日本的植物工厂及其新技术

第一篇：日本的植物工厂及其新技术

无尘植物工厂生机勃发

在日本，一种被称为“植物工厂”的新生产方

式正成为改变日本传统农业生产方式的新

亮点，它不但有望以更少的资源产出更多的蔬菜和粮食，还可为提高就业率作贡献。记

者日前应日本政府的邀请，参观了东京千叶

县一家“植物工厂”。

面对西装笔挺的嵨村茂治（37岁），你一定

无法想象他的专长是种菜，而且他不只是自己种菜，还教人种菜。

嵨村不是传统的农夫；他不必一年365天每天十多个小时在菜园里锄草施肥抓害虫，他甚至不需要去菜园，因为他的菜都种植在室内。

嵨村采用的是一种称为“植物工厂”的科技，也就是在密封的环境中，人为地调节植物的生长环境，包括控制光线、温度、湿气、二氧化碳和水，以确保全年可以稳定地收成。

毕业自千叶大学园艺学院的嵨村，在求学期间接触到在植物工厂的新科技。据该大学副教授丸尾达介绍，植物工厂可分为完全使用人造灯光、同时使用人造灯光和阳光，以及只靠阳光三种设施。

嵨村的植物工厂所采用的，就是只靠人造灯光的先进设施。植物在强烈灯光的照射下，就像被阳光照耀一样，也能产生光合作用。

由于植物不需要靠阳光生长，加上新科技确保植物不会在人造灯的照射下，表面温度过高，所以植物工厂内的蔬菜，不必像在农田里那样，一字排开地种植，而是可以种在多层架子上，节省了许多空间。

植物工厂的收成也高于传统种植法。据嵨村介绍，他们可以通过调节灯光来控制植物的生长。例如，他们一般会让灯光照射植物六七个小时，然后关灯一两个小时，以“欺骗”植物一天过去了，借以加速其生长周期，更快和更频繁地收成。

