植物工廠行業(yè)是一個相對新興的行業(yè)，隨著世界環(huán)境、資源等問題日漸突出，植物工廠的發(fā)展優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。目前，我國人工光植物工廠總數(shù)已超過250座，成為數(shù)量僅次于日本的植物工廠發(fā)展大國。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)提高，植物工廠或成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的首選發(fā)展模式。
植物工廠，從廣義上講涵蓋了從利用自然光到人工光和混合光源的所有設(shè)施園藝，從狹義上講則是專指利用環(huán)境自動控制、電子技術(shù)、生物技術(shù)、機器人和新材料等進(jìn)行植物周年連續(xù)生產(chǎn)的系統(tǒng)，也就是利用計算機對植物生長的溫度、濕度、光照、CO2濃度和營養(yǎng)液等環(huán)境條件進(jìn)行自動控制，使設(shè)施內(nèi)植物生長不受自然氣候制約的省力型生產(chǎn)。
按照不同的劃分方式，植物工廠可分為以下幾類：
1、根據(jù)建設(shè)規(guī)模可分為大型（5000㎡以上）、中型（1000~5000㎡）、小型（100~1000㎡）、微型（100㎡以下）四種；
2、根據(jù)生產(chǎn)功能可分為植物種苗工廠、葉菜、瓜果、花卉植物工廠，還有一部分大田作物、藥用植物、食用菌等；
3、從生產(chǎn)、研究對象的組織尺度上來說，植物工廠又可分為植物體生產(chǎn)型植物工廠、組培型植物工廠、細(xì)胞生產(chǎn)型植物工廠（光生物反應(yīng)器）。
4、根據(jù)光能的利用方式可分為三種類型，即太陽光利用型植物工廠、全人工光利用型植物工廠、太陽光和人工光并用的綜合型植物工廠。其中，全人工光利用型植物工廠又稱為密閉式植物工廠，它是植物工廠發(fā)展的高級階段。廣義上來說，一切通過改變植物的生活環(huán)境的設(shè)施，包括大棚、溫室、種苗繁育箱等都屬于植物工廠概念范疇，但目前，比較習(xí)慣的分類方法是按照植物生長中最重要的條件之一光能來進(jìn)行分類。
從植物工廠數(shù)十年的發(fā)展歷程來看，大致歷經(jīng)3個主要發(fā)展階段，即早期的試驗探索階段、中期的示范應(yīng)用階段、目前的快速發(fā)展階段，具體包括：
01
試驗探索階段（20世紀(jì)40年代-70年代初）
這一階段是植物工廠的概念成型與試驗探索階段，其中2項技術(shù)的突破對植物工廠的發(fā)展起到了重要的支撐作用，一項被稱之為“營養(yǎng)液栽培技術(shù)”，20世紀(jì)40年代以來以“礦物質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”為理論基礎(chǔ)的營養(yǎng)液栽培技術(shù)的應(yīng)用，奠定了植物工廠的栽培技術(shù)基礎(chǔ)；另一項為“人工模擬與控制環(huán)境技術(shù)”，以1949年美國植物生理和園藝學(xué)家Went教授在加州帕薩迪納建立的第1座人工氣候室為標(biāo)志。
這一時期植物工廠的特點為：建設(shè)規(guī)模較小，僅為幾十平米到幾百平米；應(yīng)用范圍窄，主要局限在實驗室和示范農(nóng)場；光源為高壓鈉燈，光源與空調(diào)能耗大，運行成本較高。
02
示范應(yīng)用階段（20世紀(jì)70年代初90年代末）
水耕栽培和人工光源技術(shù)的突破是這一階段植物工廠發(fā)展的重要標(biāo)志。1973年營養(yǎng)液膜技術(shù)（Nutrient Film Technique，NFT）的出現(xiàn)，以及隨后的深液流栽培技術(shù)（Deep Flow Technique，DFT）的發(fā)明為植物工廠栽培技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
這一時期，美國通用食品公司、賽納拉魯米勒斯公司與依法德法姆公司等，以及荷蘭的飛利浦、日本的日立、三菱重工等多家公司紛紛介入植物工廠的研發(fā)。1974年日本日立制作所中央研究所高正基等開始進(jìn)行人工光植物工廠的研究，1983年在靜岡三浦農(nóng)場推出日本第1個真正意義上的人工光植物工廠，栽培方式采用三角板氣霧培與平面式水耕培兩種方式。1989年4月日本專門成立了植物工廠學(xué)會（2007年1月植物工廠學(xué)會與生物環(huán)境調(diào)節(jié)學(xué)會聯(lián)合成立日本生物環(huán)境工學(xué)會），每年定期召開植物工廠研討會，有力地推動植物工廠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。截止到20世紀(jì)90年代末，日本擁有約20座人工光植物工廠。
這一階段植物工廠的特點：人工光源不斷改善，高壓鈉燈逐漸被熒光燈替代，紅光LED開始應(yīng)用，光源的能耗進(jìn)一步降低；傳感器與自動控制技術(shù)逐漸引入；示范應(yīng)用面不斷擴大。
03
快速發(fā)展階段（21世紀(jì)初至今）
各國研發(fā)力度與產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快，日本于2009年提出大力發(fā)展植物工廠、振興現(xiàn)代農(nóng)業(yè)計劃，由農(nóng)林水產(chǎn)省和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省拿出500億日元用于支援植物工廠的建設(shè)與研發(fā)，受此影響，一批大型企業(yè)如三菱、豐田、日立等紛紛介入，并計劃輸出植物工廠產(chǎn)品到中國、中東、歐美等國家或地區(qū)。
2015年日本人工光植物工廠數(shù)量已達(dá)185座，其中位于宮城縣多賀市的占地面積2300㎡、15層立體栽培架、日產(chǎn)葉菜10000棵的LED植物工廠，以及大阪府立大學(xué)的占地面積550㎡、18層栽培架、日產(chǎn)葉菜5300棵的LED植物工廠，代表了日本近年來植物工廠的發(fā)展趨向。
