文/許 東

植物工廠優(yōu)點(diǎn)與歷史發(fā)展

文/許 東

植物工廠是一個(gè)種植環(huán)境受人工控制的封閉空間，在這個(gè)空間里，植物的光合作用所需要的光質(zhì)、光量、光周期，溫度、濕度、二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液指標(biāo)、種植過(guò)程等都通過(guò)計(jì)算機(jī)與傳感器的控制，是以科學(xué)為基礎(chǔ)且獨(dú)立于經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植的工業(yè)化生產(chǎn)的途徑；植物工廠是設(shè)施農(nóng)業(yè)的高級(jí)階段，屬物理農(nóng)業(yè)范疇。

由于環(huán)境與人口的因素，世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展植物工廠應(yīng)用技術(shù)，植物工廠標(biāo)志著農(nóng)業(yè)產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)代的到來(lái)，是創(chuàng)新型藍(lán)海產(chǎn)業(yè)。集多學(xué)科技術(shù)融合的植物工廠是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技最顯著的標(biāo)志。

1 植物工廠發(fā)展的歷史

1940年，美國(guó)加州帕薩迪納建立了第一座人工氣候室用于研究，并把營(yíng)養(yǎng)液栽培與環(huán)境控制有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。提出人工氣候室(Phytotron)的觀點(diǎn)引發(fā)“模擬生態(tài)環(huán)境”研究領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。

1957年丹麥的Kristensen農(nóng)場(chǎng)的人工光源型植物工廠開(kāi)始應(yīng)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(nóng)業(yè)”（Vertical Farming）的概念。

1970年開(kāi)始，荷蘭的設(shè)施園藝向大型化、自動(dòng)化、信息化發(fā)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(chǎn)系統(tǒng)開(kāi)始大規(guī)模地運(yùn)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(jìn)行植物生產(chǎn)的模式）技術(shù)最領(lǐng)先的國(guó)家。

1973年英國(guó)溫室作物所的Cooper教授提出了營(yíng)養(yǎng)液膜法(Nutrient Film Technique，簡(jiǎn)稱NFT)水培模式。由于NFT簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，大大降低了生產(chǎn)成本，水培技術(shù)的發(fā)展是植物工廠應(yīng)用的重要標(biāo)志，在植物工廠和無(wú)土栽培領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1974年開(kāi)始，日本開(kāi)始研究植物工廠， “植物工廠”(Plant Factory)一詞始于1985年筑波科學(xué)技術(shù)萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)，1986年日本植物工廠學(xué)會(huì)成立，2006年此學(xué)會(huì)與日本生物環(huán)境調(diào)節(jié)學(xué)會(huì)合并成立日本生物環(huán)境工學(xué)會(huì)。日本在營(yíng)養(yǎng)液栽培方面推出了深液流(Deep Flow Technique，簡(jiǎn)稱DFT)栽培模式，2009年1月，日本農(nóng)林水產(chǎn)省總合糧食局長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)審議成立的“農(nóng)工商聯(lián)合研究會(huì)”下設(shè)立了“植物工廠工作小組”(以下稱作“WG”)，于同年3月前召開(kāi)了4次委員會(huì)議，2009年4月，WG報(bào)告書(shū)整理完成，并制定了日本的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，在植物工廠領(lǐng)域，日本處于領(lǐng)先地位。

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

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

2 植物工廠分類

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

按照種植結(jié)構(gòu)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(guī)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(yīng)用

4 植物工廠優(yōu)點(diǎn)

4.1 植物工廠的產(chǎn)品安全度是市場(chǎng)盈利要點(diǎn)

健康產(chǎn)業(yè)是未來(lái)拉動(dòng)消費(fèi)增長(zhǎng)的方向之一，植物工廠提供的蔬菜產(chǎn)品符合健康產(chǎn)業(yè)的需求，可通過(guò)植物工廠產(chǎn)品的深加工，進(jìn)一步提升植物工廠產(chǎn)品價(jià)值。

4.2 環(huán)境因素和食品安全是植物工廠發(fā)展動(dòng)力

城市化進(jìn)程帶來(lái)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(guò)量使用使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的環(huán)境污染面積遠(yuǎn)大于工業(yè)污染，土地退化嚴(yán)重，農(nóng)藥的過(guò)量使用導(dǎo)致我們?nèi)粘Ｊ秤玫氖卟送庥^漂亮無(wú)任何蟲(chóng)害跡象，長(zhǎng)期食用導(dǎo)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(lái)看，目前的蔬菜安全性確實(shí)令人擔(dān)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(nóng)業(yè)種植技術(shù)

