從國家層面來看，眾所周知，從2004年到15年，中央一號文件將發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作為國家長期發(fā)展戰(zhàn)略，保障國家糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品有效供應(yīng)。如何保證？無非是增加糧食產(chǎn)量和供應(yīng)。從國際層面來看，聯(lián)合國人口基金會宣布2014年全球人口為77億。據(jù)聯(lián)合國預(yù)測，2050年全球人口將達(dá)到96億，2100年全球人口將達(dá)到110億，我們需要加50%，我們需要相對增加糧食和農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)。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(jì)末，世界或中國人口對農(nóng)產(chǎn)品和糧食的需求不僅增加了數(shù)量，而且質(zhì)量安全需求也急劇增加。首先，從農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)方面分析其供應(yīng)能力。

首先，國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，田地生產(chǎn)，其生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性正在下降。為什么？首先，從土地、水肥、人力資源等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源的數(shù)量和質(zhì)量來看，資源正在下降。

二是農(nóng)業(yè)環(huán)境污染、自然災(zāi)害頻繁、季節(jié)性干擾大。大田農(nóng)業(yè)受到季節(jié)性干擾，北方冬季無法進(jìn)行大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

三是人為干預(yù)能力差，生產(chǎn)能力逐漸缺失。

基于上述原因，我們希望設(shè)施農(nóng)業(yè)。首先，低端設(shè)施農(nóng)業(yè)在中國表現(xiàn)為塑料袋溫室和太陽能溫室。其生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性相對較差，主要是因為設(shè)施相對簡單，人工干預(yù)和監(jiān)管能力相對較差。增加和穩(wěn)定生產(chǎn)的潛力有限。我們該怎么辦？結(jié)合我們的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，解決方案只能是這樣的：我們可以升級和創(chuàng)新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，提高農(nóng)業(yè)設(shè)備水平，以工業(yè)理念發(fā)展農(nóng)業(yè)。這句話是李克強(qiáng)總理2015年提出的，只有這樣，我們才能利用有限的資源和空間，大大提高農(nóng)業(yè)的質(zhì)量和效率。

第二個是植物工廠。在這種背景下，植物工廠應(yīng)運(yùn)而生。植物工廠發(fā)展非?？?。我們應(yīng)該感謝這兩位科學(xué)家。在國際上，日本千葉大學(xué)前校長古在豐樹教授是日本乃至世界植物工廠技術(shù)設(shè)備和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)始人和倡導(dǎo)者。他出版了《人工光性植物工廠》和《太光利用植物工廠》。在中國，植物工廠技術(shù)設(shè)備和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)始人和倡導(dǎo)者是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊奇長的研究員，本世紀(jì)初，他提倡植物工廠技術(shù)和led《設(shè)施園藝半導(dǎo)體照明》將于2016年出版。

植物工廠的定義是通過設(shè)施中的高精度環(huán)境控制實現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)不受自然條件的限制，是一種高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。它主要分為兩類：人工光植物工廠和太陽能植物工廠。2.左下角是人工光植物工廠，右下角是太陽能植物工廠。

你可以看看設(shè)施園藝的發(fā)展過程（2），從天空農(nóng)業(yè)到簡單的塑料溫室、太陽能溫室，到當(dāng)前的聯(lián)動溫室和人工光植物工廠?？梢园l(fā)現(xiàn)，這是通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密封性、自動化水平和控制水平來提高其生產(chǎn)能力的。從這一發(fā)展背景來看，借助工程技術(shù)設(shè)備，提高了人類控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的能力。

植物工廠的優(yōu)勢

植物工廠有很多優(yōu)點(diǎn)：

一是不受外部氣候影響，生產(chǎn)能力相對穩(wěn)定；

二是土地和空間資源利用效率較高；

三是其生產(chǎn)要素，自動化程度較高，可按計劃生產(chǎn)，產(chǎn)量較高；

第四，比較本質(zhì)的好處是無污染的，基本上不會產(chǎn)生害蟲，不用施農(nóng)藥也能消除重金屬；

第五，可以調(diào)節(jié)農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)成分。在田間，蔬菜的營養(yǎng)質(zhì)量可控性很差。在設(shè)施條件下，可以調(diào)動所有設(shè)施管理要素和生產(chǎn)要素，提高蔬菜的營養(yǎng)質(zhì)量，擴(kuò)大有益營養(yǎng)物質(zhì)的合成積累；

