（通讯员  邓辉）

讲座题目：透视新科技——植物工厂          

主 持 人：胜  春

做客嘉宾：匡廷云，中国科学院院士。

                李绍华，中国科学院植物研究所研究员。       

讲座时间：2025年7月7日～7月13日

（备注：讲座视频可循环播放）

https://article.xuexi.cn/articles/video/index.html?art_id=8113335376259892753&read_id=4ab114e4-a708-4f11-a76a-2d0bd998ba4d&ref_read_id=de11a1b1-e3a6-40b9-835b-71d77523605e&reco_id=&mod_id=&cid=&source=share&study_style_id=video_default

透视新科技——植物工厂

讲座内容：

各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。蔬菜我们每天都要吃，但我们对蔬菜的认知是来自农场。那我告诉您随着科技的发展，蔬菜可能来自工厂，植物工厂。您可能会问，这个植物工厂的蔬菜跟我们普通的蔬菜有什么区别呢？我们通过短片来进入今天的节目。植物工厂的发展始于20世纪60年代欧美等一些发达国家，1960年，美国诞生了世界上第一家植物工厂，20世纪80年代，日本等国也逐步发展起来，而我国作为后起之秀近10多年植物工厂发展迅速，因此从靠天依地到以塑料大棚为代表的设施农业，种植模式虽然有了很大变化，但是蔬菜的生长仍面临气候变化、自然灾害频发、农药使用过量等问题。2021年夏季，我国北方地区大范围出现连续降雨，致使河北、山东、内蒙古、辽宁、山西等北方蔬菜主产区的菜田出现淹没的情况。这样一来有些地方绝收，有些地区蔬菜采收困难，供需矛盾突出，收购成本大幅上涨，从而造成了蔬菜价格上涨，导致2021年9月下旬开始多地出现“菜比肉贵”现象。那么植物工厂的诞生，能否解决百姓吃菜的问题？植物工厂里的蔬菜与传统的蔬菜又有什么不同呢？

首先，我们给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾。一位是中国科学院院士匡廷云，欢迎您！另外一位是中国科学院植物研究所的研究员李绍华，欢迎您！我们的工厂里的蔬菜和传统蔬菜，从生产过程当中有什么区别？从它整个生产过程来讲，它是没有本质区别的，它都需要我们所说的播种，都需要萌芽、育苗，最后让它去生（长），在植物工厂里面所有的生产过程，都能实现自动控制和智能化控制的一个过程。从建筑结构来讲，完全是密闭的一个空间，是在密闭的房子里头。那么也就是说它不受外界环境的影响，可以用通俗话来讲，就是在屋子里头种庄稼，是按照工业的生产方式，既定的流程来生产植物，没有太阳光，没有土壤，都是智能化的精确调控的一种高效的农业生产方式。也可以说是颠覆传统农业的一个新兴战略产业。好，说到这儿，我们看看我们记者之前编辑的短片。从高处看植物工厂就像一座精美的宫殿，这里没有了传统农业所必需的土壤和阳光，只有工厂和生产流水线。仅仅只有几名工人，每天却可以生产出大量的蔬菜，那么离开了阳光土壤的蔬菜，究竟是如何生长的呢？

在我们的智能化植物工厂当中，阳光怎么解决？在自然界中，不管是我们陆地生长的高等植物，或者海洋水域中的藻类低等植物，它都要进行光合作用。万物生长靠太阳，就是这么一个概念。那么，你在植物工厂里头没有太阳光，那植物怎么生成？那首先最关键的一个核心技术就是照明，照明成了植物工厂首要一个技术核心问题，植物主要是吸收太阳光的可见部分。而可见部分就是我们知道的，红橙黄绿蓝靛紫这七色光，在植物工厂内，我们要知道它的光需就是不同植物，不同的生长发育时期。它需要的光（质光量）不同的，它有的需要红蓝光的配比，在最早的植物工厂里头，它是用钠灯，它可以给它可见的全色光，全部红橙黄绿蓝靛紫都有，而且发热也很强，所以植物工厂里头，它不可能多层发热那么多。那后来改成荧光灯以后，它还是全色光，植物净光（合）作用，它不需要红橙黄绿蓝靛紫七色光，那你给它全色光，那不是浪费吗？所以能耗很高，关键是后来LED灯源的产生，它可以形成不同单色光，红光，蓝光、绿光，那只有LED这个技术产生以后，才满足我们的光需。在植物工厂当中的使用LED光源，它是否可以真正地替代我们的太阳呢？我们通过短片去了解一下。

