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【未来农业】植物工厂，引领绿色农业投资新热潮

农业行业观察 · 公众号 · · 2025-02-19 20:04

正文

未来地球人口可能高达80亿甚至90亿，气候条件越来越恶劣，若要让每个人都不挨饿，农业种植不受台风、雾霾、雷雨、土地等自然条件影响，我们就需要一种新的食物生产模式。即将走进中国的植物工厂，就是这种模式，这是未来，更是希望。提到传统农场，我们都知道要依赖太阳光，水，肥料，种植养殖技术等简单外部条件和技术生产食物。随着科技的发展以及新型材料的问世，未来城市中的植物工厂或将代替传统农场，成为新农业时代的未来。

何谓植物工厂

传统农业是基于太阳光照与土壤基质等条件而进行的自然生产方式的农业，那么是不是可以采用人工光照以代替太阳光，以营养液代替土壤介质的新型农业取代传统生产方式呢？现代农业技术的发展证明：完全可以。这就是基于人工光照及环控技术的植物工厂，植物在人工模拟环培下，可以排除自然环境的不利限制因素，得以更好地生长。植物工厂（plant factory）这个概念最早是由日本提出的。根据日本植物工厂学会的解释，植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的系统，即利用计算机对植物生育的温度、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，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产。植物工厂依托于设施园艺、建筑工程、环境控制、材料科学、生物技术、信息学和计算机（网络通讯、人工智能、模拟与控制）等学科，是知识与技术密集的集约型农业生产方式。

关于植物工厂的分类，所持角度不同，划分方式也不同。从建设规模上可分为大型（1000平方米以上）、中型（300～1000平方米）和小型（300平方米以下）三种；从生产功能上可分为种苗植物工厂和商品菜（果、花）植物工厂；从其研究对象的层次上又可分为以研究植物体为主的植物工厂，以研究植物组织为主的组织培养植物工厂，以研究植物细胞为主的细胞培养植物工厂。目前，比较习惯的分类方法是按照植物生长中最重要的条件之一—光能的利用方式来划分，共有三种类型，即太阳光利用型、人工光利用型、太阳光和人工光并用型。其中，狭义的植物工厂是指人工光利用型，而广义的植物工厂则包括了这三种类型。植物工厂的广义定义包含了广大范围的生产设施，半自动控制的温室水耕系统，种苗繁殖系统或人工种子生产等的生产系统均属之。如上所述，植物工厂包括三种类型。它们的共同特征是：有固定的设施；利用计算机和多种传感装置实行自动化、半自动化控制；采用营养液栽培技术；产品的数量和质量大幅度提高。

可控——设施农业的关键词

农业是最古老的产业，也是人类赖以生存的产业。尽管如今农业在国民经济中的份额有所下降，但其基本功能却是其他产业无法取代的。几千年来，农业的历史经历了游耕游牧式的原始农业和粗放低投入的传统农业两个发展阶段，20世纪随着科学技术的进步，传统农业开始向现代农业转化，首先表现为设备的现代化。借助先进的生产机械，人们不但可以从繁重的体力劳动中解放出来，腾出时间和精力去从事更大范围的劳动生产，还有效地改变了露天作业的局面，降低自然灾害的风险。但是现代农业在促进农业生产力巨大飞跃的同时，也逐渐暴露出许多缺点。首先是以消耗大量能源为代价。现代农业主要依赖的已不是人力和土地，而是石油及其制品的大量投入，全世界农业能耗从1950年到1985年的35年间增加了6.9倍，所以有人称现代农业为“石油农业”。其次是环境污染严重。含有铅、砷、汞的农药和有机氯杀虫剂等化学性质稳定，不易分解，在环境中或在农作物产品中残留期长，脂溶性高，污染危害严重——它除了直接污染土壤外，对大气水体都有不同程度的污染。

植物工厂环境控制的关键项

温度和植物生长关系密切。其重要性在于作物必须在一定的温度条件下才能进行体内生理活动及生化反应。除人工光利用型植物工厂外，其他类型的植物工厂都是一个半封闭的热力系统，随时受到室内外诸多扰量的影响。植物工厂内的气温和营养液（或栽培床基质）的温度对作物的光合作用、呼吸作用、光合产物的输送、根系的生长以及水分和养分的吸收均有着显著的影响。室内热环境控制就是通过一定的工程措施，人为地调节室内与外界环境之间的热量变化，使温度维持在作物生长需要的水平。

除温度外，湿度以及二氧化碳也是植物工厂的两个重要环控指标。植物工厂内空气相对湿度决定了作物叶面和周围空气之间的水蒸气压力差，影响作物叶面的蒸发。湿度低，作物叶面蒸发量大，严重时导致根部供水不足，作物体内水分减少，细胞缩小，气孔率降低，光合作用产物减少；湿度高，作物叶面的蒸发量小，严重时体内水分过多，导致茎叶增大，影响产量。湿度对作物的另一个影响是病虫害。在湿度高于90%时，作物会因高湿而产生病害；在湿度过低时，作物容易发生白粉病及虫害。不同的作物对空气中相对湿度的要求也不相同，因此应根据不同的作物品种及所处的生长期对空气湿度进行调节。为了调控设施内过高的相对湿度，通常采用以下几种降湿方法：通风换气降湿、加温降湿、热泵降湿等；常用的加湿方法有喷雾加湿与湿帘风机降温系统加湿等。

二氧化碳是作物生长的重要原料。绿色植物在阳光下，由叶绿体将水和空气中的二氧化碳合成有机质并释放氧气的过程称为光合作用。植物通过光合作用将光能转变为贮藏在有机质中的化学能，又通过呼吸作用，即碳水化合物的氧化作用，为植物体内各种生物或化学作用提供能量。二氧化碳浓度是植物工厂重要的环境因子之一，其浓度高低直接影响着作物的生长。大气中二氧化碳浓度远不能满足作物光合作用的需要，增加二氧化碳浓度将有利于光合速率的提高。另一方面，二氧化碳浓度升高会缩小气孔开度，气孔阻力增大，在一定程度上抑制二氧化碳输送和光合速率增长。而气孔阻力增大，又会影响水汽扩散，蒸腾作用减弱，从而提高作物的水分利用率。二氧化碳的人工来源主要有以下几种：酒精酿造工业的副产品；碳氢化合物燃烧；强酸与碳酸盐化学反应分解释放二氧化碳。

行业趋势

技术创新推动产业升级

未来，饲料行业和植物工厂领域将更加注重技术创新。在饲料加工方面，精准配制技术、高效低蛋白日粮配置技术、绿色新型饲料添加剂应用技术等将成为发展重点，推动饲料配方多元化、精准化，实现玉米、豆粕等原料的减量替代。同时，生物技术、信息技术在饲料行业的应用将不断深化，如生物饲料开发、智能化养殖设备和管理系统等将逐渐普及。植物工厂领域则将朝着智能化、自动化、节能化方向发展，如更先进的植物照明技术、智能化环境控制系统、高效的营养液循环利用技术等将不断涌现，进一步提高植物工厂的生产效率和经济效益。

【未来农业】植物工厂，引领绿色农业投资新热潮

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