現(xiàn)代農(nóng)業(yè)雖然擁有了更高效的化肥、農(nóng)藥、育種、農(nóng)業(yè)機(jī)械等等,卻還是和一萬(wàn)年前一樣,受晝夜、季節(jié)、降水、土地等自然條件的制約。是否有一種更現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,能讓種地?cái)[脫時(shí)間與空間的限制,徹底擺脫一萬(wàn)多年來(lái)的″看天吃飯″？

近年興起的設(shè)施農(nóng)業(yè)和植物工廠,試圖解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的″自然制約因素″,以達(dá)到旱澇保收的目的。在本文中,一起來(lái)關(guān)注植物工廠,關(guān)注蔬菜自由。

1 什么是植物工廠

在理解植物工廠之前,需要厘清它與設(shè)施農(nóng)業(yè)、垂直農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵外延。

設(shè)施農(nóng)業(yè),是一種典型的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,人們通過(guò)在設(shè)施內(nèi)進(jìn)行的農(nóng)業(yè)生產(chǎn),綜合應(yīng)用工程裝備、環(huán)境、生物等技術(shù),按照動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育所需最佳環(huán)境,開(kāi)展種植養(yǎng)殖生產(chǎn),生產(chǎn)范圍包括設(shè)施種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)。本文主要關(guān)注的設(shè)施種植業(yè),目前主要是設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè),包括設(shè)施蔬菜、設(shè)施果樹、設(shè)施西甜瓜、設(shè)施花卉、設(shè)施食用菌等[1]。日常生活中我們都非常熟悉的溫室蔬菜大棚,就是一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施農(nóng)業(yè)。

設(shè)施農(nóng)業(yè)具備不限地域、不限季節(jié)地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn),對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民膳食結(jié)構(gòu)均有至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。目前我國(guó)設(shè)施蔬菜(含設(shè)施食用菌)生產(chǎn)面積近3500萬(wàn)畝,年產(chǎn)量2.65億噸,占總生產(chǎn)量的1/3,年人均近190公斤；設(shè)施水果和西甜瓜年產(chǎn)量近0.5億噸,年人均35公斤。從產(chǎn)值來(lái)看,目前僅設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值就超過(guò)1.4萬(wàn)億元,占園藝總產(chǎn)值五分之二以上、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值四分之一以上,其經(jīng)濟(jì)效益是大田作物的20倍以上、露地園藝作物的4~5倍[1]。

設(shè)施農(nóng)業(yè)的典型形態(tài)是塑料溫室大棚,而進(jìn)化版本則是垂直農(nóng)業(yè),垂直農(nóng)業(yè)的最新代表就是植物工廠。植物工廠的本質(zhì)是將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流水線化：在完全工廠化的條件下,以工業(yè)生產(chǎn)方式進(jìn)行作物種植,徹底擺脫農(nóng)業(yè)″看天吃飯″的特征。

植物工廠的基本模式,是通過(guò)計(jì)算機(jī)、電子傳感系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)設(shè)施對(duì)植物生育的水肥氣光溫等環(huán)境條件進(jìn)行高精度自動(dòng)控制,為植物提供最適宜的生長(zhǎng)條件。植物工廠對(duì)環(huán)境的掌控能力遠(yuǎn)非大棚能比--最理想的植物工廠幾乎徹底脫離自然環(huán)境,生長(zhǎng)要素完全可控、生產(chǎn)過(guò)程可預(yù)測(cè),調(diào)節(jié)控制較傳統(tǒng)大棚更加有效。

除了環(huán)境控制,植物工廠也在種植方式上與傳統(tǒng)模式不同。通過(guò)垂直疊放生長(zhǎng)架進(jìn)行多層栽培,植物工廠的土地利用率大幅提高,從而繞過(guò)耕地面積不足的問(wèn)題。

總之,植物工廠、垂直農(nóng)業(yè)、室內(nèi)種植,均屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)的高級(jí)階段,即智能設(shè)施農(nóng)業(yè)(為呼應(yīng)標(biāo)題,下文均以植物工廠指代),也可以將之通俗地理解成一種更高級(jí)、更智能的大棚。

植物工廠的產(chǎn)業(yè)鏈不算復(fù)雜,主要由上游農(nóng)業(yè)科技組件制造商、中游植物工廠企業(yè)和解決方案提供商、下游農(nóng)產(chǎn)品渠道銷售三部分組成：

上游：由農(nóng)業(yè)科技各硬件、軟件以及消耗品的制造商組成,包括生長(zhǎng)照明設(shè)備、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、生長(zhǎng)支架、栽培工具、其它農(nóng)化用品等。該環(huán)節(jié)大部分供應(yīng)商非常成熟,競(jìng)爭(zhēng)充分；少部分核心設(shè)備(照明)則有一定研發(fā)門檻；

中游：由售賣解決方案和整體架構(gòu)供應(yīng)商組成,包括大型植物工廠公司和解決方案提供者。垂直農(nóng)場(chǎng)解決方案包括工業(yè)級(jí)種植裝置、貨柜種植系統(tǒng)、全封閉受控環(huán)境種植和溫室種植系統(tǒng)。中游為植物工廠的核心環(huán)節(jié),也是初創(chuàng)企業(yè)最多的環(huán)節(jié)；

下游：農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、商超、餐飲企業(yè)等銷售渠道。

早在2013年4月,″智能植物工廠″就被納入″十二五″863計(jì)劃[2]。雖然我國(guó)植物工廠起步較晚,但技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度并不慢,目前已有商業(yè)化植物工廠250余座[3]。

