杨其长:植物工厂彰显国家农业高技术水平
开讲啦(2020年7月11日)智能植物工厂首席科学家杨其长
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你有听说过“植物工厂”吗？《开讲啦》邀请中国农业科学院智能植物工厂首席科学家——杨其长。从一块LED的灯板开启研究，到攻克植物的光配方，到LED节能光源创制等核心关键技术难题，杨教授带领团队构建了具有我国自主知识产权的植物工厂核心技术体系，使我国成为继日本、美国、荷兰之后，世界上少数掌握植物工厂高技术的国家。
这期的演播室里突然多了许多五颜六色的灯光，大家猜猜是用来干什么的？是撒老师要才艺表演了吗？哈哈，都不是。这些灯光可不是用来照人的，而是用来照植物的。整齐摆放的架子上，五彩缤纷的灯光下，几棵生机勃勃的植物为演播室增添了一抹绿意，这就是智能植物工厂的“简略版本”。什么是植物工厂呢？用书面定义来说，植物工厂就是通过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，使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。
光看定义，小伙伴们肯定都有点迷糊。就让我们从智能植物工厂和传统种植方式的比较之中了解它吧。传统的种植方式“靠山吃山，靠海吃海”，要依赖土地、降雨等因素，会受到自然环境的局限。而智能植物工厂不用太阳光，不用土壤，通过高科技手段配置LED、添加营养液等方法来提供植物生长所需要的营养，一年里无论春夏秋冬都可以连续生产，做到了环境人为可控。智能植物工厂集生物技术、工程技术和软硬件系统技术于一体，解放了农民的双手，能够大大提高农业生产效率和农产品的安全。智能植物工厂简直就是农业生产中的“三好学生”，既让“老师”省心省力，“学习成绩”也很优异呀。
智能植物工厂这位“三好学生”带来的意义可不仅仅在农业生产方面，它还为全人类带来了福祉。
首先，智能植物工厂能够很好地解决粮食短缺和粮食安全的问题。智能植物工厂生产出来的蔬菜周期短、产能高，一旦批量生产，能够为更多地区提供更多的粮食资源。另外，在食品安全方面，智能植物工厂生产的蔬菜就更加拔尖啦。录制现场，撒老师又一次表演“在线吃草”，直接就从智能植物工厂的架子上掰下了一片叶子细品，还问大家讨沙拉酱要拌一拌。可见智能植物工厂种出的蔬菜在口味和安全上都很“能打”。为了宣传这样的“宝藏蔬菜”，我们本期的演讲者杨其长教授还第一次试水网络直播卖货，句句干货，字字珠玑，真的让人忍不住想“拔草”呢。
其次，智能植物工厂彰显着国家农业的高技术水平。它集中了所有的高技术的成分：人工智能技术、信息技术、LED这类的新材料技术、还有生物技术。植物工厂的发展能推动工业和农业的融合，带动工业的产业发展，同时也带动了健康产业的发展，是国家农业高技术水平的重要标志。
据杨其长教授介绍，在未来，植物工厂还能走进千家万户的大门。2010年上海世博会，杨其长教授和世博会组委会合作开发了一款“家庭微型植物工厂”，让人们能做到“在家里也能种菜，而且我们想吃菜的时候，就从厨房里面拿一棵，切一切、炒一炒”。为了让植物工厂适应“家庭生活”，杨教授还对植物工厂做出了许多调整。首先，为了不对人的视觉产生影响，家庭微型植物工厂采用了白光的LED；再者，为了家庭生活的舒适，杨教授还控制了家庭微型植物工厂的噪音；此外，家庭微型植物工厂还采用了物联网技术，使得用户可以远程操作，在家里就可以轻轻松松种出无污染无公害的安心蔬菜。期待家庭微型植物工厂能够早日普及，让大家能够体验真正的居家“种草”。
