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楊其長

1963年8月出生，安徽無為人，我國植物工廠奠基人?，F(xiàn)任中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所黨委書記、副所長、法人代表，智能植物工廠首席科學(xué)家，兼任國際園藝學(xué)會(huì)（ISHS）設(shè)施植物生產(chǎn)系統(tǒng)智能化專委會(huì)主席、國際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟（ISA）農(nóng)業(yè)照明專委會(huì)主席。

先后主持國家863、重點(diǎn)研發(fā)、自然基金等項(xiàng)目15項(xiàng)，發(fā)表Nature Communications、Molecular Plant等學(xué)術(shù)論文287篇，主編著作9部，授權(quán)發(fā)明專利59件，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)（第一完成人）、中國專利金獎(jiǎng)1項(xiàng)（第一完成人）及其他省部級(jí)獎(jiǎng)13項(xiàng)，并榮獲“百千萬人才”國家級(jí)人選暨有突出貢獻(xiàn)中青年專家、全國農(nóng)業(yè)科研杰出人才、國務(wù)院政府特殊津貼專家等稱號(hào)，2021年入選國際歐亞科學(xué)院院士。

沒有土，也沒有陽光，植物還能生長嗎？

答案有些出人意料：能。沒有看錯(cuò)，當(dāng)植物被搬進(jìn)“工廠”，一切皆有可能。

無需泥土、不灑農(nóng)藥、不受自然環(huán)境約束，通過模擬植物所需的光照、溫度、營養(yǎng)等要素，在完全工廠化的條件下“恣意”生長，這就是植物工廠。

作為對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)作方式的一種顛覆，它代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向：20層的架子上，一排排蔬菜長勢(shì)正好，LED燈或明或暗，房間里的溫度、濕度、光照等細(xì)微變化被傳感器捕捉后傳入控制中心，進(jìn)而對(duì)執(zhí)行機(jī)械手做出指示，短短21天植物成熟，之后自動(dòng)化包裝。

曾經(jīng)科幻電影里的場(chǎng)景，如今早已照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。作為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所智能植物工廠首席科學(xué)家，楊其長長期深耕設(shè)施作物—環(huán)境互作機(jī)制及高效生產(chǎn)技術(shù)研究，在植物工廠光效提升理論與方法、設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能與栽培工程等方面取得多項(xiàng)原創(chuàng)性成果?！艾F(xiàn)在中國最辛苦的還是農(nóng)民，我們農(nóng)業(yè)科研人員要真真切切的為農(nóng)民干點(diǎn)事”，深藏于心底的初衷與情懷就是他不斷前行的動(dòng)力。

不受氣候干擾的條件下進(jìn)行耕作，在理想的環(huán)境中按照自己的意愿去生產(chǎn)和收獲農(nóng)產(chǎn)品，甚至可以在程序化的流水線上源源不斷地產(chǎn)出，楊其長說，這種顛覆傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植模式，不僅是千百年來農(nóng)民們的夢(mèng)想，也是科技人員補(bǔ)齊農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展“短板”的初心。

于是，深入探索農(nóng)業(yè)領(lǐng)域奧秘，破解農(nóng)業(yè)設(shè)施高能低效生產(chǎn)難題，他始終篤學(xué)不倦。楊其長以植物光配方理論與方法為“種子”，收獲了植物工廠核心技術(shù)重大突破這份科研“果實(shí)”，助力我國成為繼日本、美國、荷蘭之后，世界少數(shù)掌握植物工廠高技術(shù)的國家。

“科研沒有‘參考答案’，始終行于探索之路?！痹谒磥恚萍?，不僅改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，也賦予農(nóng)業(yè)更多功能性定義。

掌握核心技術(shù)：提高農(nóng)業(yè)國際競(jìng)爭(zhēng)力

如今，我國正從一個(gè)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國邁向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國，黨的二十大報(bào)告也對(duì)新時(shí)代新征程三農(nóng)工作作出了戰(zhàn)略部署。作為一個(gè)擁有5000年農(nóng)耕文明歷史的人口大國和農(nóng)業(yè)大國，我們用僅占全球7%的耕地解決了全球五分之一人口的吃飯問題，成績(jī)斐然。不過，即便如此，由于我國人均資源極為緊缺，依然面臨食物安全保障的重大挑戰(zhàn)。

“從靠天依地，到以塑料大棚和日光溫室為代表的傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)，雖然有了巨大的進(jìn)步，但仍面臨設(shè)施單體規(guī)模小、機(jī)械化程度低、病蟲害嚴(yán)重、農(nóng)藥使用過量、單產(chǎn)水平不高等問題?！弊鳛樵O(shè)施農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域?qū)W術(shù)帶頭人，楊其長直指問題所在：近些年勞動(dòng)力成本不斷上漲、耕地逐年減少、人口與資源矛盾日益尖銳……食物安全面臨重大挑戰(zhàn)，一場(chǎng)顛覆傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的“革命”，勢(shì)在必行。

