植物工廠可行性報(bào)告

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(chǎng)，它是日本80年代就已研發(fā)與運(yùn)用的一個(gè)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)工程，當(dāng)時(shí)在日本海洋博覽館展出了單株13000多個(gè)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(shí)，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開展，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(guó)、以色列、荷蘭等農(nóng)業(yè)興旺國(guó)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，讓大家趨之假設(shè)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(guó)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?qǐng)A，資金的投入也是門坎。而隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)科技的迅猛開展，以及人們對(duì)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(guó)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開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較，并大大降低單位栽培面積的運(yùn)用本錢。這些都直接降低植物工廠的建設(shè)本錢，也將為植物工廠落實(shí)中國(guó)農(nóng)業(yè)開展開辟出嶄新空間。緣起依據(jù)聯(lián)合國(guó)人口署的預(yù)估，2010與2050年的全球人數(shù)將會(huì)是68.6億與91.7億，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織在2009年同時(shí)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2009~2010年間，糧食供給量只足夠供給59億人。到2050年要喂飽91.7億人，糧食供給量必須到達(dá)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(duì)無法供給足夠糧食。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(shì)。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(xiǎn)。因此很明顯，提高單位面積產(chǎn)能是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)開展的關(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，亦可防止受到風(fēng)災(zāi)、雨災(zāi)等的影響，加上逐年擴(kuò)大產(chǎn)能更可防止產(chǎn)銷失衡，防止現(xiàn)地耕除的浪費(fèi)，以及逐年減少對(duì)農(nóng)業(yè)災(zāi)害損失的補(bǔ)貼，滿足消費(fèi)者對(duì)食的平安的最根本需求。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(huì)效益與科研價(jià)值。如，日本的植物工廠由原先地上開展成地下，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)從田野搬至都市，除了生產(chǎn)外，更重要是為都市開啟一扇認(rèn)識(shí)農(nóng)業(yè)、認(rèn)識(shí)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(shí)，地球變暖后對(duì)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(duì)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(gè)時(shí)期的農(nóng)業(yè)革命，雖然其推廣離普及還有相當(dāng)時(shí)間，但也讓人們意識(shí)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)立一個(gè)更廣闊的平臺(tái)。同時(shí)，這種新型的農(nóng)業(yè)模式，勞動(dòng)力已得到徹底解放，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，生產(chǎn)場(chǎng)所環(huán)境已完全優(yōu)化，自然風(fēng)險(xiǎn)完全解除，在植物工廠內(nèi)會(huì)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)開展，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(zhǎng)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(cè)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)、效勞業(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(shí)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根底技術(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(guó)家〕與封閉型全天候的植物工廠〔日本為此類型的先進(jìn)國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)為數(shù)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)供給農(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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(zhǎng)創(chuàng)造仿真最正確生長(zhǎng)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(tái)。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，有方案或目的性地表達(dá)一些能改善質(zhì)量營(yíng)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)的局部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(zhǎng)環(huán)境是相對(duì)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(zhǎng)模式設(shè)定的進(jìn)程精確進(jìn)行，如做到何時(shí)播種至何時(shí)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(huì)作為精準(zhǔn)栽培方案生產(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(dòng)對(duì)人們需求的基因表達(dá)時(shí)間與速度，從而可以培育為人們提供最具營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(zhǎng)多采24小時(shí)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(shí)間及光質(zhì)可按人們?cè)耘嗟男枰M(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(zhǎng)的植物光合效率提高數(shù)倍，生物量的形成、營(yíng)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(dòng)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(duì)照實(shí)驗(yàn)，在常規(guī)溫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(jià)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(yíng)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)的主要工程，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(guó)，植物工廠將成為國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)開展中不可或缺的研究課題與開展方向，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(huì)像目前農(nóng)用設(shè)施一樣被普及運(yùn)用，對(duì)于先行投入的業(yè)者將會(huì)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)利益與巨大的社會(huì)利益。