【未来憧憬】应势而生，势在必行 ——我院植物工厂学科发展展望
一、 植物工厂发展过程中存在的问题及解决途径
植物工厂是一种通过设施内（温室、房屋、集装箱等）相对高精度的环境控制，实现作物周年连续稳定生产的高效农业系统，是不受（人工光型）或很少受（自然光型）自然条件制约的省力型生产方式。技术高度密集，涉及现代工业、信息、生物等技术，是衡量一个国家农业高技术水平的重要标志之一。
植物工厂分为人工光植物工厂及自然光植物工厂（现代温室+无土栽培）两大类。人工光植物工厂的主要产品为株高较低、适合多层栽培、生长天数较短的速生叶类蔬菜、草本药用植物、种苗、小型根菜类及小型花卉类等。自然光植物工厂可种植茄果瓜类、叶菜、花卉、中草药、果树等。
植物工厂技术发展以日本和荷兰最为典型，其中日本以人工光植物工厂、荷兰以自然光植物工厂发展迅速。我国人工光植物工厂的发展时间尚短，还处于科研、试验、示范阶段，自然光植物工厂的发展受经济发展的制约断断续续。植物工厂投资相对较大，相关技术人员缺乏，在单项技术突破、综合技术应用、盈利模式等方面与荷兰、日本等发达国家尚有不小差距。
(一) 人工光植物工厂
人工光植物工厂面临的最大问题是如何降低成本并实现盈利。
1. LED光源的科学应用
人工光植物工厂光能利用率仅为2.7%，理论最大值可达10%，因此光利用率还有很大空间，LED光谱的有效利用可进一步降低能源消耗。
2.高附加值产品的生产，如功能叶菜等。
3.不时季节高密度速生叶菜育苗的培育
人工光植物工厂在国内用于高密度育苗具有一定前景，特别是速生叶菜高密度育苗。育苗密度大，由于环境高度可控，育苗质量稳定、时间短。人工光植物工厂育苗，主要针对自然光植物工厂速生叶菜无土栽培的生产方式，生长速度快，而非针对生长速度相对慢很多的土壤栽培生产方式。为节省人工光植物工厂育苗的能源，在温光环境适宜的季节可采用自然光植物工厂进行育苗。因此，不时季节人工光植物工厂育苗+自然光型植物工厂栽培是速生叶菜生产的理想组合 。
(二) 自然光植物工厂
自然光植物工厂引进消化吸收20年后的今天又有新一轮的温室引进浪潮，主要原因是因为缺乏有效的综合解决方案，即温室类型、配套装备、品种、环境控制及栽培管理技术等的有机集成。
1.系统性的基础研究缺乏，如生长模型、作物与环境的互作、基础数据的系统收集与分析利用等。
2.行业间的协同不够，温室装备、信息技术、品种、栽培技术缺乏密切配合度。
3. 基础研究与实际应用的相关度低。现行的人才评价标准致使人才培养方式及研究内容不接地气，专业人才长期缺乏，影响了行业可持续发展与创新。
4.设施设备配置不到位，管理相对粗放
普遍存在一种说法，我国温室蔬菜产量是荷兰的1/3甚至1/4。荷兰高产是建立在环控设备齐全、栽培管理到位的前提下，而我国的温室蔬菜生产因种种原因，环控及技术难以满足蔬菜生长需求，前提不一样产量水平没有可比性。
因此，要想取得高产量，设施设备及农事操作必须高标准严要求。
高标准：设施设备的高标准（相伴的是高投入）包括环控及肥水灌溉的可靠性、精准性。严要求：以蔬菜生长为核心，严格按蔬菜生长发育需求提供适宜环境、精准水肥及严格的植株调整等农事操作，以充分发挥增产潜力。
二、 上海植物工厂发展历程
上海市农业科学院在上世纪八十年代即成立无土栽培研究团队，开展蔬菜无土栽培、鱼菜共生、双层充气温室等，在当时来说可称得上是前沿技术的研究。人民日报1986年3月8日曾报道上海市农业科学院园艺研究所采用水耕栽培技术栽培番茄获得成功。
1996年上海市在国内率先系统性地引进15公顷荷兰及以色列现代温室及配套技术，用于设施蔬菜生产。上海市农业科学院作为攻关组的主要力量全程参与引进消化吸收的全过程。通过消化吸收，全新的茄果瓜类蔬菜长周期栽培方式及配套技术开始推广应用，无土栽培技术由小范围试验示范到规模化应用。该项成果获上海市科技兴农一等奖及上海市科技进步二等奖。