在他看來，大力推動(dòng)植物工廠化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展符合我國長期的戰(zhàn)略部署。楊其長說，植物工廠化生產(chǎn)的秘訣就在于幾乎不依賴外界環(huán)境而掌控植物生長。他開玩笑地說：“就像神話故事里的大羅神仙，吹口仙氣就能讓萬物復(fù)蘇，凡事盡在掌控之中?！?/p>

事實(shí)上，植物工廠是在封閉環(huán)境下通過設(shè)施內(nèi)的高精度控制實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。由計(jì)算機(jī)對(duì)植物生育過程的溫度、濕度、光照、CO?濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境要素進(jìn)行全天候控制，不受或很少受自然條件制約的省力型生產(chǎn)方式。楊其長說，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)本質(zhì)其實(shí)就是植物通過光合作用來為人類生產(chǎn)碳水化合物的一個(gè)過程，這其中的關(guān)鍵就在于——光。

能耗高、光效低，曾經(jīng)是制約植物工廠發(fā)展的重要瓶頸，歐美和日本等發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了長期的探索，但由于光效與能耗問題未能有效突破，產(chǎn)業(yè)化一直較為緩慢。植物工廠的規(guī)?；瘧?yīng)用必須首先在“光”上找到突破口，實(shí)際上不是所有的“光”都是有效的，突破的方向就是找出有效“光”的成分。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以LED（發(fā)光二極管）新型光源為手段，解析了紅、藍(lán)、綠、遠(yuǎn)紅和紫外等單色光質(zhì)對(duì)作物產(chǎn)量與品質(zhì)形成的作用機(jī)制，探明了植物光合有效光質(zhì)的優(yōu)化配比，首次在國際上提出植物“光配方”概念，推動(dòng)了高光效LED光源創(chuàng)制與應(yīng)用，使植物工廠光效得到大幅提升，由原來高壓鈉燈的30%提升至85%以上。

“光”突破后，接著就是“能”的問題。他率先創(chuàng)制了根據(jù)植株大小進(jìn)行聚集照射的精準(zhǔn)供光方法，研發(fā)了光源水冷降溫減少空調(diào)能耗技術(shù)，創(chuàng)立了將光期置于夜晚、暗期放在白天并引進(jìn)室外冷源降溫的光-溫耦合節(jié)能調(diào)溫方法，降低系統(tǒng)綜合能耗56%以上，破解了長期以來植物工廠“能耗高”的國際難題。

蔬菜品質(zhì)也是大眾極為關(guān)注的話題。經(jīng)常會(huì)有人質(zhì)疑，植物工廠營養(yǎng)液培養(yǎng)出來的菜會(huì)不會(huì)對(duì)人體有害？這讓楊其長有些啼笑皆非：“實(shí)際上我們測(cè)過很多數(shù)據(jù)，221種農(nóng)藥殘留全部是0，幾種重金屬殘留也是0，一些致病微生物也是0，植物工廠里生產(chǎn)出的蔬菜是完全可以放心食用的?！彼踔吝€開玩笑，“因?yàn)樵趪?yán)格的光和營養(yǎng)調(diào)控下長大，所以，它（成長得）很舒服，品質(zhì)會(huì)很好，我們吃了以后心情也很舒服?！彼€說，這樣安全、潔凈的植物食用前甚至無需清洗。

正如楊其長及其團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)守的：農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，關(guān)鍵是農(nóng)業(yè)科技現(xiàn)代化。要把發(fā)展農(nóng)業(yè)科技放在更加突出的位置，通過科技給農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化插上騰飛的翅膀。在他看來，“掌握植物工廠技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略意義。在農(nóng)業(yè)的高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中，我們國家應(yīng)該要掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，才能參與激烈的國際競(jìng)爭(zhēng)?！?/p>

保障糧食安全：培育優(yōu)質(zhì)種子豐富種源多樣性

出生于安徽農(nóng)村的楊其長，小時(shí)候與父輩們過著面朝黃土背朝天的農(nóng)耕生活。那時(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平低，水稻收割的季節(jié)一來，要把大片大片的水稻割完，還要靠純手工打稻谷……楊其長從小就幻想，“有一天，全天下的農(nóng)民都能在輕松、愉快的環(huán)境下勞作，不必忍受烈日風(fēng)霜之苦，只有豐收的喜悅”，這個(gè)夢(mèng)想就像一顆種子，深植于心底。

