中国农业大学贺冬仙教授分别以“植物工厂的概念与国内外发展现状”“人工光型植物工厂技术进展与典型案例”“太阳光型植物工场技术进展与典型案例”“家庭植物工厂技术进展与典型案例”“我国植物工厂发展的思考”为题，系统的介绍“植物工厂”的概念以及经典案例，分析“植物工厂”发展中存在的问题和误区，提出适应中国国情的“植物工厂”解决方案。从本期开始，我们以连载的形式刊发，敬请期待。

植物工厂的概念

按照严格的定义，完全在可控环境下进行工业化生产植物产品的设施才能称其为“植物工厂”或“植物工场”。日本千叶大学的古在丰树教授把植物工厂分为“人工光型植物工厂”“太阳光型植物工场”及“太阳光与人工光并用型植物工场”。简而言之，人工光植物工厂就是完全使用人工光源、进行多层立体栽培植物的设施，类似于工业化工厂实现了标准化流程的订单式规模生产，可简称为人工光植物工厂；太阳光型及其与人工光并用型植物工场就是不补光或补光的大型温室设施，实现了高效节能的规模化量产，可简称为太阳光型或自然光型植物工场。家庭植物工厂、集装箱式植物工厂、小型植物工厂等概念应该说是植物工厂技术的衍生词，因其不具备工业化生产流程和规模化量产的特征，故不能称其为真正意义上的“植物工厂”。关于“植物工厂”还是“植物工场”的术语用词，笔者认为，具有工业化生产工艺流程，能够实现标准化、规范化、规模化的周年稳定生产的商业化人工光型设施可以称为“植物工厂”，但对于其常规的温室设施来讲，即使是具有一定规模并能实现周年稳定生产的补光型或不补光设施都应称其为“植物工场”，而不是“植物工厂”。从准确描述设施类型和生产特点的角度出发，“植物工厂”和“植物工场”的音同字不同，应区别使用。家庭植物工厂或集装箱型植物工厂等词尽管已被市场所接受，但不能等同于这种设备就是植物工厂，如果作为产品建议使用“植物光照盒”“植物栽培箱”等符合其设备特点的专用术语来定义。

人工光型植物工厂的国内外现状

人工光型植物工厂是2000年日本千叶大学古在研究组开发的密闭式植物生产系统的基础上进行产业化而发展的一项新技术。在日本福岛核泄漏事件背景下和日本政府的大力支持下，商业化生产的人工光型植物工厂在日本已经有近250个，其中30%是盈利的、50%可以持平，还有20%处于赤字经营，涉及植物种类不仅有生菜、菠菜、冰草等叶菜，还有草莓、药草和种苗等（图1）。不仅是科研界，电子、医疗、能源、材料、房地产等产业界和私人企业也大量投资开发植物工厂技术，包含人工光型植物工厂涉及的人工光源、节能调控、系统设计与建设、营销策略与市场开拓，还研究如何调控植物的二次代谢和功能性成分等。日本植物工厂研究会的日企成员多达80多个，定期或不定期地开展植物工厂学习和培训会，在提高自身技术水平的同时积极开拓海外市场，以期在人工光型植物工厂领域处于国际领先地位，并能够成为农业领域的经济支柱型产业。相对比日本产业界对人工光型植物工厂产业转型的关注，中国台湾和韩国则是LED生产厂家直接开展了人工光型植物工厂的技术研发与商业化示范推广，美国则是以垂直农业模式和LED创新应用在推动该技术，荷兰等欧洲发达国家则以飞利浦和PlantLab等大公司和Waheninggen UR的Greenhouse Horticulture Team科研院所合作开展了LED立体栽培和温室补光的试验示范，至今未曾开展商业化普及推广。相对比日本的技术和产业发展，我国还没有1座真正意义上的商业化的人工光型植物工厂。

