1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上植物工廠可行性報(bào)告 植物工廠最早起源于日本，也稱為植物工場，它是日本80年代就已研發(fā)與運(yùn)用的一個農(nóng)業(yè)高新技術(shù)項(xiàng)目，當(dāng)時在日本海洋博覽館展出了單株13000多個果實(shí)的西紅柿王，就是運(yùn)用植物工廠技術(shù)及各種高新技術(shù)集成的產(chǎn)物。 當(dāng)時，這種超高巨型植物的栽培成功，就預(yù)示著人類在發(fā)揮植物潛能上將有大的突破與發(fā)展，也成為日后植物工廠的開發(fā)與推廣起到了極為重要的作用。 隨后，美國、以色列、荷蘭等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家也相繼開始了這方面的研究與推廣。為什么它有如此大的魔力，讓大家趨之若鶩呢？肯定有它獨(dú)特之處。在植物工廠里，西紅柿單株產(chǎn)量可上千斤，水稻可生產(chǎn)5-6季，黃瓜產(chǎn)量可提高200倍，生菜

2、35天可收成，這不是天方夜譚，而是被實(shí)踐證明的科學(xué)與真理。 至于植物工廠在中國的實(shí)現(xiàn)，除了它是各種高新技術(shù)集成的產(chǎn)物外，以日本建造一座1400平方米的植物工廠總投資就需1億日圓，資金的投入也是門坎。而隨著中國農(nóng)業(yè)科技的迅猛發(fā)展，以及人們對于農(nóng)產(chǎn)品的無公害綠色要求，外圍環(huán)境的改善，也逐漸實(shí)現(xiàn)植物工廠在中國的可能性。因?yàn)椋参锕S生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品是無污染及殘留的，在栽培生菜，因使用LED的補(bǔ)光環(huán)境，與傳統(tǒng)生菜相比，Vc可提高4倍，Va可提高12倍，加上植物工廠已開始發(fā)展立體式多層次栽培，空間利用上已非任何一種栽培模式所能比擬，并大大降低單位栽培面積的運(yùn)用成本。這些都直接降低植物工廠的建設(shè)成本，也將為植

3、物工廠落實(shí)中國農(nóng)業(yè)發(fā)展開辟出嶄新空間。緣起 依據(jù)聯(lián)合國人口署的預(yù)估，2010與2050年的全球人數(shù)將會是68.6億與91.7 億，聯(lián)合國糧農(nóng)組織在2009年同時也發(fā)布了全球饑餓人口超過9.6億的報(bào)導(dǎo)。換言之，在20092010年間，糧食供應(yīng)量只足夠供應(yīng)59億人。到2050年要喂飽91.7億人，糧食供應(yīng)量必須達(dá)到目前的1.56 倍(91.7 / 59) 。問題是目前全球的可耕地已經(jīng)用了80 %，如果仍然采取目前的農(nóng)耕方式，剩下的20 % 絕對無法供應(yīng)足夠糧食。加上土地沙漠化與全球暖化的威脅，光是1980到2000年的二十年間，全球平均溫度已經(jīng)升高0.4，且持續(xù)升溫，沒有趨緩的趨勢。南北極冰原、極

4、地冰河融化等造成海平面上升的威脅更是讓沿海肥沃的可耕地面積有急遽減少的風(fēng)險。 因此很明顯，提高單位面積產(chǎn)能是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵任務(wù)，現(xiàn)階段透過植物工廠立體式栽培可用最小的土地面積生產(chǎn)最大量的短期蔬菜，亦可避免受到風(fēng)災(zāi)、雨災(zāi)等的影響，加上逐年擴(kuò)大產(chǎn)能更可避免產(chǎn)銷失衡，避免現(xiàn)地耕除的浪費(fèi)，以及逐年減少對農(nóng)業(yè)災(zāi)害損失的補(bǔ)貼，滿足消費(fèi)者對食的安全的最基本需求。未來，甚至是糧食作物都有必要也可在植物工廠內(nèi)量產(chǎn)。建造植物工廠的科研生產(chǎn)意義 建造植物工廠除了本身經(jīng)濟(jì)效益外，還具有更大的社會效益與科研價值。如，日本的植物工廠由原先地上發(fā)展成地下，東京建設(shè)的植物工廠就在銀行機(jī)構(gòu)下的地下室，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從田野搬至

5、都市，除了生產(chǎn)外，更重要是為都市開啟一扇認(rèn)識農(nóng)業(yè)、認(rèn)識自然與植物的教育窗口，也是學(xué)生培養(yǎng)生物技術(shù)興趣的良好實(shí)踐教育基地，更是都市人在繁忙工作之余休閑參觀基地。 同時，地球變暖后對農(nóng)業(yè)造成的影響與恐慌，植物工廠也成為人類找到真正無公害對人體及環(huán)境沒有任何殘留與污染的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，它的意義不亞于任何一個時期的農(nóng)業(yè)革命，雖然其推廣離普及還有相當(dāng)時間，但也讓人們意識到克服自然、解決蔬菜與糧食問題、解決環(huán)保綠色與污染問題，甚至，我們可以突發(fā)奇想，如在月球或在太空站建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，這些都需要更多的農(nóng)業(yè)科研人才投入。 植物工廠無疑為科研人員提出方向、開辟思路、提高水平，并在高科技領(lǐng)域中創(chuàng)建一個更廣闊的平臺

