文  侯立顺

　　植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。
　　植物工厂是现代设施农业发展的高级阶段，是一种高投入、高技术、精装备的生产体系，集生物技术、工程技术和系统管理于一体，使农业生产从自然生态束缚中脱离出来，按计划周年性进行植物产品生产的工厂化农业系统，是农业产业化进程中吸收应用高新技术成果最具活力和潜力的领域之一，代表着未来农业的发展方向。
　　
　　　　　　
　　先经催芽室播种，在育苗室的LED光照下长出小苗，然后送往栽培室继续接受光照
　　2016年6月，由中国福建省中科生物股份有限公司建设的湖头首栋“植物工厂”建成投产，开辟了近万平方米的“植物工厂”栽培面积，按照这套流程，“植物工厂”平均每20天左右就能收获一大批绿色无污染、营养丰富的新鲜蔬菜。
　　2016年7月，在法国里昂东北维勒班镇的多阿大学城为其占地50平方米、高4米的种植试点基地举行了揭牌仪式，该基地是一座已于2017年落成的工业化种植场的缩小版。
　　LED种植业领头羊、美国企业的计划则更为宏大。他们已经在毗邻曼哈顿的纽瓦克（新泽西洲）建成了一座12层的垂直农场，占地6500平方米，预计蔬菜年产量90万千克，这相当于每月25万棵莴苣的产量！
　　未来5年，25座类似的城市农场将在全世界其他大城市投入使用，种植莴苣、芝麻菜、水芹、羽衣甘蓝、香芹等，总计超过250个品种的蔬菜。
　　

不再需要阳光

　　通过调节LED灯的光照强度，可使水果、蔬菜在室内极速生长，并令它们的品质登峰造极!因为新型的城市农场已经在全球范围内快速扩张，其中培育的蔬果，在生长速率、密度和品质等方面具备前所未有的特性，其至可能变更作物的颜色、质地和风味，而这一切都不需要日照！是什么导致了这一变革？发光二极管，也就是知名的LED。最早尝试的毫无疑问是大麻种植者，他们试图找到一种更隐蔽的光源（比钠灯温度更低、更暗淡）以进行那些见不得光的种植，如今该模式已被引入工业化种植。
　　LED的价值何在？除了低能耗的优点外，它还可以为每种作物提供特定光谱，用以实现作物生长和质量的最优化。两年来，研究人员利用LED在特定光谱获得了相对较强的光照功率，这对目前在温室或人工气候室中使用的氖灯或钠灯来说是不可能完成的。要知道，作物是无法利用太阳全部光线的：它们只能利用某些特定波长的光进行光合作用。农作物之所以呈现出绿色，那是因为它们反射绿光，这意味着这些特定波长的光并不参与光合作用，因此，如果你试图在绿光照射下让西红柿结出果实，那一定会是“竹篮打水一场空”。研究证实，就在反射绿光的过程中，农作物自身已经被加热了。热了，就要冷却，否则农作物就会因“高烧”而死亡。
　　不过，对于农作物来说，它们天生就有一套巧妙的冷却办法，它们通过根部吸收水，又通过叶子将水分蒸发出去，这样就避免了“高烧”。但完成这一冷却过程是有代价的：农作物需要从叶子那里获得能量，并作为冷却的动力而消耗掉。其实，这完全是太阳光造成的一种能量浪费，这些用来冷却的能量，完全可以作为农作物自身生长的能量。因此，某些作物完全可以在仅有红光和蓝光的照射下生长，这样就能避免植物不必要的升温，从而给生长留下更多的能量。而单色的LED可以极为精确地调配相应光的波长。更妙的是，通过提高这些特定波长光的强度，能获得令人赞叹不已的成果。一棵净重300克、结实而爽脆的莴苣，在红光和蓝光LED的照射下只需4个星期即可长成，而在田间日光照射下则需要8～12个星期。
　　

借力LED种植

　　开花需要亮红色和暗红色光谱的平衡。但如果只追求纯粹的生长，则无需暗红色光谱，也无需绿色或黄色光谱；亮红色和蓝色光谱足矣。虽说能量较高的蓝色光谱对调节作物新陈代谢至关重要，但每种作物还是有各自特定的波长配比需求：蓝色、红色、少量绿色、紫外线，作物应当受到强度恰好的光照。研究人员发现过强的光照会导致能量过剩，作物会想尽一切办法将其消耗。减轻过度光照的压力可令作物将能量集中于生产更重要的光化学物质。现代农业等同于对光的掌控，真是太精妙了！
　　光照对农作物营养品质的影响同样令人印象深刻。研究人员通过对芝麻菜的测试显示，维生素Ａ和维生素Ｂ的含量分别比根据露天种植环境制定的国际推荐标准高出109％和252％。经LED照射产出的卷心菜和西兰花，拥有更高含量的硫代葡萄糖苷。这类化合物除了会给此类蔬菜带来独特的风味，还可降低患癌风险。
　　此外，研究人员对作物中天然色素的测定同样显示，相关研究中使用的拟南芥的花青素含量提升了2倍，后者以其抗氧化作用闻名。必须根据不同的发育阶段（发芽期、生长期、开花期、结果期）为每种作物找到最理想的照射方法。每种作物都有特定的种植参数，为每一种作物适配一个照射光谱和相应的照射强度，可使其产出（生长、产量），营养和口味、口感、颜色、气味等感官品质达到最优。
　　这种新型农业也为田间种植提供了一个彻底的替代方案：在不透光的空间重新定制气候条件（温度、湿度、空气流量、二氧化碳、氧气，安装在人工气候室内的传感器负责监视这些参数），再借助这些特定的光线种植水果和蔬菜，就能做到实时提供作物生长所需了！
　　

让植物自由生长

　　作物的营养品质并不是LED种植的唯一优点。受控的种植环境使忽略季节更迭、无污染、免农药、大幅减少用水的连续生产变得可行，甚至为农业用地的持续减少打通了一条新路。目前，研究人员已经开发了一个闭环的气耕系统，比传统的土耕节约95%的水，比水培法节约40%的水。该系统使用的水大部分都会被农作物吸收，其余蒸发掉的水分还会被收集起来，重新利用。
　　另外可圈可点的是，种植这种农作物的成本并不高，所需的光源LED价格低廉，而且耗电量小。许多国家的科学家都认为，这项种植技术的发明，一旦能够把所种农作物的品种扩大，并把相关技术在世界范围内推广开来，必将为人类提供充足的蔬菜供应。
　　交通不便或被污染的大都市、气候恶劣的地区、需要生产高附加值作物的制药业和化妆品业等都是该项技术的目标市场。更长远来看，应用于未来的载人航天任务也无不可。
　　那么种出的作物味道如何呢？尽管企业家普遍宣称该技术对作物的成分没有任何影响，但科学家暂时还难以对此进行评估。目前，实验室种植出来的草莓和树莓，品尝起来口感柔糯且富有香气。对此，科学家认为这方面完全不值得担忧:只要光合作用条件得到满足，没有理由获得味道差劲的产品。
　　科学家刚刚开始研究LED对糖类和香味物质产出的影响,这些数据需要在实验室中进一步客观分析。虽然在黑暗中种出的农作物还存在一些缺陷，但其潜在的利益空间却很大，产品营养很丰富，没有空气污染，运输距离大大缩短，在地球上任何环境都能种植，世界各地的人们一年四季都有新鲜果蔬供应。科学家们认为，未来不需要太阳光呵护的LED种植会成为我们食品的主要来源。