植物生长过程中必须接受光的照射，同时对光线的吸收也是有选择性的。在大田生长的蔬菜，因为受光照时间的限制，蔬菜很难在特定时间内，吸收到所需要的光。但是在植物工厂里，LED灯有一个特性，可以有选择地控制光的颜色并发出单色光。在人工控制光源的条件下，让LED灯提供有利于植物生长的光。那么LED光源是如何帮助植物生长的呢？LED光源如何使用？不同的光，不同波长的光，它具有不同的生理作用。就像我们打一个最简单的比方，如果是对叶菜来讲，蓝光的条件下植物生长就更健壮一些。如果是红光，植物生长速度就会更快一点，但是形态如果全用红光的形态就不会太好看了。大家说这个人长得像个黄豆芽一样，像豆芽菜就表示弱不禁风，所以这样的话，通常我们在这样的时间，我们即使对同一种蔬菜，比如说生菜，我们的光谱就会不一样。在育苗的时候，我们会给它更多的蓝光，这样苗子就会长得更健壮。到了快速生长阶段，我们会给它更多的红光，少量一点的远红光。在这样的情况下，它长得就会更快，给您的产量就会更大。可生菜好吃还是不好吃，实际上是取决于两个方面，一个就是我们所说的口感，您是甜还是说是苦，通常在自然条件下，冬天的时候它的生菜是品质比较好的，你吃的可能是甜的。到了夏天的时候，因为光太强了，温度太高了，所以生菜它会合成一种物质叫莴苣素，那么在这种情况下，它的味道是苦的。另外是它的纤维素含量，纤维素含量的高或低，也影响到您的口感，所以说我们通过光配方的调节，调节它的纤维素含量都不会太高，并且我们也会利用红光，尤其是长波长的红光的调节下，它的可溶性糖含量会更高，口感会更好。

绿光对植物也非常重要，为什么我们看到植物叶片是绿色的，因为它不太多地吸收绿光，所以我们人是看它的反射光，所以是绿的。绿光的条件下抗病，这个植株长得健壮不健壮？得不得病？如果您不给它绿光得容易得病，所以有了绿光它就能够抗病。比如说抗衰老，您给它绿光以后，它叶片就不容黄，不容易老。在自然环境是有昼夜之分的，在我们的工厂里没有昼夜之分吗？有啊，比如说如果是蓝莓，一天也是让它照10个小时或者是12个小时的光。通常大家知道在自然条件下，在温室里面，我们所有的蓝莓一年只生产一次，在自然条件下，因为它需要低温，它需要短日照。蓝莓不在低温，不在短日照条件下，蓝莓就不能形成花芽，就不能结果，但在植物工厂里面，我可以让它，把第一茬果产完了以后，我给它一个短日照，和低温的环境条件，就是说生长期变短了，这样它一年就可以实现多茬了，可以结两茬、三茬果，您可以采收三次，它的产量也很高。也就是说我们在智能植物工厂当中，我们提供的LED光甚至比自然的太阳光还利于植物的生长。