6、。同時，這種新型的農(nóng)業(yè)模式，勞動力已得到徹底解放，勞動強(qiáng)度降低，生產(chǎn)場所環(huán)境已完全優(yōu)化，自然風(fēng)險完全解除，在植物工廠內(nèi)會讓生產(chǎn)過程由原來也外勞力付出行變成室內(nèi)智力付出型，這種改變將加速農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平意義是深遠(yuǎn)與巨大的。植物工廠的類型與生產(chǎn)運(yùn)用 什么是植物工廠？植物工廠是一種可在屋內(nèi)耕作農(nóng)作物，利用空調(diào)系統(tǒng)、熒光燈或LED燈等人工光源，人工控制溫度、濕度、光量與光質(zhì)的農(nóng)業(yè)。日本千葉大學(xué)前校長古在豐樹教授在一次訪談中即提到： 完全人工光利用型植物工廠采用了制造業(yè)生產(chǎn)的光源、空調(diào)、測量控制、節(jié)電、隔熱及信息等相關(guān)技術(shù)。從這一意義上來說，植物工廠具有“工業(yè)性”。而植物培育本身又是一種生

7、命現(xiàn)象，需要采用農(nóng)業(yè)和農(nóng)學(xué)相關(guān)的栽培技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，所以又具有“農(nóng)業(yè)性”。不僅二者缺一不可，而且可以說是一種超越了工農(nóng)業(yè)的新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。植物工廠涉及制造業(yè)、服務(wù)業(yè)以及包含福利及保健在內(nèi)的健康產(chǎn)業(yè)。植物工廠是可滿足多樣性需求的產(chǎn)業(yè)，植物工廠是可以同時綜合解決環(huán)保問題、糧食問題、能源資源問題、高齡化及貧富差距問題的基礎(chǔ)技術(shù)之一。 即可看出植物工廠可分為溫室型半天候的植物工廠（荷蘭為此類型的先進(jìn)國家）與封閉型全天候的植物工廠（日本為此類型的先進(jìn)國家）。以封閉型全天候植物工廠來說，主要特點(diǎn)是： 1.植物生長的任何環(huán)境因子都是人工精確化模擬創(chuàng)造，不受外界任何因素的點(diǎn)滴影響，植物生長為數(shù)字可控化，生產(chǎn)除外觀型態(tài)

8、及質(zhì)量一致，且符合標(biāo)準(zhǔn)。此外，在可控精確環(huán)境下，職務(wù)的收獲期是確定的。這種植物工廠能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)如期精準(zhǔn)供應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品，且不受自然病蟲侵害與土壤污染，供給清潔無任何殘留的高檔農(nóng)產(chǎn)品，并按照職務(wù)遺傳基因的性狀最大化表達(dá)，培養(yǎng)出超常規(guī)、超營養(yǎng)價值的農(nóng)產(chǎn)品。 2.植物工廠內(nèi)能按照人工研究的農(nóng)藝參數(shù)為生長創(chuàng)造仿真最佳生長模式，為農(nóng)業(yè)專家的系統(tǒng)的研究與運(yùn)用創(chuàng)造出最好的平臺。在植物工廠中，植物基因能比傳統(tǒng)模式下得到最大化最優(yōu)化的表達(dá)與發(fā)揮，而且可以通過環(huán)境的人為創(chuàng)造，有計(jì)劃或目的性地表達(dá)一些能改善質(zhì)量營養(yǎng)的目標(biāo)基因，培養(yǎng)出常規(guī)環(huán)境不能培育的特色產(chǎn)品。 作為最先進(jìn)的植物栽種模式，在生產(chǎn)上具有以下作用： (1) 單

9、位面積產(chǎn)量是傳統(tǒng)生產(chǎn)的幾十倍甚至上百倍，增產(chǎn)的部分主要是生育周期的栽培天數(shù)大大縮短與復(fù)種指數(shù)提高； (2) 單株的產(chǎn)量，在最適的人工環(huán)境下，能比常規(guī)栽培有更大生物量，在栽培利用空間可提高7-10倍以上，生產(chǎn)效率發(fā)生了質(zhì)的飛躍。 3.植物工廠內(nèi)創(chuàng)造的生長環(huán)境是相對穩(wěn)定的數(shù)字化環(huán)境，植物發(fā)育所需可按專家系統(tǒng)的生長模式設(shè)定的進(jìn)程精確進(jìn)行，如做到何時播種至何時收獲穩(wěn)定如期上市。例如植物工廠內(nèi)小麥的生育期為56天，萵苣的生育期為35天，這些數(shù)據(jù)都會作為精準(zhǔn)栽培計(jì)劃生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，都被錄入計(jì)算器的專家系統(tǒng)。 在植物工廠內(nèi)，可人為控制與啟動對人們需求的基因表達(dá)時間與速度，從而可以培育為人們提供最具營養(yǎng)價值與

10、口味的高檔蔬菜或是反季節(jié)蔬菜；在植物工廠內(nèi)，植物生長多采24小時全天照補(bǔ)光或脈沖式補(bǔ)光，植物同化率得最大化發(fā)揮，光照時間及光質(zhì)可按人們栽培的需要進(jìn)行調(diào)控，使植物光型態(tài)形成實(shí)現(xiàn)科學(xué)化的控制。 4.植物工廠是全封閉的栽培環(huán)境，可做到無菌化、無蟲化生產(chǎn)，因此無須使用殺蟲化學(xué)藥劑，栽培產(chǎn)品是真正綠色無公害食品。 5.植物工廠內(nèi)環(huán)境可控性強(qiáng)，特別是可使栽培環(huán)境二氧化碳濃度提高，使生長的植物光合效率提高數(shù)倍，生物量的形成、營養(yǎng)物質(zhì)的累積也是常規(guī)數(shù)倍。是以，雖然投資設(shè)施較大，但是高度集約栽培模式，不管是勞動力還是能源資源都能最經(jīng)濟(jì)地利用其栽培效率與效益，曾有人做過對照實(shí)驗(yàn)，在常規(guī)溫室栽培蔬菜的相同產(chǎn)量前提下

