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【未來農業】植物工廠，引領綠色農業投資新熱潮

2025-02-20 19:52:42

[ 導讀 ] 植物工廠成為新農業時代的未來。

未來地球人口可能高達80億甚至90億，氣候條件越來越惡劣，若要讓每個人都不挨餓，農業種植不受臺風、霧霾、雷雨、土地等自然條件影響，我們就需要一種新的食物生產模式。即將走進中國的植物工廠，就是這種模式，這是未來，更是希望。提到傳統農場，我們都知道要依賴太陽光，水，肥料，種植養殖技術等簡單外部條件和技術生產食物。隨著科技的發展以及新型材料的問世，未來城市中的植物工廠或將代替傳統農場，成為新農業時代的未來。

何謂植物工廠

傳統農業是基于太陽光照與土壤基質等條件而進行的自然生產方式的農業，那么是不是可以采用人工光照以代替太陽光，以營養液代替土壤介質的新型農業取代傳統生產方式呢？現代農業技術的發展證明：完全可以。這就是基于人工光照及環控技術的植物工廠，植物在人工模擬環培下，可以排除自然環境的不利限制因素，得以更好地生長。植物工廠（plant factory）這個概念最早是由日本提出的。根據日本植物工廠學會的解釋，植物工廠是通過設施內高精度環境控制實現農作物周年連續生產的系統，即利用計算機對植物生育的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及營養液等環境條件進行自動控制，使設施內植物生育不受或很少受自然條件制約的省力型生產。植物工廠依托于設施園藝、建筑工程、環境控制、材料科學、生物技術、信息學和計算機（網絡通訊、人工智能、模擬與控制）等學科，是知識與技術密集的集約型農業生產方式。

關于植物工廠的分類，所持角度不同，劃分方式也不同。從建設規模上可分為大型（1000平方米以上）、中型（300～1000平方米）和小型（300平方米以下）三種；從生產功能上可分為種苗植物工廠和商品菜（果、花）植物工廠；從其研究對象的層次上又可分為以研究植物體為主的植物工廠，以研究植物組織為主的組織培養植物工廠，以研究植物細胞為主的細胞培養植物工廠。目前，比較習慣的分類方法是按照植物生長中最重要的條件之一—光能的利用方式來劃分，共有三種類型，即太陽光利用型、人工光利用型、太陽光和人工光并用型。其中，狹義的植物工廠是指人工光利用型，而廣義的植物工廠則包括了這三種類型。植物工廠的廣義定義包含了廣大范圍的生產設施，半自動控制的溫室水耕系統，種苗繁殖系統或人工種子生產等的生產系統均屬之。如上所述，植物工廠包括三種類型。它們的共同特征是：有固定的設施；利用計算機和多種傳感裝置實行自動化、半自動化控制；采用營養液栽培技術；產品的數量和質量大幅度提高。

可控——設施農業的關鍵詞

農業是最古老的產業，也是人類賴以生存的產業。盡管如今農業在國民經濟中的份額有所下降，但其基本功能卻是其他產業無法取代的。幾千年來，農業的歷史經歷了游耕游牧式的原始農業和粗放低投入的傳統農業兩個發展階段，20世紀隨著科學技術的進步，傳統農業開始向現代農業轉化，首先表現為設備的現代化。借助先進的生產機械，人們不但可以從繁重的體力勞動中解放出來，騰出時間和精力去從事更大范圍的勞動生產，還有效地改變了露天作業的局面，降低自然災害的風險。但是現代農業在促進農業生產力巨大飛躍的同時，也逐漸暴露出許多缺點。首先是以消耗大量能源為代價。現代農業主要依賴的已不是人力和土地，而是石油及其制品的大量投入，全世界農業能耗從1950年到1985年的35年間增加了6.9倍，所以有人稱現代農業為“石油農業”。其次是環境污染嚴重。含有鉛、砷、汞的農藥和有機氯殺蟲劑等化學性質穩定，不易分解，在環境中或在農作物產品中殘留期長，脂溶性高，污染危害嚴重——它除了直接污染土壤外，對大氣水體都有不同程度的污染。

