富硒蔬菜是需要什么设备（富硒蔬菜的国家标准值）
自己种菜自己吃，在家里种几种蔬菜，随种随吃，既怡情养性又安全放心，还不用花太多心思打理。无论数九寒天还是烈日炎炎，不用出门买菜，打开自家一台冰箱大小的“家庭植物工厂”，喜欢啥菜吃啥菜；无论在单位上班还是在外地出差，通过手机软件随时打理自家小菜园，一键可控；“种得省心、吃得放心、玩得开心”。你以为这是科幻故事里的情节？事实上，随着植物工厂技术的出现，家庭微型植物工厂正在走入我们的生活；而在生产领域，植物工厂在世界范围内正如火如荼，快速发展。
“锄禾日当午、汗滴禾下土”，千百年来，人们想要获得吃食，要看老天脸色，面朝黄土背朝天，在与天斗、与地斗中讨生活。在辛苦劳作中，人们梦想着有朝一日能够在不受气候影响的条件下进行耕作，在轻松愉快的环境中按照自己的意愿生产与收获。这些梦想随着植物工厂的诞生变成了现实，颠覆性技术让昔日万物生长靠太阳的农业已经发生翻天覆地的变化，使人类实现了几千年来理想化的农耕梦。
植物工厂的诞生与发展
说到“植物工厂”，你脑海里是否呈现出“植物在程序化的流水线上源源不断地产出”的工业化场景？关于“植物工厂”科学家给出了精准定义：一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效农业系统，是由计算机对作物生育过程的温度、湿度、光照、CO₂浓度、营养液等环境要素进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。
是不是有点想不通，植物怎么能从工厂里生产出来？植物和工业革命时出现的“工厂”这个词，是怎么联系起来的？这还要从人类的生存与梦想说起。人类自诞生之日起，为了生存，从刀耕火种到人工灌溉，从狩猎圈养到人工繁殖，通过引种谷物、豆类、块茎类等可食植物，驯化牛、猪、羊和狗等牲畜，形成原始的农业生产，从那时起，面对生存的挑战，人类就开始不断积累生产经验，改进生产技术，提高生产产量，但是由于自然科学的不发达，对于农业上的研究更多的停留在生产实践方面。
随着近代自然科学的发展，直到1840年德国化学家李比希《有机化学在农业和生理学上的应用》的发表，打开了现代农业的开端。18世纪下半叶的工业革命，给农业生产带来了翻天覆地的变化，工业机械化、化学化和信息化应用到农业领域，减轻了农业生产的劳动强度，提高了农产品产量与品质，传统农业开始进入了现代农业阶段。
工业革命诞生了现代工厂制度，以机器制造为主体的集约化生产，使得在严格的规章制度下，劳动生产率大幅提升。工业革命的成功，给农业极大的示范启示。人们希望农业生产也能够借鉴现代工厂制度，摆脱自然环境的制约，采用机械化流水作业，形成集约、高效的生产方式。
同时，李比希“植物矿质营养学说”的提出，进一步启发了科学家的思维，科学家开始研究植物生长的各项环境指标及所需的具体养分，1860年前后，科学家成功地在营养液中种植植物，由此，产生了以“植物矿质营养学说”为理论基础的营养液栽培技术，并逐步演变成现代的无土栽培技术。20世纪40年代，无土栽培作为一种新的栽培方法，陆续用于农业生产，不少国家都先后建立起了无土栽培基地，有的还建起了温室，无土栽培技术的长足发展，为植物工厂的诞生提供了重要技术支撑。
1949年，美国植物生理和园艺学家F.W.Went教授在加州帕萨迪纳建立了第一座人工气候室，将植物生长需要的“阳光”“土壤”“雨露”用人工调控提供给植物，引发了“人工模拟生态环境”领域的革命性突破。
基于以上两项技术的颠覆性突破， 1957年，世界上第一座真正意义上的植物工厂，在丹麦哥本哈根市郊的约克里斯顿农场诞生，工厂面积1000平方米，从播种到收获采用全自动传送带流水作业，年产水芹100万公斤。植物工厂由此登上历史舞台。