隨著建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)成為我國(guó)未來(lái)發(fā)展的重要目標(biāo)之一,國(guó)家層面對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)的重視程度也與日俱增。在2022年兩會(huì)期間,總書記指出,″要向設(shè)施農(nóng)業(yè)要食物,探索發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)、植物工廠、垂直農(nóng)場(chǎng),有效緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)自然資源約束″[4]。2023年中央一號(hào)文件第四條,在非常靠前的位置再次提出發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)[5]。

(三)發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)。實(shí)施設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提升行動(dòng)。加快發(fā)展水稻集中育秧中心和蔬菜集約化育苗中心。加快糧食烘干、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地冷藏、冷鏈物流設(shè)施建設(shè)。集中連片推進(jìn)老舊蔬菜設(shè)施改造提升。推進(jìn)畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘改造升級(jí)。在保護(hù)生態(tài)和不增加用水總量前提下,探索科學(xué)利用戈壁、沙漠等發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)。鼓勵(lì)地方對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)給予信貸貼息。(中共中央　國(guó)務(wù)院關(guān)于做好2023年全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)工作的意見(jiàn))

有如此重磅的政策支持,可以說(shuō)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)已經(jīng)成了未來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)最重要的發(fā)展方向之一。

植物工廠在海外也在一定程度上受到了資本市場(chǎng)的偏愛(ài)。賽道已經(jīng)有了Plenty、Bowery Farming、Aerofarm、Infarm等頭部初創(chuàng)公司。其中軟銀旗下愿景基金投資的Plenty,于2022年1月在E輪融資中融得4億美元,創(chuàng)下垂直農(nóng)業(yè)領(lǐng)域里迄今為止最大的融資紀(jì)錄；同年3月,騰訊領(lǐng)投了荷蘭垂直農(nóng)業(yè)公司Future Crops；7月,阿聯(lián)酋農(nóng)業(yè)可持續(xù)技術(shù)公司Pure Harvest Smart Farms宣布完成1.805億美元的融資；9月,室內(nèi)農(nóng)業(yè)公司Gotham Green完成3.1億美元E輪融資；10月,美國(guó)有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品品牌SoilOrganic獲1.25億美元D輪融資。

綜合來(lái)看,在2022年一年中,該領(lǐng)域流入的資金就超過(guò)24億美元,較2021年的10億美元增長(zhǎng)近150%,超過(guò)此前數(shù)年的總和。這一數(shù)額放在熱門賽道可能確實(shí)不算什么,但要放在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,可真算得上是不折不扣的巨款。

那么,植物工廠,相較于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè),究竟有何具體的優(yōu)劣勢(shì)？

2 優(yōu)勢(shì)

簡(jiǎn)單地說(shuō),植物工廠在耕作條件、自然友好度、智能化等方面具有特殊優(yōu)勢(shì)。

超越土地

農(nóng)業(yè)用地的稀缺性,一直是農(nóng)業(yè)最底層的桎梏之一,隨著城市的持續(xù)擴(kuò)張,對(duì)高附加值產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求,以及對(duì)環(huán)境保護(hù)運(yùn)動(dòng)的推進(jìn),如退耕還林等活動(dòng),更進(jìn)一步加劇了農(nóng)業(yè)用地的緊張。巴西農(nóng)民此前對(duì)亞馬遜雨林的破壞,是這類矛盾的集中爆發(fā)的表現(xiàn)。植物工廠的一大潛力,正是在于改變土地的稀缺性。

空間：現(xiàn)階段,由于技術(shù)上的不完備以及經(jīng)濟(jì)性等一系列原因,植物工廠距離理想設(shè)計(jì)仍有一定距離,但在空間利用率方面的巨大優(yōu)勢(shì)已經(jīng)凸顯。

通過(guò)多層立體栽培,植物工廠的單位面積產(chǎn)量,土地、空間資源利用率均遠(yuǎn)超傳統(tǒng)種植模式：部分采用垂直種植模式的植物工廠可達(dá)到10~14層,同等占地面積下,實(shí)際有效面積可提升4.2倍 [6]。伴隨著技術(shù)的進(jìn)步和內(nèi)部環(huán)境調(diào)節(jié)能力的提升,這一數(shù)字仍有相當(dāng)可觀的提升空間。

地點(diǎn)：由于植物工廠并不必然選用土壤作為基底物質(zhì),水培、海綿基底、霧培等無(wú)土栽培模式的廣泛使用,使植物工廠基本脫離了傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)對(duì)土壤的依賴,從而在選址層面近乎完全自由,規(guī)模也可大可小,適應(yīng)能力很強(qiáng)。廢棄廠房、樓宇、集裝箱,經(jīng)改造后均可用作植物工廠；如砂石地、鹽堿地等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)難度極大的非可耕地,也不影響植物工廠運(yùn)作；對(duì)水資源的有效利用,也允許植物工廠進(jìn)駐水資源相對(duì)匱乏的地區(qū)。