光的问题我们解决了，我们这工厂里的空气，跟外面的比较起来是更有优势呢？还是一样呢？在植物工厂里头，它的空气是经过空气过滤器处理后进来的。它不含病菌，应该是比自然界的空气清洁。我们说两个方面，第一个在植物工厂里面的空气，就刚才匡院士说的，一个我们是经过消毒，紫外线消毒，所以就不让一些病菌进来。那么里面没有病菌，那么植物通常不会得病，就是它因为没有病菌，不会有病虫害，你就不需要农药。那么，这个产品是绝决安全的，并且我们在植物工厂里的空气，还有另个一个好处，我能提高它二氧化碳的浓度。二氧化碳对于植物来讲，就是植物的粮食。说怎么去控制呢？在我们植物工厂里面，智能化（控制）的二氧化碳浓度，它比自然条件就高很多。譬如说目前全球气候变化，产业革命前大气里的二氧化浓度也就是280多ppm（百分比浓度），现在410多ppm。但是在我们植物工厂里头，因为二氧化碳是光合作用的原料，所以我们把二氧化碳浓度可以从400ppm提到1000ppm，甚至1200ppm，二氧化碳浓度提高，我们的光源又能够配合得很好，温度配合得很好，所以光合作用的速度提高，那产量也就提高。不仅提高植物工厂里头蔬菜、水果、植物的产量，更重要的结合现在双碳来讲，也是固碳的一个很重要的途径。好，说到这儿，我们看看我们记者之前编辑的短片。

在天然环境中生长的植物会受到病虫害等影响，2013年华北地区最大的蔬菜生产基地河北永年县，因前一年入冬后接连阴天较多，导致春季蔬菜病虫害较常年偏重，露地的茄果类、瓜果类蔬菜黄萎病、枯萎病等病害，也发生严重，常年种植蔬菜达80多万亩，当年减产超过三分之一。往年种一亩茄子能卖2万至3万元，而2013年只卖到1.2万元，菜农的收入减少超过一半，然而在植物工厂里却不会发生这样的事情，因为进入工厂里，每个人都要严格地消毒，更换拖鞋，穿好防护服，还要进行风淋确保做到洁净无污染。植物工厂是封闭的环境，空气中的二氧化碳显然不够用，所以利用工厂内的空调出风口，连接室外一个大型的二氧化碳罐，将二氧化碳和空气混合在一起后，通过新风系统输送到车间，进行人为地输送二氧化碳给植物施用二氧化碳肥。科研人员通过实验，给植物工厂里的二氧化碳设定了一个最佳的适合植物生长的浓度，植物在工厂的双重保护下茁壮成长。同时也解决了因大田条件下，土壤中病虫害发生的难题。在工厂中，光的问题解决了，二氧化碳的问题也解决了，那么，植物赖以生存的土壤又从哪儿来呢？

传统的植物它生长一定是靠土壤，我们作物在植物工厂里怎么办？在植物工厂里面，它是完全用一个营养液实现土壤功能的替代。所谓的营养液跟我们过去的无土栽培的区别是什么？它能够真正地替代土壤，甚至比土壤更优秀吗？无土栽培实际是包括着两种不同的概念，所有的无土栽培只是说我在所栽培过程里，不使用土壤。那么植物工厂它是在我们现在温室里面的栽培技术上面一个更大的进步，它也是利用的就是我们刚说的营养液，实际上从本质上在营养液这一块，无论是植物工厂还是温室里面，是没有本质区别的。实际上植物营养液的培养，这个是在上个世纪40年代50年代，在国际上一个很大的突破，因为矿物营养学说产生以后，那么在温室里头首先就产生了用营养液来进行水培植物。在温室栽培上一个很大的突破，它的营养液是由单管的通道来供给植物的营养。那在我们植物工厂里头，营养液就不简单的一个水培了，创新了植物培养的模组，也就是说这个营养液它可以是水培多层的营养液的供给，可以连续六层的水培一个支架，还可以把它营养系统跟它的栽培支架都组合在一起，形成一种营养栽培的模组，这个在国际上是一个首创。而且这个营养我们还可以走智能化地控制它的营养成分，在苗期在不同生长期，它需要的营养的种类和组成是不同的，而且可以调节它的PH值，还可以调节它的氧溶量。

