杨其长：颠覆、创新 始终行于农业探索之路

杨其长

1963年8月出生，安徽无为人，我国植物工厂奠基人。现任中国农业科学院都市农业研究所党委书记、副所长、法人代表，智能植物工厂首席科学家，兼任国际园艺学会（ISHS）设施植物生产系统智能化专委会主席、国际半导体照明联盟（ISA）农业照明专委会主席。

先后主持国家863、重点研发、自然基金等项目15项，发表Nature Communications、Molecular Plant等学术论文287篇，主编著作9部，授权发明专利59件，获国家科技进步二等奖2项（第一完成人）、中国专利金奖1项（第一完成人）及其他省部级奖13项，并荣获“百千万人才”国家级人选暨有突出贡献中青年专家、全国农业科研杰出人才、国务院政府特殊津贴专家等称号，2021年入选国际欧亚科学院院士。

没有土，也没有阳光，植物还能生长吗？

答案有些出人意料：能。没有看错，当植物被搬进“工厂”，一切皆有可能。

无需泥土、不洒农药、不受自然环境约束，通过模拟植物所需的光照、温度、营养等要素，在完全工厂化的条件下“恣意”生长，这就是植物工厂。

作为对传统农作方式的一种颠覆，它代表着未来农业的发展方向：20层的架子上，一排排蔬菜长势正好，LED灯或明或暗，房间里的温度、湿度、光照等细微变化被传感器捕捉后传入控制中心，进而对执行机械手做出指示，短短21天植物成熟，之后自动化包装。

曾经科幻电影里的场景，如今早已照进现实。作为中国农业科学院都市农业研究所智能植物工厂首席科学家，杨其长长期深耕设施作物—环境互作机制及高效生产技术研究，在植物工厂光效提升理论与方法、设施农业节能与栽培工程等方面取得多项原创性成果。“现在中国最辛苦的还是农民，我们农业科研人员要真真切切的为农民干点事”，深藏于心底的初衷与情怀就是他不断前行的动力。

不受气候干扰的条件下进行耕作，在理想的环境中按照自己的意愿去生产和收获农产品，甚至可以在程序化的流水线上源源不断地产出，杨其长说，这种颠覆传统的农业种植模式，不仅是千百年来农民们的梦想，也是科技人员补齐农业绿色发展“短板”的初心。

于是，深入探索农业领域奥秘，破解农业设施高能低效生产难题，他始终笃学不倦。杨其长以植物光配方理论与方法为“种子”，收获了植物工厂核心技术重大突破这份科研“果实”，助力我国成为继日本、美国、荷兰之后，世界少数掌握植物工厂高技术的国家。

“科研没有‘参考答案’，始终行于探索之路。”在他看来，科技，不仅改变农业生产模式，也赋予农业更多功能性定义。

掌握核心技术：提高农业国际竞争力

如今，我国正从一个传统农业大国迈向农业强国，党的二十大报告也对新时代新征程三农工作作出了战略部署。作为一个拥有5000年农耕文明历史的人口大国和农业大国，我们用仅占全球7%的耕地解决了全球五分之一人口的吃饭问题，成绩斐然。不过，即便如此，由于我国人均资源极为紧缺，依然面临食物安全保障的重大挑战。

“从靠天依地，到以塑料大棚和日光温室为代表的传统设施农业，虽然有了巨大的进步，但仍面临设施单体规模小、机械化程度低、病虫害严重、农药使用过量、单产水平不高等问题。”作为设施农业工程领域学术带头人，杨其长直指问题所在：近些年劳动力成本不断上涨、耕地逐年减少、人口与资源矛盾日益尖锐……食物安全面临重大挑战，一场颠覆传统农业的“革命”，势在必行。

在他看来，大力推动植物工厂化高技术产业发展符合我国长期的战略部署。杨其长说，植物工厂化生产的秘诀就在于几乎不依赖外界环境而掌控植物生长。他开玩笑地说：“就像神话故事里的大罗神仙，吹口仙气就能让万物复苏，凡事尽在掌控之中。”

事实上，植物工厂是在封闭环境下通过设施内的高精度控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统。由计算机对植物生育过程的温度、湿度、光照、CO₂浓度以及营养液等环境要素进行全天候控制，不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。杨其长说，农业生产的科学本质其实就是植物通过光合作用来为人类生产碳水化合物的一个过程，这其中的关键就在于——光。

