植物工厂如何成就智慧农业的未来?

最早的农业文明出现在新石器时期,换句话说,一万多年前的人类已经掌握如何通过观察天气指导种地了。从冰河融化到农耕诞生,人类文明的进步与农业发展息息相关。

进入现代农业时代,农业生产进入了高速、高效、高产的快车道,但仍然受到气候、土地等因素的影响。农业科技在提高农业生产力方面发挥了重要作用,帮助农业生产者摆脱“靠天吃饭”的自然制约。

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智慧农业的探索

在2000多年前的秦始皇时期,古人就已经利用温泉种出甜瓜,这是历史记载早期的设施农业应用实践。到了现代,随着科技的发展,人们逐步掌握如何利用科技手段控制温度、湿度,为农作物的生长创造更加适宜的环境。

现代设施农业的典型形态包括温室大棚、农业生态园、智能农田等,设施蔬菜、设施果树、设施花卉、设施药材、设施菌等。通过温度、湿度传感器,控制农作物的生长环境,提高作物的生产效率。

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经过30多年的发展和探索,我国已成为设施农业第一大国。目前,我国设施农业总产值超4.47万亿元,2022年设施种植面积达4270万亩,占世界设施农业总面积的80%以上。有效延长了不耐贮运的樱桃、草莓、桃、李、杏、葡萄等瓜果的市场供应。

设施农业的进阶就是植物工厂,那么,植物工厂是什么?

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植物工厂是一种先进的农业生产方式,通过对环境参数进行高精度控制,实现作物的全年生产。它的特点是智能化和立体化,能够为作物提供恒定的温度、湿度、光照和CO2气体环境。

在植物工厂中,作物生长在密闭的环境中,不受季节和天气的限制。通过智能化自动化控制系统,可以精确调控温度、湿度、光照和CO2浓度等环境因子,以满足作物不同生长阶段的需求。例如,在蔬菜生产中,可以模拟春季的光照和温度条件,促进生长和产量的提高。

植物工厂是一种智能化、立体化的农业系统,通过精确控制环境参数,打造出一套满足植物生长所需全部营养要素的系统环境,实现作物的全年生产。它具有高效、环保和优质的特点,对于提高农产品产量和质量,解决粮食安全等问题具有重要意义。

植物工厂的优势

与大田农业相比,植物工厂能够突破气候因素局限、空间要素局限以及病虫害局限等,实现产量几何倍增长,收成茬次大幅增长,与露地种植相比,植物工厂单位面积的产量可以达到露地种植的40倍以上,并且实现全过程零农药零残留的有机生产。

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图源德国Infarm公司官网

大田农业在种植过程中不可避免地使用化肥和农药,对土壤环境造成一定的破坏,化肥农药的生产往往也产生大量碳排放、有毒有害废弃物等。

而植物工厂对环境几乎是无污染的,植物工厂的结构件为铝合金及不锈钢,无塑料降解污染风险。其次,密闭环境照射不涉及光污染,而且基质或者海绵均可降解。最后,为植物供给营养的营养液循环利用,按需供给,很少涉及到排放问题。

不仅如此,植物工厂还可以突破传统农业对水资源和耕地的高度依赖。以生菜为例:一颗生菜在一个生长期消耗的水量为2L,露地栽培是222L,植物工厂节水率可达90%。另外,植物工厂可以在滩涂、盐碱地、荒漠、空间站等不适合大田作物生长的非耕地发展,一定程度上保障粮食安全与稳定供应。

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中国科考站的温室菜园

植物工厂的未来趋势

与欧美等国家相比,我国植物工厂相比起步较晚,但我国在关键技术研发与产业化推广方面取得了快速发展,截至2021年底,我国各类规模的植物工厂达到约272座,是名副其实的植物工厂大国。

植物工厂在农业种植中仍有天然的局限,较高的成本是制约植物工厂的进一步发展与大规模推广。

目前国际上的普遍水平是一公斤生菜消耗10度电以上,算上种子、营养液、人工成本,植物工厂的生菜价格是普通生菜价格的10倍。成本过高,难以与传统农业竞争。

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主要解决思路是通过技术攻关降低系统能耗在技术水平和节能环保方面不断提升,力争更高的效益和竞争力,实现规模化、商业化发展。结合可再生能源、应用新能源技术,提高能源利用效率。

种植经济附加值更高的品种,也可以解决一部分企业的成本问题。选择高附加值的水果、鲜花、药材等,用精致的包装、品牌溢价等方式为产品找到盈利模式。

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植物工厂作为未来农业的一种重要形式,具有广阔的发展前景。未来,植物工厂将与其他农业生产方式结合,构建多元化的农业生产方式,它将为解决全球粮食安全问题、提高农业生产效率、推动城市农业发展、实现资源节约和环境可持续发展等方面做出重要贡献。

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