摘要：近年来，随着现代农业技术的持续探索，工厂工厂行业也发展迅速。本文介绍了植物工厂技术和行业发展的现状，现有的问题和发展对策，并期待未来植物工厂的发展趋势和前景。

1。技术开发的现状

1.1外国技术发展的现状

自21世纪以来，对植物工厂的研究主要集中于提高光效率，创建多层三维培养系统设备以及智能管理和控制的研究和开发。在21世纪，农业LED光源的创新取得了进步，为在植物工厂中应用LED节能光源提供了重要的技术支持。日本的千叶大学在高效光源，节能环境控制和耕种技术方面进行了许多创新。荷兰的Wageningen大学使用农作物环境模拟和动态优化技术来开发用于工厂工厂的智能设备系统，从而大大降低了运营成本并大大提高了劳动力生产率。

近年来，植物工厂逐渐意识到了从播种，饲养幼苗，移植和收获的生产过程的半自动化过程。日本，荷兰和美国处于最前沿，具有高度的机械化，自动化和智力，并且正在朝着垂直农业和无人运营的方向发展。

1.2中国技术发展状况

1.2.1 PELECTIZD LED照明源和节能应用技术设备用于植物工厂的人造光

特殊的红色和蓝色LED光源用于生产植物工厂中各种植物物种的生产。功率范围为30至300 W，辐射光强度为80至500μmol/（m2•s），可以提供具有适当阈值范围的光强度，即光质量参数，以实现高效效果节能并适应植物生长和照明的需求。在光源散热管理方面，已经引入了光源风扇的主动散热设计，从而降低了光源的光衰减速率并确保光源的寿命。此外，提出了一种通过营养溶液或水循环降低LED光源的热量的方法。在光源空间管理方面，根据幼苗阶段和后期植物大小的进化定律，通过LED光源的垂直空间运动管理，植物冠层可以在近距离亮起，节能目标是成就了。目前，人工植物工厂的光源的能源消耗可占工厂工厂总运营能源消耗的50％至60％。尽管LED与荧光灯相比可以节省50％的能源，但仍有有关节能和减少消费的研究的潜力和必要性。

1.2.2多层三维耕作技术和设备

由于LED替代了荧光灯，因此多层三维培养的层间隙降低了，从而提高了植物培养的三维空间利用效率。关于耕作床底部的设计有许多研究。凸起的条纹旨在产生湍流，这可以帮助植物根均匀地吸收养分，并增加溶解氧的浓度。使用定植板，有两种定植方法，即不同大小的塑料定殖杯或海绵周边定植模式。出现了一个可滑动的栽培床系统，可以将种植板及其上的植物从一端移到另一端，从而实现了种植在耕种床一端的生产方式，并在另一端进行收获。目前，已经开发了基于营养液膜技术和深层液体流动技术的各种三维多层多层Soilles培养技术和设备，以及用于草莓的底物种植的技术和设备，绿叶蔬菜和花朵的气溶胶种植已经弹起了。提到的技术发展迅速。

1.2.3营养溶液循环技术和设备

在使用养分溶液一段时间后，有必要添加水和矿物质元素。通常，通过测量EC和pH来确定新准备的营养溶液和酸碱溶液的量。养分溶液中的大型沉积物或根部去角质需要通过过滤器去除。可以通过光催化方法去除营养溶液中的根渗出液，以避免水培法中连续的种植障碍物，但是养分的可用性存在某些风险。

1.2.4环境控制技术和设备

生产空间的空气清洁度是工厂工厂空气质量的重要指标之一。在动态条件下，在植物工厂生产空间中的空气清洁度（悬浮颗粒和沉淀细菌的指标应控制至100,000以上的水平。物质消毒输入，进出的人员空气淋浴处理和新鲜空气循环空气净化系统（空气过滤系统）都是基本的保障措施。生产空间中空气的温度和湿度，二氧化碳浓度和气流速度是空气质量控制的另一个重要内容。据报道，设置设备，例如空气混合盒，空气导管，进气口和气插座，可以均匀地控制生产空间中的温度和湿度，二氧化碳的浓度和气流速度，以实现高空间均匀性并满足植物需求在不同的空间位置。温度，湿度和二氧化碳浓度控制系统和新鲜空气系统被有机地集成到循环空气系统中。这三个系统需要共享气管，进气口和气插座，并通过风扇提供电源，以实现空气流量，过滤和消毒的循环以及空气质量的更新和均匀性。它确保了工厂工厂的植物生产没有害虫和疾病，并且不需要施用农药。同时，冠层中生长环境元素的温度，湿度，气流和二氧化碳浓度的均匀性保证可以满足植物生长的需求。