能耗高、光效低，曾经是制约植物工厂发展的重要瓶颈，欧美和日本等发达国家进行了长期的探索，但由于光效与能耗问题未能有效突破，产业化一直较为缓慢。植物工厂的规模化应用必须首先在“光”上找到突破口，实际上不是所有的“光”都是有效的，突破的方向就是找出有效“光”的成分。他带领团队以LED（发光二极管）新型光源为手段，解析了红、蓝、绿、远红和紫外等单色光质对作物产量与品质形成的作用机制，探明了植物光合有效光质的优化配比，首次在国际上提出植物“光配方”概念，推动了高光效LED光源创制与应用，使植物工厂光效得到大幅提升，由原来高压钠灯的30%提升至85%以上。

“光”突破后，接着就是“能”的问题。他率先创制了根据植株大小进行聚集照射的精准供光方法，研发了光源水冷降温减少空调能耗技术，创立了将光期置于夜晚、暗期放在白天并引进室外冷源降温的光-温耦合节能调温方法，降低系统综合能耗56%以上，破解了长期以来植物工厂“能耗高”的国际难题。

蔬菜品质也是大众极为关注的话题。经常会有人质疑，植物工厂营养液培养出来的菜会不会对人体有害？这让杨其长有些啼笑皆非：“实际上我们测过很多数据，221种农药残留全部是0，几种重金属残留也是0，一些致病微生物也是0，植物工厂里生产出的蔬菜是完全可以放心食用的。”他甚至还开玩笑，“因为在严格的光和营养调控下长大，所以，它（成长得）很舒服，品质会很好，我们吃了以后心情也很舒服。”他还说，这样安全、洁净的植物食用前甚至无需清洗。

正如杨其长及其团队一直坚守的：农业现代化，关键是农业科技现代化。要把发展农业科技放在更加突出的位置，通过科技给农业现代化插上腾飞的翅膀。在他看来，“掌握植物工厂技术具有重要的战略意义。在农业的高技术竞争中，我们国家应该要掌握核心关键技术，才能参与激烈的国际竞争。”

保障粮食安全：培育优质种子丰富种源多样性

出生于安徽农村的杨其长，小时候与父辈们过着面朝黄土背朝天的农耕生活。那时农业机械化水平低，水稻收割的季节一来，要把大片大片的水稻割完，还要靠纯手工打稻谷……杨其长从小就幻想，“有一天，全天下的农民都能在轻松、愉快的环境下劳作，不必忍受烈日风霜之苦，只有丰收的喜悦”，这个梦想就像一颗种子，深植于心底。

1981年，杨其长考上华中农业大学，毫不意外地选择了农业机械化专业，此后就从未离开以机械装备为基础的设施农业工程领域的研究工作。“种子”随着季节更迭静待“开花结果”。研究生时，当他听导师说国外有一种叫植物工厂的高端技术，从此便对这个新事物上了心。

杨其长与导师在荷兰

2005年，杨其长到荷兰瓦赫宁根大学访学。有一天，在同事的带领下，他看到国外的实验室用红蓝光LED光源种出了非常漂亮的生菜，这对他的启发非常大。“我觉得这可能是未来植物工厂发展的重要方向。”从那时起，好奇心驱使着他一定要把这个LED光源弄清楚。

虽然人还在国外，他当天就远程指导国内的同事们把实验室搭建起来。可想要突破核心技术谈何容易，同事们花了好长时间都没有找到适宜的红光660nm、蓝光450nm光谱的LED光源，甚至想到用激光来代替，结果因能量太强，直接把植物照死了。

很多同事多次失败后都想不干了，但执著的杨其长却始终不肯放弃，“不干肯定不行，我们必须要干！”人们不会想到现在随处可见的LED光源，在2005年是多么的“奇货可居”。

几经周折，他们终于拼凑出四块总共1平方米的LED光源板。“现在只需几百块钱的光源板当时花费了10万元，但我们还是咬咬牙买了下来。”之后，如虎添翼的他们就用这个来之不易的LED光源做了大量试验，先后突破了植物LED光源、光-温耦合调温、光-营养调控品质以及智能机器人等关键技术。此外，在智慧化管控上他们也花费了大量心血，信息技术、智能装备技术、互联网技术都成为他们突破和应用的手段。

2009年，我国第一例智能型植物工厂研制成功，这标志着我国在植物工厂领域实现了从0到1的重大技术突破，成为了世界上少数掌握植物工厂高技术的国家。随着科研的不断推进，植物工厂不仅在栽培蔬菜、瓜果、功能植物上大放异彩，同时还在拓展一个更加新兴的领域-作物育种加速器。

