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【地理拓展】植物工厂是个什么鬼？我国全球第二，关于植物工厂你需要掌握的地理知识

花匠小妙招
2024-09-24 16:56

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一种不需要外界的阳光、雨水、土壤、肥料却可以种菜种花种树的“植物工厂”，正在中国多地悄然出现。

这是一种将农作物当做工业品的生产方式——LED灯替代了太阳，营养液替代了土壤、肥料和水，而计算机可以控制植物生长的温度、湿度等环境条件。据说，产量可以达到露地栽培的几十倍甚至上百倍。

植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产。

植物工厂是现代设施农业发展的高级阶段，是一种高投入、高技术、精装备的生产体系，集生物技术、工程技术和系统管理于一体，使农业生产从自然生态束缚中脱离出来.按计划周年性进行植物产品生产的工厂化农业系统，是农业产业化进程中吸收应用高新技术成果最具活力和潜力的领域之一，代表着未来农业的发展方向。

植物工厂(plant factory)的概念最早是由日本提出来的。植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO₂浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产。植物工厂是现代农业的重要组成部分，是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是现代生物技术、建筑工程、环境控制、机械传动、材料科学、设施园艺和计算机科学等多学科集成创新、知识与技术高度密集的农业生产方式。

1957年世界上第一家植物工厂诞生在丹麦，1974年日本等国也逐步发展起来。美国犹他州立大学试验用植物工厂种植小麦，全生育期不到2月，一年可收获4-5次。20世纪60年代初次进行植物工厂的试验，并开始推广。1964年奥地利开始试验一种塔式植物工厂(高30米、面积5000平方米)。该国鲁斯纳植物工厂公司的塔式植物工厂已在北欧、俄罗斯、中东国家采用。奥地利的一家番茄工厂，工作人员仅30人，平均日产番茄 13.7吨，生产 1公斤番茄耗电 9-10kw.h，成本只有露地的60%。1971年丹麦也建成了绿叶菜工厂，快速生产独行菜、鸭儿芹、莴苣等。1974年日本建成一座电子计算机调控的花卉蔬菜工厂，该厂由1栋2层的楼房(830平方米)和两栋栽培温室(每栋800平方米)构成，在一年内生产两茬金香、两茬垄民花、一茬番茄，做到周年生产。至1998年，日本已有用于研究展示、生产的植物工厂近四十个，其中生产用植物工厂17个。2004年，中国农业大学开发了利用嵌入式网络式环境控制的人工光型密闭式植物工厂。

植物工厂，这种脑洞大开的想法最早出现于丹麦，而真正发扬光大的是日本人。

日本是拥有全世界最多植物工厂的国家，也是全世界植物工厂发展程度最高的国家之一。日本耕地稀缺、人口密度很高，因此日本政府对农业科技、生物技术，以及发展高科技农业、生态农业、有机农业等领域十分重视。

东芝、富士通、松下、夏普等日本科技巨头扎堆建设植物工厂，希望在农业产业链升级过程中分羹。

据估计，4年前，日本商业化运营的植物工厂就已经超过120家。有20%的植物工厂是盈利的，60%处于收支平衡，20%在亏损。据估计，建造植物工厂一半的费用是在建造外部结构，另一半是内部装备。需要5-7年来收回初期投资成本。和露地栽培相比，10层植物工厂每年叶菜的生产能力大约是其90倍，销售量约117倍。

日本与中国在植物工厂项目中也有不少合作。日本三菱化学控股集团与中国农业合作社组织将合资成立无农药蔬菜自动栽培系统的销售公司。在2017年之前，它们在江苏省等15个省份的50个地点开始销售这一“植物工厂”。50个地点的植物工厂的合计蔬菜产能每年约达5000吨。相当于中国无农药蔬菜等高档蔬菜市场的近10%。生产出来的蔬菜将通过中国各地的江苏省供销合作总社流通网，销售至超市、百货店和酒店等。

据经济日报报道，目前，我国人工光植物工厂总数已达100座左右，成为数量仅次于日本的植物工厂发展大国。谭老师地理工作室综合整理这种植物工厂的规模多数为几百平方米，上千平方米的有10多家，其中最大的有6万平方米。很多地方建起了展示型、示范型植物工厂。这位记者说，我国是植物工厂产业化发展最快的国家。