您比如说有一个很简单的，说有的人有肾病，那肾病（的人）呢，他就不能太多地吸收钾离子，任何蔬菜里面钾离子含量高了，对于肾脏病的人都不是太好，所以在这种情况下，您可以通过营养液去调节，可以做一个低钾的蔬菜，专门为得肾病的病人去使用。比如说我们的西红柿，我们通过光的调节，通过营养液的调节，最后生产的西红杮，糖的含量就很高，所以口感就会更好。我最近血压比较高，给我添点钾也可以？也可以。就是制定的。好，说到这儿，我们看看我们之前编辑的短片。从人工种植到机械化种植，从土地种植到水培种植，随着信息和人工智能技术的发展，如今的蔬菜水果也可以走向定制化的精准时代，可以为不同的蔬菜水果配比不同的营养成分，针对不同的消费人群，如瓜果的个头、颜色、甜分，可以自由组合。那么，植物工厂生长出的蔬菜会比传统蔬菜价格高吗？我们生产的成本如何？它在蔬菜市场上提供的比例是什么样的？目前这样，说植物工厂生产的成本相对来讲和我们现在的传统生产的农业来讲，还是相对要高一些的，一个你需要建房子，你需要一些装备，然后你需要很多员工去做这件事情，比如说我们现在在福建省安溪县专门做了一个植物工厂。

那么目前来讲，在我们国家它是面积最大，产量最高的一个植物工厂，一个建筑面积一万平方米，这么一个工厂里面，我们每天（生产）的蔬菜大概1.8吨左右。比如说厦门吧，一个五百万人口城市，那么每天消费的蔬菜应该在几千吨甚至更高的这么一个水平。所以说这个比重还并不是太大，还甚至不到1%这么一个比例，但是实际上说我们生产这么多的蔬菜，所占用的土地和占用的面积它是很小。因为我们说相对于一个同等面积的土地上，你生产出的蔬菜可能是它的几百倍，甚至是上千倍。就拿新加坡来讲，它整个缺淡水，所以它的蔬菜全由马来西亚供给。那么，要是计算的话，新加坡这么一个国家，假设建四座一万平米的植物工厂，一百层就可以完全满足新加坡的蔬菜需要。所以它在节省面积可能未来的发展，一个就是说我们科技的进步，工业的进步发展，逐步降低它的成本。就是我们说的垂直农业，就是多层，你可以在一间房子里面种很多层农业。也可以把这个房子起很多很多层，去做这个垂直农业。垂直农业也就是在这个屋子里头，我培养植物不是一层，它可以两层、三层、四层、五层、六层、十层。就像我们普通人的这个住房一样，楼房一样？对，对，对。好，说到这儿，我们看看我们记者之前编辑的短片。

相比之下，大田种出的小白菜，它的生长周期从播种到采收，春秋季节需要60到70天，同一时间的生长周期，大棚需要55到65天，而植物工厂则需要35天，而且365天全年无休。更重要的是，与传统农业相比，植物工厂所需的用水量足足减少了95%，那么离开自然条件下生产的蔬菜，它的味道口感如何？食品安全上又该如何保障呢？其实安全性是消费者购买最关心的一个问题，无论你多漂亮，多好吃，它安全不安全，您怎么看我们植物工厂蔬菜的安全性？当然我认为植物工厂出来的蔬菜是安全的。它能保证食品安全，我觉得这个是我们做植物工厂其中重要的一个因素之一。因为它不受空气的污染，不受土壤的污染，不受水体的污染，它没有病虫害。就是我们的溶液、营养液都是经过消毒的，空气的话是经过空气过滤器消毒的，所以完全是在可以说是无菌条件下生产出来的蔬菜，所以我认为它是很安全。匡院士经历过传统农业，又经历过现代农业，最高端的农业，您告诉我们从植物工厂出来的蔬菜好不好吃？相当好吃，植物工厂生产出来的蔬菜，因为它是绝对安全，不污染，而且非常清脆，非常新鲜。你拿一包回去，马上打开以后加一点佐料，马上就可以吃。我举个例子，金砖国家在厦门开会，他们的宴会需要蔬菜特别是做沙拉，当时在厦门调了很多蔬菜，他们去化验，最后采取的是我们植物工厂出来的蔬菜，直登国宴得到好评。目前对于消费者的接受程度您怎么看，我觉得目前接受程度还是有一定限制，因为毕竟成本相对的还是比较高，而且大家的认识程度，还没有追上来。