而这一“新兴领域”的拓展说起来还有些意外。杨其长说：“有一次，中国水稻所钱前院士讲他有一些非常矮化的水稻品种，特别希望把它们搞成多层的立体栽培。”随后，他带着这个任务开始在植物工厂条件下进行种植，发现这些水稻的生育期都得到大幅缩短。为探索这一奥秘，他带领团队连续攻关，先后解析了光-温-养分耦合作用对水稻快速生长、提早开花与结实的影响机制，攻克了植物工厂水稻快速繁育环境-营养调控关键技术，让原本在大田环境下120天以上才能收获的水稻，63天就能成熟，大大缩短了水稻生育周期。

众所周知，大自然的遗传密码藏在种子里，要保障粮食安全的根基，就必须破解种子的密码。在杨其长看来，植物工厂水稻栽培试验的成功，将会大大缩短作物育种的世代时间，颠覆常规育种一年仅可加代2—3代的传统。他说，未来有望实现每年加代6代以上的“快速育种”。

在水稻试验成功基础上，他带领团队进一步开展小麦、大豆、玉米、棉花、油菜等作物快速繁育研究，攻克了这些旱作作物根际控水以及光-温-营养耦合调控等重大技术难题，全面实现这些作物的生育周期缩短一半，甚至缩短2/3。“这一技术的突破为作物加代育种提供了新的有效途径，对保障粮食安全具有重要的现实意义。”这与他儿时的梦想再一次“不谋而合”。

推行植物工厂：也许是中国未来的新名片

其实，植物工厂的概念在世界上提出的时间较早。欧美等发达国家更是从20世纪50年代就开始研究，并已在植物工厂系统结构、营养液栽培与环境控制等一些关键技术方面取得了重要进展，但由于存在系统能耗大、运行成本高等突出瓶颈，大规模应用仍受到一定限制。

“虽然我国起步晚，从2002年才开始探索，但是我们走的路子要顺一点，因为我们相当于跨过了能耗较高的高压钠灯和荧光灯时代，直接进入了第三个时代—LED时代。”杨其长直言，我国已经成为全球植物工厂产业化发展最快的国家。

2016年6月，“智能LED植物工厂”作为农业领域标志性重大科技成果亮相国家“十二五”科技创新成就展，受到党和国家领导人以及社会各界的高度关注和广泛赞誉，并荣获2017年度国家科技进步二等奖。而此项成果也被推广到美国、英国、新加坡、罗马尼亚、中东等国家和地区。2019年中国-罗马尼亚农业示范园落成暨中罗“一带一路”联合实验室启动，2022年卡塔尔世界杯举办期间，各国球员的高品质蔬菜都是由中国植物工厂技术提供，得到了国际广泛好评。

在杨其长看来，智能植物工厂最大的优势就是能够解决耕地资源不足的问题，可以实现在荒漠、戈壁、海岛、水面等非可耕地，以及在城市的高楼里进行正常生产，甚至在地球以外也能大显身手，是航天工程、星月探索中实现食物自给的重要手段。作为设施农业的高级阶段，它不仅能为保障居民菜篮子的供应提供有效补充，也能成为国家战略需求，以及农民致富和乡村振兴的重要抓手。

2017年11月，杨其长受中国农业科学院党组委派，到成都负责筹建都市农业研究所和国家成都农业科技中心。其后，他带领筹备组11名同志来到成都，一切从零开始，“边建设，边科研，边出成果，边为区域经济服务”。如今，已经组建12支科研团队、招引220多人的研发队伍，在垂直植物工厂、育种加速器、蔬菜工厂化、都市园艺等方面取得一批重要成果，为地方经济发展作出重要贡献，他本人先后荣获四川省人才最高奖-“杰出人才奖”、“天府杰出科学家”、成都 “最美科技工作者”等荣誉称号。

作为都市农业研究所的掌舵人，杨其长现在还有两个心愿，一个是改变现在大都市到处都是钢筋水泥的现状，让城市充满绿色，利用农业的要素在城市的屋顶、绿地、阳台、超市、学校、医院等开花结果，进一步增强城市食物自给能力，满足居民参与体验的精神需求；另外一个心愿就是用设施农业手段为国家腾出更多的耕地，近年来他花费大量的时间在南疆戈壁沙漠地区，研制完成了适合沙漠地区的节能温室，并在和田建起了1万多亩示范基地，希望未来能为国家拓展千万亩有效耕地，真正实现“向设施农业要食物”。

杨其长认为，科技工作者就是得有“匠心精神”——把成果做好做深做实，更要对国家发展和社会进步起到重要的促进作用。随着“一带一路”建设的推进，在他看来，未来植物工厂很有可能像中国高铁等高技术一样，实现技术装备的输出。他甚至认为，“未来植物工厂可能也是代表中国的符号之一”。

（2023年第11期）

责编:李鹏
编审:卡咪娜