11、，植物工廠雖投入更高，但產(chǎn)品卻有更大經(jīng)濟(jì)價值。 6.植物工廠雖須依賴專家系統(tǒng)進(jìn)行植物工廠管理，但實(shí)際經(jīng)營者無需掌握與了解太多專業(yè)的農(nóng)業(yè)技術(shù)即可進(jìn)行管理，甚至可實(shí)現(xiàn)無人化、傻瓜化管理。 目前，植物工廠常成為觀光農(nóng)業(yè)開發(fā)的主要項(xiàng)目，也是學(xué)校學(xué)生學(xué)習(xí)生物自然科學(xué)的實(shí)踐教材基地，更是都市城鎮(zhèn)居民感受自然品味的好去處。在中國，植物工廠將成為國內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展中不可或缺的研究課題與發(fā)展方向，也更是未來農(nóng)業(yè)的一種主要模式，估計(jì)在10年后，它會像目前農(nóng)用設(shè)施一樣被普及運(yùn)用，對于先行投入的業(yè)者將會帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)利益與巨大的社會利益。植物工廠的國內(nèi)外研究現(xiàn)況 植物工廠的研究始于1974年，由當(dāng)時就讀東京大學(xué)農(nóng)學(xué)院的高倉

12、直及當(dāng)時隸屬日立制作所中央研究所的高辻正基展開。植物工廠一詞，始于1985年筑波科學(xué)技術(shù)萬國博覽會上植物工廠的實(shí)證展示中，接著1986年，成立了日本植物工廠學(xué)會，2006年，此學(xué)會與日本生物環(huán)境調(diào)節(jié)學(xué)會合并成立日本生物環(huán)境工學(xué)會。 而人工光源型植物工廠，則始于1957年丹麥的Kristensen農(nóng)場，十字花科植物水芹 (cress，荷蘭傳入)的嫩芽生產(chǎn)，在美國，1970年代初期的General Electric 公司，1980年代的General Foods公司、General Mills公司皆展開人工光源型植物工廠的運(yùn)作，但此三家皆因收支不平衡而在1990年代停止運(yùn)作。 自然光型植物工廠的運(yùn)

13、作始于1960年代初期奧地利Rusuna公司的立體式植物工廠，荷蘭的設(shè)施園藝大型化、自動化、信息化則是自1970年代至今穩(wěn)定發(fā)展，至1990年代之后，與自然光型植物工廠名稱相符的植物工廠生產(chǎn)系統(tǒng)開始大規(guī)模地運(yùn)作。 早期人工光源型植物工廠的發(fā)展主要針對隔熱材、自動化設(shè)備、光源種類與效率、空調(diào)設(shè)備效能等。近年來亦針對栽培環(huán)境的控制技術(shù) (包括光環(huán)境溫濕度控制，特別是二氧化碳補(bǔ)充技術(shù))、養(yǎng)液調(diào)整技術(shù)、排水技術(shù)、培地調(diào)整技術(shù)、培地容器技術(shù)、移動技術(shù)、整列技術(shù)、播種與收獲省力化技術(shù)等做更精進(jìn)的研究。 所有研究的重點(diǎn)分別針對產(chǎn)品質(zhì)量提升、生長促進(jìn)、栽培環(huán)境最適化、收獲率提升、病害預(yù)防等方面。 在日本，這些

14、都是目前創(chuàng)導(dǎo)與推廣的高新農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，他們已有成熟的技術(shù)與配套設(shè)施，且都已做到專業(yè)化的程度，依日本農(nóng)林水產(chǎn)省生產(chǎn)局于平成21年(2009年)之規(guī)劃，其植物工廠共分成兩大類型： 1.太陽光與人工光共同使用型； 2.完全控制（人工光源）型。 據(jù)日本千葉大學(xué)古在豐樹教授 ( Professor Toyoki Kozai)之統(tǒng)計(jì)，至2009年5月日本之植物工廠數(shù)目如下：1.兩者光源并用型16家；2. 完全人工光源型34家。其中高壓鈉燈11家，熒光燈型20家，LED型3家。而使用人工光源完全密閉型植物工廠所生產(chǎn)作物以葉菜為主，包括萵苣，菠菜與藥草。如建在愛知縣的芽苗菜工廠一天能生產(chǎn)200萬盤，可供

15、應(yīng)好幾個城市芽苗菜所需。以及在廣島，鹿島集團(tuán)在日本首次開發(fā)出了利用水耕栽培技術(shù)種植中藥甘草的系統(tǒng)。該技術(shù)在2010年年底公布之后，被報(bào)紙及電視等的爭相報(bào)導(dǎo)，也受到了極大的關(guān)注。 此次福島地震災(zāi)變后的重建工作，巖手縣陸前高田市于8月29日公布的草案中，在恢復(fù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部份即提出太陽光利用型植物工廠的計(jì)劃。甚至在后續(xù)城市建設(shè)上，也提出下圖的類似計(jì)劃。 至于，日本在植物工廠的近況，我們以下表做說明。 植物工廠類別完全人工光源型太陽光人工光源并用型經(jīng)營者屬性所有比56 %企業(yè)、32 %生產(chǎn)法人69 %農(nóng)業(yè)生產(chǎn)法人機(jī)構(gòu)、31 %企業(yè)投資金額較高，經(jīng)營者以企業(yè)為主由社會福利法人經(jīng)營運(yùn)作以農(nóng)家為主營運(yùn)場所使用

