植物工厂可行性报告Word下载.docx
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%，如果仍然采取目前的
农耕方式，剩下的20
%
绝对无法供应足够粮食。
加上土地沙漠化与全球暖化的威胁，光是
1980到2000年的二十年间，全球平均温度已经升高0.4℃，且持续升温，没有趋缓的趋势。
南北极冰原、极地冰河融化等造成海平面上升的威胁更是让沿海肥沃的可耕地面积有急遽
减少的风险。
因此很明显，提高单位面积产能是现阶段农业发展的关键任务，现阶段透过植物工厂
立体式栽培可用最小的土地面积生产最大量的短期蔬菜，亦可避免受到风灾、雨灾等的影
响，加上逐年扩大产能更可避免产销失衡，避免现地耕除的浪费，以及逐年减少对农业灾
害损失的补贴，满足消费者对食的安全的最基本需求。
未来，甚至是粮食作物都有必要也
可在植物工厂内量产。
建造植物工厂的科研生产意义
建造植物工厂除了本身经济效益外，还具有更大的社会效益与科研价值。
如，日本的
植物工厂由原先地上发展成地下，东京建设的植物工厂就在银行机构下的地下室，将农业
1
生产从田野搬至都市，除了生产外，更重要是为都市开启一扇认识农业、认识自然与植物
的教育窗口，也是学生培养生物技术兴趣的良好实践教育基地，更是都市人在繁忙工作之
余休闲参观基地。
同时，地球变暖后对农业造成的影响与恐慌，植物工厂也成为人类找到真正无公害对
人体及环境没有任何残留与污染的农业生产模式，它的意义不亚于任何一个时期的农业革
命，虽然其推广离普及还有相当时间，但也让人们意识到克服自然、解决蔬菜与粮食问题、
解决环保绿色与污染问题，甚至，我们可以突发奇想，如在月球或在太空站建立农业生产
基地，这些都需要更多的农业科研人才投入。
植物工厂无疑为科研人员提出方向、开辟思路、提高水平，并在高科技领域中创建一
个更广阔的平台。
同时，这种新型的农业模式，劳动力已得到彻底解放，劳动强度降低，
生产场所环境已完全优化，自然风险完全解除，在植物工厂内会让生产过程由原来也外劳
力付出行变成室内智力付出型，这种改变将加速农业产业发展，提高农业生产水平意义是
深远与巨大的。
植物工厂的类型与生产运用
什么是植物工厂？
植物工厂是一种可在屋内耕作农作物，利用空调系统、荧光灯或
LED灯等人工光源，人工控制温度、湿度、光量与光质的农业。
日本千叶大学前校长古在丰
树教授在一次访谈中即提到：
「完全人工光利用型」植物工厂采用了制造业生产的光源、空调、测量控制、节电、
隔热及信息等相关技术。
从这一意义上来说，植物工厂具有“工业性”。
而植物培育本身
又是一种生命现象，需要采用农业和农学相关的栽培技术及经验，所以又具有“农业性”。
不仅二者缺一不可，而且可以说是一种超越了工农业的新产业领域。
植物工厂涉及制造业、
服务业以及包含福利及保健在内的健康产业。
植物工厂是可满足多样性需求的产业，植物
工厂是可以同时综合解决环保问题、粮食问题、能源资源问题、高龄化及贫富差距问题的
基础技术之一。
即可看出植物工厂可分为温室型半天候的植物工厂（荷兰为此类型的先进国家）与封
闭型全天候的植物工厂（日本为此类型的先进国家）。
以封闭型全天候植物工厂来说，主要
特点是：
1.植物生长的任何环境因子都是人工精确化模拟创造，不受外界任何因素的点滴影响，
植物生长为数字可控化，生产除外观型态及质量一致，且符合标准。
此外，在可控精确环
境下，职务的收获期是确定的。
这种植物工厂能为农业生产如期精准供应农产品，且不受
自然病虫侵害与土壤污染，供给清洁无任何残留的高档农产品，并按照职务遗传基因的性
状最大化表达，培养出超常规、超营养价值的农产品。
2.植物工厂内能按照人工研究的农艺参数为生长创造仿真最佳生长模式，为农业专家
的系统的研究与运用创造出最好的平台。
在植物工厂中，植物基因能比传统模式下得到最
大化最优化的表达与发挥，而且可以通过环境的人为创造，有计划或目的性地表达一些能
改善质量营养的目标基因，培养出常规环境不能培育的特色产品。
作为最先进的植物栽种模式，在生产上具有以下作用：
2
（1）