干净无尘无杀虫剂

此外，由于植物工厂是个密封空间，植物的生长不再受到天气等自然环境的影响，蔬菜的供应量也可以保持稳定。

为了确保植物不被害虫侵害，植物工厂犹如半导体业中的洁净室，工人进去之前，必须先洗净身体，换上连衫裤和戴上头罩、手套和口罩。

工厂内的植物也不是种在泥土中，而是利用水耕法，靠营养液生长。嵨村说，植物的形状和味道，也可以通过控制营养液的种类和数量等方式，来加以控制和改变。

由于是在干净无尘的环境中生长，加上没有使用杀虫剂，植物工厂种植出来的蔬菜，不需要清洗就能直接放进口中品尝。

记者尝了一口植物工厂种植出来的蔬菜，发现其味道清甜爽脆。加上这些蔬菜的外

型美观，难怪日本一些餐馆如连锁餐厅大户屋（Ootoya），都开始使用植物工厂种植出

来的蔬菜。

为其他企业提供咨询

除了售卖自己工厂所种植的蔬菜之外，嵨村经营的未来（Mirai）公司也为其他有意

设立植物工厂的企业提供咨询。

例如，嵨村今年较早时候就协助日本考察队，在南极基地设立了植物工厂，让他们

一年到头都可以吃到新鲜的蔬菜。

位于府中市的小津公司是另一个例子。该公司300多年来一直从事造纸生意，但随

着时代的变迁，公司已经不需要那么多空间来囤积纸张。在嵨村的协助下，该公司

挪出500平方公尺的空间来设立植物工厂，生产生菜等绿叶蔬菜。自去年10月投入生

产以来，小津公司的植物工厂现在每天能够生产大约1800棵生菜，东京的约80家餐

馆，以及零售商店和超级市场，都是他们的顾客。

嵨村说，日本一家在新加坡设有子公司的企业已经跟他接洽，有意在新加坡设立植

物工厂，不过，嵨村不愿意透露细节。

据千叶大学的丸尾达副教授介绍，植物工厂长期来说能够解决日本农民人口老龄化

和蔬菜供应不稳定问题。

根据2004年的统计数字，日本男性农民的平均年龄约63岁，当中超过70%的农

民在60岁以上，只有5%不超过40岁。

由于预见到农民老龄化的形势严峻，日本政府也大力推广植物工厂，目标是在三年

内，把日本全国的植物工厂，从目前的大约50家增加到150家。

经营植物工厂面对的一大问题是成本。

目前，植物工厂种植出来的生菜，其生产成本是每100克约100日元（约1.5新元），零售价则是每100克180至200日元，比传统方式种植出来的生菜售价贵了一倍。

丸尾达副教授说，他们的目标是在三年内，把生产成本削减至每100克60日元

日本的植物工厂及其新技术

一、概况

1.植物工厂的定义、分类和意义

“植物工厂（Plant Factory）”一词是日本首先提出的，其概念广义上涵盖了设施园艺，而狭义上则专指人工光型的植物生产系统。根据日本植物工厂的现状，植物工厂是完全控制型和太阳光利用型营养液栽培系统的总称。日本植物工厂学会对植物工厂的定义是：利用环境自动控制、电子技术、生物技术、机器人和新材料等进行植物周年连续生产的系统，也就是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度、营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受自然气候制约的省力型生产。植物工厂生产的对象包括蔬菜、花卉和果树，还有一部分大田作物、食用菌等。根据其研究对象层次的不同，植物工厂可分为：以研究植物体为主的狭义的植物工厂，以研究植物组织为主的组织培养系统，以研究植物细胞为主的细胞培养系统。植物工厂的广义分类见表1。另外，根据对太阳光利用形式的不同，狭义的植物工厂又可分为完全控制型、太阳光利用型和太阳光并用型等3种。植物工厂对于日本农业具有重要意义。首先是提高其农业的生产性，在有限的土地上

□表1日本植物工厂广义分类

项目植物工厂（狭义）组织培养系统细胞大量培养系统

对象植物全体植物组织植物细胞

方法主要是培养液栽培组织培养细胞培养

地上部控制因子光、温、湿、CO2浓度光、温、湿、CO2浓度温、光、营养成分

地下部控制因子肥料成分、EC、pH、水量、溶氧量营养成分（糖、矿物质、维生素等）pH、溶氧量、搅拌速度

利用高度的环境控制技术，提高土地产出率和劳动生产率；其次，使寒冷、酷热和沙漠等不毛之地的农业生产成为可能；植物工厂内的作业环境优越，实行机械化生产节省劳动力，使集中劳动周年平均化；进行无农药生产，可提供新鲜高品质绿色食品；利用营养液栽培减少连作障碍，周年有计划稳定地生产。但是，植物工厂进行的是高投入高产出的生产活动，设备投资大，电力消耗多，因此生产成本较高。例如，太阳光利用型植物工厂每生产一株生菜的成本约为50日元，而完全控制型植物工厂则需要100日元以上。

2.植物工厂发展的历史与现状

1974年日立制作所率先在日本着手进行植物工厂的开发工作，其后植物工厂的研究便盛行起来，到1975年底，有许多企业和大学也加入研究行列。那时的研究还是把营养液栽培的自动化与植物工厂独立开来，直到1985年二者有机结合后，植物工厂的数量才在短期内迅速增多起来，达到了日本植物工厂发展的一个高潮。

早期的植物工厂以研究为主，也有实用化的植物工厂可以进行以生菜为主的叶菜类蔬菜、萝卜芹菜和蘑菇等的生产。近年来，以生产经营和示范性农业公园形式出现的植物工厂越来越多。截至1997年，实际运营中的植物工厂有16个，面积约1.5hm2，年产量约550t，主要进行生菜、番茄、草莓、菠菜、玫瑰花和部分组培苗的生产，其中太阳光利用型1hm2，年产量287t，完全控制型0.5hm2，年产量260t。到2001年增加到20多个，遍及日本全国各地。

