科技日報記者 李均 策劃 趙英淑 滕繼濮

一排排高達20米的種植架整齊排列，生菜、羽衣甘藍、雞毛菜等16層蔬菜正被LED燈光照耀，在不同配方的生長盒中悄然生長。傳感器實時采集生長數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)街悄鼙O(jiān)測平臺……

立冬時節(jié)，記者走進位于山東膠州的國內首家百萬級無菌自動化微模塊植物工廠，看到8臺機器人正自由穿梭，負責全流程管理。這一植物工廠投產(chǎn)剛剛滿月，預計達產(chǎn)后日均出產(chǎn)500公斤蔬菜。

“植物工廠的技術手段，可讓農業(yè)種植擺脫對自然環(huán)境的依賴。”負責其運營的青島上合富士康智慧農業(yè)科技有限公司總經(jīng)理谷宇告訴記者。

延續(xù)數(shù)千年的傳統(tǒng)農耕，正以顛覆性的智能植物工廠形態(tài)嶄露頭角。它結合光電技術與生物學技術，代表著未來農業(yè)的發(fā)展方向，并呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展勢頭。數(shù)據(jù)顯示，截至2024年，我國植物工廠數(shù)量已增長至493座。

然而，在繁榮景象背后，植物工廠發(fā)展也正面臨困境——建設與運營成本高昂、種植品種有限、人才配置不足等問題，正在制約著這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴張

植物工廠最早出現(xiàn)于20世紀50年代。1957年，丹麥建立了全球第一座植物工廠；1960年，美國通用電氣公司研發(fā)了世界首個完全利用人工光的植物工廠。

我國植物工廠建設起步較晚，但起點高、發(fā)展快。2009年，中國農業(yè)科學院環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所成功研發(fā)國內首個智能型人工光植物工廠。

隨著LED節(jié)能光源創(chuàng)制、光溫耦合節(jié)能環(huán)境控制、營養(yǎng)液栽培、智能化管控等技術的進步，植物工廠呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢。

植物工廠是一種通過高科技手段精確控制環(huán)境，有計劃、有標準、高效率地生產(chǎn)農產(chǎn)品的系統(tǒng)。憑借“空間折疊”“環(huán)境控制”“智能種菜”三大核心優(yōu)勢，植物工廠在立體栽培和無土培養(yǎng)條件下種植出高品質蔬果，打破了傳統(tǒng)農業(yè)對自然環(huán)境的高度依賴，有望將農業(yè)生產(chǎn)帶入一個全新領域。

湖南大學經(jīng)濟與貿易學院副院長曹二保介紹：“植物工廠有效提升了土地資源的利用率，既是創(chuàng)業(yè)者和就業(yè)者的可選項之一，也是城市農業(yè)的可行方案之一。”

植物工廠不僅是一種先進的農業(yè)技術，更是一項具有戰(zhàn)略意義的技術儲備。當疫情等公共事件突發(fā)，或在航空航天、遠洋航行、邊疆戍守等特殊場景的保障供應方面，植物工廠可憑借不受空間限制、穩(wěn)定生產(chǎn)的優(yōu)勢，發(fā)揮關鍵作用。

為進一步鼓勵這一現(xiàn)代農業(yè)模式發(fā)展，我國接連出臺政策措施，為植物工廠建設按下“加速鍵”。

從《全國現(xiàn)代設施農業(yè)建設規(guī)劃（2023—2030年）》到《關于踐行大食物觀構建多元化食物供給體系的意見》《人工光型植物工廠光環(huán)境技術規(guī)范》，近兩年，國家層面接連出臺政策，推動植物工廠在城市布局并統(tǒng)一光環(huán)境標準。

在政策引領下，滬浙川魯?shù)鹊匮杆俑M，下發(fā)文件支持植物工廠發(fā)展，一些制造企業(yè)、平臺企業(yè)、生物企業(yè)甚至房地產(chǎn)企業(yè)紛紛入局。

在經(jīng)濟發(fā)展活躍的長三角地區(qū)，植物工廠產(chǎn)品消費潛力巨大。今年以來，多個大型植物工廠項目接連在上海落地。目前，位于青浦區(qū)的白鶴數(shù)智草莓植物工廠項目正在加緊建設，有望于今年底運營；浦東新區(qū)則在建設亞洲最大的商業(yè)化運營植物工廠。

此外，在江蘇、福建、湖北、西藏等地，不再“靠天吃飯”的植物工廠也在加速崛起。

時下，西南地區(qū)最大的規(guī)模化立體栽培草莓智慧工廠迎來了首個豐果期。11月4日，記者從這家植物工廠了解到，這里每天產(chǎn)出200千克新鮮草莓，并第一時間進入四川成都各大商超。