单位面积产量是传统生产的几十倍甚至上百倍，增产的部分主要是生育周期的栽
培天数大大缩短与复种指数提高；
（2）
单株的产量，在最适的人工环境下，能比常规栽培有更大生物量，在栽培利用空
间可提高
7-10
倍以上，生产效率发生了质的飞跃。
3.植物工厂内创造的生长环境是相对稳定的数字化环境，植物发育所需可按专家系统
的生长模式设定的进程精确进行，如做到何时播种至何时收获稳定如期上市。
例如植物工
厂内小麦的生育期为
56
天，莴苣的生育期为
天，这些数据都会作为精准栽培计划生产
的标准数据，都被录入计算器的专家系统。
在植物工厂内，可人为控制与启动对人们需求的基因表达时间与速度，从而可以培育
为人们提供最具营养价值与口味的高档蔬菜或是反季节蔬菜；
在植物工厂内，植物生长多
采
24
小时全天照补光或脉冲式补光，植物同化率得最大化发挥，光照时间及光质可按人们
栽培的需要进行调控，使植物光型态形成实现科学化的控制。
4.植物工厂是全封闭的栽培环境，可做到无菌化、无虫化生产，因此无须使用杀虫化
学药剂，栽培产品是真正绿色无公害食品。
5.植物工厂内环境可控性强，特别是可使栽培环境二氧化碳浓度提高，使生长的植物
光合效率提高数倍，生物量的形成、营养物质的累积也是常规数倍。
是以，虽然投资设施
较大，但是高度集约栽培模式，不管是劳动力还是能源资源都能最经济地利用其栽培效率
与效益，曾有人做过对照实验，在常规温室栽培蔬菜的相同产量前提下，植物工厂虽投入
更高，但产品却有更大经济价值。
6.植物工厂虽须依赖专家系统进行植物工厂管理，但实际经营者无需掌握与了解太多
专业的农业技术即可进行管理，甚至可实现无人化、傻瓜化管理。
目前，植物工厂常成为观光农业开发的主要项目，也是学校学生学习生物自然科学的
实践教材基地，更是都市城镇居民感受自然品味的好去处。
在中国，植物工厂将成为国内
农业发展中不可或缺的研究课题与发展方向，也更是未来农业的一种主要模式，估计在
10
年后，它会像目前农用设施一样被普及运用，对于先行投入的业者将会带来丰厚的经济利
益与巨大的社会利益。
植物工厂的国内外研究现况
植物工厂的研究始于1974年，由当时就读东京大学农学院的高仓直及当时隶属日立制
作所中央研究所的高辻正基展开。
「植物工厂」一词，始于1985年筑波科学技术万国博览
会上植物工厂的实证展示中，接着1986年，成立了日本植物工厂学会，2006年，此学会与
日本生物环境调节学会合并成立日本生物环境工学会。
而人工光源型植物工厂，则始于1957年丹麦的Kristensen农场，十字花科植物水芹
（cress，荷兰传入）的嫩芽生产，在美国，1970年代初期的General
Electric
公司，1980
年代的General
Foods公司、General
Mills公司皆展开人工光源型植物工厂的运作，但此
三家皆因收支不平衡而在1990年代停止运作。
自然光型植物工厂的运作始于1960年代初期奥地利Rusuna公司的立体式植物工厂，荷
兰的设施园艺大型化、自动化、信息化则是自1970年代至今稳定发展，至1990年代之后，
3
与「自然光型植物工厂」名称相符的植物工厂生产系统开始大规模地运作。
早期人工光源型植物工厂的发展主要针对隔热材、自动化设备、光源种类与效率、空
调设备效能等。
近年来亦针对栽培环境的控制技术
（包括光环境温湿度控制，特别是二氧
化碳补充技术）、养液调整技术、排水技术、培地调整技术、培地容器技术、移动技术、整
列技术、播种与收获省力化技术等做更精进的研究。
所有研究的重点分别针对产品质
量提升、生长促进、栽培环境最适化、收获率提升、病害预防等方面。
在日本，这些都是目前创导与推广的高新农业项目，他们已有成熟的技术与配套设施，
且都已做到专业化的程度，依日本农林水产省生产局于平成21年（2009年）之规划，其植物
工厂共分成两大类型：
1.太阳光与人工光共同使用型；
2.完全控制（人工光源）型。
据日本千叶大学古在丰树教授
（
Professor
Toyoki
Kozai）之统计，至2009年5月日本
之植物工厂数目如下：
1.两者光源并用型16家；
2.