16、地目除工業(yè)用地外，住宅地及混合地，農(nóng)地轉(zhuǎn)為他用農(nóng)地上，準(zhǔn)工業(yè)地區(qū)（大型企業(yè)經(jīng)營）舉例工業(yè)用地Cosmo Farm巖見澤(北海道)住宅地龜岡Plant(京都府)混合地LA PLANTAY 諏訪(長野縣)混合地Urban Farm(千葉縣)農(nóng)地角田濱農(nóng)場(新潟縣)農(nóng)地久住高原蔬菜工房(大分縣)工業(yè)用地三田溫室(兵庫縣)設(shè)置時間-199518 %29 %1996-200026 %43 %2001-200518 %21 %2006-38 %7%設(shè)施規(guī)模（平方米）實(shí)際設(shè)置面積未達(dá)500 48 %未達(dá)500 27 %500- 1,000 37%500- 1,000 18%1,000-5,000 15 %1

17、,000-5,000 55 %栽培實(shí)際面積未達(dá)500 47 %未達(dá)500 31 %500- 1,000 16%500- 1,000 15%1,000-5,000 16 %1,000-5,000 54 %5,000-10,000 19%5,000-10,000 10,000 - 3%10,000 - 員工規(guī)模10 人以下65 %27 %11-50 人36 %64 %51-100 人9 %栽培品目生菜類色拉菜11色拉菜4韓國生菜6韓國生菜1皺葉生菜11散葉生菜13散葉生菜1幼葉5幼葉1綠葉生菜6綠葉生菜1羅馬生菜2Lollo Rossa2river green1香草類61水菜類4芝麻菜類41萵苣2

18、1（菠菜）1（三葉芹）種苗（西紅柿）42（蕃茄）2（草莓）4（花卉）人工光源高壓鈉燈39 %73%日光燈48 %9%日光燈及LED燈并用10 %9%HEFL3 % 古在豐樹教授提到植物工廠與一般園藝設(shè)施比較，也認(rèn)為存在較多的問題，但同時也有較多的優(yōu)點(diǎn)及可能性。下表為其對植物工廠的分析：植物工廠的優(yōu)點(diǎn)和可能性分析表 優(yōu)點(diǎn)和可能性1 勞動環(huán)境與露天栽培相比較舒適、以輕勞動為主2 透過環(huán)境控制促進(jìn)生育及提升產(chǎn)品質(zhì)量3 透過監(jiān)控環(huán)境與生長情形達(dá)到計(jì)劃生產(chǎn)及安定生產(chǎn)4 透過環(huán)境控制增加作物營養(yǎng)成分與機(jī)能性成分生產(chǎn)技術(shù)5 減少農(nóng)藥、肥料及水的使用量6 提升加工及大量生產(chǎn)時產(chǎn)品的可用率、減少植物殘?jiān)? 昆蟲

19、及異物的入侵減少，可以簡化清洗及調(diào)整作業(yè)，也可減低收成后的調(diào)整成本及風(fēng)險販賣8 即使遇到臺風(fēng)等氣象災(zāi)害也可按照原訂計(jì)劃生產(chǎn)9 人工光源型植物工廠可以在非農(nóng)地及不適合栽培的地方進(jìn)行生產(chǎn)10 人工光源型植物工廠可以建在空閑的辦公室、工廠、倉庫及教室中立地條件11 人工光源型植物工廠透過多層化利用可以提高空間利用效率 其中，以企業(yè)合作提升植物工廠生產(chǎn)技術(shù)的領(lǐng)域有六： 1 人工光源 2 機(jī)械化 3 藉由熱泵、隔熱達(dá)到節(jié)省能源 4 知識集約化 5 營銷 6 開發(fā)多種植物工廠 此外，若能與區(qū)域需求結(jié)合開發(fā)多種植物工廠，將能促進(jìn)地區(qū)活化，落實(shí)在地生產(chǎn)、在地銷售的環(huán)保理念。還有，植物工廠所需勞動皆屬輕量型，投

20、入工作人員限制較低，且不受天候與地形影響，只要有水有電的地方都可量產(chǎn)。以日本北海道巖見澤市的Cosmo Plant Factory，在大雪籠罩的冬季還可生產(chǎn)萵苣。位于山梨縣的大戶屋植物工廠建于2008年，本業(yè)為國際連鎖餐廳，臺灣全島有九家店面。據(jù)該業(yè)者表示，所生產(chǎn)的蔬菜光是供應(yīng)自己的餐廳便嫌不足，業(yè)者告知最大的收獲在于對于本業(yè)經(jīng)營的餐廳可以穩(wěn)定的供應(yīng)蔬菜且全年單一成本價，不會有過去受制于人且全年價格波動大的變量。 在臺灣，80年代臺南農(nóng)業(yè)改良場就成立了第一座芽苗菜植物工廠，內(nèi)部設(shè)施包含播種、傳送、培育、收獲、包裝等全部實(shí)現(xiàn)自動化及機(jī)械化，并結(jié)合電子控制與全面監(jiān)控的環(huán)境控制系統(tǒng)，芽苗菜栽培達(dá)十余