1981年，楊其長考上華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，毫不意外地選擇了農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)，此后就從未離開以機(jī)械裝備為基礎(chǔ)的設(shè)施農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的研究工作。“種子”隨著季節(jié)更迭靜待“開花結(jié)果”。研究生時(shí)，當(dāng)他聽導(dǎo)師說國外有一種叫植物工廠的高端技術(shù)，從此便對(duì)這個(gè)新事物上了心。

楊其長與導(dǎo)師在荷蘭

2005年，楊其長到荷蘭瓦赫寧根大學(xué)訪學(xué)。有一天，在同事的帶領(lǐng)下，他看到國外的實(shí)驗(yàn)室用紅藍(lán)光LED光源種出了非常漂亮的生菜，這對(duì)他的啟發(fā)非常大?！拔矣X得這可能是未來植物工廠發(fā)展的重要方向?！睆哪菚r(shí)起，好奇心驅(qū)使著他一定要把這個(gè)LED光源弄清楚。

雖然人還在國外，他當(dāng)天就遠(yuǎn)程指導(dǎo)國內(nèi)的同事們把實(shí)驗(yàn)室搭建起來?？上胍黄坪诵募夹g(shù)談何容易，同事們花了好長時(shí)間都沒有找到適宜的紅光660nm、藍(lán)光450nm光譜的LED光源，甚至想到用激光來代替，結(jié)果因能量太強(qiáng)，直接把植物照死了。

很多同事多次失敗后都想不干了，但執(zhí)著的楊其長卻始終不肯放棄，“不干肯定不行，我們必須要干！”人們不會(huì)想到現(xiàn)在隨處可見的LED光源，在2005年是多么的“奇貨可居”。

幾經(jīng)周折，他們終于拼湊出四塊總共1平方米的LED光源板。“現(xiàn)在只需幾百塊錢的光源板當(dāng)時(shí)花費(fèi)了10萬元，但我們還是咬咬牙買了下來。”之后，如虎添翼的他們就用這個(gè)來之不易的LED光源做了大量試驗(yàn)，先后突破了植物L(fēng)ED光源、光-溫耦合調(diào)溫、光-營養(yǎng)調(diào)控品質(zhì)以及智能機(jī)器人等關(guān)鍵技術(shù)。此外，在智慧化管控上他們也花費(fèi)了大量心血，信息技術(shù)、智能裝備技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都成為他們突破和應(yīng)用的手段。

2009年，我國第一例智能型植物工廠研制成功，這標(biāo)志著我國在植物工廠領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從0到1的重大技術(shù)突破，成為了世界上少數(shù)掌握植物工廠高技術(shù)的國家。隨著科研的不斷推進(jìn)，植物工廠不僅在栽培蔬菜、瓜果、功能植物上大放異彩，同時(shí)還在拓展一個(gè)更加新興的領(lǐng)域-作物育種加速器。

而這一“新興領(lǐng)域”的拓展說起來還有些意外。楊其長說：“有一次，中國水稻所錢前院士講他有一些非常矮化的水稻品種，特別希望把它們搞成多層的立體栽培?！彪S后，他帶著這個(gè)任務(wù)開始在植物工廠條件下進(jìn)行種植，發(fā)現(xiàn)這些水稻的生育期都得到大幅縮短。為探索這一奧秘，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)連續(xù)攻關(guān)，先后解析了光-溫-養(yǎng)分耦合作用對(duì)水稻快速生長、提早開花與結(jié)實(shí)的影響機(jī)制，攻克了植物工廠水稻快速繁育環(huán)境-營養(yǎng)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)，讓原本在大田環(huán)境下120天以上才能收獲的水稻，63天就能成熟，大大縮短了水稻生育周期。

眾所周知，大自然的遺傳密碼藏在種子里，要保障糧食安全的根基，就必須破解種子的密碼。在楊其長看來，植物工廠水稻栽培試驗(yàn)的成功，將會(huì)大大縮短作物育種的世代時(shí)間，顛覆常規(guī)育種一年僅可加代2—3代的傳統(tǒng)。他說，未來有望實(shí)現(xiàn)每年加代6代以上的“快速育種”。

在水稻試驗(yàn)成功基礎(chǔ)上，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開展小麥、大豆、玉米、棉花、油菜等作物快速繁育研究，攻克了這些旱作作物根際控水以及光-溫-營養(yǎng)耦合調(diào)控等重大技術(shù)難題，全面實(shí)現(xiàn)這些作物的生育周期縮短一半，甚至縮短2/3?！斑@一技術(shù)的突破為作物加代育種提供了新的有效途徑，對(duì)保障糧食安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！边@與他兒時(shí)的夢(mèng)想再一次“不謀而合”。