植物工廠環境控制的關鍵項

溫度和植物生長關系密切。其重要性在于作物必須在一定的溫度條件下才能進行體內生理活動及生化反應。除人工光利用型植物工廠外，其他類型的植物工廠都是一個半封閉的熱力系統，隨時受到室內外諸多擾量的影響。植物工廠內的氣溫和營養液（或栽培床基質）的溫度對作物的光合作用、呼吸作用、光合產物的輸送、根系的生長以及水分和養分的吸收均有著顯著的影響。室內熱環境控制就是通過一定的工程措施，人為地調節室內與外界環境之間的熱量變化，使溫度維持在作物生長需要的水平。

除溫度外，濕度以及二氧化碳也是植物工廠的兩個重要環控指標。植物工廠內空氣相對濕度決定了作物葉面和周圍空氣之間的水蒸氣壓力差，影響作物葉面的蒸發。濕度低，作物葉面蒸發量大，嚴重時導致根部供水不足，作物體內水分減少，細胞縮小，氣孔率降低，光合作用產物減少；濕度高，作物葉面的蒸發量小，嚴重時體內水分過多，導致莖葉增大，影響產量。濕度對作物的另一個影響是病蟲害。在濕度高于90%時，作物會因高濕而產生病害；在濕度過低時，作物容易發生白粉病及蟲害。不同的作物對空氣中相對濕度的要求也不相同，因此應根據不同的作物品種及所處的生長期對空氣濕度進行調節。為了調控設施內過高的相對濕度，通常采用以下幾種降濕方法：通風換氣降濕、加溫降濕、熱泵降濕等；常用的加濕方法有噴霧加濕與濕簾風機降溫系統加濕等。

二氧化碳是作物生長的重要原料。綠色植物在陽光下，由葉綠體將水和空氣中的二氧化碳合成有機質并釋放氧氣的過程稱為光合作用。植物通過光合作用將光能轉變為貯藏在有機質中的化學能，又通過呼吸作用，即碳水化合物的氧化作用，為植物體內各種生物或化學作用提供能量。二氧化碳濃度是植物工廠重要的環境因子之一，其濃度高低直接影響著作物的生長。大氣中二氧化碳濃度遠不能滿足作物光合作用的需要，增加二氧化碳濃度將有利于光合速率的提高。另一方面，二氧化碳濃度升高會縮小氣孔開度，氣孔阻力增大，在一定程度上抑制二氧化碳輸送和光合速率增長。而氣孔阻力增大，又會影響水汽擴散，蒸騰作用減弱，從而提高作物的水分利用率。二氧化碳的人工來源主要有以下幾種：酒精釀造工業的副產品；碳氫化合物燃燒；強酸與碳酸鹽化學反應分解釋放二氧化碳。

行業趨勢

技術創新推動產業升級

未來，飼料行業和植物工廠領域將更加注重技術創新。在飼料加工方面，精準配制技術、高效低蛋白日糧配置技術、綠色新型飼料添加劑應用技術等將成為發展重點，推動飼料配方多元化、精準化，實現玉米、豆粕等原料的減量替代。同時，生物技術、信息技術在飼料行業的應用將不斷深化，如生物飼料開發、智能化養殖設備和管理系統等將逐漸普及。植物工廠領域則將朝著智能化、自動化、節能化方向發展，如更先進的植物照明技術、智能化環境控制系統、高效的營養液循環利用技術等將不斷涌現，進一步提高植物工廠的生產效率和經濟效益。

綠色可持續發展成為主流

隨著環保意識增強和消費者對綠色食品的需求增加，飼料行業和植物工廠將更加注重綠色可持續發展。飼料企業將加強對飼料原料的質量管控，推廣綠色飼料添加劑，減少抗生素等藥物的使用，實現養殖過程的綠色無污染。植物工廠則將充分利用可再生能源，如太陽能、風能等，降低能耗，減少碳排放。同時，通過資源循環利用技術，實現廢棄物的零排放或資源化利用，推動農業生產與生態環境的協調發展。

產業融合與協同發展加速

飼料行業與種植業、養殖業、食品加工業等相關產業的融合將進一步加深。例如，飼料企業將與種植企業合作，建立穩定的飼料原料供應基地；與養殖企業加強合作，根據養殖需求定制飼料產品，實現產業鏈上下游的協同發展。植物工廠也將與其他農業產業深度融合，如與觀光農業、都市農業相結合，拓展其功能和應用領域，打造綜合性農業產業園區。此外，跨行業的合作與創新也將不斷涌現，如農業與互聯網、金融等行業的融合，為農業發展注入新的活力。