選址的自由為植物工廠帶來(lái)有別于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的商業(yè)模式,即在城市近郊甚至是市內(nèi)進(jìn)行批量種植。新鮮蔬果的物流損失很大,大量產(chǎn)品在途中就會(huì)被損耗,而植物工廠可通過(guò)利用閑置的城市、城郊空間進(jìn)行規(guī)模種植,將產(chǎn)地盡可能貼近消費(fèi)者的″餐桌″,從而減少對(duì)長(zhǎng)途運(yùn)輸、多層分銷的依賴,降低儲(chǔ)運(yùn)成本的同時(shí)供應(yīng)更為新鮮的農(nóng)產(chǎn)品。更穩(wěn)定的供應(yīng),也可抑制作物因季節(jié)波動(dòng)帶來(lái)的價(jià)格波動(dòng)。

霧培：也稱氣霧栽培,指利用噴霧裝置將營(yíng)養(yǎng)液霧化為小霧滴狀,直接噴射到作物暴露在空氣中的根系,以提供植物生長(zhǎng)所需的水分和養(yǎng)分的一種無(wú)土栽培技術(shù)。

此外,立地條件的廣泛結(jié)合高空間利用率,也使植物工廠成了海島、極地、空間站,甚至是未來(lái)的月球科研站等空間稀缺的場(chǎng)景下最佳,甚至是唯一的選擇。

從政治層面來(lái)看,對(duì)于土地資源較為稀缺,耕種條件差,面臨糧食安全風(fēng)險(xiǎn)的國(guó)家,植物工廠也具備在一定程度上解決問(wèn)題的能力。當(dāng)然這種愿景過(guò)度理想化,忽略了一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,關(guān)于這一點(diǎn)我們將在缺點(diǎn)部分詳述。

超越自然

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)除了依賴可耕種的土地,也同樣依賴氣溫、季節(jié)、降水、光照等一系列自然條件。如何盡可能減少自然因素的制約,一直是設(shè)施農(nóng)業(yè)的核心發(fā)展目標(biāo)之一。大棚就已經(jīng)可以在一定程度上減少對(duì)外部環(huán)境的依賴,實(shí)現(xiàn)反季節(jié)生產(chǎn)、周年生產(chǎn),但植物工廠的愿景要更有野心。

人造光源：理想的植物工廠完全不依賴自然光,轉(zhuǎn)而使用人工光源滿足植物生長(zhǎng)需求,行業(yè)目前主要選用LED。

眾所周知,光是植物生長(zhǎng)的核心元素之一,但植物只能部分利用太陽(yáng)光的光譜,如綠色的波長(zhǎng)更強(qiáng)烈地被植物的葉子反射和透射,紅色和藍(lán)色的波長(zhǎng)則更有效地被吸收。同時(shí),可用的光譜和強(qiáng)度受地理、天氣和季節(jié)影響。除了光合作用和生長(zhǎng)的核心功能外,光還可以作為植物的信號(hào),以某種方式促進(jìn)它的成長(zhǎng)發(fā)育,如產(chǎn)生更高的莖或促進(jìn)開(kāi)花。此外,不同的植物對(duì)光有不同的需求,它們對(duì)使用的光波也有不同的反應(yīng)。

植物工廠正是致力于解決這些問(wèn)題。

人造光源的高效之處在于,它不是簡(jiǎn)單模仿自然光,而是根據(jù)所種植作物的生物學(xué)效應(yīng)調(diào)整光照強(qiáng)度、光質(zhì)以及光周期,從而更有效地促進(jìn)植物生長(zhǎng)。通過(guò)人工補(bǔ)光或全人工光照射植物,可以促進(jìn)植物生長(zhǎng),提高產(chǎn)量,改善產(chǎn)品形態(tài)、色澤等(如較綠色生菜更受歡迎的紅色生菜),而且還可以減少病蟲害(光照同樣控制害蟲、細(xì)菌和真菌病原體的晝夜節(jié)律)。

信息來(lái)源：紐克斯招股書[7]

人工環(huán)境：上文已提及,除了人造光源外,植物工廠對(duì)內(nèi)部環(huán)境的控制精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè),可實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)。內(nèi)部的各生長(zhǎng)要素均盡可能地維持在作物的最佳生長(zhǎng)參數(shù)下,故不再受季節(jié)、氣候影響,在自然災(zāi)害頻發(fā)的當(dāng)下也可降低異常波動(dòng)帶來(lái)的影響。

由于與外界實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)隔離,工廠內(nèi)植物的生長(zhǎng)環(huán)境更加清潔,植物健康狀況更佳。封閉設(shè)施盡可能的減少了病蟲害的侵入,無(wú)土栽培的廣泛使用也避免了土壤帶來(lái)的常見(jiàn)病害--哪怕使用土壤的植物工廠,也傾向于選擇經(jīng)過(guò)處理的潔凈土壤,而非暴露在外的天然土地。

總的來(lái)說(shuō),植物工廠所尋求的,就是實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量,更可控的生長(zhǎng)周期,更強(qiáng)的生長(zhǎng)一致性(品控),以及更穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)的產(chǎn)量。

據(jù)一些報(bào)道稱,植物工廠番茄只需生長(zhǎng)2個(gè)月即可采摘,而傳統(tǒng)大棚番茄的生長(zhǎng)周期則長(zhǎng)達(dá)百天；一些葉菜的只需露地栽培的 1/5~1/3 時(shí)間就可收獲,且因無(wú)需休耕,植物工廠的復(fù)種指數(shù)可達(dá)露地栽培的3~5倍,傳統(tǒng)上一年只能種植兩三茬蔬菜,但植物工廠一年可以種植 10~15茬,年畝產(chǎn)量可達(dá)40~60噸,是傳統(tǒng)露地栽培的數(shù)十倍至上百倍[1][8][9][10]。

