作者：胡小鳳
來源：35鬥（ID：vcearth）
如果，那時候有一種農業生產方式，能夠脫離氣候和環境的控製，無論是在冰川、沙漠，在地震、暴風雪等自然災害席卷之下，還是麵對太陽毀滅這種終極拷問，依然巋然不動，7×24小時不間斷提供蔬菜瓜果，人類將得以延續。
眼下，人工光植物工廠就是這樣一種存在，正成為設施農業領域最受關注的“爆款”議題。一個直接體現是不少公司接連斬獲大額融資：美國室內種植公司Gotham Green近期宣布獲得3.1億美元的E輪融資；今年1月，Plenty在E輪融資中融得4億美元；Bowery Farming在2021年5月融得3億美元C輪融資。
理想照進現實，卻也麵臨諸多挑戰。創新解決方案背後是高昂的建造成本和運營成本，以及可能產生的環境恢複成本。
當一項可以稱之為全球戰略需求的現代黑科技擺在眼前，成本會是企業選擇退縮的理由嗎？
答案是否定的。如今，這些“終極農業形態”的夢想家們，仍然在降本增效和場景應用的無窮探索上，不斷奔跑。
一種終極農業形態？
縱觀世界農業發展，從傳統大田農業到溫室大棚，再到科技含量更高的植物工廠。設施農業的發展史，就是一部環境控製史。未來智農創始人白寶鎖對35鬥分析，“5000年的農耕文化解決的就是環境問題，通過環境控製實現栽培的工業化，做到產出最大化。” 當下植物工廠利用計算機和電子傳感器，對作物生長的溫度、濕度、光照、二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)和(he)營(ying)養(yang)液(ye)等(deng)進(jin)行(xing)統(tong)一(yi)高(gao)精(jing)度(du)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)，使(shi)得(de)設(she)施(shi)內(nei)的(de)作(zuo)物(wu)生(sheng)長(chang)不(bu)受(shou)或(huo)少(shao)受(shou)自(zi)然(ran)條(tiao)件(jian)製(zhi)約(yue)，是(shi)最(zui)有(you)效(xiao)的(de)調(tiao)節(jie)控(kong)製(zhi)作(zuo)物(wu)生(sheng)長(chang)環(huan)境(jing)的(de)栽(zai)培(pei)方(fang)式(shi)。
Plenty室內植物工廠，圖片來源：Plenty官網
目前，植物工廠主要分為太陽光植物工廠和人工光植物工廠。兩字之差，內涵大有不同。所suo謂wei太tai陽yang光guang植zhi物wu工gong廠chang，顧gu名ming思si義yi，就jiu是shi在zai半ban封feng閉bi的de溫wen室shi環huan境jing下xia，主zhu要yao利li用yong太tai陽yang光guang或huo短duan期qi人ren工gong補bu光guang以yi及ji營ying養yang液ye栽zai培pei技ji術shu，進jin行xing植zhi物wu周zhou年nian生sheng產chan的de現xian代dai化hua植zhi物wu種zhong植zhi園yuan。而人工光植物工廠則是在完全密閉可控的環境下，采用人工光源與營養液栽培技術，幾乎不受外界氣候條件影響，進行植物周年生產。在業內的潛意識中，植物工廠就是指人工光植物工廠。在中國科學院植物研究所研究員李紹華看來，植物工廠必須具有以下三個特征：一是在房子裏種莊稼，溫室不算；二是人工光源，自然光不算；三是垂直農業，多層栽培，生產環境和條件都由人工控製。 中科三安副總經理李鵬向35鬥表示：人工光植物工廠與所謂的太陽光植物工廠，是“完全不同的兩個工藝”，一個工業化程度很高，一個重度依賴自然環境。首先，自然光水平種植，人工光植物工廠采用垂直種植模式，空間利用率高。據京東方後稷科技（北京）有限公司研發總監孫朝華博士向35鬥提供的數據，“垂直種植有的可高達10—14層，同等占地麵積下，實際有效麵積可提升4.2倍，每平方米占地麵積產能是自然光植物工廠的5倍左右。” 其次，在種植效率上，人工光植物工廠采用LED光源解決了植物生長所需要的全部光，在相同的時間裏麵，植物光的需求最充足，生長速度要遠快於太陽光植物工廠、玻璃溫室等。 