随着植物工厂的发展，与其相关的一些研究机构、组织和企业不断成立，相关活动越来越多。如日本植物工厂学会每年举行一次全国性的学术大会，植物工厂普及振兴会积极开展推广应用工作，同时与设施园艺学会、生物环境调节学会、气象学会、照明学会、电气学会

等保持密切联系，以保证其研究水平的先进性和实用性。

二、主要技术

1.营养液栽培技术

日本营养液栽培的方法有许多种，如NFT、湛液培、喷雾培、固体基质培（包括岩棉培、砾培、砂培等），其中以岩棉培和NFT为主，而岩棉培更是占到营养液栽培面积的近50 ％。典型的营养液栽培装置有以下几种形式：①三水式NFT装置——栽培床用泡沫制成，有一定的斜度（l／8～1／100），底部营养液呈薄膜状缓缓流动，可以自动供肥，还设有杀菌装置；②协和式——使用成型塑料栽培床，分成若干单元，适用于果菜栽培；③M式——栽培槽用“U”型泡沫制作的成型产品连接而成，定植板也用泡沫做成，里面铺聚乙烯薄膜，适于叶莱特别是鸭儿芹栽培；④新和式等量交换装置——其主要特征是栽培槽分成两部分，相互间进行营养液的等量交换，以补给根系充足的氧气（②、③、④均属于湛液栽培装置）；⑤诚和式——这是一种循环式岩棉栽培装置，在栽培槽中央安装排水管，从下到上依次铺放粒状岩棉垫、岩棉块和定型灌水管，采用滴灌方式，多余的营养液经排水管流回集水槽供循环使用。植物工厂中多采用移动栽培装置，主要有平面式、立体式和倾斜式三种，通过合理密植，提高了有效栽培面积。

日本的营养液理论非常成熟，其中兴津园艺试验场开发的国试标准配方通用性好，适用于多种蔬菜，而山崎配方则是针对每一种作物提出的专有配方。这两种配方在我国也得到广泛应用，此外还有神园配方等。日本在营养液的管理、杀菌、回收处理、病害防治等方面的研究与应用，也达到了较高水平。营养液栽培技术的发展促进了植物工厂水平的提高，与土壤栽培相比，营养液栽培能加速作物生育进程，使一年的栽培茬数增加 15 ％～20 ％，如生菜和芹菜一年可栽培6茬，洋葱4.8茬，黄瓜和番茄1.8茬。

2.环境控制技术

植物工厂为达到周年连续生产的目标，环境控制是一项重要的技术。

（1）作物生长及其环境。植物工厂作为一个半封闭系统时刻不断地与外界进行物质、能量和信息的交换，其内部作物的生育受到以下环境因子的影响和制约：光照（光强、光质和日照长度）、温度、湿度、CO2气体浓度、风速及根部环境因子如营养液的pH、EC、肥料成分、溶氧量、液温、流速等。对植物工厂进行环境优化控制，最根本的是要明确作物光合作用、产物积累、转流分配、发育和呼吸等生理过程与全部或部分环境因子之间的关系。但是由于存在以下3个问题点，植物工厂的环境控制并不简单：其一是各种环境因子并不是独立对作物生育起作用，而是诸因子综合作用的结果；其二是控制成本问题；其三是最大的产量并不意味着最高的品质。

最近，日本在电磁场、音响、远红外线等物理刺激对作物生育影响上的研究，特别引人注目，但关于其产生效果的机理原因尚不清楚。

（2）环境控制的原理与方法。植物工厂特别是完全控制型植物工厂为控制光、温等条件需消耗补光、空调的大量电力，环境控制成本很高，同时环境控制存在报酬递减的规律，即当控制成本增加到一定程度后继续增加，控制效果越来越小。所以，在植物工厂中要综合考虑各环境因子的复合作用效果，首先优化控制成本低、效果好的因子才是合理的，这是一种普遍采用的控制方法，称为最适化原理。采用这种方法，可以用成本低的因子弥补成本高的因子，达到较好的综合控制效果。