完全人工光源型34家。
其中高压钠灯11
家，荧光灯型20家，LED型3家。
而使用人工光源完全密闭型植物工厂所生产作物以叶菜为
主，包括莴苣，菠菜与药草。
如建在爱知县的芽苗菜工厂一天能生产200万盘，可供应好几
个城市芽苗菜所需。
以及在广岛，鹿岛集团在日本首次开发出了利用水耕栽培技术种植中
药甘草的系统。
该技术在2010年年底公布之后，被报纸及电视等的争相报导，也受到了极
大的关注。
此次福岛地震灾变后的重建工作，岩手县陆前高田市于8月29日公布的草案中，在恢复
农业生产部份即提出太阳光利用型植物工厂的计划。
甚至在后续城市建设上，也提出下图
的类似计划。
4
植物工厂类别
「完全人工光源型」
「太阳光‧人工光源并用型」
经营者属性
所有比
%企业、32
%生产法人
69
%农业生产法人机构、31
%
企业
投资金额
较高，经营者以企业为主
由社会福利法人经营运作
以农家为主
营运场所
使用地目
除工业用地外，住宅地及混
合地，农地转为他用
农地上，准工业地区（大型企
业经营）
举例
工业用地
Cosmo
Farm
岩见
泽（北海道）
农地角田滨农场（新潟县）
农地久住高原蔬菜工房（大分县）
至于，日本在植物工厂的近况，我们以下表做说明。
5
住宅地龟冈
Plant（京都府）
混合地
LA
PLANTAY
诹
访（长野县）
Urban
Farm（千叶县）
工业用地三田温室（兵库县）
设置时间
-1995
18
29
1996-2000
26
43
2001-2005
21
2006-
38
7%
设施规模
（平方米）
实际设置面积
未达
500
48
27
500-
1,000
37%
18%
1,000-5,000
15
55
栽培实际面积
47
31
16%
15%
16
54
5,000-10,000
19%
－
10,000
-
3%
员工规模
10
人以下
65
11-50
人
36
64
51-100
9%
栽培品目
生菜类
色拉菜－11
色拉菜－4
韩国生菜－6
韩国生菜－1
皱叶生菜－11
散叶生菜－13
散叶生菜－1
幼叶－5
幼叶－1
绿叶生菜－6
绿叶生菜－1
罗马生菜－2
Lollo
Rossa－2
river
green－1
香草类
6
水菜类
芝麻菜类
莴苣
1（菠菜）1（三叶芹）
种苗（西红柿）
2（蕃茄）
2（草莓）
4（花卉）
人工光源
高压钠灯
39
73%
优点和可能性
劳动环境与露天栽培相比较舒适、以轻劳动为主
2
透过环境控制促进生育及提升产品质量
3
透过监控环境与生长情形达到计划生产及安定生产
透过环境控制增加作物营养成分与机能性成分
生产技术
5
减少农药、肥料及水的使用量
6
提升加工及大量生产时产品的可用率、减少植物残渣
7
昆虫及异物的入侵减少，可以简化清洗及调整作业，也可减低收成后的调整成本
及风险
贩卖
8
即使遇到台风等气象灾害也可按照原订计划生产
9
人工光源型植物工厂可以在非农地及不适合栽培的地方进行生产
人工光源型植物工厂可以建在空闲的办公室、工厂、仓库及教室中
