LED以其光效高、發(fā)熱低、體積小、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在植物照明領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)明顯。LED植物工廠是國(guó)際公認(rèn)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的級(jí)階段，讓農(nóng)業(yè)擺脫了自然循環(huán)的束縛，由人工光源代替；擺脫了土壤的限制，由營(yíng)養(yǎng)液代替，實(shí)現(xiàn)了可控環(huán)境下的高效生產(chǎn)。我國(guó)已經(jīng)成為全球少數(shù)系統(tǒng)掌握智能化植物工廠技術(shù)的國(guó)家之一。不僅是北京，近年來(lái)，深圳、蘇州、泉州、大連、長(zhǎng)春等地都紛紛建起了LED植物工廠，諸多高科技企業(yè)以及中國(guó)科學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)參與其中。

　　實(shí)現(xiàn)可控環(huán)境下的高效生產(chǎn)

　　北京北三環(huán)路聯(lián)想橋附近的中國(guó)農(nóng)科院試驗(yàn)田，不知從什么時(shí)候起，這片試驗(yàn)田上蓋起了鋼結(jié)構(gòu)的大房子，那就是比普通試驗(yàn)田級(jí)別高得多的LED植物工廠。

　　“這里所有的菜都可以摘了直接吃。”北京中環(huán)易達(dá)設(shè)施園藝科技有限公司副總經(jīng)理劉從文介紹說(shuō)。在國(guó)內(nèi)智能型LED植物工廠的300多平方米大廳里，玻璃房?jī)?nèi)，是由雙列5層育苗架組成的植物育苗工廠，藍(lán)色、紫色的人工光源下，排列整齊的種苗正茁壯成長(zhǎng)。劉從文表示，其單位面積育苗效率可達(dá)常規(guī)育苗的40倍以上，育苗周期則縮短40%多。玻璃房外，是采用5層栽培床立體種植的蔬菜工廠，細(xì)圓陶粒“土壤”上種著葉用萵苣，幾乎每一棵都長(zhǎng)得一模一樣，充分展現(xiàn)了“工廠化生產(chǎn)”的奧妙。劉從文介紹，這是選用深液流（DFT）水耕栽培模式，所栽培的葉用萵苣從定植到采收僅用20天左右，比常規(guī)大田栽培周期縮短40%，單位面積產(chǎn)量為露地栽培的25倍以上，產(chǎn)品清潔無(wú)污染，商品價(jià)值高。

　　在一套被稱為Agrilink的“設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)”顯示屏前，劉從文介紹了該LED植物工廠是如何進(jìn)行智能化管理：環(huán)境控制系統(tǒng)由傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3部分組成。“這里有幾十個(gè)傳感器”，覆蓋溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液酸堿度（pH值）、營(yíng)養(yǎng)液濃度（EC值）、液溫和溶氧（DO值）等作物根上部環(huán)境因子及其根際環(huán)境因子。通過(guò)傳感器及搭載人工智能攝像頭的視覺(jué)分析系統(tǒng)，不斷優(yōu)化調(diào)節(jié)溫光水氣肥等參數(shù)，采集植物生長(zhǎng)表型參數(shù)變化并進(jìn)行學(xué)習(xí)計(jì)算，得出作物生長(zhǎng)化的數(shù)據(jù)模型，實(shí)行“植物對(duì)話”。“最終的目的是用最少的資源實(shí)現(xiàn)化的產(chǎn)量、化的質(zhì)量。”

　　“LED植物工廠是國(guó)際公認(rèn)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的級(jí)階段。”我國(guó)植物工廠技術(shù)奠基人、中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所設(shè)施植物環(huán)境工程團(tuán)隊(duì)首席研究員楊其長(zhǎng)如是說(shuō)。說(shuō)它級(jí)，是因?yàn)樗骨О倌陙?lái)“靠天吃飯”、依賴自然循環(huán)的農(nóng)業(yè)既擺脫了天（太陽(yáng)），由人工光源代替；也擺脫了地（土壤），由營(yíng)養(yǎng)液代替，實(shí)現(xiàn)了可控環(huán)境下的高效生產(chǎn)，“是一項(xiàng)真正的顛覆性技術(shù)”。