21、層以上，空間利用率極高。而使用自走式光源的日升公司興建蝴蝶蘭種苗植物工廠（兩層樓建筑，各樓層設(shè)有七層的立體化栽培床架）發(fā)展迄今都有十年以上的歷史。1993年國科會研究計(jì)劃中，在評估臺灣發(fā)展精密溫室與植物工廠的可行性時，即認(rèn)知臺灣已具備全環(huán)控精密溫室的發(fā)展條件，值得推廣，并以高經(jīng)濟(jì)價值的作物為首選，譬如花卉作物，以蝴蝶蘭種苗與梗苗的栽培為代表。同時，并將焦點(diǎn)放在相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)，譬如：滅菌系統(tǒng)、人工光源、溫室環(huán)控、熱泵系統(tǒng)與養(yǎng)液循環(huán)水控制等；現(xiàn)階段已完成了全人工光型植物工廠的模型，其他小型系統(tǒng)設(shè)置及家電型與家具型設(shè)備在2010的臺北花博會也展出。 圖1. 日升公司使用自走燈具的蘭花種苗栽培植物

22、工廠 圖2. 位于宜蘭的萵苣栽培植物工廠育苗區(qū) 圖3. 位于宜蘭的萵苣栽培植物工廠量產(chǎn)區(qū) 圖4. 植物工廠家電化與家具化商品 韓國的植物工廠也在幾年前也進(jìn)入研究收獲階段，這幾年在都市中心的餐廳旁建設(shè)小型植物工廠供應(yīng)餐廳所需蔬菜也出現(xiàn)了，去年在首爾市的樂天超商更是出現(xiàn)店產(chǎn)店銷的植物工廠展示與銷售區(qū)，吸引了不少人的眼光。然而，這些工廠內(nèi)栽培的仍然是短期葉菜類，較特殊的是在研究型植物工廠內(nèi)以水耕方式栽培高麗人參。 圖5. 位于韓國首爾市樂天超商內(nèi)的植物工廠圖 6. 韓國的水耕栽培人參 以下為東亞發(fā)展植物工廠的比較表，其中比較產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動力，除了學(xué)界努力外，在日本與中國均由政府大力推動，但日本的產(chǎn)業(yè)界也

23、非常積極（如品項(xiàng)最多，消費(fèi)者的接受度也最高），中國在這一塊則相對乏力。東亞各地發(fā)展完全人工光控制型植物工廠的比較表消費(fèi)者對水耕蔬菜的接受度型態(tài)特色作物驅(qū)動力日本高量產(chǎn)、店鋪、餐廳、貨柜基轉(zhuǎn)作物政府、企業(yè)、學(xué)界中國低示范-政府、學(xué)界韓國普通量產(chǎn)、餐廳、超商韓國人參企業(yè)、政府、學(xué)界臺灣低量產(chǎn)、餐廳、家電蘭花種苗企業(yè)、學(xué)界 最后，植物工廠最特別是節(jié)能化的研究，目前已形成風(fēng)電到生物能的多種能源開發(fā)趨勢；還有利用科學(xué)的反光原理，使工廠內(nèi)光能達(dá)到最大化利用；更有些植物工廠利用微生物發(fā)酵發(fā)電以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)與循環(huán)發(fā)展，因?yàn)椋茉磁c材料是植物工廠普及推廣的限制因子，耗能的最大項(xiàng)目即是補(bǔ)光。 近年來，業(yè)界成功將

24、LED燈發(fā)展成具有特定光譜，可在不影響光合效率下，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換率的最大化。現(xiàn)階段職務(wù)工廠在溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液、EC液溫、溶氧等植物生長相關(guān)因子的在線檢測與反饋死循環(huán)控制皆能做到，甚至可透過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行云運(yùn)算之遠(yuǎn)程監(jiān)控，以及透過衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行全球控制，在視頻監(jiān)控進(jìn)行植物圖像的遠(yuǎn)距離清晰化傳送的全方位監(jiān)控，管理者只需敲擊鍵盤就能進(jìn)行生產(chǎn)指揮的數(shù)字化管理。對于不同栽培植物的專家系統(tǒng)研發(fā)運(yùn)用，管理者也能輕松調(diào)動相關(guān)植物的最佳生長模式，即能進(jìn)行最優(yōu)化的生產(chǎn)管理。甚至有先進(jìn)的植物工廠還安裝植物生理傳感器，實(shí)現(xiàn)植物生長過程中各項(xiàng)生理指標(biāo)的在線檢測，不管是光合效率、呼吸作用、蒸騰系數(shù)、莖流

25、量、果實(shí)膨脹等，都能利用計(jì)算技術(shù)進(jìn)行曲線記載，科研人員可隨時調(diào)出適時的在線資料進(jìn)行科學(xué)研究，為科研人員提供最科學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺。 在先進(jìn)國家也有植物工廠引進(jìn)智能機(jī)器人，進(jìn)行種苗嫁接、插苗、果實(shí)采收，以及走動式管理。在無菌環(huán)境上，則結(jié)合先進(jìn)的奈米材料技術(shù)進(jìn)行物理殺菌，使整個栽培空間實(shí)現(xiàn)了無菌化及自潔化。營養(yǎng)液的供應(yīng)調(diào)配及控制上，如營養(yǎng)液控制中心的建立代替原有復(fù)雜的人工操作，在廢液的處理與再利用上，也能進(jìn)一步改進(jìn)，使栽培成本與環(huán)境排污最大化降低，實(shí)現(xiàn)封閉式自循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的合理建構(gòu)。 總之，從發(fā)達(dá)國家看植物工廠是具有很廣的發(fā)展空間及被看好的發(fā)展趨勢，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種重要發(fā)展模式。再來，我們探討中國的