日本植物工厂环境控制的方法主要有以下两大类：①过程控制——反馈控制、ON－OFF控制、PID控制；②计算机控制——分布式控制，分时集中控制，分层网络化控制，最适化、适应化和智能化控制。

三、最新发展动态

在最近几年日本植物工厂学会会刊及相关学术会议上，发表了许多该领域的最新技术报告，集中起来主要有以下几个方面：⑴人工补光技术，包括荧光灯近距离高效间歇补光、高压钠灯超广角灯具的开发及发光二极管LED、激光二极管LD等新型光源的研制；⑵营养液杀菌（热杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌）系统的开发；⑶利用图像处理和通讯技术进行远距离栽培管理；⑷闭锁系统CELSS的研究；⑸功能性无农药蔬菜及品质评价；⑹植物工厂规划设计的虚拟技术；⑺利用生物技术进行组培、育种和转基因的研究；⑻栽培管理的信息化、网络化和智能化（专家系统、决策支持系统）；⑼种苗工厂和地下植物工厂的开发；⑽作物生理信息的监控；⑾植物工厂的自动化技术及Internet技术在植物工厂方面的应用等。

四、展望

目前，日本植物工厂的发展达到较高水平，在部分领域的研究和应用已超过了温室业较发达的荷兰、以色列等国，但仍然面临诸多技术课题亟待解决。为推进植物工厂的产业化进程，以降低生产成本为核心，进行硬件和软件的技术开发至关重要。

进入21世纪，植物工厂在日本农业中将发挥越来越重要的作用，对于解决粮食问题、环境问题，乃至于对宇宙的开发，都开辟了一条新的途径。

第二篇：日本改装工厂

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第三篇：神奇的植物工厂

神奇的植物工厂

星期五下午，老师带我们去参观一座植物工厂。

一走进厂房，我们就看到一只只排列整齐的泡沫塑料箱子，里面种着草莓、芹菜等。我走近一看，好奇怪呀，箱子里头只有水，没有土。

我好奇地问带我们参观的李叔叔：“这里面没有土，草莓从哪里吸收营养呀？”

“靠箱子里的营养液。”李叔叔指着箱子里的水说，“用营养液栽培的水果、蔬菜，没有任何污染，生长的速度也快些。”

我问李叔叔：“在营养液里长出的草莓，味道也一样好吗？”李叔叔笑了笑，随手摘了一颗草莓让我尝尝。呀，甜中带酸，鲜美可口，我情不自禁地说：“真好吃！”

“要是能把这种栽培方法用到没有土壤的海岛或沙漠上去，那该多好啊！”一个同学说。

另一个同学接过话头说：“是啊，这样一来，守卫在那里的解放军叔叔不就可以经常吃到新鲜的蔬菜和水果了吗？”

李叔叔笑着说：“我们正在进行这方面的实验，你们的愿望很快就会实现的。”大家听了，都兴奋得拍起手来。

第四篇：李长潇的植物克隆新技术

在2000年被誉为“中国植物克隆之父”的李长潇研究员，历经近40年从事生物工程的教学和科研工作，是国内较早从事有关生物技术研究、开发的科学家。李长潇潜心发明的“植物克隆产业化新技术”的成功，让他的名字瞬间被放大。植物快繁是古今中外人们都十分关注的问题。常规育苗如扦插、嫁接、压条、分株等方法在人类历史上已经应用了近两千年，它技术简单容易推广,而且使用寿命很长．但是它繁殖速度慢、不能工厂化连续生产的问题长期没有得到解决。李长潇说：现代植物组培技术虽然在人类历史上第一次成功地进行了工厂化快繁．使许多经济植物幼苗可以迅速按几何级数在短时间增殖．实现了大规模面对大多数生产上急需、量大、价格低廉的无性繁殖种苗，但是存在一次性投资大、成本高、技术步骤繁杂、技术易传性差、农民在生产上不能直接利用、试管苗成活率低、推广难度大等缺点，在快繁苗木生产中所形成的生产力相当有限。