我们植物工厂提供的蔬菜不算有机蔬菜，它不是同一个概念，有机农业和有机蔬菜的概念。大概在几十年前，在美国最先提出来的，它是希望所有的农业生产形式，返回到工业革命以前那种方式，不要使用任何与现代工业合成的化学产品，包括不能使用农药，不能使用化肥，您去怎么选择？是选择一个普通蔬菜，是选择一个有机蔬菜，还是选择一个植物工厂蔬菜，这取决于两个方面，一个是安全。您认为哪一种蔬菜更安全？在植物工厂条件下，我是绝对卫生、安全的，那么安全质量远远要高于我们现在的有机蔬菜。打个最简单的比方，您即使在一个不含有重金属离子，比如说铬离子的土壤上，用有机的方式，生产出的菜，您也可以称为有机蔬菜。但是在我们植物工厂，它不可能有重金属污染，不可以有离子，所以我们的蔬菜在安全品质上要比它更高。好，说到这儿，我们去了解一下我们国家的植物工厂的创新有哪些？我国是植物工厂产业化发展最快的国家之一，目前我国人工光植物工厂总数已超过200座，成为数量仅次于日本的植物工厂发展大国。单体规模一般为几百平方米，上千平方米的有10多家，其中最大的有6万平方米，很多地方建起了展示型、示范型植物工厂。植物工厂中的垂直农业不仅可以作为我国农业耕地减少的补充，还可以高效高产地机械化生产蔬菜，同时还能规避病虫害及土壤污染对植物的影响。不仅如此，植物工厂还可以作为作物育种加速器，将为解决粮食安全保障提供重要的途径。那么，我国的植物工厂还可以生产哪些植物呢？未来的发展又如何呢？

说到这个植物工厂未来的发展，两位给我们介绍一下它的前景？它是多学科，多种技术集成创新和知识技术高度密集的。比如说好包括设施农业，包括我们的光生物学，包括我们的生物学，包括建筑工程，还包括材料工程，还包括环境工程，还包括计算机，所以它是多学科多种技术集成创新。对于土地缺乏的国家，那肯定是植物工厂，是一个必需的途径。它能够提供它自己国家自己的战略需求，那对中国同样也会存在这样的问题，比如说我们国家实际上现在也存在着大量的进口谷物类粮食。未来也可能，尤其是我们消费水平越来越高，那么我们粮食是会越来越不够的，打个最简单的比方，上个世纪90年代，我们国家人均消耗了粮食300公斤一年。但是到现在我们已经到了550公斤，因为我们现在所需要的肉、奶、蛋越来越多，消耗的粮食也就越来越多，所以我们国家未来的发展，仍然会在粮食上面，仍然会处于一个紧缺状态。如果您采用我们植物工厂，那现在它不仅仅生产我们现在蔬菜，未来也可以。在国家战略需求的时候，它也可以生产小麦，也可以生产玉米，也可以生产水稻。您怎么看它的前景？

实际上我们要发展植物工厂，还不仅仅是局限在蔬菜，譬如说在我们植物工厂里头，5000平米的中药材的植物工厂，生产金钱莲已经进行产业化了。你想我们的中药材目前大田培养，土壤污染很厉害，病虫害很厉害，农药残留也很多，所以在出口都受到限制。真正贵重的中药材，通过植物工厂来培养，药用植物工厂之外，那么在航空、海岛，甚至边防也需要，譬如说在西藏的中印边界线上，海拔4300到5200米高度的边防线上。我们植物工厂就打造了能源自给的，集装箱的植物工厂，也就是说移动农场这个集装箱的话，像一个大汽车，它可以移动，它的顶棚是有光伏板，用光伏技术把光能变成电能，来驱动集装箱里头，植物工厂所需要的动力，而且安全地越冬，能够生产蔬菜。所以战士们冬天都能吃到新鲜蔬菜，而且每天在植物工厂里头，工作两三小时，还可以培养一些花卉来调节情趣，非常好。同时今后的发展，可能在移居新的星球上还可以使用，上面有阳光，可以发电，所以可以建立植物工厂。今天的节目就到这儿了，如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目，我是胜春，咱们下期节目再见。