1949年，美國植物學(xué)家和園藝學(xué)家在加州帕薩迪納建立了第一座人工氣候室，其出現(xiàn)就是植物工廠的早期模型，為植物工廠的完善和發(fā)展進(jìn)行了成功的探索和實(shí)踐，引發(fā)了模擬生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域里的一場(chǎng)風(fēng)暴。隨后，日本和前蘇聯(lián)也先后建立了這種人工氣候室。
在人工氣候室的基礎(chǔ)上，從某種意義上說，1957年丹麥在哥本哈根市郊約克里斯頓農(nóng)場(chǎng)真正建起了世界上第一座真正意義上的植物工廠，因?yàn)槠湟?guī)模達(dá)到了1000m2，采用人工光和太陽能并用技術(shù)，從播種到收獲采用全自動(dòng)傳送帶流水作業(yè)，且產(chǎn)400萬袋水芹(100萬kg)，而這些是植物工廠的重要特征。
1、日本
日本認(rèn)為，植物工廠是解決土地問題、人口問題、糧食問題、食品安全問題、能源問題、農(nóng)業(yè)人員老年化問題、氣候問題、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展問題等的根本途徑;是“活化地域的起爆劑”，為地域生產(chǎn)發(fā)展、技術(shù)聚集、人員就業(yè)、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)繁榮帶來變化;是“中間產(chǎn)業(yè)”，不僅能帶動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展，而且還能帶動(dòng)工業(yè)、健康產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)等的發(fā)展。所以，日本政府對(duì)植物工廠發(fā)展非常重視。
日本政府對(duì)建設(shè)植物工廠企業(yè)和個(gè)人直接補(bǔ)貼50%以上，從而促進(jìn)了植物工廠的快速發(fā)展。截至2012年6月，日本植物工廠就已經(jīng)建起了130多家，截至2014年8月，已發(fā)展到304家，植物工廠數(shù)量為世界之最。
日本植物工廠發(fā)展經(jīng)歷了從人工氣候模擬環(huán)境到計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)變過程，從少量品種向多品種栽培的轉(zhuǎn)變過程，從基質(zhì)栽培向水耕霧耕的轉(zhuǎn)變過程，從平面栽培向平面多層立體栽培的轉(zhuǎn)變過程，從日光燈向LED光使用的轉(zhuǎn)變過程(日本已建起了全球最大的LED人工光2300m2的植物工廠)，從人工作業(yè)到機(jī)器人作業(yè)的轉(zhuǎn)變過程。現(xiàn)階段，由于制造業(yè)的優(yōu)勢(shì)，日本人工光型植物工廠技術(shù)全球領(lǐng)先，裝備先進(jìn)，技術(shù)配套，智能化、自動(dòng)化程度高。日本植物工廠已完全處于商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。
近年來，由于世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，日本工業(yè)衰退，農(nóng)業(yè)政策便逐漸向提高產(chǎn)業(yè)國際競(jìng)爭(zhēng)力的方向轉(zhuǎn)變。植物工廠作為其有效方法之一而受到關(guān)注。日本植物工廠現(xiàn)已呈現(xiàn)兩大趨勢(shì)：
(1)多功能趨勢(shì)
日本大坂府立大學(xué)植物工廠研究中心主任安保正一教授2014年9月宣布，利用植物工廠制造氫氣，關(guān)鍵技術(shù)是光催化劑，方法是利用以陽光或燈光等可見光激活氧化鈦(TiO2)光催化劑來分解水，生成氫氣和氧氣。日本富士通公司宣布利用植物工廠生產(chǎn)低鉀蔬菜，為腎病患者提供食材;東芝無塵植物工廠生產(chǎn)多酚和維生素V含量高的葉類蔬菜。
(2)技術(shù)出口趨勢(shì)
日本東芝公司準(zhǔn)備在海外新建植物工廠，已經(jīng)開始考慮在中國等亞洲國家建設(shè)大型植物工廠。這是因?yàn)橹袊鹊匾苍谥饾u形成生吃蔬菜的習(xí)慣，可能對(duì)在無塵室培育的清潔、安全蔬菜產(chǎn)生巨大需求。除此之外，有效利用寶貴水源的蔬菜生產(chǎn)在中東全年穩(wěn)定供應(yīng)以及在俄羅斯等寒冷地區(qū)也將分別成為強(qiáng)有力的武器。
日本三菱化學(xué)控股集團(tuán)將與中國農(nóng)業(yè)合作社組織攜手，在中國全境啟動(dòng)蔬菜栽培系統(tǒng)的銷售，5月下旬它們將合資成立無農(nóng)藥蔬菜自動(dòng)栽培系統(tǒng)的銷售公司，2017年之前將在江蘇省等15個(gè)省份的50個(gè)地點(diǎn)開始銷售這一“植物工廠”，日本植物工廠技術(shù)和裝備正在向中國、俄羅斯、韓國、波蘭、中東等輸出。
2、美國
1987—1989年，美國在亞利桑那州圖森市北部的愛德華建起了目前全球最大的超大型植物工廠——生物圈二號(hào)，占地1.3萬m2，約有8層樓高，為圓頂形密封鋼架結(jié)構(gòu)玻璃建筑物。生物圈二號(hào)被用于測(cè)試人類是否能在以及如何在一個(gè)封閉的生物圈中生活和工作，也探索了在未來的太空殖民中封閉生態(tài)系統(tǒng)可能的用途。生物圈二號(hào)使得人們能在不傷害地球的前提下，對(duì)生物圈進(jìn)行研究與控制。
現(xiàn)今美國溫室面積達(dá)1.9萬hm2，溫室設(shè)施材料大多為雙層充氣膜、陽光板和玻璃。溫控、環(huán)控設(shè)備全球領(lǐng)先，全球消費(fèi)電子、家電與照明大廠飛利浦(Philips)宣布與美國芝加哥農(nóng)業(yè)企業(yè)Green Sense Farms(GSF)策略合作，將針對(duì)特定作物使用LED生長(zhǎng)光源打造室內(nèi)植物工廠，而這座植物工廠預(yù)計(jì)將成為全球最大的植物工廠之一。美國垂直空中植物工廠、太空植物工廠已開始由設(shè)計(jì)圖向現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)變。
