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地下245米废弃矿井种出蔬菜!植物工厂关键技术研究出成果

地下两百多米还能种蔬菜?4月初,湖北省大冶市的地下245米废弃矿道中,一排排绿油油的奶油生菜长势喜人。

地下两百多米还能种蔬菜?4月初,湖北省大冶市的地下245米废弃矿道中,一排排绿油油的奶油生菜长势喜人。

这是湖北工业大学和武汉湖工富瑞能源技术有限公司共同承担的湖北省科技厅《废弃矿井植物工厂关键技术研究》科研课题的初步成果。试验田位于大冶有色集团铜绿山矿,它的旁边是已有三千年开采历史的大冶市铜绿山古铜矿遗址。

“矿井下不仅能种生菜,理论上来讲,想种的植物都能种!”项目研发负责人、湖北工业大学低碳经济与技术研究中心主任曾炜教授说。

技术手段营造生长环境

重金属含量远低于安全标准

植物生长需要温度、光照、水分、肥料、二氧化碳气体等自然条件,地底下如何满足?从农业角度上看,井下有常年恒定的温湿度条件。以大冶铜绿山铜矿地下245米处为例,温度常年在25至28℃,湿度保持在70至80%,这是植物生长所需的优异环境,更有二氧化碳浓度保持在700至800ppm之间,是地面的一倍,而二氧化碳被称之为植物气肥。

废弃矿井最需要解决的是光照问题。“我们团队的研究方向是太阳能、光伏、低碳。一般的可见光伏范围内,只有10%是植物所需的有效光谱。针对不同植物的生长特性,提供所需的光照,那么矿井下种各种植物都可以成为现实。”曾炜说。

“目前我们的生菜长势非常好,而且比在大田里的生长周期要缩短20%~40%。”曾炜介绍:“地下生菜”通过水培方式种植,使用水肥一体化机提供营养。“由于大田种植病虫害主要寄生地来自土壤,而地下植物工厂的水培营养液可处理、可更换,因此地下蔬菜可做到不使用农药。”

由于无需控温能耗,生产能耗成本相比地面植物工厂可大幅降低60%以上。

“我们矿井面积数十万平方米,如果按三层立体种植的话,相当于增加了上千亩耕地呢。”铜绿山矿长曾海鹏说。

起初,团队很担心矿区地层会有重金属污染。“但种植蔬菜所用的水源不使用地下水,而是输送经过处理的自来水。”在经农业农村部食品质量监督检验测试中心(武汉)检测后,发现生菜并无农药残毒,未检出汞、砷等毒性重金属,而且本地水体特有的铅、镉、铬等重金属含量甚至还低于国际食品安全标准一个数量级。“自来水好做处理,水培方式避免了土壤里的重金属污染物,比在大田里安全性更高。”曾炜说。

废弃矿井再利用可解决矿工就业问题

利用废弃矿井建地下植物工厂可期

种植“地下蔬菜”的想法萌生于一次调研。湖北省内有不少废弃磷矿矿井,还有采掘已尽或进入采掘尾声的铜矿、铁矿、盐矿等矿井。“在大冶市调研尾矿库是否可以搞光伏时,发现当地也普遍面临着矿山再利用的困境。”曾炜说。

大冶所在的黄石市是国家资源枯竭型城市,矿山从六七十年代开始资源已经非常少,开采成本升高。“老矿山地下七八百米内里中空,面临地质灾害的危险性高,为了防止其塌陷滑坡,国家每关闭一个矿井所消耗的投资高达数亿元之多。”

“闭矿不仅成本高,还导致大量矿工失业。”曾炜说。以铜绿山矿为例,一旦闭矿,三四千矿工就会面临下岗问题。而若是选择产业转型升级,不仅能解决大量矿工的再就业问题,还能继续利用现成的供电、通风、水电轨道、通信资源。

矿井植物工厂是一个系统工程,涉及到农业、能源、机械、光学、电子电气等各个专业,且井下工作需有严格的安全规范,自动化、智能化种植是矿井农业的重要选项。为此湖北工业大学项目团队成员涵盖了电气与电子工程学院、机械学院、理学院、经管学院等数个专业学院的教授,同时得到了湖北省农科院、武汉湖工富瑞能源技术公司、广东巴比伦庄园以及项目所在地大冶有色铜绿山矿等单位的鼎立支持,产学院合作、学科交叉的整合效果得以充分体现。

“在矿井已有的矿轨两边种植蔬菜,安放所有自动化设备,刚好能够解决机械方面需要固定轨道辅助智能化机器人进行工作的问题。”曾炜说,目前自动化采摘设备已基本完成研究工作,已在实验室进行了相关试验。

2022年全国两会期间,中国工程院院士袁亮提出:2020年我国关闭煤矿矿井12000处,到2030年有超过15000个废弃矿井需要关闭,预计可利用地下空间资源72亿立方米。“如果可以把植物工厂的地下种植模式发展起来,会对国家的18亿亩耕地红线提供巨大支撑与帮助。”曾炜说。

“生菜仅仅是开始试验的品种,下一步将开展高档蔬菜、药材、花卉品种的种植试验,同时进行低光照强呼吸的食用菌与强光照强吸收二氧化碳的植物交互辅助的多光谱组合、立体种植的废弃矿井种植模式。”曾炜说。

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