进军植物工厂，你准备好了吗？

余锡寿，刘跃萍

（安徽宣城市赐寿植物工厂有限公司，安徽 宣城 242000）

植物工厂是指对植物进行人才、资金、技术密集性投入，创造植物生长最佳环境，创新植物生产模式，从而达到植物高产量、高品质、高效益且可持续生产目标的系统。日本科学家认为植物工厂是地域经济活化的“起爆器”，能够为地域生产发展、技术聚集、人员就业、生态环境、经济繁荣带来变化；认为植物工厂是“中间产业”，不仅能带动农业，还能带动工业、健康产业、信息产业等农工商多业的发展。

近几年，植物工厂的发展势头迅猛，连与农民毫不相干的科技巨头都开始进军植物工厂。日本东芝、富士通、松下、夏普等电子科技巨头以及台湾鸿海、金仁宝、亿光电子等光电行业知名企业，在市场竞争日渐激烈、消费需求日益下滑、利润逐年走低的困境之下，纷纷将产业增长点转移至高科技农业，而植物工厂就是目前最热的突破口。当前，福建三安集团、北京农众物联科技有限公司、北京京鹏环球科技股份有限公司、陕西旭田光电农业科技有限公司等植物工厂领军企业的兴起与发展标志着中国也已掀起植物工厂这股“绿金”（因投资植物生产而获得的经济回报）投资热潮。

植物工厂的发展潜力巨大，然而我们不可忽略其面临的问题及风险。投入成本高、技术要求高、投资回报期长、产品营销困难等问题均是制约植物工厂发展的关键因素。如何成功建设、管理与经营植物工厂是每个企业涉足植物工厂领域时必须要解决的问题。

1 植物工厂建设：这些你都知道吗？

植物工厂的建设环节决定了植物工厂的生存与发展方向。在建设规划过程中，需要考虑的因素非常多，既要考虑资金、土地、环境问题，又要考虑水、电、路和网络问题，最关键的是要考虑植物工厂类型、系统、栽培形式和技术等与经济效益直接相关的关键问题。

1.1 植物工厂类型选择：只选最合适的组合

目前我国植物工厂在光源方面以人工光型植物工厂为主，一方面是与中国植物工厂主要引进日本植物工厂技术有关，另一方面是人工光型植物工厂可以充分利用废弃厂房、办公楼等建筑，不受自然光的限制，并且可以根据不同植物对光质的选择性进行人工光照调控，进而充分发挥植株的生长潜能。在规模上，我国以微型和大型植物工厂为主。微型植物工厂所占空间小，能够在厨房、客厅等室内环境生产，实现生产到舌尖零距离；其成本与价格相对较低，而且可以丰富人们的生活情趣，故而深受消费者青睐，有着巨大的市场潜力。大型化植物工厂能够降低建设和生产成本，保障大量而稳定的产品供给，同时可以为客户提供丰富的品种选择与体验服务。为了充分发挥植物工厂的优势，增加植物工厂的综合效益，企业可以整合资源，集成试验型、生产型、科普型、观光型等类型植物工厂，进行综合型植物工厂一体化开发，以突显植物工厂的多功能性，达到效益最大化。在品种类型上，植物工厂应选择有市场需求并且价格较高的植物品种进行生产，如选择冰花等特种蔬菜，金花茶等特种苗木，人参等特种药材，熏衣草等特种植物。

植物工厂类型的划分有多种标准，企业经营的植物工厂往往是多种植物工厂类型的组合。植物工厂类型的选择需要根据企业自身的项目要求，在市场考察与市场定位的基础上，结合企业自身的资源能力，做出科学、客观、合理的决策。

1.2 完善的植物工厂系统是工厂高效运行的推动力

植物工厂系统对创造植物最佳生长环境起着不可替代的作用，植物工厂内部系统主要由十大部分组成：以电力为主的动力系统、水循环利用系统、温控系统、植保系统、二氧化碳供气系统、补光系统、栽培系统、信息传感系统、计算机专家系统、物联网系统。植物工厂技术设施系统是植物工厂的核心部分，系统配备与安装的完整性与协调性是植物工厂实现高产能的关键。各系统参数的设置需要依据工厂生产的具体情况进行试验、调节与验证，不能盲目地遵循出厂设置，必要时应该咨询相关专家以确定各系统的最佳参数，以保证系统协调、高效地运行。