李长潇研究员在国内外首创发明的植物克隆新技术（Li Changxiao plant clone technique）(LCPCT)，是一个全新的植物克隆体系，经过长期的应用实践证明，它同时对现代植物生物技术中植物组织培养试管快繁和人类历史应用近2000年的常规育苗技术具有双重重大突破。李长潇被国内外媒体誉为“中国植物克隆之父”和“世界复制绿色的巨匠”。

李长潇研究员曾从事本科及研究生细胞生物学、细胞遗传学、分子生物学教学；从事细胞遗传、群体遗传、细胞周期动力学，生物工程等方面的科研工作。李长潇主持的细胞遗传实验室曾取得了一系列成果。在人体活细胞（克隆）培养增殖技术方面积累了丰富的经验。

李长潇发明的该技术是一个专有技术，已在760多种经济植物的快繁中取得成功，显示出对大多数经济植物无性快繁具有普遍意义,居国际领先水平。李长潇也曾荣获首届中国农科城技术博览会金像奖,第九届中国发明展金奖, 被国家计委列为国家级高技术产业化推进项目。

李长潇开创的LCPCT在国内外首创发明以来，曾在全国各大区和各省市合理布局创建合作基地、快繁公司多达50余家，仅培训专家学者就达100多人；已在全国许多产业化急需的经济植物品种生产中应用。近30年来，李长潇研究员利用发明的最新植物克隆技术，服务于生物多样性的生态环境保护；服务于农林产业结构调整；服务于强农富民工程，足迹遍布全国三十二个省区，生产推广各种无性系优良植物种苗数十亿株。除花卉和城市绿化苗木生产外，还包括农业生产和工业原料基地建设应用250多万亩，累计创造经济效益超过1200多亿元。

李长潇开创的LCPCT现在无论在西北的沙漠荒地,东北的黑土地、华南的红土地、还是华北、华中、西南大地均已燃起了推广的燎原之火。同时在推广该技术中，李长潇研究员还“克隆”了许多被政府被认定的高新技术企业；培养和支持了一大批从事经济植物快繁产业的高级管理人才和技术人才。

李长潇开创的LCPCT作为技术方法的突破，在人类植物无性快繁历史上，有丰富的高效内涵和产业化的巨大潜力。它第一次以最低的生产成本实现了高速的生产快繁，比以往任何技术更具经济和生态效益。依托该技术承接的许多植物快繁工程，已经在许多方面开始发挥日益重要的作用。

李长潇认为：现阶段我国内地城镇大部分地区绿化己经不成问题，关键是“彩化”和新形势下“美丽乡村”的问题比较大。我们和欧美最大的区别在于，我们只是个“绿色”的世界，而不是“彩色”的世界。就连我国正在建设的“国际旅游岛”海南，自然条件很好，也仍然存在彩化、美化不足的问题。李长潇开创的LCPCT现在已经在全国北方和南方合理布点，将大力克隆一批更新的主季带彩，四季可观赏的彩色植物，除低矮的彩色灌木、小乔木外，特别注重许多国内外难繁育的高大的彩色乔木。用不了十年的大规模推广，将使我们的祖国家园由“绿化”变为“彩化”和“美化”的缤纷世界，成为我国植被史上“彩化”的里程碑。

