1 、從電商式農業投資導向看植物工廠發展方向
得益於中國消費者對農產品“無汙染、健康安全”觀念的加強，以及居民消費能力的提升，類似京東等渠道大平臺對上游供應鏈資源整合的加強，以及淘寶、天貓等電商平臺對自營業務的開拓，京東、天貓、淘寶等電商平臺成為蔬菜生鮮線上購買率較高的網站。據調查，京東商城的生鮮使用率高達70% 以上，100～200 元是生鮮網購頻率最高的消費水平，其中客戶對食品安全的關注度最高。京東和阿里巴巴近年來擴展了線上、線下資源整合的新零售業態，阿里巴巴從2016 年以盒馬鮮生門店開啟了生鮮新零售，而京東則在2017 年初利用7FRESH 和無界零售開啟了生鮮零售（圖1）。
圖1 新零售代表的盒馬鮮生與7FRESH 門店
阿里巴巴從2016 年開始，在北京、上海、寧波、杭州、深圳、成都等地共開設30 家盒馬鮮生體驗店，佔地面積均在4 000 ㎡ 以上，商品種類在3 000 種以上。盒馬鮮生的目標用戶是有一定經濟基礎的、25～35 歲、圍繞家庭的高端互聯網用戶，集中在女性。客戶無論在門店購買、還是在APP線上下單，都能實現“三公里範圍、半小時送達”，這是對其他企業生鮮銷售模式的重大顛覆，打破了傳統實體店面積的侷限，在有限的空間內創造了更大的銷售額。從盒馬鮮生在北京亦莊門店擺設的LED 植物生長箱可以看出，人工光型植物工廠是阿里巴巴看重的解決蔬菜安全問題的清潔生產方式。但是，盒馬鮮生目前銷售的葉菜數量較少，基本上是溫室生產的水培葉菜或果菜，完全人工光型植物工廠生產的葉菜還未曾見到。
京東的7FRESH 於2018 年初在北京亦莊大族廣場以及海淀華潤五彩城新設2 家。劉強東宣稱將於未來3～5 年在全國鋪設超過1 000 家門店，探索無界零售新模式。7FRESH 店鋪在提供農產品銷售服務外，還提供食材料理和餐飲區服務，同時提供三公里內最快半小時送達的免費快遞服務。2017年京東與日本三菱化學在北京簽約合作溫室葉菜水培生產，未來是否會採用人工光型植物工廠作為高端葉菜生產模式還需拭目以待。
我國的蔬菜生鮮市場份額在萬億元以上，開啟快消品市場投資的不僅有阿里巴巴和京東等電商，房地產企業也先後開啟農業投資，尤其是碧桂園的2018 農業計劃引起了設施農業產業界的關注。中國的新零售無論從蔬菜消費市場還是設施產業發展的角度來看，已經不可避免地涉及到了農業生產方式的變革，而作為農業高科技的人工光型植物工廠將如何發展確實難以預料。
2 跨界融合式植物工廠產業發展模式
國內先後有不少化妝品業界和生物醫藥提取界涉足人工光型植物工廠，以期待利用植物工廠的高效生產達到靶向型物質生產的目的。美國東北州立大學王躍駒教授回國創業的項目就是將人工光型植物工廠和生物反應器技術相結合，利用生菜和菸草來生產各種蛋白藥物和青蒿素等，包括醫治腫瘤的特效藥——單克隆抗體PD-1、PDL-1 以及白蛋白、八因子等血液製品等（圖2）。該技術組合將為生物藥生產行業帶來技術變革，即利用人工光型植物工廠技術的高效植物生產提高各種生物反應器的效率，從而高效地生產各種蛋白、疫苗和抗體等靶向型物質，大幅度降低一些重大疾病治療藥物的價格。據稱：該技術一直屬於國際壟斷，日本在利用草莓生產獸用抗體領域已經實現產業化生產，而我國在該領域還未見突破。
圖2 人工光型植物工廠的有用物質生產
3 人工光型植物工廠產業化發展瓶頸與技術趨勢
人工光型植物工廠首當其衝面對的是中國的蔬菜供應市場。針對我國蔬菜種植面積大、種類多、價格低的現狀，人工光型植物工廠產業化發展註定是不會一帆風順的。從上述幾種具備產業雛形的典型企業投資建設行為來看，人工光型植物工廠在中國的產業化發展瓶頸主要受限於未能實現持續穩定生產與銷售的無縫鏈接，主要體現在：