1.3 立体栽培形式是工厂高产的重要因素

立体栽培是植物工厂的主要特征之一。目前，植物工厂有多种立体栽培形式：平面多层式、一体两面式、垂帘式、多面体式、方柱式、圆柱式、塔式等。在某种程度上，立体栽培层数越多，土地利用率越高。大规模的立体栽培需要采取工厂化分层管理，并且管理成本与栽培层数和单层面积直接相关。因此，企业需要根据植物工厂的经营目标以及企业自身具备的资源，选择合适的立体栽培形式。根据生产经验，圆柱式与塔式相比，一体两面式与垂帘式相比，方柱式与平面多层式相比，产量和产出率都比较高，建设成本回收和盈利也会提前实现[1]。

1.4 无土栽培技术是工厂安全、优质、高效生产的根本

无土栽培技术的产生为现代农业栽培技术的发展奠定了基础。目前基质培、营养液水培、潮汐培、滋润培、雾培等栽培技术已形成技术体系。栽培技术的选择直接关系到植物工厂资源利用率、土地产出率与劳动生产率的高低。其中，营养液水培技术与传统农业技术相比，水肥资源利用率可以提高至60%以上，并且实现了水肥一体化管理。此外，雾培技术亦具突出优势，水肥利用率可以提高到98%以上，可以实现水、肥、气一体化同时补给，植物生产智能化管理水平更先进。无土栽培技术需要配套植物工厂的设施设备与智能信息系统，需要与植物工厂类型、系统、立体栽培形式相适应。举个例子，为了充分利用水、肥、气，平面多层式栽培通常配套营养液水培技术，而垂帘式、圆柱式及塔式等垂直栽培更适合配套雾培技术。

植物工厂的建设规划是一个复杂而漫长的过程，必须要经过考察调研、市场定位、设计研讨、方案设计、成本预算等过程。针对大型植物工厂项目，企业在建设初期需要做足以下准备工作：（1）建立整合资源的高效领导班子，包括负责平地、挖池、布管、供电等工程的工程人员；负责整合、协调各方资源项目的总负责人；负责项目设计、建设、监督并带领技术团队开展工作的高级专家即总工程师；负责财务管理的经理等。（2）建立过硬的技术团队和遵纪的民工队伍，由技术员培训指导民工，民工根据项目环节和进展分组分项进行工作。（3）项目启动后，器材采购、设施建设等各项工作按程序进行并跟踪督查。（4）建立技术培训、实践指导、绩效考核、监督验收等规范管理制度。

2 植物工厂管理关键：智能与人才双比拼

“房子”建好了，如何让斥资建造的“房子”产生更大的价值呢？植物工厂管理就是运用各种管理技术和手段，使工厂的各生产要素协调、有序、高效地运作起来，进而创造最佳的植物生长环境，保证植物达到最佳的生长状态。植物工厂的管理直接关系到植物工厂的正常运行、运行成本、产品质量、生产效率以及可持续生产。

在“互联网+农业”时代，智能化管理是植物工厂的重要特征。它主要包括植物工厂信息传感系统、计算机专家系统和物联网远程控制系统。其中，信息传感系统是植物工厂的核心技术，它由温度传感器、湿度传感器、溶液浓度EC值传感器、酸碱度pH传感器、离子传感器、光照传感器以及碳浓度传感器等多种传感器共同组成，其功能是把植物工厂中的各种环境因子以数据形式传送到计算机专家系统，为专家系统提供决策依据，从而创造适宜植物生长的环境，以发挥植物的最大生长潜能。另一方面，物联网远程控制系统通过对摄像头和无线传感器采集的数据和图像信息进行处理并连接网络，进入移动客户端，实现远程诊断、监管、控制、管理、在线服务一体化功能。农业生产智能化是解决农业生产中食品安全、环境污染、生产成本上涨、人口老龄化等问题的重要途径。

然而，植物工厂智能化管理不能完全代替人的管理，并且目前在某种程度上智能管理需要在人的管理操作下才能运作。植物工厂产前、产中和产后大量复杂的创造性工作均需要具有一定综合素质的管理人员来完成。具体包括：（1）产前：各种要素与资源的高度整合，植物工厂的设计，器材的选择与釆购，种子来源渠道的遴选，人才、技术、资金的匹配，各项工作的协调与推动等。（2）产中：多种技术的集成管理，智能控制系统参数的设置，营养液配方与天气、季节、环境、品种、植物不同生长阶段等多种因素的综合考量，各种系统装备运行的例行检查，水的过滤、消毒、熟化处理，工作人员的分工与配合，管理日志的原始记录，网线断路或意外停电等特殊情况的处理等。（3）产后：产品硝酸盐成分的检测与降低处理，采收时间的确定，采收方法的改进，采收流程的完善，人员和工具的安排协调，产品的包装、保鲜、储存与物流，各类标准的执行等。产前、产中、产后的每个环节、每道流程、每项工作都要顺利地协调、衔接、配套，这些管理工作是目前任何智能装备都无法替代的。因此，植物工厂管理是智能化管理与人才管理的双比拼。任何企业和项目的成功都必须具备人才、技术、资本和市场四大要素，缺一不可。其中，起关键作用的是人才，因此必须重视管理人才的培养。