最(zui)後(hou)，人(ren)工(gong)光(guang)植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)幾(ji)乎(hu)不(bu)受(shou)外(wai)界(jie)環(huan)境(jing)氣(qi)候(hou)條(tiao)件(jian)的(de)影(ying)響(xiang)，可(ke)以(yi)全(quan)年(nian)無(wu)休(xiu)生(sheng)產(chan)。生(sheng)長(chang)速(su)度(du)和(he)層(ceng)數(shu)加(jia)持(chi)，加(jia)上(shang)生(sheng)長(chang)周(zhou)期(qi)的(de)差(cha)異(yi)，占(zhan)地(di)麵(mian)積(ji)相(xiang)同(tong)的(de)人(ren)工(gong)光(guang)植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)能(neng)夠(gou)做(zuo)到(dao)溫(wen)室(shi)的(de)10倍，甚至更高。如果借用聯合國《世界人口趨勢報告》的預測，到2050年，全球人口將達到98億。這也意味著要跟上人口增長速度，全球糧食總產量必須增加一倍以上。然而在過去50年裏，農業用地麵積一直保持穩定，可以肯定的是在未來很長一段時間內，這一數字不會發生顯著提升。在此背景下，植物工廠的存在更具戰略意義。一如孫朝華所言，“我們需要積累不依賴自然環境的種植技術和方法，植物工廠正是我們對於未來的技術和種植經驗儲備。”
拋開產出談成本，毫無意義
但(dan)不(bu)可(ke)忽(hu)視(shi)的(de)是(shi)，人(ren)工(gong)光(guang)植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)還(hai)很(hen)小(xiao)眾(zhong)，普(pu)及(ji)率(lv)並(bing)不(bu)高(gao)。原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)，推(tui)廣(guang)植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)，難(nan)的(de)不(bu)是(shi)技(ji)術(shu)，而(er)是(shi)如(ru)何(he)降(jiang)低(di)建(jian)設(she)成(cheng)本(ben)和(he)運(yun)營(ying)成(cheng)本(ben)。“算不過來賬”，是很多從業者對植物工廠的直接認識。 植物工廠需要在封閉環境下進行作物生產，因此需要構建包括外維護結構、空調係統、人工光源裝置、多層栽培架、營養液循環與控製係統以及計算機調節與控製係統在內的相關工程與配套裝備。前瞻產業研究院分析發現，建設一個1000平方米以下的植物工廠(包括內部裝修、設備、設施)，每平方米成本在15000—20000元之間；建設5000—10000平方米的植物工廠，每平方米成本在8000—10000元；建設10000平方米以上的大型植物工廠，建設成本會下降至8000元每平米。 《植物工廠係統與實踐》一書介紹說：在人工光植物工廠中，人工光照明設備在所有設備成本中占比例最大，尤其完全采用LED光源的植物工廠，LED費用往往占到設備總成本的一半左右。 這還隻是前期高昂的建造成本，後期維護及生產運營成本同樣不容小覷。 目前，生產運營成本主要包括電費、各種材料（營養液、種子、CO2氣肥）費、工人勞務費、物資運輸費、人員管理費等。據李鵬透露，現在電費成本占植物工廠生產運營成本的25%左右，“一個一萬平方米、四五米高的工業廠房，改造成人工光植物工廠，一年耗電在 1300 萬度以上。”高耗能已經被視為影響植物工廠發展的主要瓶頸之一。另一方麵，拋開產出談成本無意義。外界認為，植物工廠造價高、運營成本高，是相對於植物工廠種植的作物價值而言。以常見的生菜為例，楊其長曾對北京一家種植生菜的植物工廠進行測算，每生產1千克生菜需要消耗10度電，相當於6元。結合產量分析計算，每千克生菜的生產成本高達21.19元。而市場上生菜價格普遍在4到6元/斤。不過一些精品商超裏個別生菜品類價格較高，比如在盒馬鮮生，200克羅馬生菜售價為12.9元，200克紅葉生菜售價7.9元。這也意味著，如果要覆蓋成本，植物工廠的一大發展方向是，生產高品質蔬菜，對接精品商超。事情也並非人們表麵看到的樣子，種菜、賣菜隻是植物工廠價值的冰山一角。按照用途來看，植物工廠類型包含生產型、科研型和展示型。其中，科研型和展示型的價值遠不是用商業模式可以計量的。
