“從國家層面來看，大家都知道從04年到15年，中央1號文件把發展現代農業保障國家糧食安全，保障農產品有效供給，作為國家長期發展戰略。怎么保障？無非就是要增加糧食的產量，增加食物的供應。從國際層面來看，聯合國人口基金會公布2014年全球人口數量是77億。據聯合國預測，2050年全球人口達到96億，2100年將達到110億，將增加50%的人口，我們需要相對增加糧食和農產品的供給。”中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員劉文科在第二屆農業照明發展論壇上提到。

　　以下是其演講實錄：

　　植物工廠的發展背景

　　到21世紀末，全世界或者我國人口的增加對農產品及糧食的需求，不僅是數量，還有質量上面的安全需求急劇增加。首先從農產品的供應端來分析一下它的供給能力。

　　一是全國的農業生產系統，大田露地生產，它的產能和穩定性在降低。為什么？首先是資源在下降，從農業生產資源的數量和質量，比如說土地、水肥、人力資源，數量和質量都在下降。

　　其次是農業環境的污染、自然災害頻發、季節干擾大。大田農業受季節干擾很大，北方在冬季根本無法進行大田農業生產。

　　三是人為干預能力差，生產能力逐漸在缺失。

　　基于上述原因，我們寄希望于設施農業，一是低端的設施農業，在我國表現為塑料袋大棚、日光溫室。它的產能和穩定性比較差，主要是設施比較簡陋，人為干預調控的能力也比較差。增產和穩產的潛力有限，怎么辦？結合我們的技術發展現狀，解決辦法只能是這樣的：我們可以通過升級創新農業生產系統，提升農業裝備的級別，用工業的理念發展農業。這句話是***總理2015年提出來的，通過工程技術裝備手段大幅度促進農業提質增效，只有通過這種方法，我們才能用有限的資源、有限的空間生產更多的糧食和食物。

　　二是植物工廠。在這種背景下，植物工廠應運而生。植物工廠發展非常快，應該要感謝兩位科學家。在國際上，日本千葉大學原校長古在豐樹教授，他是日本乃至世界植物工廠技術裝備及產業發展的奠基人和倡導者，出版了《人工光性植物工廠》、《太光光利用型植物工廠》等著作。在中國，植物工廠技術裝備及產業發展的奠基人和倡導者就是中國農業科學院楊其長研究員，他在本世紀初就倡導植物工廠技術和LED農業照明技術，出版了幾本著作，2016年即將出版《設施園藝半導體照明》。

　　植物工廠的定義就是通過設施內高精度環境控制實現作物周年連續生產的系統，這個系統不受或很少受自然條件的制約，是一種高效農業生產方式。它主要分兩類，一是人工光植物工廠和二是太陽光植物工廠。圖2中這兩幅圖，左下角是人工光植物工廠，右下角是太陽光植物工廠。

　　大家可以看一看設施園藝發展過程（圖2），由靠天吃飯的大田露地農業到簡單的塑料大棚、日光燈溫室、到現在的聯動溫室和人工光植物工廠。可以發現這都是通過圍護結構密閉性的提高和自動化水平、管控水平的提高來提高它的產能。從這個發展脈絡來看，人類控制農業生產過程的能力，是借助工程技術的裝備來得以提升的。

　　植物工廠的優勢

　　植物工廠有非常多的優勢：

　　一是它不受外界氣侯的影響，生產能力比較穩定；

　　二是土地和空間資源的利用效率比較高；

　　三是它的生產要素，自動化程度比較高，可以按計劃生產，產量比較高；

　　四是比較本質的一個好處——無污染，基本上它不發生蟲害，不用施農藥，也可以杜絕重金屬；

　　五是農產品的營養成分可以調控，在大田里面，蔬菜的營養品質可控性很差。我們在設施條件下，可以調動所有的設施管理要素、生產要素來提高蔬菜的營養品質，也可以擴大增加有益營養成分的合成積累；

　　六是滿足特殊場合的農作物生產需求，例如島嶼、太空農業；

　　七是規模可大可小，無所不能，它的用途非常多；

　　八是植物工廠采納LED照明技術裝備，這是它的優勢。因為LED照明可以極大提升植物工廠的空間效率，提升生產效率；

　　九是植物工廠采納水肥一題化技術裝備，這樣自動化程度才有體現。

　　植物工廠技術發展難點

　　我個人認為植物工廠發展有這幾個特征，它的發展目標，主要是實現優質高產、商業化盈利。這兩個是相輔相成的目標，實現優質高產，盈利的可能性就高一些。

　　技術發展基礎應該是作物種類及其生物學特性，生物學規律的認識應該是其他技術發展的基礎。技術發展的途徑應該是生產要素耦合調控技術裝備創新，我們只有把植物工廠作物生產的所有要素調控，按照作物的需求進行耦合的調控，才能最大程度節能，最大程度的高效。

　　植物工廠技術研發現狀：一是成本高、周期長，參數多，耦合交互多，亟待產學研結合。二是仍以科研單位為主體，企業研發比重增加（示范基地的掛牌正好說明了這點）。三是已由研發帶產業向產業促研發轉變，示范工程呈現百花齊放、百家爭鳴的態勢，產業和研發應該起到良性循環的作用。

　　技術難點分兩部分，一部分是植物工廠生產調控單向技術發展的難點。這其中主要有6個難點：一是節能降耗的問題，包括LED光源如何運行更加節能有效，環控執行機構等；二是智能環境控制問題，耦合控制、資源高效利用；三是農產品保健品質調控技術，功能營養物植物強化等；四是營養配方與光照配方問題，這一直是非常重要的問題；五是水肥一體技術裝備，我們要構建更合理的栽培平臺，研發更好的栽培裝備；六是生產管理自動化技術裝備，我們現在國內的植物工廠機器人、自動化裝備應用還是比較欠缺的。

　　第二部分的難點是生產調控系統技術發展難點。這里面有四個難點，一是植物工廠生產植物產品類型與效益關系，生產不同的植物種類和你的效益息息相關，他們之間的定量關系到底怎樣，需要我們做很多的研究工作；二是植物工廠建造規模與效益關系，建造的植物工廠規模不一樣，投入不一樣，產出也不一樣，這是不是一個直線關系或其他關系，也需要進一步研究；三是植物工廠智能化水平與效益關系，我們的植物工廠到底自動化水平達到多高最有利于盈利，最有利于推廣，這也需要研究；四是植物工廠建造區域與效益關系，例如建在城市周邊，還是鄉村，或者是華南華北，是不是都有不同的關系，我們需要更深入的研究。

　　植物工廠技術發展的對策

　　最后簡單介紹下植物工廠技術發展的對策，個人觀點，僅供參考。首先是科技研發層面，一是針對性開展植物工廠植物生產要素需求規律研究，懂農業生物環境學、營養生理學、分子生物學，建立基于植物種類及品種的營養與環境配方大數據。

　　二是開展植物工廠工程裝備研發工作，圍護結構工程裝備、栽培與水肥一體化工程裝備、照明工程裝備、環境要素智能控制工程裝備等。

　　三是開展植物工廠高校調控的技術方法研發工作，以優質高產為目標，生產要素時空耦合調控技術方法研究，才能更有利于植物發展生育。

　　在成果轉化與示范驗證層面，一是建立典型氣候區植物工廠示范工程；二是建立規模尺度差異性植物工廠示范工程；三是建立多種植物種類的植物工廠示范工程；四是建立智能化物聯網植物工廠示范工程。通過示范工程的建立，通過一年或者是幾年的運行，得到一些運行參數，為植物工廠的標準化、推廣應用提供技術支撐。