第五篇：植物工厂的崛起与发展

植物工厂的崛起与未来

人类社会的食物生产是最基本的生产活动。农业生产发生之前，人类以渔猎采集为生。渔猎采集的对象是自然界的植物、动物等，自然资源有限，养活不了众多的人口。大约1.2万年前，在美索不达米亚、埃及、中国、印度、中南美洲地区等形成了若干位于大河之畔的农业起源中心，通过引种谷物、豆类、块茎类等可食植物，驯化牛、猪、羊和狗等牲畜，从刀耕火种到人工灌溉，从狩猎圈养到人工繁殖，形成了原始的农业生产，并沿不同的路径向世界各地扩散，发展成为各具特色的农业生产类型。农业生产发生之后，人类积累农业生产经验，改进农业生产技术，提高农业生产产量，发展传统农业，养活了世界上众多的人口。

18世纪下半叶发生的工业革命，开启了机器制造的新时代，伴随科学与技术的进步，人类社会面貌发生了翻天覆地的变化。工业革命给农业生产带来了机械化、化学化和信息化，机械化帮助人们从繁重的农业劳动中解放出来，化学化为农作物生长提供化学肥料、为防止杂草和病虫害侵扰提供化学农药，信息化帮助种植业、畜牧业生产实现了智能化的科学管理，传统农业开始进入了现代农业阶段。现代农业减 轻了农业生产的劳动强度，提高了农业产品的产量品质，但没有改变农业生产的基本面貌。从某种程度上讲，农业是工业革命发生之后变化最为迟缓的一个产业。今天的农业，种植业仍遵循着播种、育苗、生长、繁殖、收获的规律，畜牧业仍延续着配种、繁殖、生长、育肥、出圈的过程。农业种植生产容易受自然灾害的侵害，农业养殖生产容易受流行疫病的侵害。说到底，农业生产的过程仍是一个生命物质的培育过程，这个培育过程仍在自然环境中进行，受到了自然环境的严苛节制。随着科学与技术的发展，尤其是基因技术与人工智能技术的进步，这一切终将改变，农业只有彻底摆脱了自然环境与气候的制约，才能在真正意义上摆脱在农业生产之前始终标注的“传统”两字，问心无愧地称得上现代农业。

植物工厂的崛起

工业革命诞生了现代工厂制度，所谓现代工厂制度，就是以机器制造为主体的集约生产，整个生产活动受制于严格的管理规章，形成了较高的劳动生产率。工业革命的成功，给农业以极大的示范启示。人们希望农业生产也能够借鉴现代工厂制度，摆脱自然环境的制约，摆脱对可耕地的依赖，采用机械化流水作业，形成集约、高效的生产方式。但是，传统农业巨大的发展惯性，致使农业工厂的出现比工业工厂晚了将近两个世纪。

1949年，美国植物学家和园艺学家在加州帕萨迪纳建立了一座人工气候室，成为了植物工厂的早期模型，为植物工厂的发展进行了有意义的探索。1957年，丹麦在哥本哈根市郊的约克里斯顿农场建设了世界上第一座真正意义上的植物工厂，工厂面积1000平方米，采用人工光和太阳光并用技术，从播种到收获采用全自动传送带流水作业，年产水芹100万公斤。植物工厂开始登上历史舞台。1963年，奥地利卢斯纳公司建造了高30米的塔式人工光植物工厂，采用上下传送带旋转式的立体栽培方式种植生菜，最大限度节约土地，成为垂直植物工厂的发端。1973年，英国温室作物研究所库珀教授提出了营养液膜法（NFT）水耕栽培模式，简化了栽培结构，降低了生产成本，成为植物工厂的一项标准技术。植物工厂在欧美起步，但由于日本人多地少，在日本得到了充分发展。1974年，日本日立制作所中央研究所的研究团队建成了一座采用电子计算机调控的花卉蔬菜工厂，该工厂由1栋两层的楼房和两栋栽培温室组成，研究团队通过计算机分析植物工厂的温度、光照强度、二氧化碳浓度等对植物生长影响的数据，获得了较大成功。上世纪的70～80年代，世界上一些著名企业如荷兰的飞利浦、美国的通用电气、日本的日立制作、三菱重工等纷纷投入巨资，与农业科研机 构合作，进行植物工厂的关键技术开发，为植物工厂发展奠定了坚实基础。1985年，日本在筑波世博会上展示了一套三层楼高的塔式人工光植物工厂，成为了日本植物工厂发展成就的一个历史标志。1987～1989年，美国在亚利桑那州的沙漠中建设了一座微型人工生态循环系统，称之为生物圈2号（假设地球为生物圈1号）。生物圈中有一个集约农业区，集约农业区好比一个大型植物工厂，以满足实验人员的食物需求。生物圈2号探索了未来可能的太空殖民中封闭生态系统的作用。