植物工廠的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)況植物工廠的研究始于1974年，由當(dāng)時(shí)就讀東京大學(xué)農(nóng)學(xué)院的高倉(cāng)直及當(dāng)時(shí)隸屬日立制作所中央研究所的高辻正基展開?！钢参锕S」一詞，始于1985年筑波科學(xué)技術(shù)萬國(guó)博覽會(huì)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(huì)，2006年，此學(xué)會(huì)與日本生物環(huán)境調(diào)節(jié)學(xué)會(huì)合并成立日本生物環(huán)境工學(xué)會(huì)。而人工光源型植物工廠，那么始于1957年丹麥的Kristensen農(nóng)場(chǎng)，十字花科植物水芹(cress，荷蘭傳入)的嫩芽生產(chǎn)，在美國(guó)，1970年代初期的GeneralElectric公司，1980年代的GeneralFoods公司、GeneralMills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)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(dòng)化、信息化那么是自1970年代至今穩(wěn)定開展，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開展主要針對(duì)隔熱材、自動(dòng)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(duì)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(dòng)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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提升、生長(zhǎng)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，這些都是目前創(chuàng)導(dǎo)與推廣的高新農(nóng)業(yè)工程，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(ProfessorToyokiKozai)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，可供給好幾個(gè)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(zhēng)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方案。甚至在后續(xù)城市建設(shè)上，也提出下列圖的類似方案。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(yíng)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(yíng)者以企業(yè)為主由社會(huì)福利法人經(jīng)營(yíng)運(yùn)作以農(nóng)家為主營(yíng)運(yùn)場(chǎng)所使用地目除工業(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(yíng)〕舉例工業(yè)用地CosmoFarm巖見澤(北海道)住宅地龜岡Plant(京都府)混合地LAPLANTAY諏訪(長(zhǎng)野縣)混合地UrbanFarm(千葉縣)農(nóng)地角田濱農(nóng)場(chǎng)(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(kù)縣)設(shè)置時(shí)間-199518%29%1996-200026%43%2001-200518%21%2006-38%7%設(shè)施規(guī)?！财椒矫住硨?shí)際設(shè)置面積未達(dá)50048%未達(dá)50027%500-1,00037%500-1,00018%1,000-5,00015%1,000-5,00055%栽培實(shí)際面積未達(dá)50047%未達(dá)50031%500-1,00016%500-1,00015%1,000-5,00016%1,000-5,00054%5,000-10,00019%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(guó)生菜－6韓國(guó)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－2－LolloRossa－2－rivergreen－1－香草類61水菜類4－芝麻菜類41萵苣21〔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(shí)也有較多的優(yōu)點(diǎn)及可能性。下表為其對(duì)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(dòng)環(huán)境與露天栽培相比較舒適、以輕勞動(dòng)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(zhǎng)情形到達(dá)方案生產(chǎn)及安定生產(chǎn)4透過環(huán)境控制增加作物營(yíng)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(shí)產(chǎn)品的可用率、減少植物殘?jiān)?昆蟲及異物的入侵減少，可以簡(jiǎn)化清洗及調(diào)整作業(yè)，也可減低收成后的調(diào)整本錢及風(fēng)險(xiǎn)販賣8即使遇到臺(tái)風(fēng)等氣象災(zāi)害也可按照原訂方案生產(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(cāng)庫(kù)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、隔熱到達(dá)節(jié)省能源4知識(shí)集約化5營(yíng)銷6開發(fā)多種植物工廠此外，假設(shè)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(dòng)皆屬輕量型，投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CosmoPlantFactory，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(guó)際連鎖餐廳，臺(tái)灣全島有九家店面。據(jù)該業(yè)者表示，所生產(chǎn)的蔬菜光是供給自己的餐廳便嫌缺乏，業(yè)者告知最大的收獲在于對(duì)于本業(yè)經(jīng)營(yíng)的餐廳可以穩(wěn)定的供給蔬菜且全年單一本錢價(jià)，不會(huì)有過去受制于人且全年價(jià)格波動(dòng)大的變量。在臺(tái)灣，80年代臺(tái)南農(nóng)業(yè)改進(jìn)場(chǎng)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(dòng)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〕開展迄今都有十年以上的歷史。1993年國(guó)科會(huì)研究方案中，在評(píng)估臺(tái)灣開展精密溫室與植物工廠的可行性時(shí)，即認(rèn)知臺(tái)灣已具備全環(huán)控精密溫室的開展條件，值得推廣，并以高經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shí)，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(tái)北花博會(huì)也展出。