植物工廠從根本上改變農(nóng)業(yè)種植的概念，植物工廠被公認(rèn)的安全食品頂尖產(chǎn)業(yè)，確立了農(nóng)業(yè)產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的模式。只有植物工廠才能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地生產(chǎn)出安全型蔬菜，在市場(chǎng)上具有唯一性；植物工廠的種植環(huán)境是為植物生長(zhǎng)設(shè)定的最佳環(huán)境，種植的工藝數(shù)據(jù)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)支持，植物工廠的生產(chǎn)是以科學(xué)為基礎(chǔ)且獨(dú)立于經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。生產(chǎn)者不需要掌握蔬菜種植的知識(shí)，農(nóng)業(yè)種植的工業(yè)化生產(chǎn)模式使得農(nóng)業(yè)種植通過(guò)植物工廠被提升為制造業(yè)。

4.4 植物工廠是技術(shù)跨界的產(chǎn)物

在國(guó)外，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的巨頭紛紛涉及植物工廠，是因?yàn)槲磥?lái)農(nóng)業(yè)投資回報(bào)率遠(yuǎn)大于工業(yè)，工業(yè)資本試圖掌控農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的方向，植物工廠具備工業(yè)與農(nóng)業(yè)雙重產(chǎn)業(yè)的特性，植物工廠是工業(yè)與農(nóng)業(yè)跨界的產(chǎn)品，跨界越長(zhǎng)，產(chǎn)品爆發(fā)性越強(qiáng)。

植物工廠集多種學(xué)科的技術(shù)融合，這些技術(shù)的組合從根本上改變農(nóng)業(yè)種植的概念，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)種植的工業(yè)化生產(chǎn)方式。

4.5 物聯(lián)網(wǎng)是植物工廠普及應(yīng)用的關(guān)鍵

植物工廠應(yīng)用有兩個(gè)重要點(diǎn)：一是以科學(xué)為基礎(chǔ)且獨(dú)立于經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，二是小型植物工廠的目標(biāo)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(jìn)行布局的分布式蔬菜供應(yīng)，這就決定了植物工廠種植工藝與技術(shù)支持必須通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，植物工廠內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)檢測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)需要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)。

把植物工廠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向設(shè)定為PT型植物工廠，就是實(shí)現(xiàn)種植工藝數(shù)據(jù)的空中授權(quán)，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，環(huán)境參數(shù)的云端存儲(chǔ)，用戶只要從事蔬菜的育苗、定植、采收等簡(jiǎn)單的手工操作，整個(gè)種植過(guò)程完全由基于種植工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的專家系統(tǒng)支持完成?；ヂ?lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)在植物工廠應(yīng)用過(guò)程中具有最關(guān)鍵的作用。

實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控種植過(guò)程，開(kāi)啟了互聯(lián)網(wǎng)P2C模式，消費(fèi)者可以通過(guò)手機(jī)端或PC端了解自己需求的蔬菜供應(yīng)信息，提前規(guī)劃自己的飲食安排，消費(fèi)者就像農(nóng)場(chǎng)主一樣享受植物工廠種植帶來(lái)的健康快樂(lè)的生活。

4.6 植物工廠帶來(lái)企業(yè)轉(zhuǎn)型與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的機(jī)遇

小型植物工廠作為城市蔬菜供應(yīng)產(chǎn)業(yè)，未來(lái)發(fā)展空間巨大，需要對(duì)植物工廠設(shè)備構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化配套生產(chǎn)，植物工廠屬創(chuàng)新藍(lán)海市場(chǎng)，這對(duì)于工業(yè)企業(yè)是個(gè)企業(yè)轉(zhuǎn)型與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的機(jī)遇，全球性的環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，我國(guó)政府的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)扶持，中央已經(jīng)制定的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化政策等都對(duì)植物工廠有強(qiáng)大的推動(dòng)力，使資本利益最大化是企業(yè)家的共識(shí)，那么，植物工廠確實(shí)是個(gè)好選擇。

■許東，高級(jí)工程師，好亮固體光源研究所所長(zhǎng)，2003年創(chuàng)辦好亮固體光源研究所，一直從事LED相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研究。