以被譽(yù)為世界上最大垂直農(nóng)場(chǎng)的AeroFarms為例,公司甚至稱其在新澤西的工廠生產(chǎn)力比商業(yè)化農(nóng)場(chǎng)高390倍,可實(shí)現(xiàn)蔬菜每16天收割一次,一年總產(chǎn)量約為90萬(wàn)公斤[11]。農(nóng)科院的研究成果,則成功實(shí)現(xiàn)植物工廠水稻種植60天左右收獲,將傳統(tǒng)大田環(huán)境下120天左右收獲的水稻生長(zhǎng)周期縮短了一半[6]。

綠色農(nóng)業(yè)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)雖然廣泛種植各類植物,但它和環(huán)保二字沒(méi)有任何關(guān)系。大田農(nóng)業(yè)本身不產(chǎn)生天然污染物,但在種植過(guò)程中,為了保證有足夠產(chǎn)出,不可避免地要大量使用化肥和農(nóng)藥出。然而,過(guò)量使用化肥和農(nóng)藥,對(duì)環(huán)境不夠友好,可能導(dǎo)致土壤退化,地下水污染,殘留物對(duì)人體也不安全。我國(guó)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平偏低,受困于農(nóng)藥、化肥用量大但效率低,尤其是化肥用量曾一度占到全球的三分之一,在持續(xù)治理多年后才在現(xiàn)今有了明顯改善[12][13]。

此外,化肥和農(nóng)藥的生產(chǎn)本身也涉及高能耗、大量碳排放、有毒有害廢棄物等問(wèn)題--根據(jù)聯(lián)合國(guó)相關(guān)報(bào)告,全球全球溫室氣體排放總量的13%~21%與農(nóng)業(yè)部門有關(guān)[14]。解決氣候危機(jī),實(shí)現(xiàn)″3060″雙碳目標(biāo),也需要從農(nóng)業(yè)著手。

同時(shí),農(nóng)業(yè)也不可避免的涉及大量用水--實(shí)際上,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的用水量是壓倒性的多,超過(guò)其他全部人類生產(chǎn)生活之總和。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織報(bào)告《2020年糧食及農(nóng)業(yè)狀況》顯示,農(nóng)業(yè)用水占全球水資源消耗的70%；根據(jù)我國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),21/22年的農(nóng)業(yè)用水占用水總量也在60%以上[15][16]。水資源分配是當(dāng)下人類社會(huì)的重大問(wèn)題之一,其引發(fā)的一系列糧食安全、飲用水等矛盾,甚至是地區(qū)沖突的主要誘因之一。

水：得益于相對(duì)封閉且高度可控的環(huán)境,植物工廠可以實(shí)現(xiàn)極高水平的水資源循環(huán)利用。

上文提及的AeroFarms就曾表示,雖然旗下植物工廠的生產(chǎn)能力極大提高,但用水量只有傳統(tǒng)種植模式的5%左右[17]。其它一些報(bào)道也提及,經(jīng)過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)的智能灌溉系統(tǒng)可確定作物所需的精確水分平衡,疊加再循環(huán)系統(tǒng),可將用水量減少90%~97%[9][18]。

肥：智能系統(tǒng)的存在也同樣強(qiáng)化植物工廠對(duì)化肥的利用率。如霧培、水肥一體化均可確保營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)直接送達(dá)根系,未被吸收的也可循環(huán)利用,從而減少化肥的過(guò)量使用。據(jù)稱,植物工廠的肥利用率可達(dá)露地栽培的2~3倍[9]。

藥：茄科作物如辣椒、茄子、番茄與馬鈴薯,葫蘆科作物如黃瓜、甜瓜等作物有連作障礙,在普通大田或溫室大棚條件下,連作會(huì)導(dǎo)致病蟲害和減產(chǎn),需要進(jìn)行大量高成本高污染的土壤消毒與追肥工作。而多數(shù)植物工廠不存在這類問(wèn)題,它們不需要天然土壤,高經(jīng)濟(jì)收益作物不必?fù)?dān)心高強(qiáng)度連作而減產(chǎn)；由于消除了潛在的連作問(wèn)題,加上近似密閉式的均一生產(chǎn)條件,保證了較少的病蟲害,進(jìn)而使農(nóng)藥用量遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè),對(duì)環(huán)境的影響也大幅下降。無(wú)污染的綠色農(nóng)產(chǎn)品也更為符合當(dāng)下消費(fèi)者對(duì)食品安全的需求。

此外,化肥、農(nóng)藥用量的減少也有助于降低種植成本,強(qiáng)化對(duì)供應(yīng)鏈異常情景的抗力(如疫情和地區(qū)沖突導(dǎo)致的價(jià)格上漲)。植物工廠傾向于靠近消費(fèi)者″餐桌″的選址標(biāo)準(zhǔn),可縮短運(yùn)輸距離,也有助于在一定程度上緩解碳排放問(wèn)題。

自動(dòng)化

除了上述優(yōu)點(diǎn)外,植物工廠搭載大量智能化設(shè)施,高度工廠化作業(yè)的特征也使得行業(yè)相信,高度自動(dòng)化的機(jī)器人作業(yè)將是非常可行的模式。

機(jī)器人可移動(dòng)植物或調(diào)整密度,且生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化也可減少人為誤差,以及緩解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)突出的勞動(dòng)強(qiáng)度問(wèn)題等。這無(wú)疑在勞動(dòng)力價(jià)格持續(xù)上漲,農(nóng)業(yè)待遇不足導(dǎo)致勞動(dòng)崗位吸引力不強(qiáng)的當(dāng)下,是一種不錯(cuò)的措施,亦可降低植物工廠的長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)成本。

