“從國家層面來看，大家都知道從04年到15年，中央1號文件把發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)保障國家糧食安全，保障農(nóng)產(chǎn)品有效供給，作為國家長期發(fā)展戰(zhàn)略。怎么保障？無非就是要增加糧食的產(chǎn)量，增加食物的供應。從國際層面來看，聯(lián)合國人口基金會公布2014年全球人口數(shù)量是77億。據(jù)聯(lián)合國預測，2050年全球人口達到96億，2100年將達到110億，將增加50%的人口，我們需要相對增加糧食和農(nóng)產(chǎn)品的供給。”中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員劉文科在第二屆農(nóng)業(yè)照明發(fā)展論壇上提到。

　　以下是其演講實錄：

　　植物工廠的發(fā)展背景

　　到21世紀末，全世界或者我國人口的增加對農(nóng)產(chǎn)品及糧食的需求，不僅是數(shù)量，還有質(zhì)量上面的安全需求急劇增加。首先從農(nóng)產(chǎn)品的供應端來分析一下它的供給能力。

　　一是全國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，大田露地生產(chǎn)，它的產(chǎn)能和穩(wěn)定性在降低。為什么？首先是資源在下降，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源的數(shù)量和質(zhì)量，比如說土地、水肥、人力資源，數(shù)量和質(zhì)量都在下降。

　　其次是農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染、自然災害頻發(fā)、季節(jié)干擾大。大田農(nóng)業(yè)受季節(jié)干擾很大，北方在冬季根本無法進行大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

　　三是人為干預能力差，生產(chǎn)能力逐漸在缺失。

　　基于上述原因，我們寄希望于設施農(nóng)業(yè)，一是低端的設施農(nóng)業(yè)，在我國表現(xiàn)為塑料袋大棚、日光溫室。它的產(chǎn)能和穩(wěn)定性比較差，主要是設施比較簡陋，人為干預調(diào)控的能力也比較差。增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的潛力有限，怎么辦？結合我們的技術發(fā)展現(xiàn)狀，解決辦法只能是這樣的：我們可以通過升級創(chuàng)新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，提升農(nóng)業(yè)裝備的級別，用工業(yè)的理念發(fā)展農(nóng)業(yè)。這句話是李克強總理2015年提出來的，通過工程技術裝備手段大幅度促進農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效，只有通過這種方法，我們才能用有限的資源、有限的空間生產(chǎn)更多的糧食和食物。

　　二是植物工廠。在這種背景下，植物工廠應運而生。植物工廠發(fā)展非?？?，應該要感謝兩位科學家。在國際上，日本千葉大學原校長古在豐樹教授，他是日本乃至世界植物工廠技術裝備及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的奠基人和倡導者，出版了《人工光性植物工廠》、《太光光利用型植物工廠》等著作。在中國，植物工廠技術裝備及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的奠基人和倡導者就是中國農(nóng)業(yè)科學院楊其長研究員，他在本世紀初就倡導植物工廠技術和LED農(nóng)業(yè)照明技術，出版了幾本著作，2016年即將出版《設施園藝半導體照明》。

　　植物工廠的定義就是通過設施內(nèi)高精度環(huán)境控制實現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)不受或很少受自然條件的制約，是一種高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。它主要分兩類，一是人工光植物工廠和二是太陽光植物工廠。圖2中這兩幅圖，左下角是人工光植物工廠，右下角是太陽光植物工廠。

　　大家可以看一看設施園藝發(fā)展過程（圖2），由靠天吃飯的大田露地農(nóng)業(yè)到簡單的塑料大棚、日光燈溫室、到現(xiàn)在的聯(lián)動溫室和人工光植物工廠?？梢园l(fā)現(xiàn)這都是通過圍護結構密閉性的提高和自動化水平、管控水平的提高來提高它的產(chǎn)能。從這個發(fā)展脈絡來看，人類控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的能力，是借助工程技術的裝備來得以提升的。

　　植物工廠的優(yōu)勢

　　植物工廠有非常多的優(yōu)勢：

　　一是它不受外界氣侯的影響，生產(chǎn)能力比較穩(wěn)定；

　　二是土地和空間資源的利用效率比較高；

　　三是它的生產(chǎn)要素，自動化程度比較高，可以按計劃生產(chǎn)，產(chǎn)量比較高；

　　四是比較本質(zhì)的一個好處——無污染，基本上它不發(fā)生蟲害，不用施農(nóng)藥，也可以杜絕重金屬；

　　五是農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)成分可以調(diào)控，在大田里面，蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)可控性很差。我們在設施條件下，可以調(diào)動所有的設施管理要素、生產(chǎn)要素來提高蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)，也可以擴大增加有益營養(yǎng)成分的合成積累；