此后，以上海市农业科学院为主，进一步开展现代温室及配套技术攻关，有力地推动了上海设施园艺技术的进步。相关成果获上海市科技进步一等奖及国家科技进步二等奖等。
上海市农业科学院于2013年在崇明建成21000m2现代温室，系统开展自然光植物工厂蔬菜瓜果无土栽培技术研究。同时，与上海绿立方农业发展有限公司、上海孙桥溢佳农业技术股份有限公司等专门从事植物工厂技术研发的企业开展密切合作，有利于研究成果的产业化。
三、 上海地区发展植物工厂的时机日趋成熟
1. 收入提高
高端消费群体日益庞大，消费者对食品安全要求越来越高；诚信及监管体系日趋完善，优质优价成为可能。
2. 省力化迫在眉睫
根据联合国的规定，65岁以上人口超过7%时，社会进入老龄化阶段，超过14%达到深度老龄化，超过20%则进入超老龄化。
日本已进入超老龄化阶段，65岁以上占23%，农业人口平均66岁。因此，近年来日本自动化研发快速发展。
我国的人口老龄化速度加快，65岁以上占12%。上海地区65岁以上占22%，已进入超老龄化。上海郊区目前在从事蔬菜种植的劳动者大多超过65周岁，且以女性居多。中国农业的现状是，70后不愿种地，80后不会种地，90后不提种地。因此，我国的农业生产的省力化（机械化、智能化、自动化等）迫在眉睫。
植物工厂的生产方式种植环境舒适，因生产过程标准化程度高易采用自动化等省力化措施，对年轻从业人员有吸引力。
3. 植物工厂的现状与上海高速发展的经济环境不匹配
上海缺乏与国际化大都市相匹配的规模化高端蔬菜生产产业化基地。
4. 企业对植物工厂产业的主动聚焦
企业是创新的主体，不断的自主创新有利于植物工厂产业的可持续健康发展。
近年来已有部分企业家投资植物工厂产业，通过科研、生产与市场的密切结合，高投入高产出的盈利模式呼之欲出，指日可待。
四、 植物工厂重点研发领域
植物工厂的生产过程本身就是一种生命现象，可变因素多，因果关系不是呈直线状而是网状，需要开展系统深入的原创性研究，简单模仿国外必定失败。
上海市农业科学院作为本市唯一的农业科学专业研究机构，应承担起植物工厂核心技术研究的重任。
1. 自然光植物工厂速生叶菜类NFT栽培技术研究
速生叶菜类为上海地区必不可少的蔬菜种类，占上海常年蔬菜种植面积的60%。但目前速生叶菜类基本是采用传统的土壤栽培的方式，存在产量波动大、产品安全难以保障、连作障碍、机械化自动化程度低、用工量大、不耐运输等问题。NFT栽培是速生叶菜类无土栽培的适宜生产方式。
具体研究内容包括矿质元素互作效应、功能性（低钾、高钙、高铁、高萝卜硫素、富硒等）专用营养液配方的研发等。
2. 自然光植物工厂育大苗及茄果瓜类周年无土栽培生产关键技术研究
包括特大苗的培育（节能）、矿质元素互作效应、营养液循环利用、适度人工补光、根际局部控温、基于环境的模型构建等。
3. 人工光植物工厂育苗技术研究
包括光配方、环境调控等。
五、 建议
1. 平台建设
建立多种类型小型人工光植物工厂及可单独调控的自然光植物工厂组合单元用于研究，同时配备相关仪器设备。
2. 人才队伍建设
引进、培养不同层次人才，在基础研究如植物与环境的互作、生长模型等方面深入研究。进一步通过应用研究如营养液配方及管理、光配方、环境调控、节能节本模式等，集成形成专家系统。
3. 加强合作
加强与同行、相关企业的合作，同时与工程、机械、信息等方面密切结合，有机集成，形成高效节能的植物工厂技术体系。
END
供稿：余纪柱
编辑：汪妍
审稿：易建平
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