“由于采用超高層立體種植，產(chǎn)量是傳統(tǒng)地栽草莓的30至40倍。”項目運營方、中農億享農業(yè)科技有限公司生產(chǎn)管理中心負責人趙中瑩介紹，該植物工廠可實現(xiàn)草莓的全年無間斷高效生產(chǎn)，真正實現(xiàn)了向空間要產(chǎn)量的愿景。

發(fā)展面臨三重困境

今年，四川省農業(yè)機械科學研究院程方平科研團隊圍繞植物工廠的關鍵技術裝備開展研究，他認為，植物工廠作為設施農業(yè)發(fā)展的高級形式，在提高農業(yè)生產(chǎn)效率、保障食品安全、緩解糧食危機、實現(xiàn)農業(yè)高品質生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展等方面都具有重要的意義。

盡管前景廣闊，但這一領域目前正普遍面臨著“一高一窄一低”三重門，這些問題導致90%以上的植物工廠運營企業(yè)處于虧損狀態(tài)，行業(yè)發(fā)展面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

首先，植物工廠的建設與運營成本居“高”不下。在建設成本方面，據(jù)統(tǒng)計，2024年，我國植物工廠建設規(guī)模為27.47億元，建設均價約為5780元/平方米。然而在實際建設中，多數(shù)項目的單方造價遠高于該平均水平。

通常，建設成本涵蓋多層栽培架、環(huán)境控制系統(tǒng)、營養(yǎng)液循環(huán)裝置等專業(yè)化設備，其中進口LED燈板單價高達數(shù)千元，智能控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)費用更是數(shù)以百萬計。此外，廠房改造需滿足無菌生產(chǎn)要求，隔熱材料、防蟲網(wǎng)等配套設施進一步提高了建設門檻。

去年12月，第四屆“多多農研科技大賽”在上海收官。從六支闖入決賽的團隊支出情況來看，僅搭建一座20尺的集裝箱植物工廠，單方造價就已超過萬元。

放眼全國各地布局的植物工廠，種植1千克生菜需要消耗10度電左右，運營成本占總成本比例較高。葉菜俠（山東）農業(yè)科技有限公司負責人解曉巍透露，LED植物照明、空調能耗等能源成本占60%左右，設備維護成本和營養(yǎng)液成本各占10%左右，人工成本占15%左右。

“我們測算發(fā)現(xiàn)，當前通過植物工廠種植1千克生菜的綜合成本在10元錢左右，加上設備折舊成本，售價起碼在15元每千克才能保本。”上海市農業(yè)科學院植物工廠團隊王虹博士告訴記者，在夏季高溫時，植物工廠為維持穩(wěn)定溫度，能耗成本會更高。

受種植成本高、技術能力欠缺、市場認可度不足等因素影響，植物工廠往往偏向于種植翻茬率高、生長較快的品種，直接導致其種植品類偏窄。記者調查發(fā)現(xiàn)，當前多數(shù)植物工廠的種植品類呈現(xiàn)“三足鼎立”態(tài)勢：綠葉蔬菜占比超60%，藥用植物育苗約占20%，剩余為草莓等經(jīng)濟作物，果菜、花卉等的技術儲備明顯不足。業(yè)內人士介紹，葉菜生長周期短、LED光照需求低，成為企業(yè)降低風險的“安全牌”，但這種單一的種植結構難以滿足消費者的多元化需求。

“在我國發(fā)展植物工廠，必須進行本土化轉型。比如上海消費者喜歡風味強烈的霜打菜和雞毛菜。”解曉巍認為，植物工廠要通過品種與消費者建立聯(lián)系，不能僅著眼模式化的蔬菜種植。

“我們試種過番茄、辣椒等果菜，但溫控、光控等能耗成本比葉菜高3倍，零售價起碼30元每斤才能回本，市場接受度有限。”江蘇一家植物工廠運營企業(yè)負責人劉科坦言，“我們也不愿意冒險。”

“植物工廠種植能夠利用環(huán)境的高度可控性，充分發(fā)揮出產(chǎn)品的最佳品質、顏色、營養(yǎng)、質地、產(chǎn)量和口感，是高端設施農業(yè)發(fā)展的重要方向。”上海市農業(yè)科學院智慧農業(yè)研究中心研究員丁小濤表示，植物工廠發(fā)展需要通過不斷技術創(chuàng)新來降低建設和能耗等運營成本，同時需要政府積極引導，并加大補貼等政策支持。