这些年来，发达国家的植物工厂发展迅速。美国、荷兰、日本、韩国、以色列等都建设了众多的植物工厂。中国的植物工厂建设起步较晚，但发展较快。上世纪90年代，中国开始植物工厂实验探索。进入新世纪以后，中国东部沿海地区广泛进行植物工厂建设。2013年，由无锡市供销社与日本三菱株式会社合作建设的首座植物工厂在江苏无锡农业科技博览园建成投产，这座植物工厂采取太阳光与人工光相结合的方式，采用无土水培技术，起到了较好的示范作用。2016年，中国科学院植物研究所与福建三安集团合作在福建安溪建设了国内最大的植物工厂，植物工厂在中国蓬勃兴起。

植物工厂的优势 植物工厂是现代设施农业发展的一个重要标志。日本植物工厂学会曾对植物工厂做过一个定义：即利用环境自动控制、电子技术、生物技术、机器人和新材料等进行植物周年连续生产的系统，也就是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受自然气候制约的省力型生产。简而言之，植物工厂就是创造一个适宜植物生长的人工环境，实施自动化半自动化的生产管理，可以全年无休进行植物栽培的农业系统。一般来说，狭义的植物工厂专指人工光源的植物生产系统，广义的植物工厂泛指所有的设施农业。现在的大多数植物工厂都采用了人工光源（LED光源）和水耕栽培技术（无土水培技术），植物工厂的机械化和机器人使用情况则根据不同植物生产对象采取了不同方式。植物工厂的生产对象一般为蔬菜、花卉、果树、食用菌及部分大田作物。

植物工厂是一种高投入、高技术、精装备的农业生产体系。与传统农业生产方式相比，植物工厂的优势主要表现为：

1、植物工厂生产的计划性强，可以在不受自然环境影响的条件下，实现周年均衡生产；

2、植物工厂营造植物生长最佳环境，增加光照时间，科学配水施肥，能够获得较高的单位面积产量；

3、植物工厂采用机械化半机械化作业，降低了工厂用工水平，劳动生产率大幅提高；

4、植物工厂实行封闭式生产，严格投入品管理，少施肥不用药，产品更加安 全健康；

5、植物工厂设置多层、垂直空间结构，采取立体栽培模式，大幅节省土地与能源；

6、采用垂直封闭结构和人工光技术的高层植物工厂，能够与现代城市建设紧密结合，为大中城市居民就近供应大量新鲜、健康的蔬菜。如此等等，植物工厂有着诸多优势，而制约植物工厂发展的关键是生产成本较高，植物工厂的农业产品仍缺乏市场竞争能力。但植物工厂代表了未来农业发展的一个方向。未来植物工厂的发展将重点采用新的基因技术、物联网技术和人工智能技术，培育更适宜人工栽培的植物品种，营造更适合植物品种生长的工厂环境，建立更节省人力资源的生产流程，提高植物工厂农产品的市场竞争能力。