六是滿足島嶼、太空農(nóng)業(yè)等特殊場合作物生產(chǎn)需求；

七是規(guī)?？纱罂尚?，無所不能，用途廣泛；

八、植物工廠采用LED照明技術(shù)裝備，這是它的優(yōu)勢。因為LED照明能大大提高植物廠的空間效率，提高生產(chǎn)效率；

九、植物廠采用水肥一題化技術(shù)裝備，體現(xiàn)自動化程度。

植物工廠技術(shù)發(fā)展難點(diǎn)

就我個人而言，我認(rèn)為植物工廠的發(fā)展具有這些特點(diǎn)。其發(fā)展目標(biāo)主要是實現(xiàn)高質(zhì)量、高產(chǎn)量和商業(yè)利潤。這兩個目標(biāo)相輔相成。實現(xiàn)高質(zhì)量和高產(chǎn)量的可能性更高。

技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)應(yīng)該是作物類型及其生物特征，對生物規(guī)律的理解應(yīng)該是其他技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。技術(shù)發(fā)展的方式應(yīng)該是生產(chǎn)要素耦合控制技術(shù)和設(shè)備的創(chuàng)新。只有根據(jù)作物的需要調(diào)節(jié)植物工廠作物生產(chǎn)的所有要素，才能最大限度地節(jié)約能源，最大限度地提高效率。

植物工廠技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀：一是成本高、周期長、參數(shù)多、耦合交互多，迫切需要產(chǎn)業(yè)、大學(xué)和研究的結(jié)合。第二，仍以科研單位為主體，企業(yè)研發(fā)比例增加（示范基地上市只是說明了這一點(diǎn)）。第三，它已經(jīng)從研發(fā)帶產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)產(chǎn)業(yè)研發(fā)的產(chǎn)業(yè)。示范項目呈現(xiàn)出百花齊放、百家爭鳴的趨勢產(chǎn)業(yè)和研發(fā)應(yīng)發(fā)揮良性循環(huán)的作用。

技術(shù)難點(diǎn)分為兩部分，一部分是植物工廠生產(chǎn)監(jiān)管單向技術(shù)發(fā)展的難點(diǎn)。主要有六個困難：一是節(jié)能降耗，包括LED如何運(yùn)行更節(jié)能有效的光源、環(huán)境控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；二是智能環(huán)境控制、耦合控制、高效利用資源；三是農(nóng)產(chǎn)品保健質(zhì)量控制技術(shù)、功能性營養(yǎng)植物強(qiáng)化等；四是營養(yǎng)配方和光配方，一直是一個非常重要的問題；五是水肥一體化技術(shù)設(shè)備，我們需要建立一個更合理的栽培平臺，開發(fā)更好的栽培設(shè)備；第六，自動化技術(shù)設(shè)備的生產(chǎn)管理，我國植物工廠機(jī)器人、自動化設(shè)備的應(yīng)用仍相對缺乏。

第二部分的困難是生產(chǎn)監(jiān)管系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的困難。有四個困難，一個是植物工廠生產(chǎn)植物產(chǎn)品的類型和效益，生產(chǎn)不同的植物類型與你的效益密切相關(guān)，它們之間的定量關(guān)系，我們需要做大量的研究工作；另一個是植物工廠的規(guī)模和效益，不同的投資和產(chǎn)出，這是直線關(guān)系還是其他關(guān)系，還需要進(jìn)一步研究；第三，植物工廠的智能水平和效益，我們的植物工廠的自動化水平最有利于利潤，最有利于推廣，這也需要研究；第四，植物工廠建設(shè)區(qū)域和效益關(guān)系，如城市、農(nóng)村或華南、華北，我們需要進(jìn)一步研究。

植物工廠技術(shù)發(fā)展對策

最后，簡要介紹了植物工廠技術(shù)發(fā)展的對策和個人觀點(diǎn)，僅供參考。一是科技研發(fā)水平。一是開展植物生產(chǎn)要素需求規(guī)律研究，了解農(nóng)業(yè)生物環(huán)境學(xué)、營養(yǎng)生理學(xué)和分子生物學(xué)，建立基于植物種類和品種的營養(yǎng)和環(huán)境配方大數(shù)據(jù)。

二是開展植物工廠工程設(shè)備研發(fā)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程設(shè)備、栽培與水肥一體化工程設(shè)備、照明工程設(shè)備、環(huán)境要素智能控制工程設(shè)備等。

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

在成果轉(zhuǎn)化和示范驗證層面，一是建立典型氣候區(qū)植物工廠示范項目，二是建立規(guī)模差異化植物工廠示范項目，三是建立各種植物類型的植物工廠示范項目，四是建立智能物聯(lián)網(wǎng)植物工廠示范項目。通過建立示范項目，獲得一些運(yùn)行參數(shù)，為植物工廠的標(biāo)準(zhǔn)化、推廣和應(yīng)用提供技術(shù)支持。