持续上万年春种秋收、靠天吃饭的农耕方式或许已经走到了尾声? 是的,如今，一门名叫“光生物”的学科正从实验室走向产业。它将植物生长所需要的阳光、土壤、雨露，用人工的方式提供给植物，使瓜果蔬菜在最理想的环境下生长，能量得到尽可能大的转化。
植物工厂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；通过计算机对植物生育的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件的制约。
植物生长究竟靠哪些光？ 科学家对植物光合作用的原理进行了长期细致的研究，发现植物更青睐可见光的蓝色和红色部分，比例超过60%，因此将红光和蓝光按照一定比例配比制成光源，就能满足植物生长的需要。植物几乎不吸收绿光，也不需要红外、远红外等部分，把它们去除掉，根本不影响植物生长，还可以避免大量能耗。
植物工厂的蔬菜生长流程主要包括：播种-拣苗-育苗-移栽-生长管理-收获。
LED红蓝光谱的波长调节范围很大，且可人工控制，可以针对不同种类植物调节成合适的光谱波长，这样，植物就能根据LED设定的光源进行生长。定制的“光配方”，意味着植物的生长速度可以更快，并可获得更高的产量和更优秀的品质。
由于植物工厂内使用了人工照明，可以实现多层立体化栽培。蔬菜可以在堆叠式层架上，利用无土栽培方式种植，叶片吸收人工光源提供的光来进行光合作用，根系生长在营养液中，通过营养液为其提供水分、养分和氧气等。
目前，植物工厂除了培育生菜、小白菜、芹菜、番茄、黄瓜等蔬菜瓜果外，还有石斛、金线莲等多种药用植物。
为植物寻找“光配方”
如果严重自然灾害对传统农业造成毁灭性打击，光生物产业的元年就将到来。
什么是光生物学？ 它要揭示的，是阳光与生命活动之间的各种奥秘。
万物生长靠太阳，光合作用可以说是地球上最重要的能量转化方式。植物、藻类和部分细菌，通过光的转换，将二氧化碳和水转化为碳水化合物和氧气，将太阳能转化为化学能，植物90%的生物量是光合作用的产物。
看起来普普通通的阳光，其实包含了各种波长不同的电磁波，有我们肉眼能够感知的可见光，还有红外线、紫外线和远红外光等不可见光。
不同的植物对光波的吸收也有不同喜好，为此他们形成了一系列专用的“光配方”，让植物在最适宜的光照下进行生长。他说：“而我们就是把这部分奥秘解开，就像为婴儿提供配方奶粉一样，为植物提供最适合生长的光照，尽量减少无谓的能耗。”如今，他们已经找到了多种瓜果蔬菜的光配方，并申请了专利。
或许你会觉得，让蔬菜在阳光下生长就好，何必要费心去寻找这些“光配方”？ 如果我们把眼光转向药用植物，“光配方”的意义就会显得更加重要。李绍华说，很多药材之所以珍贵，就因为它们生长条件特别苛刻，即使实现人工栽培，植物中的药用成分却可能下降。这是因为植物中的药用成分往往并非维持生命所必需，只有在受到环境胁迫时才会产生。所以，药材质量往往与产地密切相关，离开了特定的自然环境，就难以保证。可如果解析出了它所需的光配方，再配合环境 (气候)、营养 (土壤) 配方，就能在人工环境下大量生产出高质量药用植物。
“我们已经研制出了多种药用植物的光配方，比如具体光谱的配比，或者加入一些特殊波段的光。”李绍华说，他们培育出的石斛、金线莲等，其中药用成分含量甚至可以超过天然生长的植物———在植物工厂里，可以一年到头不分季节地持续生产出高品质药材。
在全球气候变暖的当下，日益增多的极端天气给传统农业带来的损失越来越大，“如果哪天严重的自然灾害给传统农业带来了毁灭性打击，那么光生物产业的元年就到来了。”李绍华说，光生物产业其实是生命科学与光电产业的深度交叉融合，将对传统农业产生颠覆性影响，让人类再次摆脱对自然条件的依赖，“如果光生物产业发展繁荣后，当人类飞向宇宙深处，它将为太空中的食物生产，提供一定的解决之道。”
效率高得惊人
走进植物工厂，才会了解原来植物“心无旁骛”地生长，能量利用可以如此高效。
这些在全人工条件下生长的蔬菜究竟什么样？ 要想近距离看上它们一眼，还真不容易。因为它们全程生长在无菌、无尘环境中，人要想接近它们，先要经过严格消毒与隔离。车间里的温度、湿度都根据蔬菜最适宜的条件来调节，并通入更多的二氧化碳，促进光合作用。
通常，大气中的二氧化碳浓度不会超过400ppm，但车间里则高达1000ppm，所以，必须有风扇不停吹着，保持空气流通。这样可使植物的光合效率提高，植物生物量的形成和营养物质的积累，都是常规栽培的数倍。
在植物工厂里，从播种开始到收获，生菜、青菜等蔬菜基本只需35天的生长周期，除去育苗期，真正占用车间的时间只有20天。也就是说，同样一亩的面积，在植物工厂，一年可以收获16-18茬蔬菜，这是在大田中无法想象的。更可观的是，在一层三四米高的车间里，可以叠起6-8层栽培蔬菜的架子，每层都是有效种植面积。如果在一亩地上建造十几层高楼，相当于将可种植的土地面积扩展了成百倍。
植物工厂的高效，还不止于此。在10万级洁净空间中生长起来的蔬菜，无需喷洒任何农药、杀虫剂，连灰尘都难以沾染，完全可以免洗入口。尽管目前种植1公斤蔬菜需要耗电10度，加上管理成本，价格比普通蔬菜高出不少，但从综合效益看，其发展空间巨大。
在植物工厂中，水和营养的利用效率可以高达90%以上。别小看那一层层架子，所有电线、营养液运输管道，全部都集成在里面，为蔬菜精确输送养分。而在大田里，90%以上的水分都蒸腾到了空气中，超过60%的化肥没有被植物吸收，造成了土壤板结、微生物灭绝，还渗入地下水造成污染。“车间几乎不排放污水，反而可以产生更多氧气。”目前这些蔬菜可以成为人们餐桌蔬菜的有效补充，在沙漠、海岛、远洋作业等特殊地方，植物工厂可以解决部分恶劣气候条件下，特殊人群的绿色蔬菜需求。
