GSC专业系统分析：《植物工厂应用现状及发展前景》

3月20日，广东省半导体照明产业联合创新中心（下称GSC）项目总监叶丹在第一届两岸农业照明论坛中作了《植物工厂应用现状及前景分析》的演讲报告，分别从为什么需要植物工厂、国外植物工厂应用现状、国内植物工厂现状、植物工厂前景分析4个方面对植物工厂的发展进行了系统的分析。

广东省半导体照明产业联合创新中心项目总监叶丹

以下是演讲实录：

为什么需要植物工厂？

叶丹总监提到近年来，植物工厂受到了前所未有的关注，主要原因有四点：1、人口的持续增长，耕地资源的不断减少，她引用联合国预测的数据指出，到2050年全球人口将达95亿人，食物需求将比现在增加70%以上，而人均耕地面积在近30年从0.33 hm2下降至0.22 hm2以下，降幅至少达33.3%。到2050年，中国人口将达16.4亿人，耕地面积将由现在的1.22亿hm2下降至9647万hm2以下。

2、自然环境日趋恶劣，土地水源重金属污染严重。由于严重的雾霾导致光照不足，温度持续走低，单位产量严重下降。而且光线弱不利于蔬菜养分的积累，蔬菜质量也受到影响。同时，她提到国土资源部曾公开表示，中国每年有1200万吨粮食遭到重金属污染，直接经济损失超过200亿元。而这些粮食足以每年多养活4000多万人，同样，如果这些粮食流入市场，后果将不堪设想。

3、药残事件频繁发生，食品安全越来越受到大众关注。目前，杀虫剂和农药的使用仍非常普遍，药残超标的现象时有发生。随着人们生活水平的不断提高，对安全食品的需求也越来越迫切。

4、农业从业人口老龄化，年轻人不愿务农的现象日趋严重。据杨其长教授统计，日本2006年从事农业的劳力中60岁以上的人口占68.9%，而40岁以下仅占5%。预计到2016年，农业劳力60岁以上的人口将占82.8%，40岁以下的人口下降至4.7%。目前中国从事农业生产的劳动力中60岁以上老人已经占60%以上，吸引年轻人务农将是很多国家面临的社会难题。

国外植物工厂应用现状

叶丹总监接着分享了国外植物工厂应用现状，她首先介绍了两种类型的植物工厂的定义， 然后介绍了植物工厂的发展史，世界上第一座植物工厂出现于1957年的丹麦约克里斯顿农场，面积为1000 ㎡，属太阳光利用型（带人工补光）；而第一个人工光植物工厂于1960年由美国通用电气公司开发成功，随后奥地利卢斯那公司于1963年又建造一座高30 m的塔式人工光植物工厂，利用上下传送带旋转式的立体栽培方式种植生菜。

到了20世纪70年代，美国通用食品公司、赛纳拉鲁米勒斯公司以及依法德法姆公司等多家企业也相继开发出人工光利用型植物工厂。在亚洲，日本的植物工厂起步较晚，但发展迅速。1974年日立中央研究所高辻正基等开始进行人工光植物工厂的研究，并于1983年在静冈县三浦农场正式推出第一套商业化植物工厂，采用高压钠灯与三角板气雾栽培生产生菜；20世纪90年代以来，植物工厂逐渐在日本普及。据统计，目前日本拥有人工光利用型植物工厂约10 h㎡、太阳光利用型植物工厂约1000 h㎡，韩国分别约为0.5 hm2和300 h㎡。日本植物工厂的市场产品销售，2009年度为13亿日元，2010年达到16亿日元，预计2015年将达到18亿日元。

目前国内植物工厂的现状

随后叶丹总监介绍了国内植物工厂的现状，她提到中国植物工厂起步较晚，中国对植物工厂的研究起步于2002年，主要进行植物工厂水耕栽培及其相关系统的试验研究； 国内第一个人工光植物工厂试验系统于2006年在中国农业科学院建成，2009年在此基础上扩大为100 ㎡，光源全部采用发光二级管（LED）； 国内第一例商业化人工光利用型植物工厂于2009 年9 月在吉林长春建成，面积为200 ㎡ ，由160 ㎡ 蔬菜工厂和40 ㎡ 植物苗工厂两部分组成，蔬菜工厂采用荧光灯，植物苗工厂采用LED光源。 2010年5月，全球首款“低碳·智能·家庭植物工厂”由中国科学家研制成功并在上海世博会展出。随后，北京通州、山东寿光、辽宁沈阳、广东珠海、江苏南京等地相继建成了20多座人工光和太阳光利用型植物工厂。2013年北京农众物联建成国内首个立体化、规模化、综合化、现代化的植物工厂，有效种植面积达到2.6万㎡。 中国植物工厂的快速发展和技术突破，标志着中国已经在该领域逐渐进入世界先进行列。

随着LED技术的发展，以LED光源促生长的植物工厂模式兴起。据不完全统计，目前我国已建植物工厂达80多家。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。