3 探索经营模式：挖掘市场，整合升级

植物工厂经营对植物工厂的发展起着至关重要的作用，它主要包括植物工厂生产经营模式和市场经营模式。这两种模式相互交织，密不可分，最终的目标是要实现赢利与可持续发展。

3.1 生产经营模式

3.1.1 体验模式，即定制农场体验模式。它是“偷菜”的网上虚拟模式变为现实的模式，市民可以通过在植物工厂园区内定购任意土地面积，建设植物工厂进行生产，或者定制一套或多套植物工厂装备进行生产。在生产过程中，市民可以自己操作，自行管理，也可以由植物工厂企业代管。生产的产品，市民可以自行处理，也可以由企业代售。这种模式具有引导城市家庭体验乡村氛围和田园生活的功能，丰富了家庭亲子活动内容，是亲子农业的重要模式。

3.1.2 一体化模式，即植物工厂企业以融合植物制种、繁育、栽培、加工、休闲、体验、科普、观光、技术推广等多功能于一体，从而延长产业价值链，提高综合效益。这种模式切实可行，并且可获得理想的经济效益和社会效益。

3.2 市场经营模式

植物工厂的市场经营模式主要包括市场终端直销模式、农超对接模式、出售装备与技术服务模式3种形式。这3种市场经营模式各具特点：（1）市场终端直销模式包括网上商城购买加配送模式、专用车外卖直销模式和前店后厂模式，可以减少中间环节，提高蔬菜新鲜度，降低销售成本。（2）农超对接模式指的是植物工厂蔬菜生产商与大型超市终端销售商对接，从而减少销售环节，降低销售成本。但该模式需要植物工厂具备一定规模，以保证稳定而长期的货源。（3）出售装备与指导消费者生产模式由装备生产者提供生产装备以及技术指导服务。这种模式一方面适用于大型植物工厂设备和技术的整厂输出，需要巨大的人力、物力和财力的支持，属于大型交易；另一方面也适用于微型植物工厂装备生产企业，企业将生产设备和技术提供给终端消费者，由其完成植物生产环节，实现了蔬菜生产消费零距离，既降低了蔬菜的流通成本，又保持了蔬菜的新鲜度；既能改善室内环境条件，又能吃到放心健康的蔬菜，还能体验都市农夫的乐趣。因此，随着人们生活水平的不断提高，该模式具有巨大的市场前景。

4 智慧锦囊：产业面面观，经验教训都知道

植物工厂的产业生态一直是业内共同关注的话题，回顾植物工厂50多年的产业发展，特别是总结植物工厂发展较早、较先进的日本、荷兰、中国台湾的发展经验，可以为企业的战略制定、决策判断、运营管理、整合升级等方面提供有益的参考。

4.1 日本植物工厂

日本植物工厂产业发展起步比我国早，目前为止，各类植物工厂已近300家。日本植物工厂以人工光型为主，以平面多层式立体栽培和营养液水耕技术为主，以3 000 m2以下大、中、小型规模为主。近年来，日本商业化运营的植物工厂开始大力发展，据2015年最新统计，日本运营中的200多座植物工厂，约30%是盈利的，50%保持盈亏平衡，20%亏损。盈利的工厂数量和比例都在增加。在成本方面，折旧成本约占整个生产成本的30%，劳动成本占25%，电力成本占20%[2]。究其原因，企业亏本主要是面临以下3个问题：（1）建设成本、电耗成本太高，回本周期太长（5～8年）；（2）生产成本高，每千克生菜生产成本高达100～150元；（3）产品没有稳定的销售渠道和市场。另一方面，盈利企业之所以能盈利，主要有以下几个原因：（1）企业经营10年以上，建设成本已全部收回；（2）提高了立体栽培层次，由3～4层提高到10～15层；（3）把装备和技术向中国、俄罗斯、中东、中非出口；（4）日本政府向植物工厂企业提供50%以上的财政补贴，这是最主要的原因。