3 缺點(diǎn)

雖然我們?nèi)轿涣说牧信e了植物工廠的優(yōu)點(diǎn)與潛力,但現(xiàn)實(shí)是植物工廠在現(xiàn)實(shí)中相當(dāng)罕見(jiàn)。理想的植物工廠幾乎是最完美的農(nóng)業(yè)形態(tài),可惜在現(xiàn)實(shí)中,它的問(wèn)題就如優(yōu)點(diǎn)一樣突出。

幾十元的生菜

植物工廠當(dāng)然能種菜,但能夠經(jīng)濟(jì)地種菜則是完全不同的另一回事。

植物工廠生產(chǎn)模式像工廠,也自然而然具備工廠的重資產(chǎn)特征,前期投資相當(dāng)高。高度智能化的工廠需要安裝大量的設(shè)備、儀器,所需要的控溫、通風(fēng)、消毒設(shè)備等背后均意味著大量資金投入,使得植物工廠的建造成本相當(dāng)之高。

前瞻產(chǎn)業(yè)院數(shù)據(jù)顯示,建設(shè)一個(gè)1000平方米以下的植物工廠(包括內(nèi)部裝修、設(shè)備、設(shè)施),每平方米成本在15000~20000元之間；建設(shè)5000~10000平方米的植物工廠,每平方米成本在8000~10000元；建設(shè)10000平方米以上的大型植物工廠,建設(shè)成本會(huì)下降至8000元每平米[6]。《證券時(shí)報(bào)》報(bào)道的智慧牧草工廠項(xiàng)目,占地面積約1萬(wàn)平方米,需要資金5000萬(wàn)元,其中裝備需要2500萬(wàn)~3000萬(wàn)元,廠房需要2000萬(wàn)元 [19]。其中,照明設(shè)備是植物工廠的設(shè)備成本中占比最高的項(xiàng)目,完全采用LED光源的工廠,照明設(shè)備費(fèi)用可占到總設(shè)備成本的一半[6]。

除了啟動(dòng)資金需求大,植物工廠的日常經(jīng)營(yíng)也不便宜。

植物工廠用人工環(huán)境取代了自然條件,代價(jià)則是遠(yuǎn)超傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的巨幅能耗。當(dāng)前植物工廠尚無(wú)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案,不同企業(yè)的設(shè)施各不相同,但能源無(wú)一例外都是成本最主要的構(gòu)成,占40%~70%左右,普遍在50%上下,其中光源和空調(diào)分別占了成本的 60%和35%[10][19]。

遺憾的是,在現(xiàn)階段,垂直種植模式所具備的額外土地和空間利用率,以及植物工廠理論上的任何優(yōu)勢(shì),都完全不足以抵消非常高昂的能源成本。畢竟陽(yáng)光免費(fèi),人造光可是要用電的。

《人民日?qǐng)?bào)》援引數(shù)據(jù)顯示,植物工廠種植1千克生菜需要消耗10度電,成本可高至每100克約6元,零售價(jià)每100克10~12元[1]。在京東平臺(tái)可以搜到的水培植物工廠菜的價(jià)格為16.8元/150g,這一價(jià)格是目前北京新發(fā)地生菜批發(fā)價(jià)幾十倍以上,比盒馬生鮮最貴的有機(jī)生菜和生菜苗還要貴一倍多,一般消費(fèi)者完全不可能接受。而生菜已經(jīng)是非常適合現(xiàn)階段植物工廠的作物,其它大部分作物在經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)只能說(shuō)慘不忍睹。

維護(hù)一個(gè)潔凈的室內(nèi)環(huán)境也并不便宜。目前的植物工廠做不到與外界的完全隔離,通風(fēng)系統(tǒng)等環(huán)節(jié)仍然會(huì)帶入污染物,所以也就不能徹底杜絕病蟲害影響,且循環(huán)空氣以及潮濕環(huán)境也導(dǎo)致真菌病害要比露天種植威脅更大。處理這些問(wèn)題同樣依賴持續(xù)的運(yùn)營(yíng)投入。其它如農(nóng)用資材(營(yíng)養(yǎng)液、種子等)費(fèi)、工人薪資、員工薪酬等方面的支出也不能忽視--特別由于植物工廠的技術(shù)含量遠(yuǎn)超傳統(tǒng)農(nóng)業(yè),企業(yè)往往需要很多薪酬水平較高的技術(shù)人員,這對(duì)處在創(chuàng)業(yè)早期的企業(yè)也是額外壓力。

農(nóng)業(yè)從來(lái)不是以高利潤(rùn)率聞名的行業(yè),不會(huì)有多少消費(fèi)者愿意為幾十塊的蔬菜買單,哪怕是對(duì)有機(jī)、環(huán)保概念相當(dāng)癡迷的發(fā)達(dá)國(guó)家消費(fèi)者,也很介意為沙拉里的生菜多掏錢。銷售農(nóng)產(chǎn)品很難支撐高投入高產(chǎn)出的商業(yè)邏輯,居高不下的成本已成當(dāng)前植物工廠面臨最直接的發(fā)展障礙,90%的創(chuàng)業(yè)公司無(wú)法實(shí)現(xiàn)盈利,也并沒(méi)有特別明確的盈利路線。