植物工厂的发展前景

叶丹总监在对植物工厂的发展前景分析时，她首先介绍了设施农业市场现状，目前市场发展需求：2015年设施园艺面积达410.9万公顷，产值达到9800亿元；植物组培面积2000万平方米；植物工厂每年增长规模30-40家。并提到了市场获利的途径：除家用外，植物工厂一般有2种获利途径，一是叶菜类的大量量产，如小白菜、生菜、莴笋等植物；二是种植难度高的人参、金线莲、冰花等高经济价值作物，透过特定的LED频谱和管控系统，就能培育生长条件较苛的季节性作物。LED作为植物照明光源可以广泛应用于植物工厂，具有促进植物生长、调节植物形态以及节能环保等多方面优势。

接着，她分享了LED农业照明市场前景，据介绍目前涉足农业照明市场的有：国际大厂飞利浦、欧司朗、三菱、GE、西门子，其中飞利浦推出“灯光食谱”；台厂亿光也早有涉足，而随着台湾农金风潮的兴起，有报道称“台湾科技大厂鸿海、台达电、金仁宝集团、欣兴电子及老牌的大同集团也都跨行种起菜来了”；大陆厂商方面，鸿利光电一直在进行相关产品的研发，中德光电也致力研究植物灯，其种植效果得到客户一致认可；三安集团与中科院植物所联合共建LED植物工厂也将落户安溪，预计5年后产值达80亿元。

根据市场预测：仅植物工厂化育苗产业一项就为LED光源提供了巨大的消费市场，如果在植物工厂化育苗中采用LED替代传统电光源，其一次性总市场规模将达到2000亿元。 市场研究公司Navigant Research最新报告亦指出，LED预计最早将在2017年占据植物照明市场50%的市场份额销售。

植物工厂发展存在的问题及建议

同时，她还指出了目前植物工厂发展存在的一些问题：一是局限于科研阶段：现在植物工厂的发展还局限于科研阶段，真正投入市场还比较少见，长春、北京、上海、西安都已经有植物工厂了，不过效益不是很好；二是高昂的成本：尽管植物工厂在产量和效率方面具有优点突出，但存在的问题也同样明显，那就是高昂的成本，在一定程度上影响了它的推广；三是终端市场两大障碍：就消费端而言，目前植物工厂所产出的产品售价过高，有的甚至以公克计价，所以目前只适合种植一些高附加值的作物。并且，也有相关专家表示，目前依靠植物照明无土栽培所产出的作物在健康和安全上是否存在问题依然没有定论。

而为了解决实践中存在的问题，她提出了一些可行性的建议，她认为首先应该共建标准，产业发展，标准先行，对于LED光源也是如此，有了标准化，才能使LED农业照明健康有序地发展。但是标准体系的建立，不仅需要理论基础，更需要实际应用基础，这是建立合理科学的标准体系的关键。这就需要建立一个专业性的公共平台，汇聚专家、企业精英，从LED农业照明光源的研发与实际应用两个方面进行更多的调查研究，制定出有利于行业和产品发展的农业LED光源标准；第二，是要突破技术难点，当前LED植物工厂存在的主要技术难题为：每一种植物对光的要求是不一样的，很多公司没有这个能力根据植物来应对调节光的波长。很多LED植物照明公司也不知道具体植物所需要的光的波长。产业亟需一个公共性的协同创新平台，将LED植物照明制造厂商、植物工厂以及植物研究所联动起来，根据植物特性安排匹配的照明光源，促进植物的光合作用。此外尽量生产光谱范围大的光源，或者多种光源组合，智慧调控，满足多种植物同时需求。其次，还亟需协同创新的公共服务平台。为了进一步实现植物工厂产业化，无论是从市场推广、技术成本下降还是标准检测等方面，都迫切需要一个协同创新的公共性服务平台，推进植物工厂的示范应用，积极开展共性技术研究促进生产成本下降，加强植物工厂的标准化建设，推动植物工厂共性技术发展和难点技术突破。

GSC在农业照明的道路上所做的探索

她还介绍了广东省LED农业照明公共平台和广东现代农业（植物工厂）应用示范基地，她表示，GLAP平台就是致力于推动LED植物照明产品和设备的研发，以及LED植物光照系统和植物工厂商业模式的创新研究和示范推广。同时，积极推进LED植物照明系统的标准化研究，同时围绕LED产业链关键环节、战略产品研发，组织产业链上下游或技术互补型企业、有关高校、科研机构等结成联盟，联合开展核心技术攻关 。

最后，叶丹总监介绍了GSC目前在农业照明领域所做的一些探索，包括与北京农众物联技术有限公司合作，成立了广东农众物联技术有限公司。而目前GSC所能提供的技术服务包括：一、技术服务类：依托标准化体系和自有知识产权，提供产业分析、规划设计、商业计划、文件撰写、技术辅导等技术类服务；二、工程施工类：依托独有的匹配化和标准化体系，使工程类成本更低，在专业的高科技设施农业工程中更具有竞争力，专业承接植物工厂工程、温室工程、阳台农场、园林园艺景观等工程施工；三、针对LED农业照明企业的：依托广东省标准光组件重点实验室与广东现代农业（植物工厂）应用示范基地提供最专业的灯具检测与植物生长种植效果报告，为企业研发技术、改善方案、市场宣传提供有力依据；四、针对家庭、办公室、餐厅：联合开发小型适合家庭使用的小型阳台农场设备、家庭种植箱等，并提供强有力的推广平台。