第752期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《植物梦工厂》
讲座题目：透视新科技——植物梦工厂
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：2026年3月16日～3月22日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——植物梦工厂
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。1974年，日本等国也逐步发展起来，而我国作为后起之秀，近10多年里植物工厂也发展迅速。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。2022年7月，随着盛夏季节的到来，全国大部分地区都出现了持续的高温天气。成都、杭州等地最高气温突破了40°C，而高温少雨天气直接导致蔬菜生长缓慢，产量减少，收购成本大幅上涨。从而造成了蔬菜价格的上涨，那么植物工厂的诞生能否解决蔬菜供应紧张的问题。植物工厂里的蔬菜，与传统的蔬菜又有什么不同呢？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！
工厂里的蔬菜和传统的蔬菜，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。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，每天却可以生产出上万斤蔬菜，那么离了阳光、土壤的蔬菜，究竟是如何生长起来的？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。这个照明成了植物工厂，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说不同植物，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，才能满足我们的光需。植物生长离不开光的照射，但是每种植物吸收的光线却是不同的。太阳光是一种七色光，植物根据各自的喜好识别吸收不同波长的阳光，然而受光照时间的限制，生长在田间的蔬菜，很难在特定时间内吸收到所需的光线，这就给LED光照技术提供施展才华的舞台。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。在植物工厂里，LED灯能提供有利于植物生长的单色光。同时也可以精准设计、量身定制植物的光配方，从而打破了“万物生长靠太阳”的规律。
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，大家说这个人长得就像个黄豆芽一样，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。在疫苗的时候，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。如果您不给它绿光很容易得病，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，它叶片就不容易黄，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，我们所有的蓝莓每一年只生产一次，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？对，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，还是一样的？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。那么这个产品是绝对安全，并且我们在植物工厂里的空气，还有另外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，说怎么去探制呢？
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（百万分比浓度），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400 PPM提到1000 PPM, 甚至1200 PPM, 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、药用植物的产量，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。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的阴天，导致春季蔬菜病虫害较常年偏重，当年蔬菜减产超过1/3，菜农的收入减少超过一半。而今，在植物工厂里，这样的事情却不会发生，因为进入工厂里，每个人都要严格地消毒。植物工厂是内封的环境，植物所需要的二氧化碳又将从哪儿来呢？这是连接室内空调出风口的二氧化碳罐，通过新风系统输送到车间的二氧化碳，科研人员给植物设定了一个最佳的生长浓度。生长在工厂的植物，赖以生存的土壤又从哪里来呢？
传统的植物，它生长一定是靠土壤，我们的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，是没有本质的区别。在我们植物工厂里头，营养液就不是简单的一个水培了，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），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，对有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，最后生产的西红柿，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。就是定制的。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、糖分可以自由组合。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，大概在1.8吨左右，比如说厦门吧，一个五百万人口的城市，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的，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，假设它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，比如说产白菜，小白菜，它是在同一块地方20多天就一茬，所以一年可以生产十几茬，在同样一个面积上它产量比大田高。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，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。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，大概在大几十年前，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，您即使在一个富含有重金属离子。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（重金属）离子，所以我们的蔬菜在安全品质上要比它更高。
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，数量仅次于日本，单体规模达几百平方米。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，未来将如何发展呢？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，比如说它包括设施农业，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地进口谷物类粮食，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。
打个最简单比方，上个世纪90年代，我们国家人均消耗的粮食，300公斤一年，但是到现在我们已经到了550公斤，因为什么呢？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，生产金线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，病毒害很厉害，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。
