沙漠里的蔬菜“绿洲”

“跟小时候的味道一样，特浓郁的番茄味儿！”在沙丘连绵的巴丹吉林沙漠，坐落着我国酒泉卫星发射中心，战士们吃到刚从基地蔬菜工厂采摘的番茄，嘴里甜着，心里乐着。

这里的蔬菜工厂，无需泥土、没有农药、品种多样，从播种到采摘只需35天。神舟十三号航天员出发前食用的蔬菜，正是来自这里。

发射中心的蔬菜工厂 中科生物供图

为航天事业“加个菜”

巴丹吉林沙漠是我国八大沙漠之一。这里干旱少雨，风沙肆行，冬季最低气温超过零下30度，夏季最高气温超过40度。

在这样的戈壁荒滩，要种蔬菜，还要保证种类丰富、口感美味又不使用农药，在过去是不敢想的。

实际上，新鲜蔬菜的供给，不仅是宇航员在空间站驻留，也是高寒边防哨所、海岛、舰船以及科研人员极地科考等极端环境下，必须解决的后勤保障难题。

生长环境（温度、湿度、光照、CO2和营养条件等）全智能控制的植物高效生产系统“植物工厂”，生产不受气候环境影响，具有方便运输和稳定生产等特点，是解决极端环境下蔬菜生产难题的最佳途径。

2015年，中国科学院植物研究所（以下简称中科院植物所）与三安集团合作共建福建省中科生物股份有限公司（以下简称中科生物）。2019年，在中科院促进科技成果转移转化专项“弘光专项”支持下，快速推动了中科生物在国内外布局植物工厂。

2020年12月，他们迎来了一项重要任务：要在4个月内，完成酒泉卫星发射中心蔬菜工厂的建设，以保障航天员在基地期间的伙食。

在中科院植物所植物工厂研发中心主任、中科生物光生物产业研究院副院长李阳看来，未来航天员到太空工作可能是常态化的，必须时刻做好后勤保障工作，提供绿色健康、营养丰富的新鲜蔬菜。

虽然团队积累了多年的建设经验，并完成多个极端环境下的植物工厂项目，但要短时间内在巴丹吉林沙漠里，平地而起打造一座“蔬菜王国”，也有不小的挑战。

蔬菜工厂建设期间，风沙肆行 中科生物供图

李阳告诉《中国科学报》，建设期间，正值北方冬季。不仅风沙大，户外温度也低至零下20度，一方面不利于施工，另一方面，项目团队成员大多来自福建，“北方这种天气，他们还是第一次体验”。

不仅如此，航天员不同于其他“客户”，供给他们的蔬菜品种，不但要有传统的叶菜，还要有番茄、黄瓜、彩椒，甚至部分药材。

克服重重困难后，2021年3月，725平方米的人工光型蔬菜工厂如期建成投产。该蔬菜工厂利用高效的LED光谱技术和营养液栽培技术，在可控的洁净环境内完成高效优质的蔬菜生产。

在这个沙漠“绿洲”中，生菜、冰菜、番茄、彩椒等应有尽有，栽培区、动力辅助区、工艺辅助区等分配合理。“根据航天员的食物需求，专门定制的品种和精准调控技术是未来更需要关注的问题。”李阳说。

此外，他还表示，要真正实现航天种菜，对于微重力、空间紧凑的航天器而言，水分、营养管理等种植装备和技术是目前需要解决的技术难题。

吃得好、吃得安全、吃得科学

据联合国发布的《世界人口前景》，预计到2050年，世界人口将超过90亿。中国农业大学中国粮食与食物安全研究中心主任、北京大学中国战略中心执行主任王宏广曾在接受媒体采访时表示，目前世界粮食安全形势严峻，联合国《2030年可持续发展议程》中提到的零饥饿目标将难以实现。

对于我国而言，他认为，虽然目前“吃饱”的问题已解决，但吃得好、吃得安全、吃得科学依然是难题。

李阳告诉记者，由于植物工厂不受自然环境影响，可以周年连续生产，自动化程度高，单位面积产量可达传统大田农业生产的几十倍甚至上百倍，是实现农业工业化和现代化的重要途径。

以生菜生产为例，1千平方米的大田年产量约为3吨，相同面积的温室生产量约15吨，而植物工厂生产量可达100吨。

“植物工厂还可以建在边际土地甚至荒漠，能有效缓解人口增长与劳动力短缺和耕地不足的矛盾，是未来农业发展方向之一，特别是对于耕地缺乏的国家，更为重要。”李阳说。

除了对国家整体的粮食安全提到保障作用，植物工厂还能保障航空航天、边防海岛、极地高寒等特殊环境下作业的蔬菜供应，对满足特殊需求具有重要意义。

李阳向记者透露，目前，在我国海拔4300～5200米的地方，已经开始使用能源自供型集装箱式植物工厂，实现蔬菜生产保障。此外，远洋专用植物工厂也开始“服役”，“这不仅能让大家吃到新鲜蔬菜，更是一种缓解压力、保障身心健康的方式。”

在李阳看来，植物工厂还是缓解农业生产与水资源缺乏的矛盾，解决农产品农药残留和重金属超标等食品安全问题，避免传统农业生产对土壤和环境的污染，保护生态环境的重要方式。

不仅如此，植物工厂还可以加速育种，助力种业发展。“目前，作物育种加代工作都在海南完成，但只能针对夏季型作物，且一年最多实现3代繁育。而植物工厂对夏冬型作物均能加速育种周期，实现一年连续4～8代的种植与种子采收，成为育种加速器。”李阳说。

走向无人化生产

近年来，不少国家掀起了“植物工厂热”，虽然我国植物工厂比欧洲、美国、日本等起步晚，但发展势头强劲，竞争也非常激烈。

全智能控制的植物工厂 中科生物供图

为了深耕市场，中科生物开发了适用不同场景的系列植物工厂类型，包括模块化植物工厂、家庭式植物工厂以及便于灵活运输和组装的集装箱式植物工厂等。

此外，他们还开展了植物工厂科普教育，让科学启蒙的“种子”播撒到青少年心中。

李阳告诉记者，虽然当前正遭受新冠疫情影响，但公司植物工厂业务呈增长趋势，并出口到29个国家和地区，还出现了蔬菜供不应求的市场现象。

他表示，一方面，随着劳动力成本的增加，人们对智能化、自动化和无人化的植物工厂关注度越来越高；另一方面，由于集装箱式植物工厂的灵活性，其需求量和应用领域也在增加。“相比之下，国外的需求量更大。”

对于植物工厂而言，劳动力和用电是主要成本，提高机械化和智能化水平，是发展的重要方向。

李阳告诉记者，目前，中科生物的一代UPLift自动化植物工厂已经在海南和陕西杨凌高新示范区推广，实现了采收前的全程无人化生产，“在国际植物工厂领域处于领先地位”。

面向未来全球市场，李阳表示，接下来，在装备技术研发方面，将重点关注智能化植物工厂，以提升生产效率、降低劳动成本和运行成本。“此外，我们还将集中优势研发力量，实现真正意义的植物工厂无人化生产。”

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