日益興起的「植物工廠」
日益興起的「植物工廠」
文/侯立順
植物工廠
先經催芽室播種，在育苗室的LED光照下長出小苗，然後送往栽培室繼續接受光照……2016年6月，由中國福建省中科生物股份有限公司建設的湖頭首棟「植物工廠」建成投產，開闢了近萬平方米的「植物工廠」栽培面積，按照這套流程，「植物工廠」平均每20天左右就能收穫一大批綠色無污染、營養豐富的新鮮蔬菜。2016年7月，在法國里昂東北維勒班鎮的多阿大學城為其佔地50平方米、高4米的種植試點基地舉行了揭牌儀式，該基地是一座預計於2017年落成的工業化種植場的縮小版。LED種植業領頭羊、美國企業的計劃則更為宏大。他們已經在毗鄰曼哈頓的紐瓦克（新澤西洲）建成了一座12層的垂直農場，佔地6500平方米，預計蔬菜年產量90萬千克，這相當於每月25萬棵萵苣的產量！未來5年，25座類似的城市農場將在全世界其他大城市投入使用，種植萵苣、芝麻菜、水芹、羽衣甘藍、香芹等，總計超過250個品種的蔬菜。
不再需要陽光
通過調節LED燈的光照強度，可使水果、蔬菜在室內極速生長，並令它們的品質登峰造極!因為新型的城市農場已經在全球範圍內快速擴張，其中培育的蔬果，在生長速率、密度和品質等方面具備前所未有的特性，其至可能變更作物的顏色、質地和風味，而這一切都不需要日照！是什麼導致了這一變革？發光二極體，也就是知名的LED。最早嘗試的毫無疑問是大麻種植者，他們試圖找到一種更隱蔽的光源（比鈉燈溫度更低、更暗淡）以進行那些見不得光的種植，如今該模式已被引入工業化種植。
LED的價值何在？除了低能耗的優點外，它還可以為每種作物提供特定光譜，用以實現作物生長和質量的最優化。兩年來，研究人員利用LED在特定光譜獲得了相對較強的光照功率，這對目前在溫室或人工氣候室中使用的氖燈或鈉燈來說是不可能完成的。要知道，作物是無法利用太陽全部光線的：它們只能利用某些特定波長的光進行光合作用。眾所周知，農作物之所以呈現出綠色，那是因為它們反射綠光，這意味著這些特定波長的光並不參與光合作用，因此，如果你試圖在綠光照射下讓西紅柿結出果實，那一定會是「竹籃打水一場空」。研究證實，就在反射綠光的過程中，農作物自身已經被加熱了。熱了， 就要冷卻，否則農作物就會因「高燒」而死亡。不過，對於農作物來說，它們天生就有一套巧妙的冷卻辦法，它們通過根部吸收水，又通過葉子將水分蒸發出去，這樣就避免了「高燒」。但完成這一冷卻過程是有代價的：農作物需要從葉子那裡獲得能量，並作為冷卻的動力而消耗掉。其實，這完全是太陽光造成的一種能量浪費，這些用來冷卻的能量，完全可以作為農作物自身生長的能量。因此，某些作物完全可以在僅有紅光和藍光的照射下生長，這樣就能避免植物不必要的升溫，從而給生長留下更多的能量。而單色的LED可以極為精確地調配相應光的波長。更妙的是，通過提高這些特定波長光的強度，能獲得令人讚嘆不已的成果。一棵凈重300克、結實而爽脆的萵苣，在紅光和藍光LED的照射下只需4個星期即可長成，而在田間日光照射下則需要8~12個星期。
借力LED 種植
開花需要亮紅色和暗紅色光譜的平衡。但如果只追求純粹的生長，則無需暗紅色光譜，也無需綠色或黃色光譜；亮紅色和藍色光譜足矣。雖說能量較高的藍色光譜對調節作物新陳代謝至關重要，但每種作物還是有各自特定的波長配比需求：藍色、紅色、少量綠色、紫外線，作物應當受到強度恰好的光照。研究人員發現過強的光照會導致能量過剩，作物會想盡一切辦法將其消耗。減輕過度光照的壓力可令作物將能量集中於生產更重要的光化學物質。現代農業等同於對光的掌控，真是太精妙了！
光照對農作物營養品質的影響同樣令人印象深刻。研究人員通過對芝麻菜的測試顯示，維生素Ａ和維生素Ｂ的含量分別比根據露天種植環境制定的國際推薦標準高出109％和252％。經LED照射產出的捲心菜和西蘭花，擁有更高含量的硫代葡萄糖苷。這類化合物除了會給此類蔬菜帶來獨特的風味，還可降低患癌風險。此外，研究人員對作物中天然色素的測定同樣顯示，相關研究中使用的擬南芥的花青素含量提升了2倍，後者以其抗氧化作用聞名。必須根據不同的發育階段(發芽期、生長期、開花期、結果期）為每種作物找到最理想的照射方法。每種作物都有特定的種植參數，為每一種作物適配一個照射光譜和相應的照射強度，可使其產出（生長、產量），營養和口味、口感、顏色、氣味等感官品質達到最優。
這種新型農業也為田間種植提供了一個徹底的替代方案：在不透光的空間重新定製氣候條件（溫度、濕度、空氣流量、二氧化碳、氧氣，安裝在人工氣候室內的感測器負責監視這些參數），再藉助這些特定的光線種植水果和蔬菜，就能做到實時提供作物生長所需了！
讓植物自由生長
作物的營養品質並不是LED種植的唯一優點。受控的種植環境使忽略季節更迭、無污染、免農藥、大幅減少用水的連續生產變得可行，甚至為農業用地的持續減少打通了一條新路。目前，研究人員已經開發了一個閉環的 氣耕 系統，比傳統的土耕節約95%的水，比水培法節約40%的水。該系統使用的水大部分都會被農作物吸收，其餘蒸發掉的水分還會被收集起來，重新利用。另外可圈可點的是，種植這種農作物的成本並不高，所需的光源LED價格低廉，而且耗電量小。許多國家的科學家都認為，這項種植技術的發明，一旦能夠把所種農作物的品種擴大，並把相關技術在世界範圍內推廣開來，必將為人類提供充足的蔬菜供應。
交通不便或被污染的大都市、氣候惡劣的地區、需要生產高附加值作物的製藥業和化妝品業等都是該項技術的目標市場。更長遠來看，應用於未來的載人航天任務也無不可。
那麼種出的作物味道如何呢？儘管企業家普遍宣稱該技術對作物的成分沒有任何影響，但科學家暫時還難以對此進行評估。目前，實驗室種植出來的草莓和樹莓，品嘗起來口感柔糯且富有香氣。對此，科學家認為這方面完全不值得擔憂:只要光合作用條件得到滿足，沒有理由獲得味道差勁的產品。科學家剛剛開始研究LED對糖類和香味物質產出的影響；這些數據需要在實驗室中進一步客觀分析。雖然在黑暗中種出的農作物還存在一些缺陷，但其潛在的利益空間卻很大，產品營養很豐富，沒有空氣污染，運輸距離大大縮短，在地球上任何環境都能種植，世界各地的人們一年四季都有新鮮果蔬供應。科學家們認為，未來不需要太陽光呵護的LED種植會成為我們食品的主要來源。
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