圖1.日升公司使用自走燈具的蘭花種苗栽培植物工廠圖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(guó)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)小型植物工廠供給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(guó)首爾市樂天超商內(nèi)的植物工廠圖6.韓國(guó)的水耕栽培人參以下為東亞開展植物工廠的比較表，其中比較產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動(dòng)力，除了學(xué)界努力外，在日本與中國(guó)均由政府大力推動(dòng)，但日本的產(chǎn)業(yè)界也非常積極〔如品項(xiàng)最多，消費(fèi)者的接受度也最高〕，中國(guó)在這一塊那么相對(duì)乏力。東亞各地開展「完全人工光控制型」植物工廠的比較表消費(fèi)者對(duì)水耕蔬菜的接受度型態(tài)特色作物驅(qū)動(dòng)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(guó)低示范--政府、學(xué)界韓國(guó)普通量產(chǎn)、餐廳、超商韓國(guó)人參企業(yè)、政府、學(xué)界臺(tái)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(shì)；還有利用科學(xué)的反光原理，使工廠內(nèi)光能到達(dá)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)開展，因?yàn)椋茉磁c材料是植物工廠普及推廣的限制因子，耗能的最大工程即是補(bǔ)光。近年來，業(yè)界成功將LED燈開展成具有特定光譜，可在不影響光合效率下，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換率的最大化?，F(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(yíng)養(yǎng)液、EC液溫、溶氧等植物生長(zhǎng)相關(guān)因子的在線檢測(cè)與反應(yīng)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(duì)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(dòng)相關(guān)植物的最正確生長(zhǎng)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(zhǎng)過程中各項(xiàng)生理指標(biāo)的在線檢測(cè)，不管是光合效率、呼吸作用、蒸騰系數(shù)、莖流量、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(shí)調(diào)出適時(shí)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(tái)。在先進(jìn)國(guó)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(dòng)式管理。在無菌環(huán)境上，那么結(jié)合先進(jìn)的奈米材料技術(shù)進(jìn)行物理殺菌，使整個(gè)栽培空間實(shí)現(xiàn)了無菌化及自潔化。營(yíng)養(yǎng)液的供給調(diào)配及控制上，如營(yíng)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)，使栽培本錢與環(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，從興旺國(guó)家看植物工廠是具有很廣的開展空間及被看好的開展趨勢(shì)，是未來農(nóng)業(yè)開展的一種重要開展模式。再來，我們探討中國(guó)的植物工廠開展，中國(guó)近年來，也開始刮起"植物工廠"的熱潮。以"中國(guó)消費(fèi)網(wǎng)訊"(中國(guó)消費(fèi)者報(bào))兩位李先生對(duì)中國(guó)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(guó)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(gè)20平方米左右的房子里，分布著4個(gè)栽培架，每個(gè)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(zhǎng)，有的在藍(lán)色的和紅色的光源下生長(zhǎng)。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(duì)濕度52.1％、二氧化碳濃度1290ppm。中國(guó)"植物工廠"研究的創(chuàng)始人－中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)開展研究所楊研究員表示，農(nóng)科院這個(gè)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(zhǎng)春市人民政府合作研制成功并在長(zhǎng)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(guó)大陸第一例以智能控制為核心的LED"植物工廠"。另一個(gè)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)開展的最高階段，是衡量一個(gè)國(guó)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，興旺國(guó)家不會(huì)輕易讓外人掌握。這些年來，他曾屢次訪問歐洲和日本，但在參觀"植物工廠"時(shí)，無論是研究單位還是生產(chǎn)廠商根本都不許拍照，對(duì)于一些核心技術(shù)更是避而不談，有時(shí)甚至有意把顯示屏上的參數(shù)遮擋起來。中國(guó)研究"植物工廠"只能依靠自主研發(fā)。近些年來，在中國(guó)農(nóng)業(yè)專家的努力下，中國(guó)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)?，F(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(chǎng)。不過他預(yù)言，在不久的將來，越來越多的中國(guó)人肯定能吃到"植物工廠"里培育出來的蔬菜。目前，中國(guó)首間量產(chǎn)型植物工廠成立于2009年5月，位于東北的長(zhǎng)春市〔見圖〕；更早的研究示范型植物工廠〔見上文報(bào)導(dǎo)〕，那么在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)開展研究所的頂樓，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(guó)防科技大學(xué)、中國(guó)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(guó)際技術(shù)水平相比，產(chǎn)品的精致上明顯缺乏。特別是產(chǎn)品的控制系統(tǒng)、建造材料以及設(shè)施局部，正是符合國(guó)內(nèi)所需，也能推進(jìn)國(guó)內(nèi)植物工廠邁入歷史性的第一步。圖7.中國(guó)長(zhǎng)春的植物工廠植物工廠建設(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(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)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)科那么包括生物技術(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(chǔ)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(gè)學(xué)科、各個(gè)部門的相互合作及配合的前提下，才能實(shí)施建造，同時(shí)，在建造前必須要讓工程施工者對(duì)各個(gè)系統(tǒng)要有充分認(rèn)識(shí)，對(duì)各個(gè)設(shè)施及材料要有全面了解。以下就植物工廠建設(shè)所需的設(shè)施及材料采購(gòu)，做簡(jiǎn)單說明：根本技術(shù)生長(zhǎng)的定量化和生長(zhǎng)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(dòng)栽培技術(shù)

