近幾十年來，植物工廠或垂直農場已成為在城市環境及惡劣氣候條件下周年生產健康食品的流行方式。 綠葉蔬菜和草本植物是這些設施中最常見的作物，但種植者希望栽培範圍擴大到更廣泛的蔬菜和水果品種。 自2019年4月起，我們在飛利浦GrowWise創新中心開展了一系列關於高架番茄種植的長期研究。 我們的目標是尋找適合植物工廠的最佳高架栽培策略、光配方和最佳番茄品種。
為開發有效的高架栽培植物工廠，我們充分利用多年來從溫室種植者和植物工廠獲得的技術和經驗。 過去十年裡，番茄生產已經通過高科技自動化和數據管理得到優化。 我們可以利用這些大量的知識，在植物工廠中採用同樣的技術。 相同的設施、灌溉和種植系統也可以應用，我們甚至可以用同一種熊蜂授粉。 但是，我們不應盲目地照搬溫室的每一個方面，因為植物工廠和傳統溫室有很大的區別。
溫室和室內高架栽培系統之間最關鍵的區別可能是：後者使用主動冷卻和除濕而不是通風，並且只使用LED光照而不是主要利用自然光。 通過消除溫度、濕度和光照的季節性差異，可以創造植物工廠內最佳的生長環境，周年生產優質產品。
我們進行了三次試驗。 首先，我們想從溫室番茄栽培的經驗中學習，看看在氣候條件方面可以重新利用哪些經驗，然後進行優化。 第二，我們想確保種植的是最適合室內番茄生長的品種，所以我們種植了20個不同的品種。 最後，在第三次試驗中，優化出5個最適合室內種植的生長配方。
我們配備了一個氣候控制室，配有飛利浦GreenPower LED頂光模組和單行飛利浦GreenPower LED植株間照明模組。 這種頂光照明和株間照明的結合是經過驗證的光照解決方案，可在植物冠層內實現均勻的垂直和水準光分佈。 飛利浦GrowWise控制系統用於規劃植物整個生長階段的正確光照強度。
經驗#1：在光照、溫度和產量之間
找到正確的平衡至關重要
在室內成功種植的關鍵在於在光照、溫度和產量之間找到適當的平衡。 增加光強可能會增加產量，但並非線性增長的。 在GrowWise創新中心，光照可以達到1，200 μmol/s/㎡，但植物並沒有同等有效地利用所有的光。 通過飛利浦GrowWise控制系統，我們可以根據植物需要優化光強，找到最佳平衡點，此時光照和氣候系統的能耗能帶來最大的超額產量。 所以我們不只關注產量最大化，而是努力實現最高效率的光照系統。
為了使植物在營養生長和生殖生長之間保持平衡，必須相應地調節溫度。 提高溫度可以使植物進入更具生殖生長的狀態。 然而，過度升溫可能導致過多的生殖增長。 植物會把太多的能量分配進果實里，使得植物負載過大，從而導致後期產量的下降。 種植西紅柿就像走一條繃緊的繩子：當有從一邊掉下來的危險時，糾正得太猛可能會導致從另一邊掉下來。 在一個完美的種植策略中，只需要很小的調整就可以保持植物的良好平衡。 毫無疑問，如果沒有外界可變氣候的影響，這件事會變得更容易。
這項試驗也幫助我們更好地理解了LED帶來顯熱和植物蒸騰潛熱的分配。 這使我們能夠超越最佳的光能利用率，從而提高整個系統的效率。
並不是所有的番茄品種都適合在植物工廠種植，也不是所有品種都能從這種高科技栽培方式中獲益。 有些品種很難在常規溫室中生長，但它們可能在發病率較低、較穩定的室內氣候環境中生長良好。 從種植角度上講，串番茄和牛肉番茄可以在植物工廠內達到最高產量，但這些品種肯定不適合每個市場需要。 產量較低的櫻桃番茄和雞尾酒番茄或難以種植的“Coeur de Boeuf”通常味道濃郁，視覺上很吸引人，因此可以提供給高端零售商或餐廳廚師。
經驗#3：種植適合的品種可以最大
限度降低搬運和人工成本
在試驗中，我們成功地種植了20多個櫻桃番茄和雞尾酒番茄品種，選擇表現最好、口感最好和最健壯的品種，這些品種只需要很少的處理和修剪，使得它們成為植物工廠種植者的理想選擇。 種植者可能沒有很多該品種番茄的栽培經驗，但工作力成本的降低可以增加植物工廠的盈利能力。
室內栽培的一個重要好處是，我們可以控制植物的生長。 正確的光譜，最佳的光照強度、溫度和CO₂水準，可以實現極好的生殖生長和營養生長的平衡。 控制所有這些生長參數意味著我們可以真正優化產量和口感。 此外，我們開發的生長配方是可重複的。 這創造了一個均一的栽培環境，實現可靠的產量預測。
它使種植者在生產上有更大的靈活性和安全性，並使他們能夠控制生產以滿足市場需求。 此外創造適當的氣候環境還可以積極引導植物的特定性狀，如糖含量、酸度、維生素和其他化合物，分別滿足口味和營養價值的偏好。
經驗#5：番茄現在也可以在充滿
挑戰的市場環境下種植
當然，在已經有大量溫室或露地生產的地區建立植物工廠並非很有經濟效益。 然而，由於惡劣的氣候或其他因素，許多地方本地種植的番茄不能周年供應。 例如，中東的一個植物工廠就很有意義：可以節約大量的水，而且離消費者很近，這意味著產品可以是超新鮮和高品質的。 我們的試驗表明，不使用殺蟲劑，周年在室內氣候控制設施中，種植新鮮可口的番茄是可能的。
根據試驗結果，我們現在有了一個藍圖，在環境完全可控的植物工廠里種植美味的番茄。 這為在極端炎熱和寒冷的氣候下，周年種植新鮮番茄開闢了新的機會。 我們可以建議種植者如何建立他們的系統，以及如何根據他們的客戶和市場需求，選擇最好的品種。 有了當地的研究基礎，我們現在可以專注於特定理念和市場的試驗。
Jarno Mooren是昕諾飛的植物專家。 他工作地點位於Eindhoven的GrowWise研究中心。 他的工作內容是建立和實施試驗，旨在開發生長配方，種植者可以使用這些配方有效地種植出所需標準的作物。 他研究植物工廠作物相關的光照、種植制度、氣候和營養。 在本文中，Jarno分享了GrowWise研究中心進行的番茄試驗的最新結果。