植物工厂的发展始于欧美一些发达国家， 1963年，奥地利建造了高30米的塔式人工光植物工厂，采用上下传送带旋转式的立体栽培方式种植生菜，成为垂直植物工厂的发端。1973年，英国提出了营养液膜法（NFT）水耕栽培模式，成为植物工厂的一项标准技术。1974年，日本也开始人工光植物工厂的研究。随后，荷兰、美国、奥地利等国家及世界上一些著名企业如荷兰的飞利浦、美国的通用电气、日本的日立等纷纷投入巨资与科研机构联手进行植物工厂的关键技术开发，为植物工厂发展奠定了坚实基础。
20世纪80年代，植物工厂进入快速发展期，很多不同形式的植物工厂，人们通常按照光源划分为太阳光利用型、人工光利用型（被视为狭义的植物工厂）、太阳光和人工光并用型等类型。20世纪90年代，中国开始了植物工厂的实验探索。目前，植物工厂主要分布在东亚和欧美国家，以日本、荷兰、中国最具代表性。日本，在人工光植物工厂方面研发与产业化较快，居领先水平。目前有100余座人工光植物工厂在运营。荷兰，在太阳光植物工厂方面实力最强， 90%以上的温室为Venlo型玻璃温室结构，最高产量高达90kg/㎡。中国，目前全球植物工厂研发与产业化最活跃的国家，在两类植物工厂研发方面均有建树，处于均衡发展中，目前已有人工光植物工厂百余座。
植物工厂的科学真相
没有阳光、没有雨露和土壤，运用现代科学技术，蔬菜也能健康地成长，而且产量更高、品质更好。其中的奥秘是什么？
我们知道，植物生长必需的元素有17种，即碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、锌、硼、钼、铜、氯及镍。除了从空气和水中吸收的氢、碳、氧外，其他的营养素从哪里来？目前，所有的植物工厂均采用营养液栽培模式，用营养液取代了作物赖以生存的土壤。因此，植物生长所需元素多从营养液中吸收。
01
营养液——植物的美味营养大餐
为每一种蔬菜配置独特的营养液是植物工厂的核心技术, 在营养液中，营养元素需要保持能被植物有效吸收利用的游离或螯合状态，并且要有着合适的配比，某种元素过量或不足均会影响作物的正常生长。不同的作物、作物不同的生长时期对营养液的需求也不尽相同。
营养液的科学配置是营养液栽培技术应用过程中非常重要的工作。科学家要经过很多次实验以及经验的积累，为作物精心调制营养大餐,以保证营养全面均衡，更容易被吸收。营养液配方的最优化，可促进蔬菜生长发育的最优化，从而获得高产量。
不仅如此，营养液的科学配置还可使蔬菜风味、口感更好。通过实验，科学家发现，对营养液配方的调控可实现对作物中的各类营养素的调控，可改善蔬菜、果实的纤维素、糖分含量以及风味品质等，比如让叶菜更脆嫩，番茄更甜；还可给作物补充某种特定营养素，有目的地培育“富钙”“富锌”“富硒”等蔬菜，为人们提供特定的营养素补充，比如针对儿童生长过程中缺锌的情况,生产富含锌元素的小白菜、生菜, 针对孕妇需要生产富含叶酸的蔬菜,针对特殊人群生产低钾蔬菜等。
另外，无土栽培蔬菜根茎干净无土，没有土壤中携带的细菌，也避免了受污染的土壤中含有的有毒重金属，而且，无土栽培一般在相对封闭的环境中进行，不容易感染病虫害，因此不需要农药，是一种安全可控的生产方式。
02
“光配方”——植物生长的“阳光”
光是植物进行光合作用等基本生理活动的能量源，在植物工厂里，蔬菜生长脱离对阳光的依赖，主要依赖人工光源，像荧光灯、LED灯等。由于LED灯的发光效率高,体积小，发热少,能近距离照射植物，而不会灼伤叶片，使得栽培层间距缩短，提高空间利用率，降低能耗，减少温室效应，被认为是密闭式植物工厂的理想光源。
人工光源系统的设计是植物工厂的核心技术之一。不同的植物对光有不同的需求,为寻找最适宜植物生长发育的“光配方”, 科学家们针对光源的光强、光质、光周期，做了大量实验，实验显示了植物对光的吸收特点，被绿色植物吸收最多的是红橙光(波长600~700nm)和蓝紫光(波长400~500nm)，对绿色光(波长500~600nm)只有微量吸收。因此将红橙光和蓝紫光按照一定配比制成光源,就能满足植物生长需求。红光一般表现出对植株的节间伸长抑制、促进分蘗以及增加叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖等物质的积累。蓝光是红光用于作物栽培必要的补充光质，是作物正常生长的必需光质，光强生物用量仅次于红光。蓝光抑制茎伸长，促进叶绿素合成，有利于氮同化和蛋白质合成，有利于抗氧化物质合成。蓝光影响植物的向光性、光形态发生、气孔开放以及叶片的光合作用。针对不同的植物、不同的生长阶段，光强、光质和光周期也完全不同。植物工厂里，每种植物都有自己的“光配方”。