推行植物工廠：也許是中國未來的新名片

其實(shí)，植物工廠的概念在世界上提出的時(shí)間較早。歐美等發(fā)達(dá)國家更是從20世紀(jì)50年代就開始研究，并已在植物工廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)液栽培與環(huán)境控制等一些關(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展，但由于存在系統(tǒng)能耗大、運(yùn)行成本高等突出瓶頸，大規(guī)模應(yīng)用仍受到一定限制。

“雖然我國起步晚，從2002年才開始探索，但是我們走的路子要順一點(diǎn)，因?yàn)槲覀兿喈?dāng)于跨過了能耗較高的高壓鈉燈和熒光燈時(shí)代，直接進(jìn)入了第三個(gè)時(shí)代—LED時(shí)代。”楊其長直言，我國已經(jīng)成為全球植物工廠產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的國家。

2016年6月，“智能LED植物工廠”作為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域標(biāo)志性重大科技成果亮相國家“十二五”科技創(chuàng)新成就展，受到黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人以及社會(huì)各界的高度關(guān)注和廣泛贊譽(yù)，并榮獲2017年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。而此項(xiàng)成果也被推廣到美國、英國、新加坡、羅馬尼亞、中東等國家和地區(qū)。2019年中國-羅馬尼亞農(nóng)業(yè)示范園落成暨中羅“一帶一路”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)，2022年卡塔爾世界杯舉辦期間，各國球員的高品質(zhì)蔬菜都是由中國植物工廠技術(shù)提供，得到了國際廣泛好評(píng)。

在楊其長看來，智能植物工廠最大的優(yōu)勢(shì)就是能夠解決耕地資源不足的問題，可以實(shí)現(xiàn)在荒漠、戈壁、海島、水面等非可耕地，以及在城市的高樓里進(jìn)行正常生產(chǎn)，甚至在地球以外也能大顯身手，是航天工程、星月探索中實(shí)現(xiàn)食物自給的重要手段。作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的高級(jí)階段，它不僅能為保障居民菜籃子的供應(yīng)提供有效補(bǔ)充，也能成為國家戰(zhàn)略需求，以及農(nóng)民致富和鄉(xiāng)村振興的重要抓手。

2017年11月，楊其長受中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院黨組委派，到成都負(fù)責(zé)籌建都市農(nóng)業(yè)研究所和國家成都農(nóng)業(yè)科技中心。其后，他帶領(lǐng)籌備組11名同志來到成都，一切從零開始，“邊建設(shè)，邊科研，邊出成果，邊為區(qū)域經(jīng)濟(jì)服務(wù)”。如今，已經(jīng)組建12支科研團(tuán)隊(duì)、招引220多人的研發(fā)隊(duì)伍，在垂直植物工廠、育種加速器、蔬菜工廠化、都市園藝等方面取得一批重要成果，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)，他本人先后榮獲四川省人才最高獎(jiǎng)-“杰出人才獎(jiǎng)”、“天府杰出科學(xué)家”、成都 “最美科技工作者”等榮譽(yù)稱號(hào)。

作為都市農(nóng)業(yè)研究所的掌舵人，楊其長現(xiàn)在還有兩個(gè)心愿，一個(gè)是改變現(xiàn)在大都市到處都是鋼筋水泥的現(xiàn)狀，讓城市充滿綠色，利用農(nóng)業(yè)的要素在城市的屋頂、綠地、陽臺(tái)、超市、學(xué)校、醫(yī)院等開花結(jié)果，進(jìn)一步增強(qiáng)城市食物自給能力，滿足居民參與體驗(yàn)的精神需求；另外一個(gè)心愿就是用設(shè)施農(nóng)業(yè)手段為國家騰出更多的耕地，近年來他花費(fèi)大量的時(shí)間在南疆戈壁沙漠地區(qū)，研制完成了適合沙漠地區(qū)的節(jié)能溫室，并在和田建起了1萬多畝示范基地，希望未來能為國家拓展千萬畝有效耕地，真正實(shí)現(xiàn)“向設(shè)施農(nóng)業(yè)要食物”。

楊其長認(rèn)為，科技工作者就是得有“匠心精神”——把成果做好做深做實(shí)，更要對(duì)國家發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起到重要的促進(jìn)作用。隨著“一帶一路”建設(shè)的推進(jìn)，在他看來，未來植物工廠很有可能像中國高鐵等高技術(shù)一樣，實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備的輸出。他甚至認(rèn)為，“未來植物工廠可能也是代表中國的符號(hào)之一”。

（2023年第11期）

責(zé)編:李鵬
編審:卡咪娜