① 缺少適用於人工光型植物工廠的高效率、低價格的LED光源的市場提供；② 未能形成較為成熟的植物工廠規劃設計與資材供應服務；③ 環境控制技術軟硬件難以對應植物工廠的高效生產，其有效性還有待提高；④ 針對特定植物（品種）的生產工藝標準與規模化生產技術（生產自動化）還不成熟；⑤未能培育出穩定而持續的客戶群體（生產與銷售的對接不順暢）。國內現有的佔地面積在1 000 ㎡ 以上的人工光型植物工廠都是虧損的，若能通過各種技術途徑改進使得植物工廠的蔬菜產量提高30%、生產成本降低30%，才有可能走向盈利。
目前的人工智能和大數據等技術也為人工光型植物工廠的生產改進與銷售對接提供了強有力的工具與平臺，務實而有效的產學研相結合必將為我國人工光型植物工廠的產業化發展提供技術支撐。因此，人工光型植物工廠在中國的產業化發展方向可以概括為如下幾點：
① 人工光型植物工廠的產業化發展一定會先從經濟高度發達、對高端葉菜有日常消費需求的一線城市開始，如深圳、上海、北京，發揮其就近生產、就近消費的清潔生產與新鮮消費的技術優勢，為特定高收入人群提供高品質的、完全解決農產品安全問題的新鮮葉菜供應服務。
② 人工光型植物工廠的產業化發展一定會從具備一定規模的、單一化葉菜的標準化生產開始，如生菜生產規模為日產3 000 株以上，而並非是多樣化蔬菜生產模式，多種類的生產車間或單一化蔬菜實現規模化生產將成為未來的主流生產方式，否則難以稱其為植物工廠。
③ 無論是B2C、B2B，還是O2O，植物工廠化生產都必將利用某電商平臺或多家合作形成新型商業模式，而投資建設植物工廠的企業將蔬菜生產、流通、銷售等全產業鏈實施一體化服務和追求多樣性蔬菜供應的時代基本終結，只有能夠實現高產高效的、專注於規模化與標準化蔬菜生產的企業才可能在中國這種複雜而激烈競爭的蔬菜市場生存。
④ 人工光型植物工廠的未來產業競爭優勢在於特定蔬菜產品的有限渠道提供，生產技術和人才優勢必將與品種優勢結合在一起，將來不僅講究傳統意義上的技術諮詢服務與問題解決，更講究衍生而來的特定品種與新型生產工藝的技術創新服務。
⑤ 人工光型植物工廠能否走向可持續發展不在於技術，而在於人才的選擇和競爭，這是由於目前能夠掌握技術並具備一定技術創新力的人才尤其是年輕人奇缺，未來產業發展需要對應未來社會市場需求與消費升級，人才的爭奪將是決定企業能否可持續發展的關鍵因素。
人工光型植物工廠的蔬菜生產將是對設施蔬菜生產方式的革新式改進，也會影響消費者的蔬菜消費方式。隨著蔬菜消費市場對更加質量安全、更加高品質的、更加新鮮而健康的、更加入手快捷的蔬菜個性化需求的發展，人工光型植物工廠技術可以針對特定人群進行指向型品種生產與質量調控，必將成為未來社會為高品質生產和高收入人群提供個性化蔬菜的新型生產方式。為了應對未來社會的市場需求與消費升級，植物工廠領域的人才培養將成為促進產業發展的迫在眉睫的重要工作。
人工光型植物工廠是在可控環境下利用無土栽培技術實現具有高產高效、節能環保、清潔健康、生態智能特徵的週年穩定的植物清潔生產模式。 與蔬菜、花卉、藥用植物等利用溫室或大田進行的園藝生產相比，植物工廠產業化生產的產品產量更高、品質更好，尤其是其週年穩定清潔供應和優質高產高效的技術特徵，更適合未來社會的市場需求消費升級。
1、日本式植物工廠
1 、大連華錄植物工廠（CHPAVC 植物工廠）
佔地面積為2430平方米，其中1440平方米為水培葉菜生產空間，其他則為配套設施與小型基質培實驗室。水培葉菜工廠的實際栽培面積共計3110平方米，有9層立體栽培架16個，立體栽培架的長度約為18米，寬度為1.2米，層高約為0.4米，主要生產生菜、小松菜、羽衣甘藍等，日產量為500千克，摺合日產5000株生菜（每株生菜的地上部分達到100克鮮質量），項目總投資額為1850萬元。
