嘉宾简介
许东
佛山好亮固体光源研究所所长
中国九三学社社员
1983年毕业于太原理工大学
1983年-2002年在国企从事技术工作
2003创办好亮固体光源研究所至今
1.概述植物工厂PF（Plant Factory）是农业种植工业化的产物，是21世纪蔬菜种植发展方向，它标志着设施农业发展的高级阶段，是未来10年最具有投资价值的新型产业。在城市内建立以生产蔬菜为目的的植物工厂成为世界各国竞相发展的新领域。
设施农业发展过程
植物工厂属物理农业范畴，是设施农业高级阶段，最主要的特征是打破传统蔬菜生产模式，通过对植物光合、温度、二氧化碳浓度、营养液等实现人工控制的高效率种植，实现订单化生产，蔬菜的生产周期不会因为天气等原因而改变，生产的蔬菜是真正的安全型蔬菜，水耕法（即无土培植）是植物工厂的主要手段，层架式结构是主要形式，随着以LED技术为基础的植物人工辐射源（PARS）的应用成本进一步降低，植物工厂将迎来发展的黄金期。
植物工厂成为投资热点的主要原因是：
1)种植环境恶化，食品安全，医疗费用增加等对蔬菜的安全性要求增加。
2)全球气候变迁的不确定性增加，水资源减少与土地沙漠化使得传统农业遇到困境。
3)城市化进程带来的城市人口增加，蔬菜供应增大，而土地资源却不断减少。
4)传统农业生产引发的环境负担不断增加。
5)城市蔬菜供给的物流成本增加，城市蔬菜价格上升，提供了产品盈利空间。
6)为追求产量而在蔬菜种植中使用农药和防虫剂，蔬菜污染忧虑增加。
7)土地的重金属污染与浇灌用水的工业污染问题突出。
8)太阳能与风能等清洁能源的应用规模不断扩大，地热应用技术也逐步应用。
9)LED技术的应用成本下降，多波段光质应用。
2.植物工厂定义植物工厂的定义：植物工厂是一个采用人工种植环境，实现全年固定周期量产，实现循环订单化生产，稳定地提供无公害蔬菜的封闭的清洁生产环境。在这个环境里，植物的光合作用（光质，光量，光周期）、温度、湿度、二氧化碳浓度、培养液成分、生产过程等都可以得到计算机与传感器的有效控制，是以科学为基础且独立于经验和直觉的新型农业生产。
植物工厂的优点：
1)产品是按照订单生产，生产周期与产量可以稳定。
2)采用植物人工辐射源与温度控制系统，不受地区气候条件的影响。
3)封闭的立体化种植，节省土地资源和防止污染。
4)生产周期短，全年产量高，年产量是露天种植的4到8倍。
5)可以做到真正的无公害安全蔬菜。
6)生产人员按照程序规范生产，无需专业技术。
7)工厂设置在城市内的购物区或者工业园区，减少供应物流成本。
植物工厂工艺分类：
1)按照光合作用分为两类：完全人工辐射方式和太阳与人工辐射互补方式。
2)按照种植结构又分为平面种植和立体种植。
3)按照种植方式分为土耕，水耕，雾耕。
4)按照种植规模分为小型植物工厂（小于800平方米），大型植物工厂（大于1000平方米）。
大部分的植物工厂采用的是立体种植的水耕法。
植物工厂的制造分类：
植物工厂是多学科与多产业的结合体，从各国植物工厂的制造与使用情况分析，我们认为植物工厂可以归纳为两个部分，一是植物工厂的人工环境设计与能源利用效率的研究，二是植物工厂种植方式与种植效率的研究，我们把这两部分创新性归纳为种植设备的研究与种植工艺的研究，植物工厂应用的核心技术是种植工艺（Planting technology），植物工厂的设计目的是实现农业产品工业化生产。植物工厂设施是硬件技术，植物工厂的种植工艺（PT）是软件技术，只有软件才能使硬件发挥效能，这是我们对植物工厂制造分类与应用的创新思路。植物工厂最终是要面对农业工作者的使用，植物工厂的制造与应用需要有清晰的概念。
3.植物工厂设施的核心技术
1）植物的光合作用实质上是对太阳辐射的光子的生物化学反应，植物的光合作用是由太阳辐射的光子产生的，所以，我们把用于种植的人造光源称为植物人工辐射源（Plant Artificial radiation sources）简称PARS，如果用“照明”概念下的流明、照度等参数标定植物的光合作用会导致应用错误，LED植物人工辐射源波长范围在太阳辐射范围内，对植物与人的身体是安全的。