在植物工廠一度火熱的海外,″算不過(guò)來(lái)賬″的后果已經(jīng)顯現(xiàn)。

2016年10月,日本東芝即宣布,位于該國(guó)神奈川縣的橫須賀無(wú)塵植物工廠于當(dāng)年12月關(guān)閉,這給當(dāng)時(shí)轟轟烈烈發(fā)展的日本植物工廠產(chǎn)業(yè)造成打擊；成立于2010年的Farmedhere曾是北美最大的室內(nèi)垂直農(nóng)場(chǎng),在幾年前就因始終無(wú)法解決能源成本而關(guān)停；另一家大型垂直農(nóng)業(yè)農(nóng)場(chǎng)PodPonics則是因供應(yīng)鏈問(wèn)題而破產(chǎn)；融資超6.4億美元的高科技溫室公司AppHarvest在2022年的前三季度總收入為1000萬(wàn)美元,凈虧損卻超過(guò)8300萬(wàn)美元；法國(guó)集裝箱植物工廠Agricool在今年1月進(jìn)入破產(chǎn)程序；總部位于柏林的垂直農(nóng)廠Infarm宣布將裁員50%以上。

相較于遠(yuǎn)大的理想,植物工廠的現(xiàn)實(shí)可以說(shuō)是有點(diǎn)太殘酷了。

水土不服

雖然描述得天花亂墜,但植物工廠并不適合種植所有作物,如大田作物,如小麥、水稻、玉米、棉花、大豆等。

這與這些作物本身的經(jīng)濟(jì)性有關(guān),也與植物工廠的設(shè)計(jì)有關(guān)。

即使不考慮成本問(wèn)題,水培、霧培、非土壤基底等無(wú)土栽培模式也只適合根系較淺的作物。禾本科作物由于高度、根系等問(wèn)題種植難度偏大,特別是很難在垂直方向多層種植,等于犧牲了植物工廠最大的優(yōu)勢(shì),至于更加高大的木本植物更不必多說(shuō)。

所以植物工廠現(xiàn)階段只是具有這樣那樣的潛力,距離能解決什么實(shí)際問(wèn)題還是比較遙遠(yuǎn)。

這也是為什么幾乎所有國(guó)內(nèi)外的創(chuàng)業(yè)公司都極其癡迷生菜、番茄和草莓這三種東西。

無(wú)他,唯省事?tīng)枴?/P>

資本熱病

農(nóng)業(yè)出現(xiàn)于新石器時(shí)代,歷史長(zhǎng)達(dá)一萬(wàn)多年,想為這個(gè)歷史悠久的行業(yè)講一個(gè)資本市場(chǎng)愿意聽(tīng)的故事,當(dāng)然不容易,這也導(dǎo)致植物工廠行業(yè)另一個(gè)非常突出的問(wèn)題--過(guò)于熱衷投市場(chǎng)所好。

比如我們?cè)谏衔奶岬降闹参锕S的環(huán)保潛力。植物工廠當(dāng)然可以減少藥肥的使用,且對(duì)城市空間的利用也有助于減少對(duì)自然環(huán)境的破壞,問(wèn)題是想要實(shí)現(xiàn)這樣的愿景非常困難。

可持續(xù)性(ESG、碳中和、減碳)是當(dāng)前廣受關(guān)注的議題,在資本市場(chǎng)也很受歡迎。室內(nèi)農(nóng)業(yè)企業(yè)很喜歡將減碳潛力掛在嘴邊,但在巨大的能耗面前,這種減碳潛力也就只能是潛力。實(shí)際情況更可能是,它們所謂的減少藥肥使用帶來(lái)的減少溫室氣體,早就被空調(diào)和照明成倍的用了回來(lái)。更何況植物工廠既做不到完全不用農(nóng)藥,也不能不用營(yíng)養(yǎng)液,完全的綠色生產(chǎn)從一開(kāi)始就不存在。

植物工廠的初創(chuàng)公司也很喜歡堆砌技術(shù)熱詞。企業(yè)相當(dāng)廣泛地使用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器人等術(shù)語(yǔ)。但我們并不真的知道它們是否真的采用了這些技術(shù),或只是出現(xiàn)在了展示給投資者的某張PPT中。

在實(shí)際經(jīng)營(yíng)中,由于缺乏統(tǒng)一的解決方案,各家創(chuàng)業(yè)公司也傾向于自己從頭設(shè)計(jì),″重復(fù)造輪子″的現(xiàn)象不算少見(jiàn)。每家公司根據(jù)自己對(duì)智能設(shè)施農(nóng)業(yè)的理解修建設(shè)施,利用自己的一套復(fù)雜機(jī)制運(yùn)營(yíng)農(nóng)場(chǎng),然而卻很少有誰(shuí)能真正獲得商業(yè)上的實(shí)質(zhì)性回報(bào),開(kāi)支還隨之激增,帶來(lái)巨大資金壓力。

這種現(xiàn)象也不難理解。農(nóng)業(yè)對(duì)資本市場(chǎng)從來(lái)不是個(gè)很有吸引力的領(lǐng)域,告訴投資人″我們計(jì)劃經(jīng)營(yíng)一家現(xiàn)代大棚″相當(dāng)無(wú)趣,但若表示″我們?cè)诮?jīng)營(yíng)一家農(nóng)業(yè)科技公司″則完全是另一回事。