LED植物工厂的显著特征是密闭环境下多层立体式栽培，科学的研究结果表明,在这种环境下成长起来的植物,由于植物工厂内环境可控性强, 栽培环境的二氧化碳浓度可以得到大幅增加,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,都是常规栽培的几倍。定制的“光配方”意味着更快的生长速度、更高的产量和更优秀的品质。
03
智慧芯——植物工厂高效运转指挥部
植物工厂核心词就是“可控”。温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等都是作物非常重要的生长因素，在“植物工厂”控制室的计算机显示屏上，这些信息被360度实时监控，一览无余，通过分布在作物各生长单元的传感器收集上来的数据，植物的“思想”和“需要”被人类所知。如果把各种传感器比作人的神经末梢，那么计算机智能管理系统如同人的大脑，这里我们称之为“智慧芯”，当植物感觉冷了或热了，“智慧芯”就向室内热环境控制系统发出指令，调节室内与外界环境之间的热量变化；当植物感觉空间湿度过大或太干燥，“智慧芯”就会启动降湿系统。
“智慧芯”的高效运转保证了作物最佳生长条件，不但使作物单株的产量比常规栽培更大；而且使作物生育期大大缩短、栽培的茬数大大提高，譬如在植物工厂小麦生育期只需56天、叶菜生育期只需28天。加之栽培利用空间层数的叠加，生产效率发生了质的飞跃，单位面积产量是传统生产的几十倍甚至上百倍。不仅如此，通过经验积累和大数据的分析，“智慧芯”还能制定出生产计划，什么时候育苗，什么时间收获，全在掌控之内。按“智慧芯”制定的生产操作模式就能如工厂一样生产出外观形态及质量一致符合标准的农产品。
植物工厂是典型的现代农业高科技成果，由计算机对植物生育过程的光照、温度、湿度等环境条件进行自动控制，它脱离了天（太阳），由人工光源代替；也脱离了地（土壤），营养液替代土壤、肥料和水，实现了可控环境下的周年连续生产，使人类在荒漠、戈壁、海岛、水面，以及在城市的摩天大楼里都能进行正常生产，源源不断地为人类生产出所需的农产品，为解决人类发展面临的粮食安全、人口、资源、环境问题提供了解决方案；也为未来人类航天工程、月球和其他星球探索实现食物自给提供了解决方案。
植物工厂 正走进你我的生活
在2019世园会上，百蔬园里展示了三类工厂化生产方式：一个4500平方米的“巨无霸”玻璃连栋温室里，科幻电影《流浪地球》中，生活在地下城中的人们种菜模式在这里上演，花花绿绿的LED灯下，一层层养眼的嫩绿色蔬菜，在营养液里长得郁郁葱葱（完全人工光型）；长在柜子里的“蘑菇森林”（日光型和人工光结合型）；一个奇妙的番茄世界，满藤的绿叶和倒挂的小红灯笼，却找不到番茄“根”（日光型），这些兼具观赏价值和采摘食用价值的现代农业独特景观吸引了很多游客流连忘返， 事实上，不仅仅是展示，北京市从2012年就开始蔬菜工厂化生产技术试验示范，目前连栋温室工厂化生产面积在北京郊区已经推广了2000多亩。
走进位于北京市海淀区水木九天公司的‘蔬菜工厂’， 10800平方米玻璃房子，一个番茄的海洋，温暖的阳光下，一株株五六米高的番茄藤蔓伸展着探向天空，红彤彤的累累果实闪耀在枝头；循着藤蔓往下，每个植株被栽培在一个个岩棉（岩石拉成的丝）方格内，每个方格都配有一套营养液输送管道；各种传感器和自动化控制设备令人眼花缭乱。水木九天公司负责人王晓庆介绍：“这些传感器用来实时收集作物生长的环境情况，以便通过大数据分析和人工智能计算模型，采用最低能耗将各项环境调整到最适合作物生长的数值，不仅实现了产量及品质的提升，还降低了环境控制成本。”
