降低室内温湿度，协调食用菌的正常生长。另外，利用食用菌在不同生长期中所代谢的无机营养物质对蔬菜进行营养补充，用蔬菜生长过程中淘汰的部分有机物质对食用菌生产进行补充，大幅度降低运营过程中的能耗和物料消耗，使植物工厂进入一种综合态、互补式生产模式中。
从大棚到植物工厂
　　太阳提供光和热，土壤提供水和养分，空气中有氧气和二氧化碳，这就是植物生长所需要的全部自然环境条件。随着科学技术的进步，人为也可以制造出这样的环境条件，从而实现不靠太阳、不靠土，同样可以让植物正常生长。从温室大棚实现控温，到植物工厂可以实现温、光、水、养、气全控制需要过程。
　　大棚种植在我国也仅有几十年的历史。在这之前，冬天的蔬菜就是白菜、萝卜。为了满足人们冬日菜品的多样性，农民们开始建设大棚。一开始就是用塑料薄膜罩在土坑上，这样可以起到保温的效果，实现冬天也能长各种蔬菜。
　　随着人们对食物种类多样性需求的增加，在科学技术突飞猛进过程中，种植设施也在不断升级换代。从最初简易的薄膜覆盖，发展到小拱棚和大拱棚，之后大棚也有了厚厚的墙，被称为暖棚，再发展就出现了形形色色的玻璃温室、球形温室等。
　　外部设备进步的同时，内部的环境控制手段也在不断地发生变化。薄膜透光还保温，采用各式各样的栽培基质可以实现不用土壤，通过特定的发生装置可以增加二氧化碳浓度给植物补充碳营养，用智能化控制设备可以按植物所需提供营养，采用LED灯等补光设备可以应对雾霾等低光照天气，物联网设备和大数据的应用可以实现智能化的控制。
　　植物工厂就是把这些内外部的先进技术集成起来，为植物提供最适宜的生长环境。然而，现在还不能实现完全脱离自然环境，植物工厂与自然环境最大的不同是，需要通过把电能转化为光能、热能等，而电能是需要由燃煤、水流等提供的热能或势能转化而来的，这些都是大自然的能量。如何在实现人工智能控制环境的基础上，降低能耗，真正实现植物工厂的绿色节能，仍是植物工厂技术重要的研究方向。 李飞 李国龙