2）温度与湿度的控制在植物工厂里也起到关键作用，植物工厂要实现生产周期最小化且供货周期固定的生产模式，生产环境的温度与湿度的控制可以保证植物在最佳温度环境的快速生长，在植物工厂里温度控制也是衡量植物工厂能耗的主要指标。
3）植物工厂一般采用水培或者雾培的种植方式，这两种方式的基质是营养液，对营养液的成分指标的自动化控制也是保证植物工厂最小周期生产的主要手段，营养液自动化控制主要包括：液温、EC、ph、溶氧以及营养液成分的补充、营养液的循环处理。
4）植物的光合作用吸收二氧化碳，释放出氧气，植物生长环境的二氧化碳浓度控制也是保证植物快速生长的条件之一，在植物工厂的环境控制系统中，都设置有二氧化碳浓度控制装置，同时，植物光合作用产生的氧气也需要采用过滤通风设备排出。空气过滤装置也有效防止病菌的侵入，在植物工厂里，农作物几乎没有病虫害的袭扰。
5）植物工厂的数据检测与传输采用无线网络，环境检测、营养液检测等数据需要网络技术支持，植物工厂的网络特点是距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输，是典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据的传输应用，各种传感器与控制器大多采用控制简单、距离短、功耗小、低速率的双向无线通讯技术。
4.立体种植是植物工厂的特色
在植物工厂里，层架式立体种植是高效种植的另一个手段，与平面种植相比，立体种植对土地的利用率达到4-8倍，立体种植的管理效率也远高于平面种植，自动化耕种容易实现，立体种植把植物工厂引入小型化，数百平方米的小型植物工厂将是未来城市蔬菜供应的主要来源。
5.食品安全是植物工厂的目的
食品安全问题是植物工厂概念的主要目的，植物工厂的产品安全性是最有保障的，植物工厂对各种食品安全指标是完全可控制的，植物工厂的生产环境是相对封闭的，内外空气交换需要过滤，基本上防止了病毒虫害入侵，植物工厂采用水培或雾培，使用的水质与营养液的有害成分的检测与控制是自动化完成的，重金属等不可能出现在植物工厂的产品里，植物工厂无需使用农药与生长素，同时，植物工厂里使用的种植设备采用抗微生物材料，植物的种子是经过消毒处理，整个生产系统的微生物比传统蔬菜种植降低数千倍，植物工厂产生的蔬菜可以达到无农药、无重金属、低硝酸盐、低生物菌，植物工厂生产的蔬菜可以直接食用的，通过光质与光量的调整，可以改善蔬菜的营养与口感，植物工厂的蔬菜是全球范围内安全度最高的蔬菜。
植物工厂生产的蔬菜，由于整个生产环节都符合安全型蔬菜生产的要求，生产的产品是健康食品，植物工厂的产品都标注无农药，成为安全蔬菜的标志。
6.植物工厂的生产流程
在植物工厂里，植物的生长环境被设计成最佳条件，植物的生长周期基本固定，植物工厂的生产流程可以重复，工人不需要了解种植知识和种植经验，只需要按照种植流程工艺进行工作，实现农业产品工业化生产模式，形成订单化重复生产。
7.小型植物工厂是未来发展方向
植物工厂的缺点是初期投资大，种植品种相对少，对电力需求大，种植成本相对偏高。植物工厂几乎是按照每平方米的造价计算的，对于投资大型的植物工厂，如果没有政府资金的扶持，企业或个人难以承受；因此，植物工厂已开始朝着小型化方向发展，小型植物工厂投资小，见效快，逐渐成为植物工厂的发展方向。
上图是好亮固体光源研究所设计的小型植物工厂，占地面积在200-500平方米，由于种植空间小，投资额相对小，温度调节的效率高，能耗可以有效的降低，种植成本可以控制在合理的范围。
佛山好亮固体光源研究所最新设计的PT型集装箱植物工厂，是国内首创的以种植工艺（Planting technology ）为设计主体的实用型的集装箱植物工厂，PT型植物工厂（观光展示型）采用集装箱结构设计，是完全人工环境下的自动化种植，适合于叶菜类高效种植，全套设备符合环保要求，生产的产品达到无公害蔬菜标准，采用云端远程监控技术，是现代化蔬菜种植的高端设施。
