植物工厂优点与历史发展

文/许 东

植物工厂优点与历史发展

文/许 东

植物工厂是一个种植环境受人工控制的封闭空间，在这个空间里，植物的光合作用所需要的光质、光量、光周期，温度、湿度、二氧化碳浓度、营养液指标、种植过程等都通过计算机与传感器的控制，是以科学为基础且独立于经验和直觉的新型农业生产；是实现农业种植的工业化生产的途径；植物工厂是设施农业的高级阶段，属物理农业范畴。

由于环境与人口的因素，世界各国竞相发展植物工厂应用技术，植物工厂标志着农业产品工业化生产时代的到来，是创新型蓝海产业。集多学科技术融合的植物工厂是现代农业科技最显著的标志。

1 植物工厂发展的历史

1940年，美国加州帕萨迪纳建立了第一座人工气候室用于研究，并把营养液栽培与环境控制有机地结合起来。提出人工气候室(Phytotron)的观点引发“模拟生态环境”研究领域的一场革命。

1957年丹麦的Kristensen农场的人工光源型植物工厂开始应用。

1964年，奥地利Rusuna公司的立体式植物工厂，属于自然光型植物工厂，提出“立体农业”（Vertical Farming）的概念。

1970年开始，荷兰的设施园艺向大型化、自动化、信息化发展，至1990年之后，与“自然光型植物工厂”名称相符的植物工厂生产系统开始大规模地运作，如今，荷兰已成为目前全球综合型植物工厂（即自然光为主，人工光源为辅，并于半封闭型温室进行植物生产的模式）技术最领先的国家。

1973年英国温室作物所的Cooper教授提出了营养液膜法(Nutrient Film Technique，简称NFT)水培模式。由于NFT简化了设备结构，大大降低了生产成本，水培技术的发展是植物工厂应用的重要标志，在植物工厂和无土栽培领域得到广泛应用。

1974年开始，日本开始研究植物工厂， “植物工厂”(Plant Factory)一词始于1985年筑波科学技术万国博览会，1986年日本植物工厂学会成立，2006年此学会与日本生物环境调节学会合并成立日本生物环境工学会。日本在营养液栽培方面推出了深液流(Deep Flow Technique，简称DFT)栽培模式，2009年1月，日本农林水产省总合粮食局长与经济产业省经济产业审议成立的“农工商联合研究会”下设立了“植物工厂工作小组”(以下称作“WG”)，于同年3月前召开了4次委员会议，2009年4月，WG报告书整理完成，并制定了日本的产业发展战略，在植物工厂领域，日本处于领先地位。

1970年初期美国的General Electric公司，1980年代的General Foods公司、General Mills公司皆展开人工光源型植物工厂的运作，但此三家皆因收支不平衡而在1990年代停止运作，1980年代美国NASA则开始使用LED作为前往火星任务的植物灯光源。

1984年，瑞典的爱伯森公司从节能和降低运行成本的角度出发，建成了一座人工光和太阳光并用型大型植物工厂，其中Swedeponic系统在光照、温度、气体等环境控制的自动化方面作了大量改进，为植物工厂的快速推广奠定了基础。

2 植物工厂分类

按照辐射源可分为完全人工环境方式的人工型植物工厂；太阳光与人工辐射互补的混合型植物工厂；完全用太阳光的日光型植物工厂。

按照种植结构分为平面种植和立体种植。

按照种植方式分为土培，水培，雾培。

按照种植规模分为：小型植物工厂（小于800平方米），大型植物工厂（大于1 000平方米）。

3 植物工厂的应用

4 植物工厂优点

4.1 植物工厂的产品安全度是市场盈利要点

健康产业是未来拉动消费增长的方向之一，植物工厂提供的蔬菜产品符合健康产业的需求，可通过植物工厂产品的深加工，进一步提升植物工厂产品价值。

4.2 环境因素和食品安全是植物工厂发展动力

城市化进程带来的城市人口增加，城市周边蔬菜种植土地不断减少，化肥的过量使用使农业生产造成的环境污染面积远大于工业污染，土地退化严重，农药的过量使用导致我们日常食用的蔬菜外观漂亮无任何虫害迹象，长期食用导致人体器官逐步损害，透支老年健康。从我们与蔬菜种植方面的交流来看，目前的蔬菜安全性确实令人担忧，食用的蔬菜安全性是今年比明年更好。

4.3 植物工厂从根本上改变了农业种植技术

植物工厂从根本上改变农业种植的概念，植物工厂被公认的安全食品顶尖产业，确立了农业产品工业化生产的模式。只有植物工厂才能够长期稳定地生产出安全型蔬菜，在市场上具有唯一性；植物工厂的种植环境是为植物生长设定的最佳环境，种植的工艺数据可以通过互联网支持，植物工厂的生产是以科学为基础且独立于经验和直觉的新型农业生产。生产者不需要掌握蔬菜种植的知识，农业种植的工业化生产模式使得农业种植通过植物工厂被提升为制造业。

4.4 植物工厂是技术跨界的产物

在国外，非农产业的巨头纷纷涉及植物工厂，是因为未来农业投资回报率远大于工业，工业资本试图掌控农业产品的方向，植物工厂具备工业与农业双重产业的特性，植物工厂是工业与农业跨界的产品，跨界越长，产品爆发性越强。

植物工厂集多种学科的技术融合，这些技术的组合从根本上改变农业种植的概念，构建了农业种植的工业化生产方式。

4.5 物联网是植物工厂普及应用的关键

植物工厂应用有两个重要点：一是以科学为基础且独立于经验和直觉的新型农业生产，二是小型植物工厂的目标是向城市提供安全蔬菜；表明小型植物工厂将是以城市为中心进行布局的分布式蔬菜供应，这就决定了植物工厂种植工艺与技术支持必须通过互联网实现，植物工厂内部的环境参数检测传感器的数据需要通过物联网体现。

把植物工厂的产品设计方向设定为PT型植物工厂，就是实现种植工艺数据的空中授权，实时远程监控，环境参数的云端存储，用户只要从事蔬菜的育苗、定植、采收等简单的手工操作，整个种植过程完全由基于种植工艺数据库的专家系统支持完成。互联网与物联网在植物工厂应用过程中具有最关键的作用。

实现手机远程实时监控种植过程，开启了互联网P2C模式，消费者可以通过手机端或PC端了解自己需求的蔬菜供应信息，提前规划自己的饮食安排，消费者就像农场主一样享受植物工厂种植带来的健康快乐的生活。

4.6 植物工厂带来企业转型与产品结构调整的机遇

小型植物工厂作为城市蔬菜供应产业，未来发展空间巨大，需要对植物工厂设备构件进行标准化与专业化配套生产，植物工厂属创新蓝海市场，这对于工业企业是个企业转型与产品结构调整的机遇，全球性的环境保护规划，我国政府的创新产业扶持，中央已经制定的农业现代化政策等都对植物工厂有强大的推动力，使资本利益最大化是企业家的共识，那么，植物工厂确实是个好选择。

■许东，高级工程师，好亮固体光源研究所所长，2003年创办好亮固体光源研究所，一直从事LED相关产品的设计研究。