26、植物工廠發(fā)展，中國近年來，也開始刮起"植物工廠"的熱潮。以"中國消費(fèi)網(wǎng)訊"(中國消費(fèi)者報(bào))兩位李先生對中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)室20平方公尺"植物工廠"之報(bào)導(dǎo)如下： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)實(shí)驗(yàn)室型的"植物工廠"設(shè)在一個20平方米左右的房子里，分布著4個栽培架，每個栽培架有3層，每層上都種滿生菜或小白菜等蔬菜。他們有的白色的光源下生長，有的在藍(lán)色的和紅色的光源下生長。墻上的顯示屏正報(bào)告著室內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)：溫度25.5、環(huán)境相對濕度52.1、二氧化碳濃度1290 ppm。 中國"植物工廠"研究的創(chuàng)始人中國農(nóng)科院農(nóng)

27、業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所楊研究員表示，農(nóng)科院這個只有20平方米的"植物工廠"只是實(shí)驗(yàn)型。目前規(guī)模大的是他們和長春市人民政府合作研制成功并在長春農(nóng)博園區(qū)投入使用的建筑，其面積為200平方米的"植物工廠"。這是中國大陸第一例以智能控制為核心的LED"植物工廠"。另一個更大型植物工廠正在農(nóng)科院東門區(qū)興建。 楊研究員表示，多年來"植物工廠"一直被公認(rèn)為設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的最高階段，是衡量一個國家農(nóng)業(yè)高技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。但是"植物工廠"就像航天工程、磁懸浮、大飛機(jī)等技術(shù)一樣，發(fā)達(dá)國家不會輕易讓外人掌握。這

28、些年來，他曾多次訪問歐洲和日本，但在參觀"植物工廠"時，無論是研究單位還是生產(chǎn)廠商基本都不許拍照，對于一些核心技術(shù)更是避而不談，有時甚至有意把顯示屏上的參數(shù)遮擋起來。中國研究"植物工廠"只能依靠自主研發(fā)。近些年來，在中國農(nóng)業(yè)專家的努力下，中國已經(jīng)研發(fā)出了"植物工廠"中的硬件系統(tǒng)及其相應(yīng)的控制技術(shù)。 現(xiàn)在的"植物工廠"蔬菜還正處于研發(fā)完善階段，因此還沒有大量走向市場。不過他預(yù)言，在不久的將來，越來越多的中國人肯定能吃到"植物工廠"里培育出來的蔬菜。 目前，中國首間量產(chǎn)型植物工廠成立于2009年5月

29、，位于東北的長春市（見圖）；更早的研究示范型植物工廠（見上文報(bào)導(dǎo)），則在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所的頂樓，栽培品項(xiàng)以短期蔬菜為主。近期，農(nóng)機(jī)研究所也在北京通州蓋起植物工廠，包括了完全人工光型與太陽光利用型。作物品項(xiàng)仍是以短期蔬菜作物為主。在國防科技大學(xué)、中國農(nóng)科院及浙江麗水市農(nóng)科所的通力合作下，大致的技術(shù)問題也都迎刃而解，但與國際技術(shù)水平相比，產(chǎn)品的精致上明顯不足。特別是產(chǎn)品的控制系統(tǒng)、建造材料以及設(shè)施部分，正是符合國內(nèi)所需，也能推進(jìn)國內(nèi)植物工廠邁入歷史性的第一步。植物工廠建設(shè)的系統(tǒng)組成與相關(guān)設(shè)施 植物工廠的建造是系統(tǒng)而龐大的工程，所涉及的技術(shù)與材料，都是常規(guī)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)所不能比。以

30、環(huán)境控制部份就涉及12大系統(tǒng)：風(fēng)能光能發(fā)電系統(tǒng)、人工補(bǔ)光系統(tǒng)、噴水加濕系統(tǒng)、空氣循環(huán)流通系統(tǒng)、二氧化碳補(bǔ)充系統(tǒng)、營養(yǎng)液自動調(diào)控系統(tǒng)、物理殺菌系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、立體式栽培系統(tǒng)、視頻監(jiān)控圖像傳送系統(tǒng)、計(jì)算器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、廢物的再循環(huán)利用系統(tǒng)等，與這些系統(tǒng)組成的學(xué)科則包括生物技術(shù)、計(jì)算器環(huán)境控制技術(shù)、物理材料技術(shù)、能源綜合利用技術(shù)、規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品加工儲藏技術(shù)等（如下表），進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)、合理規(guī)劃及嚴(yán)格實(shí)施才能完成。因此，必須利用各個學(xué)科、各個部門的相互合作及配合的前提下，才能實(shí)施建造，同時，在建造前必須要讓工程施工者對各個系統(tǒng)要有充分認(rèn)識，對各個設(shè)施及材料要有全面了解。以下就植物工廠建設(shè)所需的

31、設(shè)施及材料采購，做簡單說明：基本技術(shù)生長的定量化和生長促進(jìn)共通技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水耕栽培技術(shù)移動栽培技術(shù)密植栽培技術(shù)各式自動化技術(shù)保溫?cái)酂豳Y材的選定與利用完全控制型光源與照明設(shè)計(jì)最適當(dāng)?shù)目照{(diào)設(shè)計(jì)太陽光利用型與綜合型最適當(dāng)?shù)目刂萍夹g(shù)熱線吸取、反射資材的開發(fā) 1.風(fēng)能太陽能發(fā)電裝置：植物工廠屬于電力農(nóng)業(yè)范疇，所涉及的每塊運(yùn)行系統(tǒng)都離不開電力，如環(huán)境模擬、工廠操作、人員管理都需要用電，因此，如何實(shí)現(xiàn)能源利用的節(jié)能化是建造植物工廠需要考慮的核心問題。加上，有些植物工廠是建立在無電力供應(yīng)的地方，如何進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，更是一大挑戰(zhàn)。至于能源部分，以水資源利用最為廣泛，另還有火力發(fā)電（煤或石油）、核發(fā)電、沼氣發(fā)電等