3、荷蘭
荷蘭農(nóng)業(yè)資源有限，政府提出了“溫室村(Zonneterp)”概念，即資源循環(huán)利用概念，把植物工廠作為發(fā)展目標(biāo)之一。利用植物工廠主要發(fā)展蔬菜和花卉，對(duì)建造植物工廠的企業(yè)實(shí)行60%補(bǔ)貼，從而使荷蘭每年生產(chǎn)蔬菜收入35億歐元、花卉收入45億歐元，是世界上設(shè)施園藝產(chǎn)品出口量最大的國家。
荷蘭植物工廠機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、無人化程度高，太陽光型植物工廠技術(shù)全球領(lǐng)先，現(xiàn)已把太陽光型植物工廠全套技術(shù)和設(shè)備作為強(qiáng)項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，向中東、非洲、中國等出口。
[NT:PAGE]4、韓國
韓國植物工廠技術(shù)起步較晚，但當(dāng)前政府極為重視，將植物工廠列為韓國七大前沿技術(shù)之首加以開發(fā)，一方面從日本引進(jìn)人工光植物工廠技術(shù)，從中國引進(jìn)鳥巢式植物工廠設(shè)施，對(duì)企業(yè)和個(gè)人植物工廠建設(shè)成本直補(bǔ)60%～65%;另一方面，匯集了數(shù)百博士以上的高科技人才對(duì)植物工廠進(jìn)行研究和創(chuàng)新。
5、中國
我國植物工廠相比于歐、美、日等發(fā)達(dá)國家，起步較晚，但我國植物工廠建設(shè)發(fā)展速度是前所未有的，在這個(gè)過程中我國采取走出去、引進(jìn)來策略，加強(qiáng)技術(shù)交流，對(duì)植物工廠相關(guān)技術(shù)經(jīng)過了吸收、消化、創(chuàng)新再創(chuàng)新的過程。
中國植物工廠是指對(duì)植物進(jìn)行資金、技術(shù)密集性投入、創(chuàng)造植物生長(zhǎng)最佳環(huán)境、創(chuàng)新植物生產(chǎn)模式、進(jìn)行高產(chǎn)量、高品質(zhì)、高效益和可持續(xù)生產(chǎn)的系統(tǒng)。中國植物工廠創(chuàng)新了生產(chǎn)“環(huán)境設(shè)施化、形式立體化、資源節(jié)能化、流程數(shù)字化、管理智能化、技術(shù)集成化”的生產(chǎn)模式。
1980年浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，在引進(jìn)吸收基礎(chǔ)上，研制出浮板毛管水培(FCH)技術(shù)。此后，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等也先后研制出簡(jiǎn)易營(yíng)養(yǎng)液膜(NFT)栽培技術(shù)。國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)“九五”期間立項(xiàng)“國家重大科技產(chǎn)業(yè)化工程—工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”，在北京市、上海市、廣東省、浙江省、遼寧省同時(shí)展開。
1999年北京和深圳分別從加拿大引進(jìn)兩套植物工廠水耕栽培技術(shù)系統(tǒng)。進(jìn)入20世紀(jì)以來，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等科教單位也先后在水耕栽培方面進(jìn)行了一些研究與開發(fā)，并取得了階段性成果。
在實(shí)驗(yàn)示范階段，我國先后有浙江麗水農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院與國防科技大學(xué)合作，于2004年成功建起我國第4座植物工廠，標(biāo)志著我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)植物工廠的正式誕生，中國智能農(nóng)業(yè)從這里開始。
2009年7月長(zhǎng)春農(nóng)展館出現(xiàn)了小型展示用的植物工廠。2009年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊其長(zhǎng)教授等成功研制出智能植物工廠，實(shí)現(xiàn)了智能植物工廠關(guān)鍵技術(shù)的突破。同年10月密云縣太莊建起了兩幢溫室計(jì)1200m2的蔬菜植物工廠。2010年余錫壽等在北京通州建起了1289m2植物工廠。我國麗水農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院球形(鳥巢)智能溫室創(chuàng)新技術(shù)和植物氣霧培技術(shù)已經(jīng)成熟。這些都說明我國邁入了國際設(shè)施農(nóng)業(yè)高技術(shù)擁有國行列，成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握植物工廠核心技術(shù)的國家之一，并將對(duì)提升我國植物工廠競(jìng)爭(zhēng)力和對(duì)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
后來，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)先后建起了研究型和實(shí)驗(yàn)型植物工廠，在上海世博會(huì)和山東壽光菜博會(huì)相繼展出了小型植物工廠，從而使我國的植物工廠由實(shí)驗(yàn)型進(jìn)入到示范型階段。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前，我國已建植物工廠達(dá)80多家(部分植物工廠概況如下表)。日本預(yù)計(jì)，中國植物工廠未來有望達(dá)到日本植物工廠10倍以上的規(guī)模。
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