　　六是滿足特殊場合的農(nóng)作物生產(chǎn)需求，例如島嶼、太空農(nóng)業(yè)；

　　七是規(guī)?？纱罂尚?，無所不能，它的用途非常多；

　　八是植物工廠采納LED照明技術裝備，這是它的優(yōu)勢。因為LED照明可以極大提升植物工廠的空間效率，提升生產(chǎn)效率；

　　九是植物工廠采納水肥一題化技術裝備，這樣自動化程度才有體現(xiàn)。

　　植物工廠技術發(fā)展難點

　　我個人認為植物工廠發(fā)展有這幾個特征，它的發(fā)展目標，主要是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、商業(yè)化盈利。這兩個是相輔相成的目標，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，盈利的可能性就高一些。

　　技術發(fā)展基礎應該是作物種類及其生物學特性，生物學規(guī)律的認識應該是其他技術發(fā)展的基礎。技術發(fā)展的途徑應該是生產(chǎn)要素耦合調(diào)控技術裝備創(chuàng)新，我們只有把植物工廠作物生產(chǎn)的所有要素調(diào)控，按照作物的需求進行耦合的調(diào)控，才能最大程度節(jié)能，最大程度的高效。

　　植物工廠技術研發(fā)現(xiàn)狀：一是成本高、周期長，參數(shù)多，耦合交互多，亟待產(chǎn)學研結合。二是仍以科研單位為主體，企業(yè)研發(fā)比重增加（示范基地的掛牌正好說明了這點）。三是已由研發(fā)帶產(chǎn)業(yè)向產(chǎn)業(yè)促研發(fā)轉變，示范工程呈現(xiàn)百花齊放、百家爭鳴的態(tài)勢，產(chǎn)業(yè)和研發(fā)應該起到良性循環(huán)的作用。

　　技術難點分兩部分，一部分是植物工廠生產(chǎn)調(diào)控單向技術發(fā)展的難點。這其中主要有6個難點：一是節(jié)能降耗的問題，包括LED光源如何運行更加節(jié)能有效，環(huán)控執(zhí)行機構等；二是智能環(huán)境控制問題，耦合控制、資源高效利用；三是農(nóng)產(chǎn)品保健品質(zhì)調(diào)控技術，功能營養(yǎng)物植物強化等；四是營養(yǎng)配方與光照配方問題，這一直是非常重要的問題；五是水肥一體技術裝備，我們要構建更合理的栽培平臺，研發(fā)更好的栽培裝備；六是生產(chǎn)管理自動化技術裝備，我們現(xiàn)在國內(nèi)的植物工廠機器人、自動化裝備應用還是比較欠缺的。

　　第二部分的難點是生產(chǎn)調(diào)控系統(tǒng)技術發(fā)展難點。這里面有四個難點，一是植物工廠生產(chǎn)植物產(chǎn)品類型與效益關系，生產(chǎn)不同的植物種類和你的效益息息相關，他們之間的定量關系到底怎樣，需要我們做很多的研究工作；二是植物工廠建造規(guī)模與效益關系，建造的植物工廠規(guī)模不一樣，投入不一樣，產(chǎn)出也不一樣，這是不是一個直線關系或其他關系，也需要進一步研究；三是植物工廠智能化水平與效益關系，我們的植物工廠到底自動化水平達到多高最有利于盈利，最有利于推廣，這也需要研究；四是植物工廠建造區(qū)域與效益關系，例如建在城市周邊，還是鄉(xiāng)村，或者是華南華北，是不是都有不同的關系，我們需要更深入的研究。

　　植物工廠技術發(fā)展的對策

　　最后簡單介紹下植物工廠技術發(fā)展的對策，個人觀點，僅供參考。首先是科技研發(fā)層面，一是針對性開展植物工廠植物生產(chǎn)要素需求規(guī)律研究，懂農(nóng)業(yè)生物環(huán)境學、營養(yǎng)生理學、分子生物學，建立基于植物種類及品種的營養(yǎng)與環(huán)境配方大數(shù)據(jù)。

　　二是開展植物工廠工程裝備研發(fā)工作，圍護結構工程裝備、栽培與水肥一體化工程裝備、照明工程裝備、環(huán)境要素智能控制工程裝備等。

　　三是開展植物工廠高校調(diào)控的技術方法研發(fā)工作，以優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)為目標，生產(chǎn)要素時空耦合調(diào)控技術方法研究，才能更有利于植物發(fā)展生育。

　　在成果轉化與示范驗證層面，一是建立典型氣候區(qū)植物工廠示范工程；二是建立規(guī)模尺度差異性植物工廠示范工程；三是建立多種植物種類的植物工廠示范工程；四是建立智能化物聯(lián)網(wǎng)植物工廠示范工程。通過示范工程的建立，通過一年或者是幾年的運行，得到一些運行參數(shù)，為植物工廠的標準化、推廣應用提供技術支撐。