32、發(fā)電模式，這些發(fā)電都有其局限性；只有太陽能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電才具有運(yùn)用的普遍性。在實(shí)踐上，往往將兩者結(jié)合設(shè)計(jì)，達(dá)到能源供應(yīng)的互補(bǔ)。 2.環(huán)境閉鎖密封系統(tǒng)：植物工廠是在全封閉的環(huán)境下建構(gòu)職務(wù)種植系統(tǒng)，它要求栽培環(huán)境不受任何外界氣候因子的影響，因此，須利用隔熱避光與防風(fēng)的材料進(jìn)行廠房建設(shè)，以最佳隔熱性能實(shí)現(xiàn)能量耗損最少化與節(jié)能化，并根據(jù)冷庫設(shè)計(jì)的隔熱原理，以15CM后的泡沫絕熱板做為建材，在國外，如日本則選用工業(yè)用格熱塑料板材，相對成本更高。在接縫時須密接良好，以免透風(fēng)而影響植物工廠內(nèi)的人工生態(tài)環(huán)境。在建造隔熱密封系統(tǒng)時，須加入承載力的考慮；同時，在隔熱板內(nèi)外面都要噴涂反光層，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)環(huán)境補(bǔ)光及與外環(huán)

33、境日照影響的最小化，一般來說，植物工廠多以溫室大棚，如在一般廠房或室內(nèi)進(jìn)行植物工廠，可考慮在室內(nèi)墻壁套建泡沫房，達(dá)到環(huán)境因子影響最小化。近年來水墻的興起，其效果遠(yuǎn)超過泡沫房。 3.人工補(bǔ)光系統(tǒng)：植物工廠內(nèi)補(bǔ)光系統(tǒng)是最重要的范疇，因?yàn)樗菢?gòu)成植物生長量的主要能源，沒有光照，植物光合作用就不能進(jìn)行，一切代謝與活動所需的能量都僅能靠它供應(yīng)。根據(jù)科學(xué)家對光照的研究顯示，植物光合作用單元的葉綠素對于特定波段的光源有嗜好性。如紅光、藍(lán)光、遠(yuǎn)紅光外，其他光質(zhì)的利用轉(zhuǎn)換率即不高。因此，一般植物工廠多選擇紅藍(lán)光（紅藍(lán)光是指一定波段范圍，絕不是將白光燈泡面裝上紅色或藍(lán)色玻璃紙）為人工補(bǔ)光系統(tǒng)，通常的撘配比例是R/

34、B為10-5/1，而且光周其通常采用24小時全光照補(bǔ)光與400US脈沖補(bǔ)光相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)光照光合作用的最大化。 隨著LED技術(shù)發(fā)展，目前新建造植物工廠多采用LED做為補(bǔ)光源，除具有安裝方便、光合效率高、節(jié)能省電之優(yōu)勢，且LED系冷光源，栽培時可貼近植物表面進(jìn)行補(bǔ)光，既不發(fā)熱，也不改變環(huán)境或燒傷植物。至于LED補(bǔ)光燈主要有燈罩式、平板反光式及燈串式，可按栽培生產(chǎn)的實(shí)際需要做改變。如多層次的立體栽培架，可在架間設(shè)計(jì)反光裝置，以提高光源利用率。此外，LED補(bǔ)光燈也有防水防濕的作用，在高溫環(huán)境也不影響其壽命，是當(dāng)前植物工廠內(nèi)補(bǔ)光系統(tǒng)的最佳選擇，因此，日本又稱LED植物工廠。 4.噴水加濕系統(tǒng)：植物工廠

35、內(nèi)環(huán)境濕度的控制與管理即是利用本系統(tǒng)完成，目前植物工廠的噴水加濕方法有迷霧微噴法與超音波霧化加濕法兩種。本系統(tǒng)主要針對植物工廠內(nèi)小環(huán)境氣候的創(chuàng)造發(fā)揮作用，對需水量大的植物如芽苗菜等采微噴法，對需水較少的植物如蔬菜或瓜果栽培，因只需要保持一定空氣濕度，即可采用超音波霧化加濕法。此外，噴水加濕除創(chuàng)造適合的濕度環(huán)境外，也可除去空氣中懸浮的微小塵粒，也可追加根外追肥或殺菌技術(shù)。 5.空氣循環(huán)流通系統(tǒng)：植物生長環(huán)境有微風(fēng)吹撫葉片表面，因此植物的氣孔吸收二氧化碳的數(shù)量會明顯增多，一般以每分鐘3-4米的微風(fēng)為最佳，因此，在植物工廠的空間內(nèi)需均勻安裝小風(fēng)扇，在走道上方、在層架之間、在隔板內(nèi)外，這些通風(fēng)裝置可使

