数字技术在植物生长中的有效应用

在离AWET公司总部乌特勒支半小时车程的乌尔登小城东北郊，耸立着几个透明的大玻璃状的建筑物，里面种植的绿色蔬菜、香草等植物长势正旺。用不了多久这些新鲜的蔬菜就可以被采摘下来直接进入厨房烹调。“一个面积5平方的低碳数字植物工厂每年可以收获250千克的蔬菜，在由计算机控制的人工环境中，这些蔬菜的生长周期可以缩短一半”。数字植物工厂的设计者，AWET公司项目组负责人Jim-Walton博士说：

实际上植物工厂就是未来现代家庭农业的一个小型案例，按照AWET公司专家的设想，运用数字植物工厂技术，满足整个荷兰不足1700万人口的食品供给，建造150栋这样垂直农业的摩天大楼就绰绰有余了！

植物工厂就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。它利用计算机对设施内温度、湿度、光照。CO2浓度以及营养液等环境要素进行自动控制，使得设施内植物的生长发育少受或者不受自然条件的制约。相比于传统的田间种植，植物工厂有着明显的优势：由于突破了自然种植条件和气候条件限制，种植工厂单位面积的产量可提高数十倍乃至数百倍，生产的计划控制性也大大增强。此外，植物生产工厂环境与外界相对隔离，避免了病虫害的发生，种植过程中无需农药，产品清洁卫生。不仅如此，这种由计算机控制的植物生长，使得劳动强度大为降低，可以吸收更多的年轻人从事农业。事实上，早在十年多前这项被视为“现代农业*境界”的技术在全球仅有荷兰、日本、美国少数几个农业科技强国掌握。近年来，日本政府投入1500亿日元用于数字植物的工厂的发展。目的就是为了解决其农业面临的诸多难题。植物工厂集中运用了现代农业高新技术成果，要掌握它就必须在营养栽培技术，环境控制技术以及人工光源技术等关键技术方面有所突破。

“植物生长需要包括：氮、磷、钾在内的16种必须的营养元素，植物工厂内采用的是营养液无土栽培技术方式，因此需为不同植物配制出相应的营养液”，吉姆·沃尔顿博士解释说。通过多年的研究试验，项目组已经完全掌握了植物工厂栽培蔬菜对营养液成分的参数，并研制出了*控制营养液的测控系统。环境控制技术与计算机科学密切相关，要植物在整个生命周期里生长更为迅速，就必须实现对环境温度、湿度、光照强度、营养液浓度等众多植物生长要素的实时自动调节，而这些要依靠计算机控制系统来完成。“我们可以让未来的数字植物工厂变得“傻瓜”化，对于你需要的作物，只要放入种子，然后就在菜单中选择相应的模式——比如：生菜、香草、番茄，就可以静待果实了。”吉姆·沃尔顿博士严肃的说。

人工光源技术是数字植物工厂颇具挑战性的技术难点。 俗话说，万物生长靠太阳，离开了阳光植物如何能够生长的更好，光照起决定性的作用。植物生长需要吸收的光谱与我们平时使用的照明灯光谱相差很大，要让植物更好的生长，必须为它们匹配出符合它们生长需要的光谱组合。此外在植物工厂中，人工光所耗费的能源占到整个运营费用的50%。所以如何节能也是我们面对的问题。庆幸的是2003年荷兰Universiteit of wageningen(瓦赫宁根大学)农业科技研究中心Larry Page(拉里.佩奇)教授已经通过LED光源在密闭式植物栽培系统的研究实验中取得了长足的发展。拉里·佩奇教授通过研究发现红蓝LED组合可以为植物光合作用提供*理想的光谱，经过深入研究，反复试验，人工光源技术在数字植物工厂方面取得了突破性进展。

相对于传统农业，数字植物工厂的投资成本依然很高。这是阻碍这项技术在发展中国家的重点障碍。2009年吉姆·沃尔顿博士到中国考察时发现中国人口众多，人均耕地面积不到世界平均面积的三分之一，人均淡水资源仅为世界平均面积的四分之一，而且自然灾害频发。更为严重的是，伴随着城市无序的开发，耕地面积逐年减少，而在农村从事农业生产的劳动力60岁以上的老人已占60%以上。农业正面临着前所未有的挑战。目前在荷兰数字植物工厂的单位面积造价为600-1500欧元每平方米，此外运营过程中还有能源、营养、人工等费用的产生。“但这只是一个起步阶段的预算，当这项技术被大规模推广应用时，我相信其造价一定会得到极大地降低”。吉姆·沃尔顿博士说：或许在不久的将来，这种神奇的数字工厂技术会出现在超市、饭店、甚至地铁站里，变成可以投币购买的自动新鲜蔬菜贩卖机，因为凭借现有技术，这完全可以成为现实”。吉姆·沃尔顿博士显得踌躇满志！