农产品的生产，除了蔬菜、花卉、果树和食用菌之外，还有畜牧、水产和大田作物。先进的畜牧、水产养殖也已经在某种程度上进入了工厂化行列。现代畜牧养殖场给每一头牲畜打上耳标，对牲畜的饮食、防疫、运动等进行信息化管理。现代水产养殖场采用物联网技术，对养殖水体和养殖对象生长状况进行智能化管理等。这些措施都提高了畜牧、水产的养殖效率。大田作物主要指适宜大规模种植的农作物，如小麦、稻谷、大豆、棉花、甘蔗等。这些大田作物生产主要是采用物联网技术加强生长管理，大量使用农业机械以节约人力成本，以此提高生产效率。未来农业的发展将从两个方向展开，一是农业工厂向集约化、精准化方向发展，一是 大田作物向规模化、机械化方向发展。基因技术、人工智能技术将在未来农业发展中扮演更为重要的角色。

植物工厂的未来

以色列历史学家尤瓦尔在《未来简史》一书中指出：“过去几百年间，科技、经济和政治的进步，打开了一张日益强大的安全网，使人类脱离生物贫困线。”这就是说，人类在整体上已经摆脱了食物不足的困境。提供健康、安全的农产品是未来农业发展的一个新的方向，而植物工厂正是顺应了这一历史趋势。目前，影响植物工厂发展最突出的因素是产品的市场竞争能力。植物工厂高技术、高投入、生产高成本，也带来了产品相应的高价格，成为制约植物工厂发展的一个主要瓶颈。未来植物工厂的发展既要降低生产成本，提高生产效率，又要明确市场定位，突出优质优价，使之成为大中城市蔬菜供应的一个重要生产途径。

植物工厂是现代科学与技术发展的产物，植物工厂的未来也将寄希望于科学与技术的进步。

一、培育更丰富的植物品种。目前，植物工厂的生产品 种主要是生菜、菠菜、水芹、莴苣、黄瓜、番茄等，以叶菜、瓜果为主，品种尚不丰富。今后，要运用现代生物技术，培育更多适宜植物工厂水培方式生长的蔬菜、瓜果、花卉、食 用菌品种，不断开拓植物工厂的生产类型，让植物工厂既满足大中城市的新鲜农产品供应，也成为城市一道靓丽的景观，形成质感丰富的都市农业景象。

二、寻找更优质的人工光源。早期植物工厂一般采用太 阳光与人工光相结合的办法，现代植物工厂多数采用封闭结构的人工光源，以给予植物充足的光照。植物工厂的光源从过去的农用钠灯到了现在普遍使用的LED灯。种植实践表明，不同的植物对不同的光谱有着不同的敏感性，同一植物在不同的生长期也对不同的光谱有着不同的敏感性。因此，植物工厂通常会选择全光谱光源，以满足各种植物生长需要。光照在植物工厂的生产成本中占有很大比重，探索更高效的新型光源是未来植物工厂发展的一个方向。

三、配制更高效的液体肥料。植物工厂大多数采用水耕 栽培技术，水耕栽培也叫做营养液栽培，将植物生长所需要的养分制成营养液供植物吸收，植物的根系生长在营养液之中。营养液为植物生长提供充足、稳定的水份与营养，植物在营养液中生长的速率要高于土壤生长。水耕栽培技术的核心是营养液的配方，不同的植物需要不同的营养，同一植物在不同生长阶段也需要不同营养，这些都需要经过反复实验取得经验。营养液中的各种营养物质要能够很好地溶于水，并易于植物吸收。因此，植物工厂的光照配方和营养液配方往往成为植物工厂的不传之秘。

四、探索更优化的管理模型。植物工厂是典型的农业高 科技产物。植物工厂由计算机对植物生育过程的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，实现了可控环境下的高效生产。植物工厂不仅控制工厂生产环境，还将由计算机掌握目标市场供应情况，合理安排植物生产与种植茬口衔接，以期获得更高的生产效益。这些都需要经验积累和大数据的分析运用。从本质上讲，植物工厂就是未来的农业智能工厂。

2018年5月1日