PT型集装箱植物工厂极大提升了我国植物工厂的实用性，是科研型植物工厂向实用型植物工厂转变的重大突破。这种植物工厂不受地域、环境条件的影响，一年四季均可以生产蔬菜，使用成本低，应用灵活，安装方便，可以广泛的应用于蔬菜种植，蔬菜育苗，科学实验，观光农业，休闲农业，城市蔬菜供应等，是植物工厂技术应用的创新性产品。
8.植物工厂触发工业企业产品转型
植物工厂涉及到许多产业，是集多种学科的技术融合，这些技术的组合从根本上改变农业种植的概念，是技术跨界的创新型农业种植方式，实现了农业种植的工业化生产方式，植物工厂的技术应用也吸引众多产业的重视，在国外，非农产业的巨头纷纷涉及植物工厂，如飞利浦、欧司朗、三菱、GE、西门子、丰田、富士通、夏普、台湾鸿海等都有涉足。许多工业企业已经看到工业制造业的市场盈利空间变小，企业必须要寻找新的发展机遇，未来一些农业生产会带来比工业投资更高的回报，植物工厂引发了工业企业的战略转型，这个现象也应当引起国内企业高度关注与思考，从我国的经济发展过程来看，未来10年，中国农业要从传统意义上的精耕细作向精准化、智能化的现代农业发展，我国的农业发展速度将会首次超过工业发展速度，未来农业生产领域是工业企业战略性规划的重点。
9.植物工厂应用的机械设备
从我们的设计过程来看，植物工厂在设计选型中，机械设备配套是相当薄弱的环节，主要表现在以下几个方面：
1）立体种植架的机械构件方面
植物工厂采用的是层架式立体种植，种植层数越多，植物工厂的利用率越高，通常有5-8层，今后的方向是高架多层，层架高度为3-15米，这种多层承重稳定的钢架结构今后需要标准化生产，高层结构也会朝着自动提升式循环移动架方向发展，种植架的安装与维护以及层架上的管路配套，灯具安装固定等需要专业的制造厂完成，目前国内没有配套的生产企业。
2）自动化或半自动化播种方面
基质穴盘播种机可以采购到，但还没有专业化生产，可靠性也有待考量，针对种植海绵的微型自动播种机目前没有厂家生产，这种气吸式播种机今后的用量非常大，研制稳定且标准化的微型自动播种机市场前景良好，值得企业参与开发。
3）机械化采收设备方面
立体种植工艺决定了立体定值与立体采收，导轨式或轮式可升降的采收机没有生产厂家，植物工厂内部由于结构紧凑，管路排布复杂，在这种环境的采收机需要控制灵活、垂直稳定度高、空间体积小，最好是电池驱动的行走机构，这种设备的开发也会带给企业丰厚的利益，其原因是制造企业是空白的。
4）环保型营养液循环管路设备方面
植物工厂生产环境要求是无污染生产环境，管路与配套容器的环保要求度高，管道压力低，材料重量低，安装拆卸要求方便，需要单进多出和多进单出的组合式阀门，需要可控制带检测反馈的电磁专用阀，这些专用于植物工厂营养液的管路配套没有生产厂家，这个产品的转型并不困难，但能做到标准化与系列化是要时间证明。
5）洁净型通风设备方面
精密电子封装厂使用的超洁净型通风设备用在植物工厂似乎过于奢华，植物工厂通风设备不仅要求达到净化空气，而且也能够快速进行内部空气置换，这种似乎可以买到的产品却难以符合植物工厂要求，这个设备改进并不难，难得是要求厂家设备在那么多的立体种植架的空间里空气流动达到层流级的空气置换。
6）高可靠安全型二氧化碳补充设备
温室大棚使用的二氧化碳补充设备有两种，化学反应式与燃烧式，微型植物工厂更多是采用瓶装的二氧化碳进行补充，瓶装二氧化碳使用成本最高，这几种二氧化碳补充方式都存在一个共同的缺点，那就是可靠性与安全性，植物工厂要求实现无人值守，保证高度安全的二氧化碳供给，从我们的设计经验来看，燃烧式是符合植物工厂要求的，专用于植物工厂的微型燃烧式二氧化碳补充设备市场空间很大，这个设备要求高度安全与可靠，配套二氧化碳浓度检测仪，可接受网络控制；产品系列化是这个设备的营销点。
以上几个植物工厂配套的关键设备今后的市场空间是国际化的，这些设备实现标准化，结构化，系列化会带给转型企业至少10年的发展机会，属于蓝海市场，希望有战略眼光的企业家认真思考，积极做好市场分析，以最小的投资获得农业发展机遇的最大利益。