现在，日本植物工厂企业正在釆取多种方式来加快赢利发展，如在商业运营模式上采用店铺、量产、家电、家具型等形式，在技术上把水培改为雾培，在品种上选择人参、冰花等高附加值植物，在蔬菜功能上培养低钠盐、高营养、保健型等多功能蔬菜。2016年7月27日，日本首相安倍晋三宣布了总额2 660亿美元的一揽子经济刺激方案，其中大部分将用于提高日本的农业产量。新政策的出台必将推动这些企业展开更激烈的竞争，随着技术的不断革新，植物工厂生产的蔬菜在价格上将比超市普通蔬菜更有优势。

4.2 荷兰植物工厂

荷兰是世界上植物工厂运行最为成功的国家。荷兰把植物工厂作为设施农业发展目标之一，利用其发展蔬菜和花卉。政府对建造植物工厂的企业实行60%补贴，从而大大提高了人们从事该行业的积极性。荷兰太阳光型植物工厂技术全球领先，现已把太阳光型植物工厂全套设备和技术作为强项产业，向中东、非洲、中国等国出口。因此，积极开拓海外市场，凭借有力的政府支持，高度机械化、自动化、智能化、无人化管理的先进技术以及产业的整体输出策略是荷兰植物工厂成功的关键。

4.3 中国台湾植物工厂

中国台湾地区植物工厂发展也较快，由于师从日本，也以中小型为主，但缺乏当地政府的财政补贴，盈利的也只是少数。台湾植物工厂的经营模式大多结合餐厅、农场，以消费者体验的模式为主，新奇、娱乐的特色较为突出。假日常常爆满的台湾雅闻香草植物工厂就是经营案例的典范，该工厂由雅闻生技集团投资，种植含有特殊成分的香草植物，提炼其成分并融入保养品中进行再生产销售，而保养品的价格远高于植物，因此可凭借保养品平衡收支与赢利。另一方面，台湾人民的消费需求与水平较高，虽然植物工厂生产的蔬菜市价很高，但是市场需求也很大，因此有力推动了台湾植物工厂的不断发展。

4.4 中国植物工厂

我国植物工厂这几年发展迅速，各种类型、各种栽培形式、多种栽培技术、多种规模（从特大型到微型）的植物工厂同时并举，生产模式与经营模式亦各有千秋。其中有很多企业成功的案例，也有亏本失败的案例。

南京台创园太阳光型1.2万m2特大型植物工厂全部釆用圆柱式立体栽培形式和雾培技术，建设成本仅300元/m2左右，釆取育苗、栽培、科普、观光一体化的经营模式，参观券80元/张，加上政府项目扶持款，结果在较短的时间内便开始回本营利了，之后转包做花卉项目，亦取得了较好的经济效益。

山东寿光是我国最大的蔬菜基地，每年举办一次蔬菜节暨蔬菜国际会展，会展中心的小型植物工厂虽然面积不到100 m2，但凭借基地及展会形成的广告效应，聚集了大量人气，经济效益年年翻倍。

无锡三阳植物工厂由省、市、区三级供销社与日本三菱树脂株式会社合作建设，于2011年总投资6 000万，建设太阳光型植物工厂3 000 m2。生产的产品统一标注“三阳”品牌商标，并以果

5 展望未来：攻克难关，有信心，有对策，更有前景

蔬礼盒的形式销售，重点面向白领消费群体。虽然每千克蔬菜售价比传统露地蔬菜市价高10～20倍，但仍供不应求，计划将在全国50个城市中生产销售。此外，公司向宁波等5个城市输出植物工厂的整体技术，总面积达1.6万m2，获得了极好的效益。

北京农众物联植物工厂成功融资投建单体面积2.6万m2特大型植物工厂，栽培绿叶菜、食用菌、茄果、药材、花卉类植物，申请并获得了近百项专利，申报了100多项标准，大大推动了植物工厂技术在都市农业、阳台农业、餐饮、咖啡厅等方面的应用，经济效益显著，发展速度非常快。

然而，我国也存在一定比例的植物工厂企业由于没有得到政府财政支持，没有稳定的销售渠道，没有形成赢利模式，资金回收缓慢，生产运营处于停滞或亏损状态。

我国植物工厂虽然在某些方面与发达国家还存在距离，但自主创新能力非常强。我国植物工厂在日本平面多层立体栽培的基础上，自主创新了圆柱式、一体两面式等多种立体栽培形式；在营养液水培的基础上，自主创新了雾培、滋润培等多种栽培技术。我国创新的鸟巢式智能温室、雾培技术、基于光配方的植物LED光源产品已向韩国、新加坡输出。我国宣城市赐寿植物工厂有限公司方柱式、园柱式植物工厂装备单位面积产出率已达到800 kg/m2，而荷兰最高产量是90 kg/m2。我国植物工厂整体技术已进入国际先进技术行列。通过引进创新与自主创新，我国植物工厂立体栽培面积扩大了、成本降低了、资源节省了、竞争力增强了。尽管如此，我国植物工厂还是面临着诸多有待攻克的难题，主要体现在以下几个方面。

