垂直農業(yè)技術是目前設施農業(yè)的高級發(fā)展階段，是世界農業(yè)前沿科技探索的重要領域。

近日在四川成都，由中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所自主研發(fā)的首座無人化垂直植物工廠投入使用。

無人化垂直植物工廠是一種在多層建筑內進行食物周年連續(xù)生產的高效農業(yè)系統(tǒng)，可以在城市進行食物生產，也可在戈壁沙漠、荒地使用，在解決未來都市等地食物就近穩(wěn)定供應、拓展耕地空間等方面優(yōu)勢明顯。

中國農業(yè)科學院研究團隊率先創(chuàng)立植物光配方與光效提升理論方法，攻克了植物工廠“光效低、能耗高”的世界性難題，目前所構建的20層垂直無人植物工廠為世界首例。

中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所副所長 甘炳成：目前整個自動化的生產體系，應該是全世界領先的水平。我們目前設施單體生產的層數(shù)也是世界上最高的。

這座栽培層數(shù)高達20層的垂直植物工廠，通過采用自主培育的作物新品種、垂直立體栽培系統(tǒng)、營養(yǎng)液自動供給系統(tǒng)、人工模擬節(jié)能光源以及基于AI的智慧管控系統(tǒng)，實現(xiàn)了在垂直空間內的穩(wěn)定生產。不受氣候和地域影響，在環(huán)境可控條件下能夠實現(xiàn)35天就收獲一茬生菜。除了生菜以外，其它的葉類菜、果菜、食用菌都可以在垂直植物工廠里規(guī)模化生產。

育種加速器實現(xiàn)作物快速生長發(fā)育

作物育種周期較長，為了縮短研發(fā)時間，科研人員在冬季往往都要去地處熱帶的海南加快選育進度。

而在剛剛投用的無人化垂直植物工廠里，通過育種加速器，在成都市區(qū)內就能實現(xiàn)作物快速生長發(fā)育。

創(chuàng)新團隊通過多年攻關，在國際上率先解析了“光-溫-營養(yǎng)”耦合調控作物快速繁育關鍵技術。這套技術不受土地、空間和氣候條件的約束，根據(jù)植物生長特性來配置它所需要的光譜；采取水培或霧培手段，使植物吸收營養(yǎng)；通過光與營養(yǎng)精準調控，誘導早期開花和促進作物快速生長，大幅縮短作物生育周期。這為無人垂直植物工廠加速作物育種提供了理論驗證與技術儲備。

中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所智能園藝裝備創(chuàng)新團隊首席科學家 楊其長：作物的生育期由原來的120天可以縮短到50天到60天，育種效率可以大幅度提升。

記者在現(xiàn)場看到，育種加速器里小麥、玉米、大豆、玉米、油菜、棉花、苜蓿等多種旱地作物正在進行育種。科研團隊試驗發(fā)現(xiàn)，這些作物通過育種加速器生育期均縮短50%以上。

揭秘育種加速器里人工光控的奧秘

作物生長離不開光合作用。育種加速器里最核心的技術就是實現(xiàn)人工對光的控制，達到自然光的效果，讓作物快速生長、發(fā)育、開花結果。這是怎么做到的？來看記者的探訪。

記者在垂直植物工廠里看到，作物上面密密麻麻布滿了LED光源。專家告訴記者，這些人工光源，模擬和替代了自然光。而加快作物發(fā)育和育種過程，就是通過精準控制光的亮度和顏色來實現(xiàn)的。

中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所研究員 王森：包括紅光、藍光、黃光、近紫外光或者是近紅外光，這些光對作物是有用的。我們現(xiàn)在用的LED燈，它稱為固態(tài)的冷光源。它的光的顏色是可以精準配比的。

記者在現(xiàn)場看到，為了保證作物生長發(fā)育，燈光的光譜裝置和光照強度也有講究。

中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所研究員 王森：作物在生長過程中，在不同時期所需的光的亮度是不一樣的。一般來說苗期早的時候，它需要的光就比較弱，長大以后開花結果的時候需要光就強。

目前，科研團隊已經匯總了72類作物、1300多種光配方的數(shù)據(jù)庫，對作物基礎研究、生理研究等發(fā)揮著重要作用。試驗結果顯示，垂直植物工廠里生產的作物，營養(yǎng)成分與大田作物基本沒有差別。