更致命的是,農(nóng)業(yè)非常強(qiáng)調(diào)實(shí)踐,而絕大部分投資人,甚至是創(chuàng)業(yè)公司本身的管理團(tuán)隊(duì)都對(duì)大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺乏理解。他們只是喜歡那些新穎的技術(shù)和革命性的理念,可在自家陽(yáng)臺(tái)種菜和在田里耕作相去甚遠(yuǎn),把農(nóng)耕搬進(jìn)工廠中更要復(fù)雜百倍。

至于初創(chuàng)公司高估自己的擴(kuò)張速度,甚至算不上是新聞,夸大估值和盈利預(yù)期也很常見(jiàn)。

智能農(nóng)業(yè)未必不是一樁好生意,利潤(rùn)率也可能很不錯(cuò),但投資者注定無(wú)法通過(guò)投資農(nóng)業(yè)拿到媲美TMT的資本回報(bào)率。

植物工廠的初創(chuàng)企業(yè)們有非常充足的動(dòng)機(jī)復(fù)雜化自己的項(xiàng)目,甚至加入必要性不高的設(shè)施,從而在資本市場(chǎng)獲取關(guān)注,可在道路的盡頭也只是一顆貴到窒息的球生菜。科技公司的估值體系不適用于農(nóng)業(yè),初創(chuàng)公司故事講得再動(dòng)聽(tīng)也無(wú)濟(jì)于事。

想要顛覆″靠天吃飯″的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)然很有吸引力,可投資者的最終目的還是為了賺錢。抱著錯(cuò)誤認(rèn)知和非理性沖動(dòng)沖殺進(jìn)來(lái)的投資者,恐怕除了失望很難收獲其他東西。

至于當(dāng)熱度退去后,仍然非常依賴風(fēng)險(xiǎn)投資的植物工廠們要如何持續(xù)經(jīng)營(yíng),就更是個(gè)要命的問(wèn)題了。

4 未來(lái)的道路

當(dāng)前的植物工廠產(chǎn)業(yè)化程度并不高,在嘗試解決發(fā)展障礙時(shí)也沒(méi)有特別成功的案例可以廣泛借鑒,多是一些可行性未知的″嘗試思路″。

針對(duì)能源成本過(guò)高的問(wèn)題,最常見(jiàn)的解決思路有兩種。

一是提高能源利用效率。通過(guò)選擇更節(jié)能、更高效的設(shè)備,更精確的設(shè)計(jì)內(nèi)部環(huán)境控制系統(tǒng),盡可能有效使用能源,減少不必要的浪費(fèi)從而通過(guò)降低成本。

提高光電轉(zhuǎn)換效率是當(dāng)前植物工廠十分關(guān)注的一個(gè)方向。通過(guò)開(kāi)發(fā)更加先進(jìn)、契合的照明設(shè)備,優(yōu)化燈源、光譜、環(huán)境的設(shè)計(jì)等,植物工廠有希望耗用最少的能量,為植物生長(zhǎng)提供最有效的人造光,從而開(kāi)源節(jié)流,增加經(jīng)濟(jì)性。LED光源正是這一思路下的選擇,它的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于老式的農(nóng)業(yè)補(bǔ)光燈,只不過(guò)耗電量仍然偏大且總體發(fā)熱量的難題仍待解。

二是結(jié)合可再生能源。將植物工廠直接修建在″源″端,毗鄰光伏、風(fēng)力、水力電廠,以便獲取最廉價(jià)的能源,一勞永逸地解決能源成本問(wèn)題。且這種模式也可輔助可再生能源電廠削峰填谷,實(shí)現(xiàn)就地消納,減少浪費(fèi),對(duì)能源系統(tǒng)本身的發(fā)展也有合作共贏的效果。

不過(guò)這種方案的缺陷也很突出：發(fā)電設(shè)施距離消費(fèi)市場(chǎng)通常存在一定距離,就又回到了傳統(tǒng)的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸模式,而這可能削弱植物工廠的經(jīng)濟(jì)性。

另一種思路則是繞過(guò)研發(fā)投入更高的降本,直接從增效下手。

雖然植物工廠沖擊大規(guī)模種植業(yè)非常困難,但不代表它們對(duì)任何國(guó)家或地區(qū)都沒(méi)有吸引力,比如阿拉伯半島的石油生產(chǎn)國(guó)。這些國(guó)家的自然條件普遍相當(dāng)糟糕,戶外種植非常困難,但與此同時(shí)這些國(guó)家又極其富裕,能源價(jià)格異常廉價(jià),且消費(fèi)者日常食用的進(jìn)口蔬菜本就昂貴。對(duì)于這些條件較為特殊的市場(chǎng),植物工廠可能是不錯(cuò)的選擇。

植物工廠的選品,也可以解決部分問(wèn)題。

一些植物工廠直接放棄普通蔬菜轉(zhuǎn)而瞄準(zhǔn)高附加值的作物,如名貴藥材、特別昂貴的水果品種、花卉等,或者將產(chǎn)品精心包裝,賣給對(duì)價(jià)格很不敏感的客戶,如此一來(lái),產(chǎn)品的售價(jià)可以更加肆無(wú)忌憚,成本也就不是太大問(wèn)題了。

美國(guó)初創(chuàng)垂直農(nóng)業(yè)公司Oishiikoi就專注于生產(chǎn)價(jià)格頗為放飛自我的草莓--1顆2.5美元。而當(dāng)下的高級(jí)餐廳,如米其林星級(jí),對(duì)″有故事″的食材也相當(dāng)情有獨(dú)鐘,可持續(xù)的蔬菜顯然是相當(dāng)適合寫進(jìn)菜單的內(nèi)容,且一頓人均1000元以上的晚餐,也不介意是否在生菜上多花了幾十塊錢。