　　“高效生產(chǎn)”有多高效？楊其長(zhǎng)解釋，其單位面積產(chǎn)量可達(dá)露地自然栽培的幾十倍甚至上百倍，用水量卻不到5%。由于植物工廠是一種通過(guò)設(shè)施內(nèi)高精度的環(huán)境控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)對(duì)植物生長(zhǎng)過(guò)程的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及營(yíng)養(yǎng)液等進(jìn)行自動(dòng)控制，所以不受或很少受自然條件制約，可以實(shí)現(xiàn)在荒漠、戈壁、海島、水面等非可耕地，以及城市摩天大樓或普通家居，乃至外太空環(huán)境下進(jìn)行農(nóng)作物生產(chǎn)，源源不斷地為人類提供食用之需。

　　未來(lái)有望成為中國(guó)名片

　　數(shù)九寒天，如果嫌天氣冷，嫌菜價(jià)貴，或擔(dān)心蔬菜安全和品質(zhì)問(wèn)題，不妨自家備上一臺(tái)冰箱大小的“家庭植物工廠”，喜歡什么菜就種什么菜，“種得省心、吃得放心、玩得開(kāi)心”。這，不是科學(xué)幻想，而是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)?？墒莾H僅10年前，僅有日本、美國(guó)、荷蘭等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家掌握這項(xiàng)技術(shù)，“對(duì)我們來(lái)說(shuō)，當(dāng)時(shí)這就是科幻”。

　　楊其長(zhǎng)回憶，國(guó)內(nèi)有關(guān)植物工廠的系統(tǒng)研究，始于15年前中國(guó)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所“密閉式人工光植物生產(chǎn)系統(tǒng)”以及“水耕栽培營(yíng)養(yǎng)液在線檢測(cè)和控制系統(tǒng)”的研究；但更早的源頭，可以追溯到上世紀(jì)50年代的設(shè)施“小氣候”課題組，“這是一項(xiàng)歷經(jīng)60余年攻關(guān)，幾代科學(xué)家傳承接力的事業(yè)”。

　　2005年，楊其長(zhǎng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，LED的紅藍(lán)光組合，可為植物光合作用提供理想的光譜；他馬上設(shè)想，將LED用于植物工廠，代替當(dāng)時(shí)的熒光燈，會(huì)不會(huì)是一個(gè)新的發(fā)展方向。由于當(dāng)時(shí)民用LED與植物所需光譜成分差距很大，團(tuán)隊(duì)先后與中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所等國(guó)內(nèi)多個(gè)科研機(jī)構(gòu)聯(lián)系，花費(fèi)了數(shù)倍于民用LED的價(jià)格，共同開(kāi)發(fā)出4套LED植物光源板系統(tǒng)；此后2年多，他們先后進(jìn)行了植物育苗、葉用蔬菜栽培、藥用植物栽培以及植物組培等試驗(yàn)研究，取得了一大批植物光配方參數(shù)。之后，在國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“智能化植物工廠生產(chǎn)技術(shù)研究”和中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程支持下，15家產(chǎn)學(xué)研用單位聯(lián)合攻關(guān)，終于獲得一系列創(chuàng)新突破：率先提出多個(gè)植物的光配方，并創(chuàng)制出基于光配方的LED節(jié)能光源及其光環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備；首次提出光—溫耦合節(jié)能環(huán)境調(diào)控方法，創(chuàng)制出植物工廠節(jié)能環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備；率先提出光—營(yíng)養(yǎng)調(diào)控蔬菜品質(zhì)方法，創(chuàng)制出采前短期連續(xù)光照提升品質(zhì)工藝及技術(shù)裝備；率先提出植物工廠光效、能效以及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升的智能管控方法，創(chuàng)制出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化管控系統(tǒng)。

　　2009年8月31日，是中國(guó)植物工廠發(fā)展歷史中重要。楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)與北京中環(huán)易達(dá)開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)智能型植物工廠在長(zhǎng)春農(nóng)博會(huì)閃亮登場(chǎng)，標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)成為世界上少數(shù)系統(tǒng)掌握智能化植物工廠技術(shù)的國(guó)家之一。與此同時(shí)，我國(guó)植物工廠技術(shù)開(kāi)始走向國(guó)際，基于光配方的植物L(fēng)ED光源產(chǎn)品現(xiàn)已推廣到美國(guó)、日本、歐洲等；植物工廠成套產(chǎn)品已推廣到新加坡等國(guó)。

　　近些年，植物工廠已成為全球農(nóng)業(yè)投資的熱門對(duì)象。而投資增加的原因之一，據(jù)古在介紹，是LED燈在植物工廠的大規(guī)模使用。以往植物工廠的成本中，電費(fèi)約占25%，LED燈使用之后帶來(lái)電費(fèi)大幅下降，從而降低投資成本。“未來(lái)植物工廠也能成為中國(guó)名片。”楊其長(zhǎng)信心滿滿。