植物工廠可行性實(shí)施分析報告.doc

1、植物工廠可行性實(shí)施分析p 報告植物工廠可行性報告 植物工廠最早起于日本，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 2

2、0_倍，生菜 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)?，植物工廠生產(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

3、接降低植物工廠的建設(shè)成本，也將為植物工廠落實(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，2021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2021年同時也發(fā)布了全球饑餓人口超過9.6億的報導(dǎo)。換言之，在20212021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20_ 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

4、，沒有趨緩的趨勢。南北極冰原、極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)

5、下的地下室，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從田野搬至都市，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

6、在高科技領(lǐng)域中創(chuàng)建一個更廣闊的平臺。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，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、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)

7、性”。而植物培育本身又是一種生命現(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、能資問題、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)

8、字可控化，生產(chǎn)除外觀型態(tài)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

9、下作用：(1) 單位面積產(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

10、培育為人們提供最具營養(yǎng)價值與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資都能最經(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

11、室栽培蔬菜的相同產(chǎn)量前提下，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

12、當(dāng)時就讀東京大學(xué)農(nóng)學(xué)院的高倉直及當(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198_年，成立了日本植物工廠學(xué)會，20_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

13、然光型植物工廠的運(yùn)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。早期人工光型植物工廠的發(fā)展主要針對隔熱材、自動化設(shè)備、光種類與效率、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

14、本，這些都是目前創(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(2021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）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2021年5月日本之植物工廠數(shù)目如下：1.兩者光并用型16家；2.完全人工光型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)20_萬盤，可供應(yīng)好幾個城

15、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2021年年底公布之后，被報紙及電視等的爭相報導(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 完全人工光型 太陽光 人工光并用型 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 以農(nóng)家為主 由社會福利法人經(jīng)營運(yùn)作 營運(yùn)場所 使

16、用地目 除工業(yè)用地外，住宅地及混 農(nóng)地上，準(zhǔn)工業(yè)地區(qū)（大型企業(yè) 合地，農(nóng)地轉(zhuǎn)為他用 經(jīng)營） 舉例 工業(yè)用地 Cosmo Farm 巖見澤 農(nóng)地角田濱農(nóng)場(新潟縣) ( ( 北海道) ) 農(nóng)地久住高原蔬菜工房(大分 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) ) 縣) 工業(yè)用地三田溫室(兵庫縣) 設(shè)置時間 -1995 18 29 1996-20_ 26 43 20_1-20_5 18 21 20_6- 38 7 設(shè)施規(guī)模 實(shí)際設(shè)置面積 未達(dá) 500 48 未達(dá) 500 27 （平方米） 500- - 1

17、,000 37 500- 1,000 18 1,000- - 5,000 15 1,000-5,000 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 6 韓國生菜1 皺葉生菜 11 散葉生菜 13 散葉生菜1 幼葉5 5 幼葉1 綠葉生菜6 6 綠葉生菜1 羅馬生菜2 2 Lollo Rossa 2 2 river green 1 1 香草類 6 6 1 水菜類 4 4 芝麻菜類 4 4 1 萵苣 2 2 1（菠菜）1（三葉芹） 種苗（西紅柿） 4 4 2（蕃茄） 2（草莓） 4（花卉） 人工光 高壓鈉燈 39 73 日光燈 48 9 日光燈及 LED 燈并用 10 9 HEFL 3 3 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p ：植物工廠的優(yōu)點(diǎn)和可能性分析