從國家層面來看，眾所周知，從2004年到15年，中央一號文件將發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)作為國家長期發(fā)展戰(zhàn)略，保障國家糧食安全和農產品有效供應。如何保證？無非是增加糧食產量和供應。從國際層面來看，聯(lián)合國人口基金會宣布2014年全球人口為77億。據聯(lián)合國預測，2050年全球人口將達到96億，2100年全球人口將達到110億，我們需要加50%，我們需要相對增加糧食和農產品的供應。中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員劉文科在第二屆農業(yè)照明發(fā)展論壇上提到。

以下是其演講實錄：

植物工廠的發(fā)展背景

到21世紀末，世界或中國人口對農產品和糧食的需求不僅增加了數(shù)量，而且質量安全需求也急劇增加。首先，從農產品供應方面分析其供應能力。

首先，國家農業(yè)生產體系，田地生產，其生產能力和穩(wěn)定性正在下降。為什么？首先，從土地、水肥、人力資源等農業(yè)生產資源的數(shù)量和質量來看，資源正在下降。

二是農業(yè)環(huán)境污染、自然災害頻繁、季節(jié)性干擾大。大田農業(yè)受到季節(jié)性干擾，北方冬季無法進行大田農業(yè)生產。

三是人為干預能力差，生產能力逐漸缺失。

基于上述原因，我們希望設施農業(yè)。首先，低端設施農業(yè)在中國表現(xiàn)為塑料袋溫室和太陽能溫室。其生產能力和穩(wěn)定性相對較差，主要是因為設施相對簡單，人工干預和監(jiān)管能力相對較差。增加和穩(wěn)定生產的潛力有限。我們該怎么辦？結合我們的技術發(fā)展現(xiàn)狀，解決方案只能是這樣的：我們可以升級和創(chuàng)新農業(yè)生產體系，提高農業(yè)設備水平，以工業(yè)理念發(fā)展農業(yè)。這句話是李克強總理2015年提出的，只有這樣，我們才能利用有限的資源和空間，大大提高農業(yè)的質量和效率。

第二個是植物工廠。在這種背景下，植物工廠應運而生。植物工廠發(fā)展非?？?。我們應該感謝這兩位科學家。在國際上，日本千葉大學前校長古在豐樹教授是日本乃至世界植物工廠技術設備和產業(yè)發(fā)展的創(chuàng)始人和倡導者。他出版了《人工光性植物工廠》和《太光利用植物工廠》。在中國，植物工廠技術設備和產業(yè)發(fā)展的創(chuàng)始人和倡導者是中國農業(yè)科學院楊奇長的研究員，本世紀初，他提倡植物工廠技術和led《設施園藝半導體照明》將于2016年出版。

植物工廠的定義是通過設施中的高精度環(huán)境控制實現(xiàn)作物周年連續(xù)生產的系統(tǒng)。該系統(tǒng)不受自然條件的限制，是一種高效的農業(yè)生產模式。它主要分為兩類：人工光植物工廠和太陽能植物工廠。2.左下角是人工光植物工廠，右下角是太陽能植物工廠。

你可以看看設施園藝的發(fā)展過程（2），從天空農業(yè)到簡單的塑料溫室、太陽能溫室，到當前的聯(lián)動溫室和人工光植物工廠?？梢园l(fā)現(xiàn)，這是通過提高圍護結構的密封性、自動化水平和控制水平來提高其生產能力的。從這一發(fā)展背景來看，借助工程技術設備，提高了人類控制農業(yè)生產過程的能力。

植物工廠的優(yōu)勢

植物工廠有很多優(yōu)點：

一是不受外部氣候影響，生產能力相對穩(wěn)定；

二是土地和空間資源利用效率較高；

三是其生產要素，自動化程度較高，可按計劃生產，產量較高；

第四，比較本質的好處是無污染的，基本上不會產生害蟲，不用施農藥也能消除重金屬；

第五，可以調節(jié)農產品的營養(yǎng)成分。在田間，蔬菜的營養(yǎng)質量可控性很差。在設施條件下，可以調動所有設施管理要素和生產要素，提高蔬菜的營養(yǎng)質量，擴大有益營養(yǎng)物質的合成積累；