面对青年代表的提问，杨其长教授信心满满地说：“关于我呢，就是敢想和敢于尝试。”工农交叉的学科背景，让杨其长教授敢于打破思想局限，并将自己的想法付诸实践。在我们国家，有许许多多像杨其长教授一样有多学科知识、有创新精神、有家国情怀的科学家，是他们的坚持成就了我国各领域研究的飞速发展。像杨教授说的，我们科学家，既能“低头拉车”，踏踏实实地做实事，更会“抬头看路”，与国际接轨，第一时间接收各界新知识。胸怀大志，腹有良谋，这就是我们中国科学家回答世界问题的态度！
但也有青年代表提出：在现在的环境下，越来越少的年轻人愿意从事农学研究了。在一百个植物科学前沿问题里面，有一个问题就是如何吸引最优秀的年轻人去从事植物科学研究。杨其长教授给出了我们两条解决途径：一个是用智能化手段让年轻人的劳动更加地轻松，第二个方面则是国家政府要让从事农业的年轻人收入高于同龄人，提高年轻人的对于农学的工作热情。
最后，大家想看撒老师被两次课堂点名，还要“在线吃虫”吗？想知道价值“好几百万”的问题的答案究竟是什么吗？想围观植物工厂首席科学家现场直播卖货吗？想知道LED光配方的调制如何让植物感到“快乐”吗？
未来我们有没有可能撒一把种子，工厂化地进行食物生产？
非常高兴，今天以这么一种特殊的方式跟大家在一起交流植物工厂的话题。
中国的几千年的农耕文明，都是在完全自然的条件下进行食物的生产，但是这种自然的条件往往是不能保证的。所以会经常出现旱灾、涝灾，甚至一些病虫害等等一些自然的灾害。一旦自然灾害的出现，或者持续地出现的话，就会出现饥荒，甚至出现战乱。明末清初大概是在1638年，从陕西开始出现了旱灾，大概持续了四年，死亡的人口达到一半以上。最近一次在民国期间，大家都看过《1942》，据说当时有一千多万人口受到影响。靠天吃饭，完全依赖于自然的一种农耕的生产方式，这个还是非常不稳定的。所以说人们都有一种很朴素的理想，希望在生产食物的过程中，由自然的一个状态走向我们一个必然可控的状态。最近几十年来，随着像玻璃，一些塑料材料的一些发明，我们可以在一个温室大棚的环境下，进行一些反季节种植的一些蔬菜。但是它有一些局限，比如说它冬天极端地寒冷，夏天非常地炎热的条件下，也很难保证植物的正常生长。未来我们有没有可能撒一把种子，通过在一个工厂化的条件下，完全在一个可控的环境下，按人的需要，按计划地进行食物的生产，这就是我们共同的理想。
如何知道植物工厂的？
大概在三十多年前，我在上研究生的时候，就听我的导师说，国外现在有一种很有意思的技术，或者很高端的技术，叫植物工厂。当时听了以后觉得特别新奇，也特别好奇。大概非常幸运的是2005年的时候，我能到荷兰瓦赫宁根大学访学一年。有一天实验室的一个同事说，我让你到我的实验室去参观一个非常有意思的一个研究。进去以后它是用几块黑布围起来的一个装置，掀开黑布以后透露出来一些红蓝交替一些光线，非常非常地特别。这个光线的下面长着非常漂亮的生菜，在红光下照得像花一样，特别特别地漂亮。我当时真是非常非常地兴奋，抑制不住内心的那种激动，但是因为跟国外的同事也不好多问，因为是他的刚刚开始的一个实验课题。但是这种东西映入我的眼帘以后，我就觉得我必须要搞清楚到底是一个什么东西。当天晚上，我就跟我在国内的同事打电话交流，我说今天看到了一种非常有意思的光源，而且把菜种得非常非常地漂亮，我说你们查一查这个到底是什么东西。他们查了一下资料以后，非常非常兴奋地告诉我，这个光源叫发光二极管，俗称LED。这个LED应该说是非常非常有前途的，而且非常非常有意思的一种光源，未来在农业上的应用可能是前途无限。为什么呢？他说，LED光它是单色光，这单一的好处就在于我们可以根据我们的需要任意地调配，它这个光它是冷光源，因为它没有发热的一些成分，这种东西可以近距离地照射植物。第三个它是非常节能的一种光源。第四它的寿命很长，LED的寿命当时的查出来的数据是达到五万小时，我们都知道像白炽灯大概也就是一千小时左右。所以这些优点综合起来看，我觉得用在农业照明或者农业的植物工厂领域可能是一个非常非常有前途的一个光源。