2。植物工厂行业的发展状况

2.1外国工厂工厂行业的现状

在日本，人工植物工厂的研发和工业化相对较快，并且处于领先水平。 2010年，日本政府推出了500亿日元，以支持技术研发和工业演示。包括千叶大学和日本工厂工厂研究协会在内的八个机构参加了会议。日本未来的公司进行了工作，并经营着每日产量为3,000株工厂的工厂工厂的第一个工业化演示项目。 2012年，工厂工厂的生产成本为700日元/公斤。 2014年，宫城县的塔加城堡的现代工厂工厂工厂完成了，成为世界上第一个每天产量10,000株工厂的LED工厂工厂。自2016年以来，领导的工厂工厂进入了日本的工业化快车道，而收支平衡或有利可图的企业已经又一次地出现了。 2018年，每日生产能力为50,000至100,000株植物的大型植物工厂接一个地出现，全球工厂工厂正在发展朝着大规模，专业和智能的发展发展。同时，东京电力，冲绳电力和其他领域开始投资植物工厂。 2020年，日本工厂生产的生菜市场份额约占整个生菜市场的10％。在目前正在运营的250多个人工式植物工厂中，有20％处于损失阶段，50％处于收支平衡水平，30％处于有利可图的阶段，涉及耕种的植物物种，例如生菜，草药和幼苗。

荷兰是植物工厂太阳能光和人造光的联合应用技术领域的现实领导者，具有高度的机械化，自动化，智慧和无人驾驶，现在已经导出了一套完整的技术和设备中东，非洲，中国和其他国家的产品。 American Aerofarms Farm位于美国新泽西州纽瓦克，面积为6500平方米。它主要种植蔬菜和香料，输出约为900吨/年。

Aerofarms的垂直农业

美国大型公司的垂直农业工厂工厂采用LED照明和高度为6 m的垂直种植框架。植物从种植者的侧面生长。依靠重力浇水，这种种植方法不需要额外的泵，并且比常规耕作更具水能。 Lasth声称他的农场的产量是传统农场的产量的350倍，同时仅使用1％的水。

垂直农业工厂，多余公司

2.2状态植物工厂行业中国

2009年，在中国建立了核心并在长春农业博览会公园建立了核心和运营的中国第一家生产工厂工厂。建筑区域为200平方米，环境因素，例如温度，湿度，光，二氧化碳和养分溶液的浓度，可以自动监测以实现智能管理。

2010年，北京建造的Tongzhou Plant工厂。主结构采用单层轻钢结构，总建筑面积为1289平方米。它的形状像航空母舰一样，象征着中国农业，牵头驶向现代农业最先进的技术。已经开发了绿叶蔬菜生产的某些操作的自动设备，这提高了工厂工厂的生产自动化水平和生产效率。工厂工厂采用地面源热泵系统和太阳能发电系统，可以更好地解决工厂工厂的高运营成本问题。

汤佐工厂工厂的内部和外观

2013年，许多农业技术公司在Shaanxi省的Yangling农业高科技示范区成立。正在建设和运营的大多数工厂工厂项目都位于农业高科技示范公园，主要用于流行的科学示范和休闲观光。由于它们的功能局限性，这些流行的科学工厂工厂很难实现工业化所需的高收益和高效率，因此他们将很难成为未来的主流工业化形式。

2015年，中国一家主要的LED芯片制造商与中国科学院植物学研究所合作，共同启动了一家工厂工厂公司的成立。它已经从光电行业跨越了“光生物学”行业，并已成为中国领导的制造商投资工业化工厂工厂建设的先例。它的工厂工厂致力于对新兴光生物学进行工业投资，这将科学研究，生产，示范，孵化和其他功能融为一体，并与1亿元的注册资本相结合。 2016年6月，这家工厂工厂拥有3层楼的建筑物，覆盖了3,000平方米的面积，并完成了10,000平方米以上的耕种区域，并进行了运营。到2017年5月，每日生产量表将为1,500公斤叶蔬菜，相当于每天15,000辆生菜植物。

该公司的观点

3。面临植物工厂发展的问题和对策

3.1问题

3.1.1高建筑成本

植物工厂需要在封闭的环境中生产农作物。因此，有必要建立支持项目和设备，包括外部维护结构，空调系统，人造光源，多层培养系统，营养解决方案循环和计算机控制系统。施工成本相对较高。