相信人們對剛剛過去的8月，61年nian來lai不bu遇yu的de高gao溫wen天tian氣qi還hai心xin存cun餘yu悸ji。整zheng個ge長chang江jiang流liu域yu，沒mei有you人ren躲duo得de過guo這zhe場chang從cong六liu月yue下xia旬xun就jiu已yi開kai始shi的de熱re浪lang的de洗xi禮li。曠kuang日ri持chi久jiu的de高gao溫wen和he幹gan旱han導dao致zhi四si川chuan、重慶、湖北、湖南、江西、安徽等多個省（市）嚴重受災，重慶的江津、大足、銅梁、巴南、北碚，多個區縣山火不斷，損失巨大。伴隨著的是電力供應極其緊張。多個省市無奈之下做出寫字樓限電、商場停運、工廠拉閘的措施。我國75%的(de)電(dian)力(li)來(lai)自(zi)煤(mei)炭(tan)發(fa)電(dian)，煤(mei)炭(tan)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)會(hui)帶(dai)來(lai)汙(wu)染(ran)，因(yin)此(ci)不(bu)能(neng)忽(hu)視(shi)植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)耗(hao)費(fei)電(dian)能(neng)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)環(huan)境(jing)恢(hui)複(fu)成(cheng)本(ben)。加(jia)之(zhi)全(quan)球(qiu)能(neng)源(yuan)緊(jin)缺(que)，耗(hao)費(fei)大(da)量(liang)地(di)球(qiu)稀(xi)缺(que)的(de)能(neng)源(yuan)，為(wei)未(wei)來(lai)不(bu)確(que)定(ding)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)保(bao)障(zhang)供(gong)給(gei)做(zuo)技(ji)術(shu)儲(chu)備(bei)，孰(shu)輕(qing)孰(shu)重(zhong)？對此，未來智農創始人白寶鎖提出了一種衡量方式：不要隻把目光鎖定在植物工廠上，需要綜合考慮大田農業和植物工廠，從產地到餐桌的綜合能耗。同樣有此思路的還有水木九天的創始人王曉慶，他在8年前剛進入農業的時候，發現很難看明白農業到底哪個模式好，於是做了一個核定標準，即按照品質、成本、產量、可持物發展（指標包括碳指標、水、肥、農藥等）方麵進行綜合考量。孫朝華博士認為植物工廠本身的生產方式，對環境幾乎是無汙染的，她從四個維度作出說明：大(da)田(tian)農(nong)業(ye)生(sheng)產(chan)沒(mei)有(you)天(tian)然(ran)汙(wu)染(ran)物(wu)，其(qi)汙(wu)染(ran)主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)種(zhong)植(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)大(da)量(liang)化(hua)肥(fei)和(he)農(nong)藥(yao)的(de)使(shi)用(yong)，這(zhe)對(dui)土(tu)壤(rang)環(huan)境(jing)造(zao)成(cheng)了(le)極(ji)大(da)的(de)破(po)壞(huai)，尤(you)其(qi)是(shi)我(wo)國(guo)化(hua)肥(fei)總(zong)產(chan)量(liang)和(he)總(zong)用(yong)量(liang)長(chang)期(qi)位(wei)居(ju)世(shi)界(jie)首(shou)位(wei)，約(yue)占(zhan)全(quan)球(qiu)三(san)分(fen)之(zhi)一(yi)。