近20年来，尽管我国有将近6000多个农业科技观光园，几乎都建有示范性的组培大楼和大型温室设施，新建园区也建有示范性的人工光型植物工厂，但其规模小、能耗高、无法实现周年连续稳定生产，故不能称其为植物工厂。近年来，不少LED厂家扩展了植物生长灯和植物工厂等业务，宣称其有植物工厂的整体解决方案，但未曾看到具有一定商业化推广前景的示范性设施或生产模式。中国科技部于2013～2017年在现代农业领域以863项目形式启动了“智能化植物工厂生产技术研究（2013AA103000）”专项，投资了4611万国拨经费开展植物工厂技术研发，但到目前为止还未取得突破性进展以支撑大规模、商业化的植物工厂生产（表1）。因此，人工光型植物工厂技术在中国还处于商业化推广之前的研发阶段。

太阳光型及其与人工光并用型植物工场的国内外现状

太阳光型植物工场及其与人工光并用型植物工场是从荷兰的高产高效温室生产转化而来的植物工厂技术。荷兰是一个温光等自然环境较差的国家，经过65年的技术发展，荷兰温室番茄产量每年以6.5%的速率稳定增长，其平均产量水平已经超过70 kg/m2，很多公司的温室番茄单产均已超过90 kg/m2，温室产品的75%全部出口，温室类型以文洛式玻璃温室为主，是真正意义上的设施园艺强国（图2）。荷兰主流的温室蔬菜生产基本为3～10 hm2规模，近年来已有多家50 hm2以上规模。除大公司以外，温室种植农户也常以合作社方式扩大规模以降低包装和销售成本。荷兰的叶菜类温室生产基本为不补光温室，即太阳光型植物工场，果菜类温室生产基本为补光温室即太阳光与人工光并用型植物工场。目前，荷兰Royal Pride公司的温室生产标准和其牵头组织的Harvest House销售公司已经结成联盟，累计设施面积占荷兰温室蔬菜种植总面积的1/5。可以说，荷兰在太阳光及其与人工光并用型植物工场技术领域是真正的世界领先，已经成为其经济支柱型产业支撑。相对比，尽管日本和韩国的设施园艺技术远远落后于荷兰，但也走出了一条适合当地农业发展的道路。日本和韩国大多以3000～5000 m2的塑料温室规模进行家庭经营，只有为数不多的大公司的温室生产规模会超过3～4 hm2，其果菜和叶菜的温室生产比较稳定，平均产量水平为荷兰的一半。为了追赶荷兰温室园艺技术进展，日本提出了“低段高密度”等分茬栽培模式以抗衡荷兰式“长季节吊蔓”栽培模式，温室番茄目标产量为50 kg/m2，目前已有成套化的资材和技术配套推广该技术。韩国则期待利用农业互联网（Internet of Farm）等信息化技术（Information Communications Technology）将温室农户联营，通过直营和联营农场的网络化高端技术支撑，提高设施产量、促进产业发展。日本的种苗生产企业的专业化程度很高，效益也很好，无论是太阳光型种苗生产还是人工光型种苗生产均走在了世界前列。

相对比荷兰的1万hm2温室，日本和韩国有5万hm2温室面积，我国设施园艺面积在205万hm2以上数据来源农业机械司2104年统计年报。我国北方的主要设施类型为日光温室和春秋大棚，南方的主要设施类型为塑料大棚和遮雨棚，具有环境控制功能的连栋温室面积较少。在“九五”和“十五”期间，科技部以工厂化农业专项资助大力促进了我国设施园艺尤其是温室建设技术的发展，国家也投资建设了很多大型的农业科技示范园。事实上，设施园艺产业得到大力发展的并不是连栋温室建设技术，而是日光温室和塑料大棚等简易设施。“十一五”期间，科技部启动管控一体化等国家科技支撑专项资助以期通过自动化的环境控制和精准管理水平的提高以促进温室产量和设施效益，但是效果并不显著。“十二五”期间，科技界的研究重点转向日光温室智能环控、水肥一体化、太阳能主动蓄放热、热泵加温等一系列研发项目以863项目和国家科技支撑项目的形式出现。“十三五”期间，减农药和减化肥、育种与装备成为首期启动的重大研发计划，期待这些科研项目能从提高设施产量和增加设施效益的角度解决我国设施园艺产业的问题，促进产业发展。

*项目支持：科技部863项目“植物工厂立体多层栽培系统及其关键技术与装备”（2013AA103002）和“植物工厂网络化控制系统研究”（2013AA102005）。

作者简介：贺冬仙（1970-），女，山西太谷人，教授，博士，博士生导师。