5.1 标准是核心竞争力

大多数植物工厂企业不够重视标准制定的问题。这样既不能对植物工厂进行规范化管理，又不利于占领行业技术制高点。标准就是话语权，我国在这方面的教训是沉痛的。因此，一定要强化标准意识，将自己的技术形成专利，把专利形成标准，直至将标准国际化，形成国际竞争力的核心。同时，通过建立规模尺度差异性植物工厂示范工程以及多种植物种类的植物工厂示范工程，可以得到不同类型植物工厂的运行参数，为植物工厂的标准化与推广应用提供技术支撑。

5.2 人才是创新源动力

植物工厂已被公认为世界农业的发展方向，产业的竞争最根本的就是人才的竞争。现阶段，我国植物工厂技术人才匮乏，必须突破产业发展受人才制约的瓶颈，大力培养技术人才、创新人才和领军人才，推动我国植物工厂的创新发展。

5.3 持续发展离不开政府支持

植物工厂是一项资金密集型产业，前期资金投入很大，各国植物工厂发展经验表明：植物工厂产业发展离不开政府财政的支持。我国政府应加大对植物工厂的政策支持力度，把植物工厂产业发展与海绵城市建设、都市农业建设、低碳城市建设、花园城市建设等重大民生工程结合起来，快速推动植物工厂产业的协调发展。

5.4 降低成本是盈利的基础

植物工厂建设成本和运营成本过高，是制约植物工厂发展的世界性难题。日本、中国台湾建设植物工厂的平均成本高达2万元/m2，导致产品价格远高于市场价，成本收回时间需要7～8年以上。各国科学家一直致力于解决该问题并取得了积极成果，可望将成本减半。目前我国已经能够把建设成本降低至300～400元/m2，产品价格只要比市场价高1～2倍，就可以在2～3年左右回本盈利。如果在植物工厂建设、管理和经营的每个环节都能把握得当的话，效益更佳。随着科技的不断进步，更多新能源、新材料及新装备将在植物工厂中应用，从而使得植物工厂成本更低、品质更好、效益更高。

5.5 技术升级是突破瓶颈的关键

目前大多数植物工厂采用计算机专家系统，智能决策和数据知识功能有限，远程监控管理功能有限，影响了植物工厂数字化、精准化、视屏化、网络化管理，仍有很大的完善空间。这个问题的解决需要植物工厂的智能化程度不断升级，有待于农业大数据、云平台、物联网等农业4.0的实现。现在国家“十三五”规划正在向前推进这项工作，对农业智能化研究给予了巨大的支持，相信各种技术应用成本将会进一步降低。

“十三五”国家科技创新规划中明确提出：力争到2020年，建立信息化主导、生物技术引领、智能化生产、可持续发展的现代农业技术体系，支撑农业走出产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代化道路。植物工厂是智能高效设施农业技术体系的重点发展对象，是国家重点扶持的现代农业技术项目，是跨领域发展、产学研合作的新契机，是高新科技领域的又一块吸金石。

现阶段，我国植物工厂已呈现出从单一品类向多品类转变，从小型向大型、特大型和微型转变，从人工光型向日光型甚至露天多型转变，从试验研究阶段向示范应用甚至商业化、产业化发展阶段转变，从人工气候模拟型向计算机智能控制型转变，从单一技术向集成技术转变，囯际化水平得到快速提升[3]。据不完全统计，中国植物工厂每年增长规模为30～40家。据日本株式会社专家预计，中国植物工厂未来有望达到日本植物工厂10倍以上的规模，中国植物工厂的发展黄金期指日可待。

[1]余锡寿,刘跃萍.微型植物工厂发展分析与展望[J].农业展望,2016(7):59-61.

[2]KOZAI T.Innovation in agriculture: plantfactories with artificial light[J].APO News,2013,43(1):2-3.

[3]中国植物工厂产业发展现状及未来发展趋势[EB/OL].（2016-08-07）[2016-12-16].http://www.chyxx.com/industry/201608/436292.html.