因(yin)此(ci)就(jiu)有(you)業(ye)內(nei)人(ren)士(shi)認(ren)為(wei)，“中國農業造成的麵源和點源汙染都高於工業。” 植物工廠的節水能力表現尤為突出。根據聯合國糧農組織報告《2020年糧食及農業狀況》顯示，農業用水占全球水資源消耗的70%。植物工廠可以循環利用水資源，避免浪費。孫朝華博士曾做過相關測算：1顆生菜一個生長期消耗的水量為2L，露地栽培是222L，植物工廠的節水率可達90%。yixinjiapoweili。xinjiaposimianhuanhai，danshuiziyuanjidukuifa，dabufenxuyaoconglinguomalaixiyajinkou。danxinjiapoqueyikaolouqunlidechuizhinongchang，chengweilelvdifugaimianjiwei50%的“花園城市”，每5平方米一年就能產出38000顆蔬菜的農業強國。這也充分說明，現代化的室內種植方式節水能力超乎想象。傳統農業生產的蔬菜從田間到餐桌，避免不了長途運輸帶來的損耗和貨車尾氣汙染，運輸、清洗製作過程均有損耗，“一斤菜最後能上餐桌的部分大約在30%到60%”，而植物工廠選址自由，可盤活城市化進程中大量閑置的廢棄廠房、晚上大量閑置的能源，做到“就地產、就地銷”。白寶鎖更是提出，植物工廠生產的蔬菜沒有廚餘垃圾，除了根係都可使用，利用率高達95%以上。總體來看，植物工廠主要是耗費電能，但是它在減少運輸環節、水肥循環利用等方麵，卻降低了能耗。綜合考慮各方因素，植物工廠的能耗問題或許能夠得到一些理論意義上的緩解。植物工廠的相關研究正從減少能耗、降低成本入手，讓其更能為市場所接受，這也是植物工廠發展過程中的關鍵一步。35鬥結合業內各方觀點，解決高能耗問題，有以下幾個方向：一是，提高光電轉換效率。通過優化燈源、光譜、環境的設計等，優化光源的利用。李鵬談到，“簡單理解，電通進去之後有多少可以變成光，現在可以達到百分之五六十，而以前隻有百分之十幾。” 二er是shi，利li用yong低di穀gu電dian。電dian價jia跟gen生sheng活huo消xiao耗hao水shui平ping相xiang關guan，工gong業ye用yong電dian晚wan上shang比bi白bai天tian更geng便bian宜yi。植zhi物wu工gong廠chang打da破po了le作zuo物wu的de生sheng長chang節jie律lv，可ke以yi利li用yong晚wan上shang的de低di穀gu電dian，為wei作zuo物wu生sheng長chang補bu充chong、調節光源。這不僅降低了植物工廠的用電成本，還對整個電力能源應用起到削峰填穀的作用，提高能源利用效率。三是，一些節約用電的措施也是必要的。孫朝華博士分析，不同作物需要的光環境不一樣，不一定光周期越長生長品質就越好、生長速度越快，植物工廠可尋找到最佳的光和植物生長的平衡點，找到用電能耗的最優模式。四是，積極探索清潔能源的利用。如應用太陽能光伏發電係統、風能、水力或生物質能源等比較環保的發電方式，已成為植物工廠研究的熱點。biru，pinghunongyejingjikaifaquheguowangpinghushigongdiangongsihezuo，gongdiangongsiweiyuanquqiyedongyuguoyeliangshendazaoleyitaoqingguangchuchongyitihuaxinxingnengyuanxitong，jiangdizhiwugongchangtanpaifangheqiyeyongdianchengben。julejie，gongchenglibaokuozengjiaqingnengfadianxitonghechunengzhanjianshe，zhiwugongchangbaitianwanquanshiyongqingnenghuoguangfufadiandedianliang，wanshangshiyongchunengzhandechucundianliang，shixianleyongdianlingpaifang。