人才配置“低”、專業(yè)運營人才匱乏也是制約植物工廠發(fā)展的關鍵因素之一。通常，一家種植面積5000平方米以上的中型植物工廠，需配置環(huán)境工程師、植物生理專家、設備運維專員、生產(chǎn)管理員及市場對接人員，他們必須具有跨學科知識儲備。

“植物工廠對人才的跨界要求，遠超傳統(tǒng)農業(yè)或工業(yè)領域的想象。”植物工廠運營機構上海墨泉生物有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人林維輝認為，現(xiàn)在頭部企業(yè)在推“數(shù)字孿生”系統(tǒng)，運營者得根據(jù)三維模型里的虛擬植株生長狀態(tài)調整控制系統(tǒng)，這些要求令傳統(tǒng)農業(yè)工作者難以勝任。

更加現(xiàn)實的挑戰(zhàn)在于，復合型人才的薪資預期與行業(yè)現(xiàn)階段盈利水平存在矛盾。

“有經(jīng)驗的農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程師，跳槽去工業(yè)領域能拿更高薪水，植物工廠只能靠情懷留人。”林維輝說。

植物工廠突圍之路

面對植物工廠的發(fā)展瓶頸，行業(yè)正多方尋求破局之道。

節(jié)能技術創(chuàng)新是降低成本的關鍵。中國農業(yè)科學院科研團隊基于對植物光生物學的深入研究，提出了植物“光配方”概念，根據(jù)不同作物的生長特性，科學調配不同波長光譜比例，構建了75種作物、1200多種光配方，實現(xiàn)了光的精準調控，目前每千克蔬菜所需電量從10度以上降低到了7.2度。

“我們未來的目標是將光源能耗進一步降低至每千克蔬菜4度電左右，讓垂直植物工廠蔬菜的生產(chǎn)成本接近大棚蔬菜。”中國植物工廠奠基人、中國農業(yè)科學院都市農業(yè)研究所首席科學家楊其長說。

光伏直供是另一條降本途徑。北京平谷的“空中苗圃”和江蘇南京國家農業(yè)高新技術產(chǎn)業(yè)示范區(qū)植物工廠，都在屋頂鋪設了光伏板，所發(fā)綠電基本滿足日常運行需求。通過充分利用夜間低谷電價進行高強度補光，工廠單茬種植節(jié)電可達18%左右。

在西藏自治區(qū)亞東縣，一座集成“全人工氣候”系統(tǒng)的植物工廠于今年6月建成。作為該縣首個現(xiàn)代化無土栽培農業(yè)項目，整個種植過程已實現(xiàn)高度自動化和遠程化管理。負責建設的上海墨泉生物有限公司首席執(zhí)行官秦楚漢介紹，每個種植周期中，人工只需參與放置種苗與采收兩個環(huán)節(jié)，大大降低了運營成本與技術門檻，助力興邊富民、產(chǎn)業(yè)振興。

“植物工廠可在海島、船只、極地、沙漠、邊防哨所等非可耕地開展農業(yè)生產(chǎn)，為解決一些環(huán)境惡劣、土地資源稀缺地區(qū)的食物安全問題提供一種思路。”丁小濤建議，西北戈壁、沙漠等綠電難以消納的地區(qū)，要加大植物工廠推廣力度。如此，既可使用價格實惠的電力，也能解決當?shù)匾蛩Y源不足導致的露天蔬菜種植難題。

除了降低成本，植物工廠還在積極探索多元盈利模式，以突破發(fā)展困境。

生產(chǎn)高附加值作物是提升盈利能力的重要途徑。在安徽省亳州市的一家植物工廠里，中藥材種苗在一排排玻璃器皿內靜靜生長。經(jīng)過4年選育，這里已繁育出穩(wěn)定量產(chǎn)的優(yōu)秀瓜蔞株系。運營機構亳州興禾農業(yè)發(fā)展有限公司負責人劉凱說，良種繁育后可快速進行種子種苗生產(chǎn)和大規(guī)模種植推廣，助力中藥材全產(chǎn)業(yè)鏈質量提升。

運用植物工廠種植技術生產(chǎn)高附加值農產(chǎn)品，在增強企業(yè)盈利能力的同時，還可破解傳統(tǒng)農業(yè)生產(chǎn)中的農藥殘留問題。

“要不斷突破植物工廠技術瓶頸，探索種植西洋參、藏紅花、生姜、金線蓮等藥食兩用植物，提升附加值。”南京農業(yè)大學園藝學院副院長、博導、教授束勝建議，在青海、新疆等地，還可探索種植對光、溫度、濕度要求相對不高的牧草，帶動畜牧業(yè)發(fā)展。