由於在原有電子廠房內搭建，植物工廠的圍護結構使用雙層充氣薄膜以降低建設成本；人工光源使用紅藍LED條狀燈具，栽培層光照強度為180～200μmol·
m-2·s-1。該植物工廠設計的白灰組合式聚苯泡沫栽培板不僅有效地防止了綠藻、隔離了燈具發熱對液溫的影響，還適於自動化採收。該植物工廠的環境要素和營養液循環都得到自動控制，投產以來生產基本穩定，但由於蔬菜銷售問題未能實現滿負荷生產。
2、蘇州松下植物工廠（PFSS 植物工廠）
佔地面積約為1000平方米。利用泥炭土的營養缽培和LED 光照技術立體生產葉菜和根菜，以Panasonic 品牌蔬菜於2017 年2 月在蘇州泉屋超市上市。2017 年9 月15 日，該公司舉行了新植物工廠竣工暨“品蔬生活”品牌產品的出貨儀式，以線上和線下相結合的新零售方式在上海、蘇州、無錫全面開啟了植物工廠蔬菜銷售業務。
線下銷售除莆田網、新鮮館、全洲等商超外，還包括松下電器生活館和上海的CLUXTA 松下·智美體驗館。蔬菜產品以5 種葉菜+1 根菜組合帶沙拉醬的形式銷售，每包鮮質量50～120克，售價為16.8～28.8 元，摺合200 元/千克以上。蔬菜生產利用泥炭土的營養液底面灌水與LED光源，日產規模摺合為2600株生菜。
2、中國式植物工廠
1、中科三安植物工廠
2015年12月，作為中國LED芯片大廠的福建三安集團與中國科學院植物研究所合作，共同發起成立了“福建省中科生物股份有限公司”，建設中科三安植物工廠。2016年6月，佔地面積為3000平方米的3層式建築、栽培面積超過10000 平方米的中科三安植物工廠建成投產，到2017年5月日產規模為1500千克葉菜，摺合日產15000株生菜。中科三安植物工廠生產的蔬菜在廈門、福州和泉州等地的超市銷售，曾為2017廈門金磚五國第九次會晤供菜3000千克。
2、深圳喜萃植物工廠
喜萃植物工廠取得了瑞士GAP認證和中國GAP認證，也獲得了蔬菜供港資質認證。對外參觀開放的一個蔬菜生產車間內有6列12層立體栽培架，長度在15米以上，使用1.5米長的紅藍組合LED燈具，光照強度約為200μmol·m-2·s-1 ，採用椰糠基質進行穴盤漂浮育苗。育苗結束後將蔬菜種苗從穴盤高密度轉移到低密度進行定植，栽培14天后採收，栽培期間採用底面灌水。
葉菜採收和包裝時帶根，利用“活體菜”的方式進行銷售，消費者在打開包裝後切除根系即可免洗食用。
4、中糧智慧農場
中糧智慧農場位於中糧生態谷項目的核心區域，佔地面積約78.5公頃，固定投資3.8 億元，內設“一心六園”，一心即7棟智能環控溫室，六園即六大室外主題園區。該項目由北京中環易達設施園藝科技有限公司承建，於2016年10月23日開園，門票80元。該項目室內溫室的主題分別為：智慧農業體驗館、垂直農業技術綜合館、都市園藝館、蘑菇工廠、中糧自然學校、花卉工廠、番茄工廠。其中：涉及到人工光型植物工廠的葉菜與藥用植物栽培室和自然光型植物工廠的番茄工廠難以給人留下高產高效的高科技印象。
5、陝西旭田人工光型植物工廠
陝西旭田光電農業科技有限公司在2013年3 月成立於陝西省楊凌農業高新示範區，之後以I-Farmer 的植物工廠產品和王琦菜商標在全國開展人工光型葉菜工廠的自建自營和承建代營業務。
運營的植物工廠項目設施規模不等，有小於100 平方米的，有100～500平方米的，也有大於1 000平方米的，大部分設置在農業高新技術示範園區內，主要用於科普示範和休閒觀光。這些科普類植物工廠由於其功能性限制，很難達到產業化所要求的高產高效，未來也難以成為產業化發展的主流形式。
6、長春關東文化園植物工廠