我國植物工廠相比于歐、美、日等發(fā)達(dá)國家，起步較晚，但我國植物工廠建設(shè)發(fā)展速度是前所未有的，在這個過程中我國采取了走出去、引進(jìn)來，加強技術(shù)交流，對植物工廠相關(guān)技術(shù)經(jīng)過了吸收，消化、創(chuàng)新再創(chuàng)新的過程。
在實驗示范階段期間，我國先后有浙江麗水農(nóng)科院與國防科技大學(xué)合作，于2004年成功地建起了我國第一座植物工廠，標(biāo)志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)植物工廠的正式誕生，中國智能農(nóng)業(yè)從這里開始。成為世界上少數(shù)幾個掌握植物工廠核心技術(shù)的國家之一，這將對提升我國植物工廠競爭力和對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。后來，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)先后建起了研究型、實驗型植物工廠，上海世博會，山東壽光菜博會相繼展出了植物工廠，從而使我國的植物工廠由實驗型進(jìn)入到示范型階段。
近年來，隨著世界環(huán)境、資源等問題日漸突出，植物工廠的發(fā)展優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，表現(xiàn)為：作物生產(chǎn)周期性強，可達(dá)到周年生產(chǎn)；不施農(nóng)藥，產(chǎn)品安全無污染；多層立體栽培，資源（土地、水肥、空間等）利用率高；作物生長周期短，單位面積產(chǎn)量高；機械化、自動化程度高，勞動強度低；不受或很少受地理、自然環(huán)境的影響，甚至可在極端氣候區(qū)、外層空間等地區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。
由于不受環(huán)境影響、可就近供應(yīng)蔬果的植物工廠正不斷升溫。中國已成為世界上植物工廠發(fā)展最快的國家，2021年，我國新增48座植物工廠，新增面積21.54萬平方米。目前，我國人工光植物工廠總數(shù)已超過250座，成為數(shù)量僅次于日本的植物工廠發(fā)展大國。
植物工廠行業(yè)是一個相對新興的行業(yè)，目前還沒有明確的市場領(lǐng)導(dǎo)者。進(jìn)入植物工廠行業(yè)的主要競爭者包括大型農(nóng)業(yè)公司、科技公司、物流公司以及創(chuàng)新企業(yè)。這些競爭者各有不同的優(yōu)勢和劣勢。
大型農(nóng)業(yè)公司和物流公司具有豐富的農(nóng)業(yè)和物流經(jīng)驗，能夠提供全方位的服務(wù)，包括種子選購、種植指導(dǎo)、植物育種、農(nóng)產(chǎn)品銷售和物流運輸?shù)?。但是，這些公司在植物工廠方面的技術(shù)和設(shè)備可能不夠先進(jìn)，無法滿足現(xiàn)代植物工廠的高效運作需求。
科技公司和創(chuàng)新企業(yè)在植物工廠技術(shù)方面具有很強的實力和優(yōu)勢，能夠提供先進(jìn)的植物育種技術(shù)、智能化設(shè)備和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方案等。同時這些企業(yè)也具有較強的研發(fā)能力，能夠持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新產(chǎn)品，提高植物工廠的效率和產(chǎn)量。但是，這些公司在農(nóng)業(yè)和物流方面的經(jīng)驗相對較少，可能無法提供全方位的服務(wù)。
此外，植物工廠行業(yè)的技術(shù)水平、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等還需要進(jìn)一步統(tǒng)一和完善。這有利于提升市場競爭力，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。
隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)提高，植物工廠是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的首選發(fā)展模式。目前，植物工廠管理多由人工完成，管理難度大、成本高、效率低，同時也容易帶來病菌污染。實現(xiàn)信息技術(shù)與設(shè)施裝備的深度融合，提升設(shè)施裝備的自動化、智能化水平，有助于解決設(shè)施農(nóng)業(yè)走向產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)存在的問題。植物工廠發(fā)展至今，結(jié)合光電技術(shù)與生物學(xué)技術(shù)興起智能植物工廠，代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，集高技術(shù)、高投入、高產(chǎn)出于一體，更加集成化、產(chǎn)業(yè)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化，是解決當(dāng)下食品安全、環(huán)境污染、土地資源緊張、勞動力成本上升的有效途徑。
通過技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的逐漸完善，植物工廠的盈利能力將會得到大幅提升。一方面，通過持續(xù)改進(jìn)，植物工廠的光效與能效顯著提升，光源與空調(diào)的能耗將不斷降低，大幅減少系統(tǒng)運行費用。另一方面，植物工廠產(chǎn)品的品質(zhì)與效益將會顯著提升。通過營養(yǎng)調(diào)控和光調(diào)控等手段，顯著提高植物工廠產(chǎn)品的 VC 含量、可溶性糖含量以及其他功能品質(zhì)，同時通過選用一些功能性蔬菜、藥用植物甚至特種作物等高附加值的產(chǎn)品進(jìn)行種植，提升植物工廠產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，增強植物工廠的盈利能力。
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