對於高昂的造價問題，則是盡可能選用普通民用材料和裝備。其實現在的造價成本，相比以往已經大幅降低。李鵬說道，“現在造價可能隻有以前的百分之一，其中生產芯片的材料已經下降到了以前的幾百分之一。”白寶鎖同樣表示，設備不斷改進，成本會以每年10%—20%的速度不斷降低。需要注意的是，在植物工廠的運營成本中，人工成本是高於電力成本的存在，普遍占到總成本的30%—40%。目前，已有不少植物工廠通過自動化生產方式減少人力投入。jiuzaiganggangjieshudediershijiujiezhongguoyanglingnonggaohuishang，zhiwugongchangcanzhanshangcaiyongdejiushiquanzidonghuachuizhinongyeshengchanxitong，zhengtiaozhongzhichanxianshangmeiyourengong，jiqiren、穿梭小車、升降機等設備接收計算機的智能運算指令，代替人工實現播種、分栽、管理等工序，真正實現了無人化管理。與之相比較，傳統農業人力成本投入並不算少，還存在人員工作效率低、資源浪費率高等問題，且很難通過智能化手段提高生產效率。中科三安總經理占卓曾在媒體采訪中表示，“我們樂觀地認為2025年很有可能是植物工廠的元年。這其中包含兩個主要因素：第一點是LED技術的發光效率正以每年5%—8%的速度進步；第二點是近些年隨著整個係統技術的提升，植物工廠的成本得到了大規模下降。反之，傳統農業在勞動力成本、用地成本、運輸和環境成本等方麵都在逐步攀升。預計這兩種農業生產成本將在2025年接近彌合狀態。”除了降本節能，探索植物工廠的應用場景和商業模式，同樣具有可持續發展意義。在作物品類上，生產型植物工廠種植的作物品類不局限於普通蔬菜，而是瞄準高端市場，生產高附加值的經濟作物、功能性產品。現在不少植物工廠已經開發出了包括藍莓、果樹、甜椒、黃瓜、番茄、花卉、茶葉及特殊名貴藥材等高附加值作物品種的室內栽培技術及設施裝備。種植的作物品類從蔬菜拓展到了石斛、金線蓮、食用花卉、果樹、茶葉等。李鵬強調，植物工廠更大的應用場景，是利用植物工廠的工業化生產方式，提升栽培的整齊度、產量和生產效率，實現中藥材等經濟作物、種苗的標準化生產。一方麵，植物工廠可縮短中藥材生產時間，“在戶外需要十幾個月甚至是二三十個月的生產，在植物工廠裏至少能夠縮短一半的時間。”另一方麵，植物工廠在提升中藥材藥效成分含量上有非常明顯的這樣效果，“通過環境、技術調控，讓中草藥裏本身的一些有效的成分越來越越高，定向精準的生產中草藥。”
育苗，圖片來源：光明母港
在(zai)育(yu)種(zhong)領(ling)域(yu)，植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)在(zai)縮(suo)短(duan)作(zuo)物(wu)育(yu)種(zhong)周(zhou)期(qi)方(fang)麵(mian)具(ju)有(you)巨(ju)大(da)潛(qian)力(li)。育(yu)種(zhong)卡(ka)脖(bo)子(zi)技(ji)術(shu)關(guan)鍵(jian)原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)周(zhou)期(qi)長(chang)，培(pei)育(yu)一(yi)個(ge)優(you)良(liang)性(xing)狀(zhuang)的(de)品(pin)種(zhong)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)七(qi)八(ba)年(nian)甚(shen)至(zhi)十(shi)幾(ji)年(nian)，而(er)植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)通(tong)過(guo)智(zhi)能(neng)化(hua)設(she)備(bei)模(mo)擬(ni)不(bu)同(tong)地(di)域(yu)的(de)自(zi)然(ran)特(te)性(xing)，增(zeng)強(qiang)種(zhong)子(zi)與(yu)環(huan)境(jing)的(de)匹(pi)配(pei)度(du)和(he)適(shi)應(ying)度(du)，可(ke)將(jiang)周(zhou)期(qi)縮(suo)短(duan)至(zhi)兩(liang)到(dao)三(san)年(nian)。