六是滿足島嶼、太空農業(yè)等特殊場合作物生產需求；

七是規(guī)模可大可小，無所不能，用途廣泛；

八、植物工廠采用LED照明技術裝備，這是它的優(yōu)勢。因為LED照明能大大提高植物廠的空間效率，提高生產效率；

九、植物廠采用水肥一題化技術裝備，體現(xiàn)自動化程度。

植物工廠技術發(fā)展難點

就我個人而言，我認為植物工廠的發(fā)展具有這些特點。其發(fā)展目標主要是實現(xiàn)高質量、高產量和商業(yè)利潤。這兩個目標相輔相成。實現(xiàn)高質量和高產量的可能性更高。

技術發(fā)展的基礎應該是作物類型及其生物特征，對生物規(guī)律的理解應該是其他技術發(fā)展的基礎。技術發(fā)展的方式應該是生產要素耦合控制技術和設備的創(chuàng)新。只有根據作物的需要調節(jié)植物工廠作物生產的所有要素，才能最大限度地節(jié)約能源，最大限度地提高效率。

植物工廠技術研發(fā)現(xiàn)狀：一是成本高、周期長、參數(shù)多、耦合交互多，迫切需要產業(yè)、大學和研究的結合。第二，仍以科研單位為主體，企業(yè)研發(fā)比例增加（示范基地上市只是說明了這一點）。第三，它已經從研發(fā)帶產業(yè)轉變?yōu)榇龠M產業(yè)研發(fā)的產業(yè)。示范項目呈現(xiàn)出百花齊放、百家爭鳴的趨勢產業(yè)和研發(fā)應發(fā)揮良性循環(huán)的作用。

技術難點分為兩部分，一部分是植物工廠生產監(jiān)管單向技術發(fā)展的難點。主要有六個困難：一是節(jié)能降耗，包括LED如何運行更節(jié)能有效的光源、環(huán)境控制執(zhí)行機構等；二是智能環(huán)境控制、耦合控制、高效利用資源；三是農產品保健質量控制技術、功能性營養(yǎng)植物強化等；四是營養(yǎng)配方和光配方，一直是一個非常重要的問題；五是水肥一體化技術設備，我們需要建立一個更合理的栽培平臺，開發(fā)更好的栽培設備；第六，自動化技術設備的生產管理，我國植物工廠機器人、自動化設備的應用仍相對缺乏。

第二部分的困難是生產監(jiān)管系統(tǒng)技術發(fā)展的困難。有四個困難，一個是植物工廠生產植物產品的類型和效益，生產不同的植物類型與你的效益密切相關，它們之間的定量關系，我們需要做大量的研究工作；另一個是植物工廠的規(guī)模和效益，不同的投資和產出，這是直線關系還是其他關系，還需要進一步研究；第三，植物工廠的智能水平和效益，我們的植物工廠的自動化水平最有利于利潤，最有利于推廣，這也需要研究；第四，植物工廠建設區(qū)域和效益關系，如城市、農村或華南、華北，我們需要進一步研究。

植物工廠技術發(fā)展對策

最后，簡要介紹了植物工廠技術發(fā)展的對策和個人觀點，僅供參考。一是科技研發(fā)水平。一是開展植物生產要素需求規(guī)律研究，了解農業(yè)生物環(huán)境學、營養(yǎng)生理學和分子生物學，建立基于植物種類和品種的營養(yǎng)和環(huán)境配方大數(shù)據。

二是開展植物工廠工程設備研發(fā)、圍護結構工程設備、栽培與水肥一體化工程設備、照明工程設備、環(huán)境要素智能控制工程設備等。

三是開展植物工廠高校調控技術方法研發(fā)，以優(yōu)質高產為目標，研究生產要素時空耦合調控技術方法，更有利于植物發(fā)展生育。

在成果轉化和示范驗證層面，一是建立典型氣候區(qū)植物工廠示范項目，二是建立規(guī)模差異化植物工廠示范項目，三是建立各種植物類型的植物工廠示范項目，四是建立智能物聯(lián)網植物工廠示范項目。通過建立示范項目，獲得一些運行參數(shù)，為植物工廠的標準化、推廣和應用提供技術支持。