“不干肯定不行，我们必须要干！”
查到这些资料以后，我就特别特别地兴奋，虽然当时我还在国外，我说我们一刻也不能耽误，我说我们赶快干，先把实验室搭起来。我记得当时我们在院里的一个温室里面搭起了一个小房子，大概在二十平米左右的样子。但是搭起来这个房子，没有这种光源也是不行的。所以说我们的同事们找了很长一段时间，也找不到这种适宜的光源。因为当时LED的照明刚刚起步，像红光的660纳米，蓝光的450纳米，一般的厂基本上很少有这种产品。后来他们有一个同事说，能不能用红光的激光代替一下，后来他们试了一段时间以后，激光的能量太强，植物照死了。那怎么办呢？后来说还得继续找，找了一段时间以后，他们有几个年轻的同志说真是找不到，找不到说能不能就不干了。我说不干了肯定不行，我说我们必须要干的。几经周折吧，这个找到了当时我记得大概也就是四块光源板，一个平方米左右的。当然现在四块光源板大概几百块钱，但是当时2005年、2006年的时候那个价格还是比较高的。小撒老师，当时比如说四块板子，一平方米的LED光源，大概是多少钱，你能不能有一个大致的判断。
小撒：您这个算是课堂提问吗？算到我的考试成绩里吗？我估计大概是在一万块钱左右。
杨其长：再往上猜。
小撒：听您这么笑得我心里有点虚。
杨其长：低了。
小撒：二十万。
杨其长：二十万高了一点。
小撒：高了一点？
杨其长：十万。
小撒：一平方米？
杨其长：对，一平方米的光源板，当时还是下了很大的本钱的。有了这四块板子以后，应该说我们如虎添翼，做了大量的一些实验。我们有个专业的名词叫光的配方，就像我们现在婴幼儿奶粉的配方一样。不是说所有的光谱植物都是吸收的，比如说大家都看到的我们植物都是绿色的，说明植物它对绿光是不吸收的，或者吸收很少的，所以它把绿色的一部分就反射到我们眼睛中间。所以植物它最喜欢吸收的应该是红光和蓝光。当然还有一些其他的有意思的一些效果，像远红外，研究发现，远红外照到叶子上以后，它使得叶片增大了以后增加它的光合作用。还有就是像紫外，紫外人们认为它是有害的是吧，当然现在我们的研究发现紫外还有两个很重要的功能。第一它可以提高作物的一些品质，同时紫外在苗子，就是苗期对它有一个刺激，变得更加地矮壮。所以说我们现在把这个结果，也放在像育苗的一些产业，这是我们在光的方面的一个很有意思的研究。但是植物工厂光是有光还是不够的，还有一些节能的调控和智能化的管控。智能化管控就相当于你把所有的要素，环境和营养要素都要检测出来，然后根据它的需求进行智能化的一些调控。通过这些研究，植物工厂在中国还是取得非常快的一些发展，2009年的时候中国第一次在长春建立了一个二百平米的，我们叫商业化的植物工厂。这个植物工厂，虽然仅仅只有二百平米，但是它标志着中国植物工厂第一次从实验室走向商业化应用，同时也标志着中国成为世界上少数掌握植物工厂高技术的国家。
家庭微型植物工厂是什么样的？
2010年的时候上海世博会的组委会，他们想在世博会上展出一款未来家居的一些生活。在家里也能种菜，而且我们想吃菜的时候就从厨房里面拿一棵。我们当时大概也就是几个月的时间，跟组委会的同志在一起合作开发了一款，这个叫家庭微型植物工厂。这个展览每天大概有一万多人挤在那儿看，觉得非常新奇。我不知道小撒老师看到家庭植物工厂跟我们现在放的架子有没有不一样的地方？
小撒：从这个画面看，我觉得家庭植物工厂做得更精致，而且它是全封闭的，我们现在现场的这个架子还是开放式的。家庭植物工厂我看它这个柜子里面应该是包括温度控制什么的全都有了，像个恒温箱。
