植物(wù)工厂的发展背景

从國(guó)家层面来看，众所周知，从2004年到15年，中央一号文(wén)件将发展现代农业作為(wèi)國(guó)家長(cháng)期发展战略，保障國(guó)家粮食安全和农产品有(yǒu)效供应。如何保证？无非是增加粮食产量和供应。从國(guó)际层面来看，联合國(guó)人口基金会宣布2014年全球人口為(wèi)77亿。据联合國(guó)预测，2050年全球人口将达到96亿，2100年全球人口将达到110亿，我们需要加50%，我们需要相对增加粮食和农产品的供应。中國(guó)农业科(kē)學(xué)院农业环境与可(kě)持续发展研究所研究员刘文(wén)科(kē)在第二届农业照明发展论坛上提到。

以下是其演讲实录：

植物(wù)工厂的发展背景

到21世纪末，世界或中國(guó)人口对农产品和粮食的需求不仅增加了数量，而且质量安全需求也急剧增加。首先，从农产品供应方面分(fēn)析其供应能(néng)力。

首先，國(guó)家农业生产體(tǐ)系，田地生产，其生产能(néng)力和稳定性正在下降。為(wèi)什么？首先，从土地、水肥、人力资源等农业生产资源的数量和质量来看，资源正在下降。

二是农业环境污染、自然灾害频繁、季节性干扰大。大田农业受到季节性干扰，北方冬季无法进行大田农业生产。

三是人為(wèi)干预能(néng)力差，生产能(néng)力逐渐缺失。

基于上述原因，我们希望设施农业。首先，低端设施农业在中國(guó)表现為(wèi)塑料袋温室和太阳能(néng)温室。其生产能(néng)力和稳定性相对较差，主要是因為(wèi)设施相对简单，人工干预和监管能(néng)力相对较差。增加和稳定生产的潜力有(yǒu)限。我们该怎么办？结合我们的技术发展现状，解决方案只能(néng)是这样的：我们可(kě)以升级和创新(xīn)农业生产體(tǐ)系，提高农业设备水平，以工业理(lǐ)念发展农业。这句话是李克强总理(lǐ)2015年提出的，只有(yǒu)这样，我们才能(néng)利用(yòng)有(yǒu)限的资源和空间，大大提高农业的质量和效率。

第二个是植物(wù)工厂。在这种背景下，植物(wù)工厂应运而生。植物(wù)工厂发展非常快。我们应该感謝(xiè)这两位科(kē)學(xué)家。在國(guó)际上，日本千叶大學(xué)前校長(cháng)古在丰树教授是日本乃至世界植物(wù)工厂技术设备和产业发展的创始人和倡导者。他(tā)出版了《人工光性植物(wù)工厂》和《太光利用(yòng)植物(wù)工厂》。在中國(guó)，植物(wù)工厂技术设备和产业发展的创始人和倡导者是中國(guó)农业科(kē)學(xué)院杨奇長(cháng)的研究员，本世纪初，他(tā)提倡植物(wù)工厂技术和led《设施园艺半导體(tǐ)照明》将于2016年出版。

植物(wù)工厂的定义是通过设施中的高精度环境控制实现作物(wù)周年连续生产的系统。该系统不受自然条件的限制，是一种高效的农业生产模式。它主要分(fēn)為(wèi)两类：人工光植物(wù)工厂和太阳能(néng)植物(wù)工厂。2.左下角是人工光植物(wù)工厂，右下角是太阳能(néng)植物(wù)工厂。

你可(kě)以看看设施园艺的发展过程（2），从天空农业到简单的塑料温室、太阳能(néng)温室，到当前的联动温室和人工光植物(wù)工厂。可(kě)以发现，这是通过提高围护结构的密封性、自动化水平和控制水平来提高其生产能(néng)力的。从这一发展背景来看，借助工程技术设备，提高了人类控制农业生产过程的能(néng)力。

植物(wù)工厂的优势

植物(wù)工厂有(yǒu)很(hěn)多(duō)优点：

一是不受外部气候影响，生产能(néng)力相对稳定；

二是土地和空间资源利用(yòng)效率较高；

三是其生产要素，自动化程度较高，可(kě)按计划生产，产量较高；

第四，比较本质的好处是无污染的，基本上不会产生害虫，不用(yòng)施农药也能(néng)消除重金属；

第五，可(kě)以调节农产品的营养成分(fēn)。在田间，蔬菜的营养质量可(kě)控性很(hěn)差。在设施条件下，可(kě)以调动所有(yǒu)设施管理(lǐ)要素和生产要素，提高蔬菜的营养质量，扩大有(yǒu)益营养物(wù)质的合成积累；

