土地是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的載體和根本。但人口的持續(xù)增長(zhǎng)、土地資源的枯竭、極端氣候事件的頻發(fā)，已經(jīng)使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展到了“瓶頸期”。

因此，科學(xué)家們提出了“垂直農(nóng)業(yè)”的概念，也就是利用先進(jìn)的種植技術(shù)，把農(nóng)業(yè)向上延伸，而不是向外擴(kuò)展。這來(lái)源于對(duì)植物生長(zhǎng)機(jī)理的理解和利用——我們知道，植物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，它們利用太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用，把空氣中的二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成葡萄糖、淀粉等有機(jī)物，這樣就可以長(zhǎng)高、長(zhǎng)大，直到開(kāi)花結(jié)果，繁育后代。

垂直農(nóng)業(yè)利用的就是這個(gè)原理，即在適宜的條件下，只要給植物足夠的光和必需的營(yíng)養(yǎng)，就可以實(shí)現(xiàn)植物的室內(nèi)種植——把莊稼“種”到空中去，把一幢幢高樓大廈變成一座座農(nóng)場(chǎng)，用車間生產(chǎn)的辦法來(lái)生產(chǎn)糧食和瓜果，甚至雞鴨魚(yú)肉。

這種植物產(chǎn)品生產(chǎn)的工廠化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，就是“植物工廠”。

植物工廠是對(duì)光、溫、濕、二氧化碳及營(yíng)養(yǎng)等生長(zhǎng)環(huán)境條件全智能控制的植物高效穩(wěn)定生產(chǎn)系統(tǒng)。目前，植物工廠是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段，被看成農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的“活力股”和“潛力股”，代表著未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。研究發(fā)現(xiàn)，只要對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行控制，就可以對(duì)植物的生長(zhǎng)周期進(jìn)行調(diào)控。通過(guò)增加光照、改變“光配方”、改善營(yíng)養(yǎng)液成分等，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)植物生長(zhǎng)周期和生長(zhǎng)狀態(tài)的控制。比如，生菜和小白菜在農(nóng)田里栽培需要30-40天才能收獲，但是在植物工廠中種植，僅需20天左右。因此，在植物工廠里，植物生長(zhǎng)在人工王國(guó)，只要有足夠的光照(能量)和營(yíng)養(yǎng)(水分、空氣、礦物質(zhì)等)，水果、蔬菜乃至糧食就可以“長(zhǎng)了一茬又一茬”，幾乎不受外界的天氣、光照和土壤環(huán)境的影響。

植物工廠要求固定的設(shè)施，首先需要計(jì)算機(jī)和多種傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行精確控制、測(cè)量和反饋。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是根據(jù)不同的植物來(lái)設(shè)置溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等，還要實(shí)時(shí)測(cè)量植物的生長(zhǎng)和生理狀態(tài)，生成數(shù)據(jù)并反饋至控制系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。因此，植物工廠依賴的是對(duì)設(shè)施的高精度智能化控制。

研究發(fā)現(xiàn)，光質(zhì)影響植物光合作用和光信號(hào)調(diào)節(jié)，在植物生長(zhǎng)、表型與抗性中起重要作用，不同的植物對(duì)不同光譜的光(光質(zhì))具有偏好性。LED植物生長(zhǎng)燈就是室內(nèi)種植環(huán)境的“小太陽(yáng)”，通過(guò)采用不同的LED光源，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光波和光譜的精確控制和搭配。比如，優(yōu)化紅光/遠(yuǎn)紅光的比例，可以提高三色堇的開(kāi)花數(shù)量和質(zhì)量，如果想讓石竹花的花青苷含量增加，花色紅艷，建議增加680nm的光;而要想長(zhǎng)出又大又肥厚的綠油油的生菜，就需要多用藍(lán)光和紅光。我國(guó)的研發(fā)人員根據(jù)植物對(duì)光環(huán)境的要求，開(kāi)發(fā)出了80多種專用光配方，用以滿足不同植物的生長(zhǎng)發(fā)育需求。

沒(méi)有土壤，植物工廠中的植物“吃”什么?

和田野生產(chǎn)不同，植物工廠要求潔凈的栽培空間，對(duì)某些育苗、組織培養(yǎng)型的植物工廠來(lái)說(shuō)，甚至需要無(wú)菌培養(yǎng)室。在這種條件要求下，就需要以營(yíng)養(yǎng)液來(lái)“飼喂”植物。植物工廠采用循環(huán)流動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)液來(lái)為植物提供營(yíng)養(yǎng)。

我們常說(shuō)，蘿卜青菜，各有所愛(ài)，不同的植物也有不同的“口味”和“取食偏好”。比如，葉菜類、茄瓜類、花菜類的蔬菜，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的要求各不相同，食用類和藥用類的植物對(duì)于營(yíng)養(yǎng)液的成分、酸堿性、溫度等也有不同的“挑剔”程度。這就要求植物工廠內(nèi)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行個(gè)性化配制、滅菌、輸送和回收，實(shí)時(shí)監(jiān)控營(yíng)養(yǎng)液發(fā)生的變化并自動(dòng)補(bǔ)充和校正，確保植物時(shí)刻處于一個(gè)穩(wěn)定優(yōu)良的營(yíng)養(yǎng)液環(huán)境中。

由此看來(lái)，只要做到精準(zhǔn)的人工控制，就可以在植物工廠里實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物生長(zhǎng)的夢(mèng)想。植物工廠技術(shù)的突破，使高樓農(nóng)場(chǎng)、荒漠農(nóng)場(chǎng)、太空農(nóng)場(chǎng)、航海農(nóng)場(chǎng)、極地農(nóng)場(chǎng)等成為可能。根據(jù)目前的技術(shù)水平，1萬(wàn)平方米的百層大樓可日產(chǎn)生菜、小白菜180噸，如果建設(shè)植物工廠，4棟大樓就能滿足新加坡 600萬(wàn)人每年25萬(wàn)噸蔬菜的需求。我們也可以想象，只要在艦船上、空間站上建造規(guī)模合適的植物工廠，帶上種子、水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，利用太陽(yáng)能或其他清潔能源，就可以長(zhǎng)出既新鮮又有營(yíng)養(yǎng)的糧食、蔬菜和水果來(lái)，解決航海、航天、沙漠、極地等環(huán)境中的吃飯問(wèn)題。

當(dāng)然了，你也可以在自家的廚房、客廳和書(shū)房，設(shè)置功能不同、格調(diào)各異的微型植物工廠，讓生活和工作更有趣味。