在zai植zhi物wu工gong廠chang內nei生sheng長chang的de水shui稻dao周zhou期qi也ye會hui大da幅fu縮suo短duan。比bi如ru，中zhong國guo農nong科ke院yuan都dou市shi農nong業ye研yan究jiu所suo植zhi物wu工gong廠chang創chuang新xin團tuan隊dui與yu中zhong國guo水shui稻dao研yan究jiu所suo錢qian前qian院yuan士shi團tuan隊dui合he作zuo，成cheng功gong實shi現xian植zhi物wu工gong廠chang水shui稻dao種zhong植zhi60天左右收獲的重要突破，比大田環境下120天左右的水稻生長周期縮短了一半。不少植物工廠企業還在商業模式上積極創新，探索更多的可能性。未來智農瞄準植物工廠產業閉環，前期可做植物工廠規劃設計、提供一整套設備解決方案等工作；建造完成後有植物工廠的運營管理、遠程栽培技術的谘詢服務等，甚至還建立了生鮮事業部，幫忙對接銷售平台；白寶鎖稱，公司未來也會進行大規模生產，目前已經在選址階段。中科三安延伸出來的商業模式則包含品牌建立、渠道拓展、與新零售新業態結合、與文旅結合等。那麼，市場上有植物工廠盈利嗎，多久能夠收回成本？有報道顯示，日本實現盈利的植物工廠占25％，收支平衡的占32.9％。李鵬認為，“3000平方米以上的植物工廠，在比較好的市場裏麵，大概需要3年到4年時間覆蓋成本。”
農(nong)業(ye)需(xu)要(yao)跟(gen)工(gong)業(ye)一(yi)樣(yang)走(zou)向(xiang)工(gong)廠(chang)化(hua)生(sheng)產(chan)。我(wo)國(guo)糧(liang)食(shi)作(zuo)物(wu)已(yi)經(jing)部(bu)分(fen)實(shi)現(xian)大(da)部(bu)分(fen)機(ji)械(xie)化(hua)和(he)自(zi)動(dong)化(hua)，下(xia)一(yi)步(bu)就(jiu)是(shi)利(li)用(yong)植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)，實(shi)現(xian)蔬(shu)菜(cai)的(de)工(gong)廠(chang)化(hua)、機械化、自動化乃至信息化。水木九天創始人王曉慶提出：農業、醫療、教育是社會的三個底線，不可以用純商業來評價，而應該綜合考慮經濟價值、生態價值和社會價值。當然還有更多緊迫的問題擺在眼前：人口急劇增加、人們對食品安全需求急劇提升、土地急劇減少、從事農業生產的勞動力持續減少……人類需要用新的方式生產農產品，植物工廠正是有效途徑之一。“它因何而產生，就因何而存在。”如李鵬所說，植物工廠會成為未來農業的重要組成部分。或許地球流浪、星際移民離我們非常遙遠，但在全球糧食危機、yiqingdiejiadebeijingxia，rengongguangzhiwugongchangbudandanshiyizhongxinxingdechengshibaogongfangan，gengdaibiaoleweilainongyedeshengchanfangshi。tacunzaidegengdadeyiyizaiyu，keyizuoweizhengjiurenleimianyumiewangdezhongyaogongchengzhiyi。因此，即便是在陽光依然明媚、海闊天空的今天，我們已然看到有瘋狂的夢想家，將人工光植物工廠設計成了可以承受地震、暴風雪、極端幹旱等自然災害的生命方艙。它可以不限地點、全年無休生產。這也為解決2050年全球98億人的吃飯問題，提供了全新的想象空間。
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