36、植物工廠內(nèi)氣體分部與環(huán)境溫濕度更加均勻與一致，特別是二氧化碳具有下沉性，通過對流通風(fēng)能讓植物表面均勻供氣。另外，對流通風(fēng)對育苗工廠可大幅提高育苗密度，提高空間利用率，并結(jié)合物理殺菌，實(shí)現(xiàn)栽培空間空氣無菌化。 6.二氧化碳補(bǔ)充系統(tǒng)：二氧化碳是植物的糧食，是光合作用最重要的參與者，植物工廠能有超量之生產(chǎn)潛能，與植物工廠內(nèi)二氧化碳強(qiáng)制供給有關(guān)，更是本系統(tǒng)的技術(shù)核心。首先，二氧化碳在有限的栽培空間內(nèi)消耗與遞減是非常快的，如果沒有外源氣體供應(yīng)，植物工廠內(nèi)生長的植物會因缺乏二氧化碳而生長不良，除了二氧化碳?xì)怏w之供應(yīng)外，還要設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)，在二氧化碳的沉降性下，一般都從工廠頂端輸入為佳。在植物工廠內(nèi)，一般二氧

37、化碳的濃度需求為1000-1500PPM為最好，而濃度的精準(zhǔn)控制則以二氧化碳的濃度傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測。二氧化碳?xì)庠催x擇，一般是以二氧化碳鋼瓶進(jìn)行供氣。 7.營養(yǎng)液自動控制與供給系統(tǒng)：本系統(tǒng)為植物生長提供適合配方與濃度的氧分輸送系統(tǒng)，也可分為輸送部份與調(diào)控部分，輸送部分由管道連接而成，調(diào)控部分由營養(yǎng)池液、母液儲存罐及各種養(yǎng)分探測投與自動控制組成。此部分可參照水培系統(tǒng)。由于職務(wù)生長的良窳，在環(huán)境氣候因子確定下，再就由營養(yǎng)液配方來決定，因此，調(diào)控中心需完成EC值、PH值、溶氧、液溫的調(diào)節(jié)與控制，這些都是通過計(jì)算器控制系統(tǒng)來完成，亦稱為營養(yǎng)液調(diào)控中心。此外，營養(yǎng)液池還需設(shè)計(jì)營養(yǎng)液的殺菌消毒系統(tǒng)，利用它

38、回流已污染的營養(yǎng)液進(jìn)行凈化，循環(huán)利用。是以本系統(tǒng)的安裝與使用相對較復(fù)雜，目前國內(nèi)外，都已有成套的營養(yǎng)液調(diào)控設(shè)備與技術(shù)。 8.物理殺菌系統(tǒng)：雖然植物工廠是相對封閉的環(huán)境下進(jìn)行生產(chǎn)與操作，但難免一些生產(chǎn)過程或植物生長過程會導(dǎo)致菌類滋生與蔓延，使生產(chǎn)過程難以實(shí)現(xiàn)真正免農(nóng)藥栽培，針對此問題，必須利用物理殺菌技術(shù)作為主要解決方案，以實(shí)現(xiàn)無公害綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)。在分析容易攜帶進(jìn)入植物工廠的細(xì)菌會有以下幾個環(huán)節(jié)：為操作人員攜帶、內(nèi)外環(huán)境通風(fēng)對流及生產(chǎn)工具三部份。因此，如進(jìn)入植物工廠所有人員必須先進(jìn)行換鞋更衣與殺菌消毒，殺菌室一般設(shè)于入口處緩沖間；為防止內(nèi)外對流時空氣帶菌，在可通過的入氣口加上空氣殺菌裝置，或空

39、氣過濾裝置，通常兩者結(jié)合最宜。至于室內(nèi)殺菌目前最好的方法是利用電功能水，由于電功能水具有強(qiáng)大殺菌能力，可在1-10分鐘內(nèi)把細(xì)菌、真菌及病菌殺死，以及電功能水的強(qiáng)氧性與強(qiáng)還原性，殺菌后對環(huán)境不會殘留，在日本植物工廠已普遍采用。 9.溫度控制系統(tǒng)：一切植物生長發(fā)育都必須在一定溫度條件下進(jìn)行正常生理活動與代謝；過高或過低溫度對植物生長都是不利，在植物工廠內(nèi)為產(chǎn)生更好栽培效果，對環(huán)境溫度控制更須嚴(yán)格。目前植物工廠環(huán)境溫度是通過溫度傳感器及自動控制來實(shí)現(xiàn)，而加溫或冷凝則是由空調(diào)機(jī)、加熱用熱風(fēng)爐、暖氣片，有些植物工廠甚至用半導(dǎo)體加溫或冷凝，主要在成本低、安裝方便及因地制宜。 10.立體式栽培系統(tǒng)：栽培系統(tǒng)

40、是由栽培床或槽及立體式栽培架所組成，是植物生長固定場所，也是營養(yǎng)一供應(yīng)及植物生長場所，設(shè)計(jì)有平面式栽培床及立體式栽培架，有些工廠也會采用移動式栽培床，以充分利用栽培空間。 11.計(jì)算器自動控制及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)：本系統(tǒng)為植物工廠的大腦核心，前面的系統(tǒng)皆是配合及服務(wù)本系統(tǒng)而設(shè)定。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)為植物工廠的大腦，一切環(huán)境因子的創(chuàng)造及栽培因子的監(jiān)測與控制，都是透過本系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。如溫度傳感器檢測到溫度高于設(shè)定值，計(jì)算器系統(tǒng)會發(fā)出降溫指令，冷凝系統(tǒng)即會進(jìn)行降溫；當(dāng)溫度下降至設(shè)定值時，計(jì)算器系統(tǒng)又會發(fā)出加溫指令，啟動加溫設(shè)備。至于光照及濕度控制及營養(yǎng)液濃度及溶氧控制，則是透過本系統(tǒng)的閉鎖反饋控制來執(zhí)行環(huán)境因子的相對穩(wěn)定性，沒有本系統(tǒng)，植物工廠