杨其长：对，因为它跟人生活在一起，把物联网的一些技术连接起来以后，比如你出差了没有时间去管理的话，你用手机可以了解它的一些生长状况，或者若干天你不回来，它都有自动地去管理。所以把一些物联网的技术，把一些非常高端的现代技术也融入到家庭微型植物工厂里。今年疫情期间非常有意思，我们在居家隔离的时候，用了我们自己生产的一些小的装置生产像一些叶菜，尤其是生产韭菜。基本上就是傻瓜式的，浇一次水以后，十几天以后就一茬韭菜，割完以后继续长。而且我的朋友，包括我爱人的一些朋友，大概现在有几十家上百家都在家自己生产这种韭菜等等一些蔬菜。在疫情的非常时期也找到了很多的乐趣。
希望把我们中国的植物工厂的技术推向世界，也像我们的高铁一样成为我们中国最亮丽的一张名片。
像我们这个年龄，大概都有一个很深的感受，我在上小学、中学的时候，那个时候也是经常出现食物的一些短缺，吃不饱肚子。我给大家经常开玩笑，如果说我们像现在的年轻人一样能够衣食无忧的话，我说我的身高有可能比现在可能还涨五到十厘米。所以说当时的这种食物的短缺，对我们的印象还是非常深刻的。所以说植物工厂未来对我们粮食安全，这个也会产生重要的影响。我们都知道，在室外种一棵生菜大概要七十天左右。在温室里面大概在五十天左右，在我们植物工厂里大概在二十一天到二十五天左右，也就是周期大概缩短到二分之一。同时我们植物工厂可以栽培很多层，比如十层以上，这个还可以周年地生产。所以它的产能，大概是陆地的四十倍到一百倍以上。第二就是说在我小的时候，南方地区，种水稻的一些地区，我们号称叫“双抢”，抢收割和抢播种。晚上十二点下地到中午十二点才回来休息一会儿，然后继续进行劳作，非常非常地辛苦。所以如果说用植物工厂的话，我们可以穿着整洁的工作服，在一个完全舒适的环境下，在一个工厂化的条件下进行农业生产，也就是说像产业工人一样按时地上下班。
现在植物工厂在全球发展很快，我们现在研制了一种全智能化的植物工厂。高度大概达到二十层，完全用机器人和机械手来进行植物生产的系统。机器人把种子播种到我们栽培槽上，然后进行工厂化的育苗，育出苗子以后，我们再通过一个机械手把它送到指定的一个位置上进行栽培。二十二天以后，机械手把它移出来，进行包装。未来我认为它的情景可以伸展到社会的各个角落，像一些岛礁、舰船、高原、哨所，包括现在大家知道的未来的空间站，现在我们也在关注像月球，包括火星，外太空的探索，都有可能成为植物工厂的应用的一些空间。
植物工厂的发展这个能推动工业和农业的融合，带动工业的一个产业的发展，同时还带动像健康业的产业的发展。所以植物工厂还是很有前景的，也是显示一个国家农业高技术水平的重要标志。我们的植物工厂技术目前已经推广到美国、英国、新加坡等等一些国家，尤其是“一带一路”沿线的国家。中国已经成为世界上面积最大的，应该说未来可能也是技术水平最高的一个国家之一。我们也希望通过我们中国的同行的不懈的努力，把我们中国的植物工厂的技术推向世界，也像我们的高铁一样成为我们中国最亮丽的一张名片。
由中央电视台综合频道(CCTV-1)和唯众传媒联合制作的《开讲啦》是中国首档青年电视公开课,创办于2012年。每期节目由一位知名人士讲述自己的故事,节目邀请“中国青年心中的榜样”作为演讲嘉宾,分享他们对于生活和生命的感悟,给予中国青年现实的讨论和心灵的滋养,讨论青年们的人生问题,同时也在讨论青春中国的社会问题。
节目每期有六位来自全国各届的青年代表,向演讲嘉宾提问互动,300位大学生作为观众现场分享这场有思考、有疑问、有价值观、有锋芒的思想碰撞。他们对人生有思考,对未来有疑问,他们思想新锐,观点先锋,是中国未来的中坚力量。每期演讲嘉宾选择的主题,均为当下年轻人心中的问号,讲述青年最关心、最困惑的话题。这是中国最具青年公益的节目,千名青年学子,百回思想交锋,聆听思想的声音!