長春關東文化園坐落於吉林省長春市西部綠園區內，是集溫泉、餐飲、文化博覽、會議接待為一體的4A級旅遊風景區。投資該園區的長春關東文化園休閒度假有限公司董事長是一位農民企業家，在政府高新技術示範重點項目資助的前提下，2017年新建了一棟佔地面積為3000平方米的三層建築，一層設計為封閉式菌菇生產，二層建設人工光型植物工廠，三層為透光玻璃圍護的溫室有機果菜生產，產品主要用於園區內餐飲消費及入園客戶的採摘銷售。
2018年1月底，在還未完成建築內裝的情況下，三樓的溫室有機果菜生產已經開始，二樓的人工光型植物工廠正在緊鑼密鼓地安裝7 層立體栽培架，栽培架的材料基本上為建築用腳手架的廢棄鋼管和木條等，栽培槽為有機玻璃焊接而成，蔬菜為裸盤式混合基質培，底面灌水的人工管理。長約20米、寬1.2米、高4.0米的7 層大型立體栽培架最少排列了60 個，栽培面積合計，達到10000平方米以上。
整個三層建築除常規玻璃窗戶採光和通風外，未曾見到空調、通風換氣、或其他環境控制設備。該人工光型植物工廠使用1.2米長的管狀LED 燈，交流220 V 供電，LED 燈具簽約量在10萬支以上，其熱負荷初步估測為1 800 kW 以上，單純依靠內外通風實現環境控制是有風險的。
但是，類似的人工光型植物工廠在建項目還有不少，河北滄州一家企業在還未確定種植植物種類的情況下，在數千平米的建築廠房內已經安裝了立體光照栽培架，全部使用LED 燈具。試想，如此大規模的室內種植選用何種LED 燈具、如何進行環境控制、育苗和栽培工藝流程如何設計、自動化管理和勞動力分配如何實現幾乎都是未知數。
7、北京農眾物聯植物芯工廠
2015年2月在北京市平谷區馬坊橋投資建成的農眾物聯植物芯工廠，三層建築廠房的佔地面積為12000平方米，每層使用面積為7000平方米，一層進行封閉式菌菇生產，二層是人工光型植物工廠，三層為環控型溫室果菜生產，建成以來一直未能實現高產高效式穩定生產。2015、2016 年獲得投資相繼進行兩次升級改造，目標是成為全國都市現代農業龍頭企業。
人工光型植物工廠技術不僅僅需要採集各種環境信息和植物信息，更需要將獲取的這些信息反饋應用於環境控制和生產管理，從而實現高產高效和清潔環保的植物穩定生產。無法穩定生產也就難以實現盈利性運營，也就更難走向可持續發展的產業化道路。
3、發展瓶頸
從上述幾種具備產業雛形的典型企業投資建設行為來看，人工光型植物工廠在中國的產業化發展瓶頸主要受限於未能實現持續穩定生產與銷售的無縫鏈接，主要體現在：
① 缺少適用於人工光型植物工廠的高效率、低價格的LED光源的市場提供；
② 未能形成較為成熟的植物工廠規劃設計與資材供應服務；
③ 環境控制技術軟硬件難以對應植物工廠的高效生產，其有效性還有待提高；④ 針對特定植物（品種）的生產工藝標準與規模化生產技術（生產自動化）還不成熟；
⑤未能培育出穩定而持續的客戶群體（生產與銷售的對接不順暢）。國內現有的佔地面積在1000平方米 以上的人工光型植物工廠都是虧損的，若能通過各種技術途徑改進使得植物工廠的蔬菜產量提高30%、生產成本降低30%，才有可能走向盈利。
然而，即使是在植物工廠產業化發展已經基本成型的日本，由於技術水平和經濟核算的制約，植物工廠技術依然存在建設成本高、生產成本高、產量和品質未達到預期水平等問題，能夠實現盈利或持平的企業也就60%～70%，不少企業依然處於虧損狀態。實現高附加值植物生產、低成本化、自動化依然是植物工廠技術研發的主攻方向，也是產業化發展中未能突破的關鍵技術。本文期待從
具有植物工廠產業雛形的幾個典型企業介紹入手，尤其是針對掌握了人工智能、大數據、大資本的電商投資導向分析人工光型植物工廠在中國的產業化發展方向。作者：賀冬仙（中國農業大學水利與土木工程學院）閱讀更多 醫學科普顧事 的文章