支持植物工厂的人认为，植物工厂的种子、生长环境及整个生产过程是可控的，产生的蔬菜可以达到无农药、无重金属、低硝酸盐、低生物菌，植物工厂生产的蔬菜可以直接食用的。同时，这种蔬菜市场潜力巨大。据说，日本70%的人知道甚至买过植物工厂的菜，而在中国，这一比例可能还不到1%。

不过，植物工厂投入巨大，对技术要求较高。植物工厂需要在封闭环境下进行生产，因此要投入包括维护结构、空调系统、人工光源、多层栽培架、营养液循环、计算机系统等在内的工程与装备，成本比露地、温室大棚等高，在我国一般建设费用为每平方米4000元至1万元。

专题设计

1.阅读下列材料，回答下列相关问题。（19分）

材料一：2020年7月11日，科学家杨其长做客《开讲啦》，为观众们介绍了植物工厂与智慧农业——利用LED光源，模拟太阳光光谱，针对不同的植物及其不同的生长阶段而施加不同的光照，人称“光的配方”。自动化设备智慧调节温度、湿度、照明、CO2浓度及营养液。韩国已在地下隧道中建起了垂直植物工厂，日本是全球植物工厂最多的国家。

材料二：2020年12月13日新浪新闻报道，上海崇明世界级植物工厂试运营，开启蔬果智能化标准化生产新时代。“一个400多m2的车间，只需5个工人，一年可生产70吨产品，产量是传统农业露地栽培的70-100倍以上”。下图(图10)为植物工厂的生产现场。

⑴日本是全球植物工厂数量最多的国家。请分析原因。（6分）

⑵对比传统种植业，植物工厂具有哪些突出优势？（5分）

⑶有人提出在我国应大力推广植物工厂。请你为之说明理由。（8分）

【答案】

⑴①科技发达；②经济发达，资金雄厚；③人口老龄化严重，劳动力短缺；④人均耕地少，市场缺口大。（任答三点得6分）

⑵①对（气候、地形、土壤和水源等）自然条件无依赖或依赖小；

②劳动力成本大大降低；

③不使用化肥农药，食品更安全；④运输成本低；⑤单产高，生产效率高。（每点1分，共5分）

⑶①我国经济发展快，绿色食品的市场需求增大；

②人口老龄化严重，劳动力短缺日益严重；

③土地资源紧张，人均耕地少；④技术日趋成熟。（每点2分，共8分）

植物工厂是现代设施农业发展到高级阶段的产物，是一种高投入、高技术、精装备的工厂化农业系统。其设计和使用使农业生产不断向专业化、集约化方向发展。目前，荷兰、日本等国已在此方面走在世界前列。下图是植物工厂示意图。据此完成2-4题。

2. 植物工厂中可以明显缩短农业生产周期的设备是

A. 育苗工厂 B.栽培车间 C. 保冷库 D. 通风系统

3. 利用植物工厂，符合荷兰农业专业化发展方向的农作物可能是

A. 甜菜 B.蔬菜 C. 柑橘 D. 棉花

4. 植物工厂的设计要注重改良当地的自然条件，判断荷兰植物工厂在设计上应侧重的方面是

① 热量 ② 水分 ③ 光照 ④ 土壤

A. ①② B. ②④ C. ①③ D. ③④

【解析】

2.选A。解析：植物工厂中“育苗工厂”可以使两季作物的生长周期实现叠加，从而实现明显缩短农业生产周期的目的。

3.选B。解析：植物工厂是一种高投入的农业系统，必须种植高附加值高的作物，一般来说水果、蔬菜和花卉种植较多。柑橘虽为水果但果树占用空间太大，不宜在植物工厂中种植。