3.1.2高运营成本

植物工厂所需的大多数光源都来自LED灯，这些灯光消耗了大量的电力，同时为不同农作物的生长提供相应的光谱。植物工厂生产过程中的空调，通风和水泵等设备也消耗电费，因此电费是一笔巨大的费用。根据统计数据，在工厂工厂的生产成本中，电力成本占29％，人工成本占26％，固定资产折旧占23％，包装和运输占12％，生产材料占10％。

工厂工厂生产成本的分解

3.1.3低水平的自动化水平

当前应用的工厂工厂的自动化水平较低，幼苗，移植，田间种植和收获等过程仍需要手动操作，从而导致高昂的人工成本。

3.1.4可以种植的农作物的有限品种

目前，适合植物工厂的农作物类型非常有限，主要是绿叶蔬菜，它们生长迅速，容易接受人造光源，并且具有低冠层。对于复杂的种植要求（例如需要授粉等），不能进行大规模种植。

3.2发展策略

鉴于工厂工厂行业面临的问题，有必要从技术和运营等各个方面进行研究。针对当前问题，对策如下。

（1）加强对植物工厂智能技术的研究，并提高密集和精致管理的水平。智能管理和控制系统的开发有助于实现对工厂工厂的密集管理管理，这可以大大降低人工成本并节省劳动力。

（2）开发密集，高效的工厂工厂技术设备，以实现年度高质量和高收益。高效耕种设施和设备的开发，节能照明技术和设备等，以改善工厂工厂的智能水平，有利于实现年度高效生产。

（3）对高增值植物（例如药用植物，卫生保健厂和稀有蔬菜）进行工业耕作技术的研究，增加工厂工厂中种植的农作物的类型，扩大利润渠道并提高利润的起点。

（4）对植物工厂进行家庭和商业用途的研究，丰富植物工厂的类型，并通过各种职能实现持续的盈利能力。

4。工厂工厂的发展趋势和前景

4.1技术发展趋势

4.1.1完整的智力化

基于作物机器人系统的机器艺术融合和预防损失机制，高速柔性和非毁灭性种植和收获最终效应子，分布式多维空间准确定位以及多模式多模式的多模式协作控制方法，高层植物工厂中无人驾驶，高效和无损的播种 - 智能机器人和支持设备，例如应该创建种植收获的包装，从而实现整个过程的无人操作。

4.1.2使生产控制更聪明

基于农作物生长和发育对光辐射，温度，湿度，二氧化碳浓度，养分溶液的养分浓度和EC的反应机制，应构建农作物 - 环境反馈的定量模型。应建立一个战略核心模型，以动态分析绿叶蔬菜生活信息和生产环境参数。还应建立在线动态识别诊断和环境的过程控制系统。应该创建一个多机器人协作人工智能决策系统，用于高量垂直农业工厂的整个生产过程。

4.1.3低碳生产和节能

建立一个利用可再生能源（例如太阳能和风能）来完成功耗和控制能源消耗以实现最佳能源管理目标的能源管理系统。捕获和重用二氧化碳排放以帮助作物生产。

4.1.3高级品种的高价值

应采取可行的策略来繁殖不同的高增值品种用于种植实验，建立耕种技术专家的数据库，进行耕作技术的研究，密度选择，残茬布置，多样性和设备适应性以及形成标准培养技术规格。

4.2行业发展前景

植物工厂可以摆脱资源和环境的限制，实现农业的工业化生产，并吸引新一代的劳动力从事农业生产。中国工厂工厂的关键技术创新和工业化正在成为世界领导者。随着LED光源，数字化，自动化和智能技术在工厂工厂领域的加速应用，工厂工厂将吸引更多的资本投资，人才收集以及更多新能源，新材料和新设备。通过这种方式，可以实现信息技术，设施和设备的深入整合，可以改善智能和无人驾驶设施和设备的水平，不断降低系统能源消耗和通过持续创新的运营成本，以及渐进专业市场的种植，智能的植物工厂将迎来发展的黄金时期。

根据市场研究报告，2020年全球垂直农业市场规模仅为29亿美元，预计到2025年，全球垂直农业市场规模将达到300亿美元。总而言之，植物工厂具有广泛的应用前景和开发空间。

作者：Zengchan Zhou，Weidong等

引用信息：植物工厂行业发展的当前状况和前景[J]。农业工程技术，2022，42（1）：18-23。Zengchan Zhou，Wei Dong，Xiugang Li等。