技術輸出與服務輸出是植物工廠的新盈利方向。今年5月，四維生態(tài)科技（杭州）有限公司與一家沙特企業(yè)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將共同在沙特及中東地區(qū)開發(fā)植物工廠。江南大學助理研究員、食品科學與工程專業(yè)艾斯卡爾·艾拉提博士建議，頭部植物工廠可通過參股新建工廠的產(chǎn)業(yè)合作模式，吸引社會資源投入，推動新建項目順利實施。

為解決人才短缺問題，產(chǎn)教融合成為植物工廠人才培養(yǎng)的重要路徑。目前，我國開設設施農業(yè)科學與工程專業(yè)的高校有30多所，但跨學科融合力度普遍不足，難以有效培養(yǎng)植物工廠領域所需的復合型人才。

“植物工廠建設，還要發(fā)揮好科技型企業(yè)創(chuàng)新主體作用，強化與高校、科研機構的深度合作，加快將科技成果轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。”上海市農業(yè)農村委員會科學技術處處長徐杰建議。

“要大力推動建立‘植物工廠人才服務站’，鼓勵高技能人才進廠開展柔性服務。”無錫商業(yè)職業(yè)技術學院旅游烹飪學院副院長、副教授孫德偉博士對記者說，可依托頭部企業(yè)建設“植物工廠技能大師工作室”，以平臺建設更好賦能植物工廠發(fā)展。

中國工程院院士、國家農業(yè)信息化工程技術研究中心主任趙春江曾指出，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術，是我國在推進智慧設施園藝技術裝備方面的創(chuàng)新發(fā)展方向。

具體該如何以智能化、數(shù)字化賦能植物工廠建設呢？楊其長建議，要通過智能感知、數(shù)據(jù)分析和自動控制等技術手段，讓人工智能優(yōu)化種植技術方案、改進管理方式，實現(xiàn)與硬件設備的高效協(xié)同調控。上海市農業(yè)農村委員會黨組成員、副主任夏明林認為，要研發(fā)柔性農業(yè)機器人，創(chuàng)設生產(chǎn)型植物工廠，實現(xiàn)茄果、葉菜等溫室生產(chǎn)智慧決策和智能控制。

“現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展至今，已和人工智能、光學、建筑學、能源科學、機械制造等密不可分。”中國農業(yè)大學教授、國家中藥材體系崗位科學家賀冬仙表示，植物工廠不再是單一學科，而是需要眾多學科研究者攜手突破的前沿交叉領域。“唯有多方共同努力，才能為我國乃至全球的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻力量！”賀冬仙說。

記者手記丨看見未來農業(yè)的模樣

李均

AI正在把植物工廠升級為“自主思考的垂直農場”。

近日，上海市農業(yè)科學院與上海交通大學聯(lián)合研發(fā)的專利技術，正式在草莓植物工廠建模應用中落地。

傳統(tǒng)AI模型在指導草莓種植時，常出現(xiàn)“幻覺”問題，例如，誤判適宜生長溫度、錯誤推薦施肥配比等，給種植者造成經(jīng)濟損失。而這項新技術把AI的“幻覺”關進籠子。

AI與農業(yè)碰撞，帶來無限可能。

今年，“多多農研科技大賽”已舉辦第五屆。目前，晉級決賽的四支隊伍已進入測試種植賽段，他們在科技農業(yè)的掌控力、人工光種植、AI應用和生態(tài)育苗等方面表現(xiàn)突出。例如，上海交通大學領銜的莓立方隊開發(fā)了一套智能種植系統(tǒng)，可根據(jù)草莓的生長特性建立數(shù)字模型，自動、實時調節(jié)植物工廠里的光、溫、濕等環(huán)境條件，實現(xiàn)“算法提前彩排，現(xiàn)實照抄答案”。

AI技術也逐步滲透至植物工廠的各個環(huán)節(jié)，成為降本增效的關鍵變量。在環(huán)境控制方面，AI算法通過實時采集數(shù)據(jù)，結合蔬菜生長模型動態(tài)調整設備參數(shù)；在病蟲害預警領域，AI與機器視覺技術相結合，通過高清探頭每日掃描植株葉片，較人工巡檢提前3到5天發(fā)現(xiàn)異常。

未來，AI技術的深度應用，將進一步突破傳統(tǒng)農業(yè)經(jīng)驗依賴的局限，在解決糧食安全、城市應急保供、拓展種植邊界等方面發(fā)揮獨特作用。對于人口密集、耕地緊張的都市來說，植物工廠將成為未來農業(yè)的重要補充。