“这里的番茄每7天结一串，一串5个果，每个重200克，按照11个月计算，可以结44串果，22公斤重，一平米平均可以种4颗（正常大田里一般设置为1.2颗），产量可以达到88公斤。通过从餐桌到种子的逆向推演，不断分解链条中的各个核心数据，以新技术、新模式以及综合农业数据，尤其是通过建设特定品种生长模型，使得软件自动化调控环境因素及种子筛选、种植模式以及人员体系和系统体系的建设，不仅产量可控，包括番茄糖度、沙瓤程度、果子大小、颜色一系列的标准都实现了可控。我们通过这种工厂化模式种植的番茄、黄瓜、叶菜等产品经过抽样检测，533项农药残留、铅镉汞砷重金属、亚硝酸盐等指标全部达到欧盟标准。销售价格不到有机产品的一半，产量则相当于传统土地的10倍。” 王晓庆介绍。
当被问及蔬菜工厂到底该选择什么形式？王晓庆说：“我认为跟目标有关。目标不同，选型不同。人工光型植物工厂，电能消耗大、生产运行成本居高不下，一直是其无法普及的根本问题，叫实验型或观光展示型。我们的定位是产业化，能够把这个东西种出来，并且能够把成本控制住，然后消费者消费得起。从销售端倒推到生产端，用市场化思维指导农业生产，只有生产出的农产品符合当地民生的真实需求，农业产业化才能实现自身的产业闭环，完成自我造血，进而真正的让农业产业落地，服务于民。”
而在位于京郊的另一家大型植物工厂——京鹏植物工厂，正在为植物工厂能源成本控制上进行积极的实践与探索，加紧新能源引入与试验， 15千瓦的太阳能独立光伏发电系统，可将清洁无污染的太阳能转为电能供植物工厂使用，即使连续3天雨雪天气或电力供应不正常，仍能维持植物工厂核心部分闭锁型育苗室和人工光植物生产车间的正常运作。
针对家庭的各种家用小型植物工厂陆续被研发出来，各种适合家庭的种植柜以及与之匹配的“工厂化家庭种植模式”纷纷与消费者见面，活体蔬菜被直接配送到家庭的种植柜当中，消费者可以现吃现摘，随时吃到安全、健康的新鲜蔬菜。而在一些餐厅里，种植柜里的菜成为招揽顾客的 “特色菜”，顾客可当场选定用哪一颗做成菜肴。
类似涉猎植物工厂产业领域的企业，全国已有200多家，这些企业不仅瞄准当地市场，还将植物工厂版图不断扩张，在全国各地纷纷建起“植物工厂”，推出了整体或部分组件产品；有的企业还瞄准国际市场，将植物工厂产品及技术推广到新加坡、美国、日本、欧洲等地。
而在国家层面，对颠覆传统农业生产的革命性战略产业——植物工厂，给予了持续支撑，比如，2013年国家“十二五”863计划项目“智能化植物工厂生产技术研究” ，项目总经费达4611万元；涉及植物工厂LED节能光源、立体无土栽培、光温耦合节能环境控制、营养液调控、基于网络的智能管理以及人工光植物工厂、自然光植物工厂集成示范等多个领域的研究。2016年成立农业照明专业委员会，为以LED植物工厂照明为主导的植物工厂推进的全国性组织平台；植物工厂还被写入《“十三五”全国农业农村信息发展规划》……一系列的举措奠定了植物工厂及其相关技术研发的可持续性。
在众多利好条件的推动下，在发展迫切需求的促进下，在跨界组合与创新中，植物工厂研发与产业化发展必将给我们的生活带来更多变化，植物工厂将培育出更多适合工厂化生产的蔬菜品种，百姓新鲜安全菜篮子品种将得到极大的丰富；随着技术的进步、能耗的降低，蔬菜价格必将更加实惠；你有没有想过每天工作的办公大楼整栋楼外立面、楼顶、电梯间、办公桌……随处种满蔬菜是什么样的？在大型商场、会议中心、学校、车站、医院、家庭，植物工厂将“无所不在”随时与你同在，蔬菜是新鲜美味的四季，是美化环境的使者，是净化空气的氧吧，是居家生活的乐趣……这一切即将到来，你准备好了吗？
作者信息
苏秋芳
现任职于北京市农业农村局宣传教育中心，中国农业大学硕士研究生毕业，致力于农业宣教工作十一年。
排版：zz吖
审核：老醋 苏苏