這種商業(yè)計(jì)劃其實(shí)在海外的初創(chuàng)企業(yè)相當(dāng)常見(jiàn)。它們用奢侈品的邏輯經(jīng)營(yíng)植物工廠,這帶來(lái)了相當(dāng)高的溢價(jià),在一定程度上找到了一種可能的盈利模式,緩解了糟糕的經(jīng)濟(jì)性。但這種模式也限制了潛在的發(fā)展能力,畢竟花十幾塊錢吃一顆草莓的消費(fèi)者并不常見(jiàn),高檔餐廳也不屬于日常消費(fèi)。

此外,走高端路線,顯然與孫正義當(dāng)年投資Plenty時(shí)″重塑當(dāng)前的食品體系″的愿景背道而馳了。

戰(zhàn)勝自然并不容易,也許植物工廠有能力成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的顛覆者,但那一天肯定不是今天,大概率也不是現(xiàn)在這群人。

參考：

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[2] 科技部：″十二五″863計(jì)劃″智能化植物工廠生產(chǎn)技術(shù)研究″項(xiàng)目在京正式啟動(dòng) .2013.4.24 https://www.most.gov.cn/zzjg/jgsz/ncs/ncsgzdt/201304/t20130424_101057.html

[3] 常欽：植物工廠拓展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)邊界(微觀) .2023.2.13 .人民日?qǐng)?bào) http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2023-02/13/nw.D110000renmrb_20230213_3-05.htm

[4] 學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)：VW001.015 習(xí)近平論″三農(nóng)″工作和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略(2022年) .2023.4.20 https://www.xuexi.cn/lgpage/detail/index.html?id=3383386776194887154&item_id=3383386776194887154

[5] 新華社：中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于做好2023年全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)工作的意見(jiàn) .2023.2.13 https://www.gov.cn/zhengce/2023-02/13/content_5741370.htm

[6]胡小鳳：植物工廠,困在成本里？.2022.9.21 .35斗 https://mp.weixin.qq.com/s/n_iZHOJsNDkWUwbIyE5mpA

[7] 蘇州紐克斯電源技術(shù)股份有限公司：首次公開(kāi)發(fā)行股票并在創(chuàng)業(yè)板上市招股說(shuō)明書(申報(bào)稿).2023.3.9

[8] 農(nóng)民日?qǐng)?bào)：″誰(shuí)來(lái)種地？″這座植物工廠給出了答案 .2023.2.17 https://mp.weixin.qq.com/s/LbOtbKIVSSpbCnyiY-O56Q

[9] 大北農(nóng)科創(chuàng)基金：用″看天吃飯″的植物工廠未來(lái)暢想 .2023.5.22 https://mp.weixin.qq.com/s/4YgUs8RSDlXTj90x0Ziwsw

[10] 黎詩(shī)韻：造一座「植物工廠」,提前演練「流浪地球」的終極形態(tài) .2023.2.22 . 極客公園 https://mp.weixin.qq.com/s/RwZ7vtDzxS0Vcqx28fIsng

[11] AeroFarms：AeroFarms Breaks Ground On World’s Largest And Most Technologically Advanced Aeroponic Indoor Vertical Farm .2021.4.29 https://www.aerofarms.com/2021/04/29/aerofarms-breaks-ground-on-worlds-largest-and-most-technologically-advanced-aeroponic-indoor-vertical-farm/

[12] 農(nóng)業(yè)部網(wǎng)站：我國(guó)農(nóng)用化肥用量43年首次實(shí)現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng) .2017.12.28 https://www.gov.cn/xinwen/2017-12/28/content_5251080.htm

[13] 新華社：越用越多　地越吃越饞--我國(guó)化肥使用量占全球三成凸顯″肥″之煩惱 .2015.3.17 https://www.gov.cn/xinwen/2015-03/17/content_2835486.htm

[14] 中國(guó)日?qǐng)?bào)網(wǎng)：農(nóng)食系統(tǒng)：長(zhǎng)久被忽視的碳排放源,亟需綜合性減排方案 .2023.1.9 https://cn.chinadaily.com.cn/a/202301/09/WS63bbf82ea3102ada8b22a5fb.html

[15] 人民網(wǎng)：水利部：2021年我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量達(dá)3644.3億立方米 占用水總量的61.5% .2022.6.16 http://env.people.com.cn/n1/2022/0616/c1010-32447945.html

[16] 聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織：2020年糧食及農(nóng)業(yè)狀況：應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)中的水資源挑戰(zhàn) .2020 https://www.fao.org/documents/card/en/c/cb1447zh

[17] 東方城鄉(xiāng)報(bào)：垂直農(nóng)場(chǎng)：為可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供耕作新方式 .2022.6.9 https://www.dfcxb.com/html/2022-06/09/content_106597_14912823.htm

[18]農(nóng)業(yè)行業(yè)觀察：【植物工廠】為什么植物工廠是未來(lái)的5個(gè)理由？.2023.2.22 https://mp.weixin.qq.com/s/oUxoaQi_2HHG2omaJjFuwQ

[19] 余勝良：不再″看天吃飯″ 植物工廠吸引各路資本 .2022.12.1 .證券時(shí)報(bào)網(wǎng) https://www.stcn.com/article/detail/744292.html