植物工厂的发展背景

从国家层面来看，众所周知，从2004年到15年，中央一号文件将发展现代农业作为国家长期发展战略，保障国家粮食安全和农产品有效供应。如何保证？无非是增加粮食产量和供应。从国际层面来看，联合国人口基金会宣布2014年全球人口为77亿。据联合国预测，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。中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员刘文科在第二届农业照明发展论坛上提到。

以下是其演讲实录：

植物工厂的发展背景

到21世纪末，世界或中国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析其供应能力。

首先，国家农业生产体系，田地生产，其生产能力和稳定性正在下降。为什么？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。

三是人为干预能力差，生产能力逐渐缺失。

基于上述原因，我们希望设施农业。首先，低端设施农业在中国表现为塑料袋温室和太阳能温室。其生产能力和稳定性相对较差，主要是因为设施相对简单，人工干预和监管能力相对较差。增加和稳定生产的潜力有限。我们该怎么办？结合我们的技术发展现状，解决方案只能是这样的：我们可以升级和创新农业生产体系，提高农业设备水平，以工业理念发展农业。这句话是李克强总理2015年提出的，只有这样，我们才能利用有限的资源和空间，大大提高农业的质量和效率。

第二个是植物工厂。在这种背景下，植物工厂应运而生。植物工厂发展非常快。我们应该感谢这两位科学家。在国际上，日本千叶大学前校长古在丰树教授是日本乃至世界植物工厂技术设备和产业发展的创始人和倡导者。他出版了《人工光性植物工厂》和《太光利用植物工厂》。在中国，植物工厂技术设备和产业发展的创始人和倡导者是中国农业科学院杨奇长的研究员，本世纪初，他提倡植物工厂技术和led《设施园艺半导体照明》将于2016年出版。

植物工厂的定义是通过设施中的高精度环境控制实现作物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。它主要分为两类：人工光植物工厂和太阳能植物工厂。2.左下角是人工光植物工厂，右下角是太阳能植物工厂。

你可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、太阳能温室，到当前的联动温室和人工光植物工厂。可以发现，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力。

植物工厂的优势

植物工厂有很多优点：

一是不受外部气候影响，生产能力相对稳定；

二是土地和空间资源利用效率较高；

三是其生产要素，自动化程度较高，可按计划生产，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，不用施农药也能消除重金属；

第五，可以调节农产品的营养成分。在田间，蔬菜的营养质量可控性很差。在设施条件下，可以调动所有设施管理要素和生产要素，提高蔬菜的营养质量，扩大有益营养物质的合成积累；

六是满足岛屿、太空农业等特殊场合作物生产需求；

七是规模可大可小，无所不能，用途广泛；

八、植物工厂采用LED照明技术装备，这是它的优势。因为LED照明能大大提高植物厂的空间效率，提高生产效率；

九、植物厂采用水肥一题化技术装备，体现自动化程度。

植物工厂技术发展难点

就我个人而言，我认为植物工厂的发展具有这些特点。其发展目标主要是实现高质量、高产量和商业利润。这两个目标相辅相成。实现高质量和高产量的可能性更高。

技术发展的基础应该是作物类型及其生物特征，对生物规律的理解应该是其他技术发展的基础。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。只有根据作物的需要调节植物工厂作物生产的所有要素，才能最大限度地节约能源，最大限度地提高效率。

植物工厂技术研发现状：一是成本高、周期长、参数多、耦合交互多，迫切需要产业、大学和研究的结合。第二，仍以科研单位为主体，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为促进产业研发的产业。示范项目呈现出百花齐放、百家争鸣的趋势产业和研发应发挥良性循环的作用。

技术难点分为两部分，一部分是植物工厂生产监管单向技术发展的难点。主要有六个困难：一是节能降耗，包括LED如何运行更节能有效的光源、环境控制执行机构等；二是智能环境控制、耦合控制、高效利用资源；三是农产品保健质量控制技术、功能性营养植物强化等；四是营养配方和光配方，一直是一个非常重要的问题；五是水肥一体化技术设备，我们需要建立一个更合理的栽培平台，开发更好的栽培设备；第六，自动化技术设备的生产管理，我国植物工厂机器人、自动化设备的应用仍相对缺乏。

第二部分的困难是生产监管系统技术发展的困难。有四个困难，一个是植物工厂生产植物产品的类型和效益，生产不同的植物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；另一个是植物工厂的规模和效益，不同的投资和产出，这是直线关系还是其他关系，还需要进一步研究；第三，植物工厂的智能水平和效益，我们的植物工厂的自动化水平最有利于利润，最有利于推广，这也需要研究；第四，植物工厂建设区域和效益关系，如城市、农村或华南、华北，我们需要进一步研究。

植物工厂技术发展对策

最后，简要介绍了植物工厂技术发展的对策和个人观点，仅供参考。一是科技研发水平。一是开展植物生产要素需求规律研究，了解农业生物环境学、营养生理学和分子生物学，建立基于植物种类和品种的营养和环境配方大数据。

二是开展植物工厂工程设备研发、围护结构工程设备、栽培与水肥一体化工程设备、照明工程设备、环境要素智能控制工程设备等。

三是开展植物工厂高校调控技术方法研发，以优质高产为目标，研究生产要素时空耦合调控技术方法，更有利于植物发展生育。

在成果转化和示范验证层面，一是建立典型气候区植物工厂示范项目，二是建立规模差异化植物工厂示范项目，三是建立各种植物类型的植物工厂示范项目，四是建立智能物联网植物工厂示范项目。通过建立示范项目，获得一些运行参数，为植物工厂的标准化、推广和应用提供技术支持。