4.选C 荷兰地处于中高纬度地区，属于温带海洋性气候，降雨量分布均匀，水分方面很充足，不需要考虑；光照不充足，是需要弥补的条件，而光照与热量密切相关。故选C。

5.阅读图文材料，完成下列问题。

材料一植物工厂是利用计算机对植物生有的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境条件进行自动控制(左下图)，实现农作物周年连续生产高效农业系统。1957年世界上第一家植物工厂诞生在丹麦，1974年日本等国也逐步发展起来，主要进行蔬菜和瓜果生产。随着各项技术与设备的成熟，近年来植物工厂在我国发展迅速，目前已有100多家，成为数量仅次于日本的植物工厂发展大国。

材料二中国科学技术大学先进技术研究院致力于农业光电子事业和人工气候环境精准控制的研究及商业应用，并推广集装箱式植物工厂(右下图)，单体小(30平米)，可移动，安装方便，自由组合。

（1）与传统农业发展模式相比，说明植物工厂模式发展农业的优势。

（2）简述集装箱式植物工厂的优点。

（3）说出东西部地区哪个地区更适合发展植物工厂农业，并说明理出。

【答案】

（1）优势：节省土地资源；不受光热水土等自然条件的限制；全年全天候连续生产，不受季节影响，效率高；生长环境可以控制，可以模拟出不同的植物生长环境；不使用化肥农药，无病虫害，产品质量高。(任答四点分)

（2）灵活，可移动；独立控制，自由组合，规模可控，可实现多种经营。

（3）东部地区(必答)；理由：东部地区土地资源紧张；东部地区城市多，人口稠密，市场广；东部地区资金技术充足。(第一问判断错误，后面可以不给分)

【解析】

（1）由图可知，植物工厂模式中可以设置多层、垂直空间结构，采取立体栽培模式，大幅度节省土地与能源；由材料一中“植物工厂是利用计算机对植物生有的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境条件进行自动控制”可知，植物工厂不受光热水土等自然条件的限制，实现周年均衡生产，且可以控制生长环境，模拟出不同的植物生长环境，不使用化肥农药，不产生病虫害，且产品质量高。

（2）由材料二可知，“集装箱式植物工厂，单体小(30平米)，可移动，安装方便，自由组合”，说明该植物工厂体积小，方便灵活可移动，且自由组合，可根据市场需求扩大或缩小规模，实现多种经营。

（3）由材料可知，该植物工厂的优势是节省土地资源和全年全天候连续生产，不受季节影响，效率高，而且植物工厂对技术和投入要求较高，所以东西部地区相比较，东部地区土地资源更加紧张，且东部地区人口密度大，市场广阔，资金和技术充足，更加适合发展植物工厂农业。

近年来，日本各地掀起一股“植物工厂热”，即在封闭或者半封闭环境中，借助人工光照，是培育绿叶蔬菜的场所。日本幕张地下植物エ厂利用靠近东京的城市地下综合管廊种植蔬菜，该地下综合管廊闲置已久，温度常年保持在18～22℃。植物エ厂建成后，从菜苗盒送入地下到长好蔬菜送至地面，实现全程自动化。

据此完成下面小题。

6. 城市出现地下植物工厂的主要原因是城市

A. 耕地资源相对缺乏 B. 综合管廊普遍闲置

C. 市民空余时间较多 D. 地下农业经验丰富

7. 与传统蔬菜种植方式相比，地下植物工厂蔬菜种植

①距离市场近，储运费用低②地下温度稳定，采暖降温成本低

③全程自动化，劳动力成本低④技术较成熟，开发成本低

A. ①②③ B. ①②④ C. ①③④ D. ②③④

【答案】6. A 7. A

【6题详解】

地下植物工厂即将农作物放在地下种植，主要的目的是城市的土地资源少、地价高，现代城市建设用地大量挤占耕地，造成耕地资源紧缺。正确答案为A。综合管廊普遍闲置不一定非要发展农业，也可以发展第三产业，这不是地下植物工厂出现的必然原因，B错误。靠近东京的城市，市民从事农业比重较小，空余时间不多，C错误。地下农业刚起步，经验不丰富，D错误。故选A。

【7题详解】

地下植物工厂需借助人工光照，使用营养液，使用自动化设备，因此技术要求高，开发成本高，且技术并不成熟。排除④，故正确答案选A。

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