密植栽培技術(shù)

各式自動(dòng)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給的地方，如何進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，更是一大挑戰(zhàn)。至于能源局部，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)，到達(dá)能源供給的互補(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)，以最正確隔熱性能實(shí)現(xiàn)能量耗損最少化與節(jié)能化，并根據(jù)冷庫(kù)設(shè)計(jì)的隔熱原理，以15CM后的泡沫絕熱板做為建材，在國(guó)外，如日本那么選用工業(yè)用格熱塑料板材，相對(duì)本錢更高。在接縫時(shí)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(shí)，須參加承載力的考慮；同時(shí)，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)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，到達(dá)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(zhǎng)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(dòng)所需的能量都僅能靠它供給。根據(jù)科學(xué)家對(duì)光照的研究顯示，植物光合作用單元的葉綠素對(duì)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，一般植物工廠多項(xiàng)選擇擇紅藍(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/B為10-5/1，而且光周其通常采用24小時(shí)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)開展，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(shì)，且LED系冷光源，栽培時(shí)可貼近植物外表進(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)的最正確選擇，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(duì)植物工廠內(nèi)小環(huán)境氣候的創(chuàng)造發(fā)揮作用，對(duì)需水量大的植物如芽苗菜等采微噴法，對(duì)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(zhǎng)環(huán)境有微風(fēng)吹撫葉片外表，因此植物的氣孔吸收二氧化碳的數(shù)量會(huì)明顯增多，一般以每分鐘3-4米的微風(fēng)為最正確，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(duì)流通風(fēng)能讓植物外表均勻供氣。另外，對(duì)流通風(fēng)對(duì)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給，植物工廠內(nèi)生長(zhǎng)的植物會(huì)因缺乏二氧化碳而生長(zhǎng)不良，除了二氧化碳?xì)怏w之供給外，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)，一般二氧化碳的濃度需求為1000-1500PPM為最好，而濃度的精準(zhǔn)控制那么以二氧化碳的濃度傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。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(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)控制與供給系統(tǒng)：本系統(tǒng)為植物生長(zhǎng)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)控局部，輸送局部由管道連接而成，調(diào)控局部由營(yíng)養(yǎng)池液、母液儲(chǔ)存罐及各種養(yǎng)分探測(cè)投與自動(dòng)控制組成。此局部可參照水培系統(tǒng)。由于職務(wù)生長(zhǎng)的良窳，在環(huán)境氣候因子確定下，再就由營(yíng)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(yíng)養(yǎng)液調(diào)控中心。此外，營(yíng)養(yǎng)液池還需設(shè)計(jì)營(yíng)養(yǎng)液的殺菌消毒系統(tǒng)，利用它回流已污染的營(yíng)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(duì)較復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)外，都已有成套的營(yíng)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(duì)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(zhǎng)過程會(huì)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(duì)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(huì)有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：為操作人員攜帶、內(nèi)外環(huán)境通風(fēng)對(duì)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(duì)流時(shí)空氣帶菌，在可通過的入氣口加上空氣殺菌裝置，或空氣過濾裝置，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)復(fù)原性，殺菌后對(duì)環(huán)境不會(huì)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(zhǎng)發(fā)育都必須在一定溫度條件下進(jìn)行正常生理活動(dòng)與代謝；過高或過低溫度對(duì)植物生長(zhǎng)都是不利，在植物工廠內(nèi)為產(chǎn)生更好栽培效果，對(duì)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(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)，而加溫或冷凝那么是由空調(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，主要在本錢低、安裝方便及因地制宜。10.立體式栽培系統(tǒng)：栽培系統(tǒng)是由栽培床或槽及立體式栽培架所組成，是植物生長(zhǎng)固定場(chǎng)所，也是營(yíng)養(yǎng)一供給及植物生長(zhǎng)場(chǎng)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(huì)采用移動(dòng)式栽培床，以充分利用栽培空間。11.計(jì)算器自動(dòng)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)皆是配合及效勞本系統(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(cè)與控制，都是透過本系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。如溫度傳感器檢測(cè)到溫度高于設(shè)定值，計(jì)算器系統(tǒng)會(huì)發(fā)出降溫指令，冷凝系統(tǒng)即會(huì)進(jìn)行降溫；當(dāng)溫度下降至設(shè)定值時(shí)，計(jì)算器系統(tǒng)又會(huì)發(fā)出加溫指令，啟動(dòng)加溫設(shè)備。至于光照及濕度控制及營(yíng)養(yǎng)液濃度及溶氧控制，那么是透過本系統(tǒng)的閉鎖反應(yīng)控制來執(zhí)行環(huán)境因子的相對(duì)穩(wěn)定性，沒有本系統(tǒng)，植物工廠即無