植物工廠優點與歷史發展

文/許 東

植物工廠優點與歷史發展

文/許 東

植物工廠是一個種植環境受人工控制的封閉空間，在這個空間里，植物的光合作用所需要的光質、光量、光周期，溫度、濕度、二氧化碳濃度、營養液指標、種植過程等都通過計算機與傳感器的控制，是以科學為基礎且獨立于經驗和直覺的新型農業生產；是實現農業種植的工業化生產的途徑；植物工廠是設施農業的高級階段，屬物理農業范疇。

由于環境與人口的因素，世界各國競相發展植物工廠應用技術，植物工廠標志著農業產品工業化生產時代的到來，是創新型藍海產業。集多學科技術融合的植物工廠是現代農業科技最顯著的標志。

1 植物工廠發展的歷史

1940年，美國加州帕薩迪納建立了第一座人工氣候室用于研究，并把營養液栽培與環境控制有機地結合起來。提出人工氣候室(Phytotron)的觀點引發“模擬生態環境”研究領域的一場革命。

1957年丹麥的Kristensen農場的人工光源型植物工廠開始應用。

1964年，奧地利Rusuna公司的立體式植物工廠，屬于自然光型植物工廠，提出“立體農業”（Vertical Farming）的概念。

1970年開始，荷蘭的設施園藝向大型化、自動化、信息化發展，至1990年之后，與“自然光型植物工廠”名稱相符的植物工廠生產系統開始大規模地運作，如今，荷蘭已成為目前全球綜合型植物工廠（即自然光為主，人工光源為輔，并于半封閉型溫室進行植物生產的模式）技術最領先的國家。

1973年英國溫室作物所的Cooper教授提出了營養液膜法(Nutrient Film Technique，簡稱NFT)水培模式。由于NFT簡化了設備結構，大大降低了生產成本，水培技術的發展是植物工廠應用的重要標志，在植物工廠和無土栽培領域得到廣泛應用。

1974年開始，日本開始研究植物工廠， “植物工廠”(Plant Factory)一詞始于1985年筑波科學技術萬國博覽會，1986年日本植物工廠學會成立，2006年此學會與日本生物環境調節學會合并成立日本生物環境工學會。日本在營養液栽培方面推出了深液流(Deep Flow Technique，簡稱DFT)栽培模式，2009年1月，日本農林水產省總合糧食局長與經濟產業省經濟產業審議成立的“農工商聯合研究會”下設立了“植物工廠工作小組”(以下稱作“WG”)，于同年3月前召開了4次委員會議，2009年4月，WG報告書整理完成，并制定了日本的產業發展戰略，在植物工廠領域，日本處于領先地位。

1970年初期美國的General Electric公司，1980年代的General Foods公司、General Mills公司皆展開人工光源型植物工廠的運作，但此三家皆因收支不平衡而在1990年代停止運作，1980年代美國NASA則開始使用LED作為前往火星任務的植物燈光源。

1984年，瑞典的愛伯森公司從節能和降低運行成本的角度出發，建成了一座人工光和太陽光并用型大型植物工廠，其中Swedeponic系統在光照、溫度、氣體等環境控制的自動化方面作了大量改進，為植物工廠的快速推廣奠定了基礎。

2 植物工廠分類

按照輻射源可分為完全人工環境方式的人工型植物工廠；太陽光與人工輻射互補的混合型植物工廠；完全用太陽光的日光型植物工廠。

按照種植結構分為平面種植和立體種植。

按照種植方式分為土培，水培，霧培。

按照種植規模分為：小型植物工廠（小于800平方米），大型植物工廠（大于1 000平方米）。

3 植物工廠的應用

4 植物工廠優點

4.1 植物工廠的產品安全度是市場盈利要點

健康產業是未來拉動消費增長的方向之一，植物工廠提供的蔬菜產品符合健康產業的需求，可通過植物工廠產品的深加工，進一步提升植物工廠產品價值。

4.2 環境因素和食品安全是植物工廠發展動力

城市化進程帶來的城市人口增加，城市周邊蔬菜種植土地不斷減少，化肥的過量使用使農業生產造成的環境污染面積遠大于工業污染，土地退化嚴重，農藥的過量使用導致我們日常食用的蔬菜外觀漂亮無任何蟲害跡象，長期食用導致人體器官逐步損害，透支老年健康。從我們與蔬菜種植方面的交流來看，目前的蔬菜安全性確實令人擔憂，食用的蔬菜安全性是今年比明年更好。

4.3 植物工廠從根本上改變了農業種植技術

植物工廠從根本上改變農業種植的概念，植物工廠被公認的安全食品頂尖產業，確立了農業產品工業化生產的模式。只有植物工廠才能夠長期穩定地生產出安全型蔬菜，在市場上具有唯一性；植物工廠的種植環境是為植物生長設定的最佳環境，種植的工藝數據可以通過互聯網支持，植物工廠的生產是以科學為基礎且獨立于經驗和直覺的新型農業生產。生產者不需要掌握蔬菜種植的知識，農業種植的工業化生產模式使得農業種植通過植物工廠被提升為制造業。

4.4 植物工廠是技術跨界的產物

在國外，非農產業的巨頭紛紛涉及植物工廠，是因為未來農業投資回報率遠大于工業，工業資本試圖掌控農業產品的方向，植物工廠具備工業與農業雙重產業的特性，植物工廠是工業與農業跨界的產品，跨界越長，產品爆發性越強。

植物工廠集多種學科的技術融合，這些技術的組合從根本上改變農業種植的概念，構建了農業種植的工業化生產方式。

4.5 物聯網是植物工廠普及應用的關鍵

植物工廠應用有兩個重要點：一是以科學為基礎且獨立于經驗和直覺的新型農業生產，二是小型植物工廠的目標是向城市提供安全蔬菜；表明小型植物工廠將是以城市為中心進行布局的分布式蔬菜供應，這就決定了植物工廠種植工藝與技術支持必須通過互聯網實現，植物工廠內部的環境參數檢測傳感器的數據需要通過物聯網體現。

把植物工廠的產品設計方向設定為PT型植物工廠，就是實現種植工藝數據的空中授權，實時遠程監控，環境參數的云端存儲，用戶只要從事蔬菜的育苗、定植、采收等簡單的手工操作，整個種植過程完全由基于種植工藝數據庫的專家系統支持完成。互聯網與物聯網在植物工廠應用過程中具有最關鍵的作用。

實現手機遠程實時監控種植過程，開啟了互聯網P2C模式，消費者可以通過手機端或PC端了解自己需求的蔬菜供應信息，提前規劃自己的飲食安排，消費者就像農場主一樣享受植物工廠種植帶來的健康快樂的生活。

4.6 植物工廠帶來企業轉型與產品結構調整的機遇

小型植物工廠作為城市蔬菜供應產業，未來發展空間巨大，需要對植物工廠設備構件進行標準化與專業化配套生產，植物工廠屬創新藍海市場，這對于工業企業是個企業轉型與產品結構調整的機遇，全球性的環境保護規劃，我國政府的創新產業扶持，中央已經制定的農業現代化政策等都對植物工廠有強大的推動力，使資本利益最大化是企業家的共識，那么，植物工廠確實是個好選擇。

■許東，高級工程師，好亮固體光源研究所所長，2003年創辦好亮固體光源研究所，一直從事LED相關產品的設計研究。