六是满足岛屿、太空农业等特殊场合作物(wù)生产需求；

七是规模可(kě)大可(kě)小(xiǎo)，无所不能(néng)，用(yòng)途广泛；

八、植物(wù)工厂采用(yòng)LED照明技术装备，这是它的优势。因為(wèi)LED照明能(néng)大大提高植物(wù)厂的空间效率，提高生产效率；

九、植物(wù)厂采用(yòng)水肥一题化技术装备，體(tǐ)现自动化程度。

植物(wù)工厂技术发展难点

就我个人而言，我认為(wèi)植物(wù)工厂的发展具有(yǒu)这些特点。其发展目标主要是实现高质量、高产量和商(shāng)业利润。这两个目标相辅相成。实现高质量和高产量的可(kě)能(néng)性更高。

技术发展的基础应该是作物(wù)类型及其生物(wù)特征，对生物(wù)规律的理(lǐ)解应该是其他(tā)技术发展的基础。技术发展的方式应该是生产要素耦合控制技术和设备的创新(xīn)。只有(yǒu)根据作物(wù)的需要调节植物(wù)工厂作物(wù)生产的所有(yǒu)要素，才能(néng)最大限度地节约能(néng)源，最大限度地提高效率。

植物(wù)工厂技术研发现状：一是成本高、周期長(cháng)、参数多(duō)、耦合交互多(duō)，迫切需要产业、大學(xué)和研究的结合。第二，仍以科(kē)研单位為(wèi)主體(tǐ)，企业研发比例增加（示范基地上市只是说明了这一点）。第三，它已经从研发带产业转变為(wèi)促进产业研发的产业。示范项目呈现出百花(huā)齐放、百家争鸣的趋势产业和研发应发挥良性循环的作用(yòng)。

技术难点分(fēn)為(wèi)两部分(fēn)，一部分(fēn)是植物(wù)工厂生产监管单向技术发展的难点。主要有(yǒu)六个困难：一是节能(néng)降耗，包括LED如何运行更节能(néng)有(yǒu)效的光源、环境控制执行机构等；二是智能(néng)环境控制、耦合控制、高效利用(yòng)资源；三是农产品保健质量控制技术、功能(néng)性营养植物(wù)强化等；四是营养配方和光配方，一直是一个非常重要的问题；五是水肥一體(tǐ)化技术设备，我们需要建立一个更合理(lǐ)的栽培平台，开发更好的栽培设备；第六，自动化技术设备的生产管理(lǐ)，我國(guó)植物(wù)工厂机器人、自动化设备的应用(yòng)仍相对缺乏。

第二部分(fēn)的困难是生产监管系统技术发展的困难。有(yǒu)四个困难，一个是植物(wù)工厂生产植物(wù)产品的类型和效益，生产不同的植物(wù)类型与你的效益密切相关，它们之间的定量关系，我们需要做大量的研究工作；另一个是植物(wù)工厂的规模和效益，不同的投资和产出，这是直線(xiàn)关系还是其他(tā)关系，还需要进一步研究；第三，植物(wù)工厂的智能(néng)水平和效益，我们的植物(wù)工厂的自动化水平最有(yǒu)利于利润，最有(yǒu)利于推广，这也需要研究；第四，植物(wù)工厂建设區(qū)域和效益关系，如城市、农村或华南、华北，我们需要进一步研究。

植物(wù)工厂技术发展对策

最后，简要介绍了植物(wù)工厂技术发展的对策和个人观点，仅供参考。一是科(kē)技研发水平。一是开展植物(wù)生产要素需求规律研究，了解农业生物(wù)环境學(xué)、营养生理(lǐ)學(xué)和分(fēn)子生物(wù)學(xué)，建立基于植物(wù)种类和品种的营养和环境配方大数据。

二是开展植物(wù)工厂工程设备研发、围护结构工程设备、栽培与水肥一體(tǐ)化工程设备、照明工程设备、环境要素智能(néng)控制工程设备等。

三是开展植物(wù)工厂高校调控技术方法研发，以优质高产為(wèi)目标，研究生产要素时空耦合调控技术方法，更有(yǒu)利于植物(wù)发展生育。

在成果转化和示范验证层面，一是建立典型气候區(qū)植物(wù)工厂示范项目，二是建立规模差异化植物(wù)工厂示范项目，三是建立各种植物(wù)类型的植物(wù)工厂示范项目，四是建立智能(néng)物(wù)联网植物(wù)工厂示范项目。通过建立示范项目，获得一些运行参数，為(wèi)植物(wù)工厂的标准化、推广和应用(yòng)提供技术支持。