立地条件
11
人工光源型植物工厂透过多层化利用可以提高空间利用效率
日光灯
日光灯及
灯并用
HEFL
古在丰树教授提到植物工厂与一般园艺设施比较，也认为存在较多的问题，但同时也
有较多的优点及可能性。
下表为其对植物工厂的分析：
植物工厂的优点和可能性分析表
其中，以企业合作提升植物工厂生产技术的领域有六：
机械化
藉由热泵、隔热达到节省能源
知识集约化
营销
开发多种植物工厂
此外，若能与区域需求结合开发多种植物工厂，将能促进地区活化，落实在地生产、
在地销售的环保理念。
还有，植物工厂所需劳动皆属轻量型，投入工作人员限制较低，且
不受天候与地形影响，只要有水有电的地方都可量产。
以日本北海道岩见泽市的
Cosmo
Plant
Factory，在大雪笼罩的冬季还可生产莴苣。
位于山梨县的大户屋植物工厂建于
2008
年，本业为国际连锁餐厅，台湾全岛有九家店面。
据该业者表示，所生产的蔬菜光是
供应自己的餐厅便嫌不足，业者告知最大的收获在于对于本业经营的餐厅可以稳定的供应
蔬菜且全年单一成本价，不会有过去受制于人且全年价格波动大的变量。
在台湾，80
年代台南农业改良场就成立了第一座芽苗菜植物工厂，内部设施包含播种、
传送、培育、收获、包装等全部实现自动化及机械化，并结合电子控制与全面监控的环境
控制系统，芽苗菜栽培达十余层以上，空间利用率极高。
而使用自走式光源的日升公司兴
建蝴蝶兰种苗植物工厂（两层楼建筑，各楼层设有七层的立体化栽培床架）发展迄今都有
十年以上的历史。
1993
年国科会研究计划中，在评估台湾发展精密温室与植物工厂的可行
性时，即认知台湾已具备全环控精密温室的发展条件，值得推广，并以高经济价值的作物
7
为首选，譬如花卉作物，以蝴蝶兰种苗与梗苗的栽培为代表。
同时，并将焦点放在相关关
键技术的开发，譬如：
灭菌系统、人工光源、温室环控、热泵系统与养液循环水控制等；
现阶段已完成了「全人工光型植物工厂」的模型，其他小型系统设置及家电型与家具型设
备在
2010
的台北花博会也展出。
图
1.
日升公司使用自走灯具的兰花种苗栽培植物工厂图
位于宜兰的莴苣栽培植物工厂育苗区
3.
位于宜兰的莴苣栽培植物工厂量产区图
4.
植物工厂家电化与家具化商品
韩国的植物工厂也在几年前也进入研究收获阶段，这几年在都市中心的餐厅旁建设小
型植物工厂供应餐厅所需蔬菜也出现了，去年在首尔市的乐天超商更是出现店产店销的植
物工厂展示与销售区，吸引了不少人的眼光。
然而，这些工厂内栽培的仍然是短期叶菜类，
较特殊的是在研究型植物工厂内以水耕方式栽培高丽人参。
5.
位于韩国首尔市乐天超商内的植物工厂图6.
韩国的水耕栽培人参
以下为东亚发展植物工厂的比较表，其中比较产业的驱动力，除了学界努力外，在日
本与中国均由政府大力推动，但日本的产业界也非常积极（如品项最多，消费者的接受度
也最高），中国在这一块则相对乏力。
8
消费者对水耕蔬菜的接
受度
型态
特色作物
驱动力
日本
高
量产、店铺、餐厅、货
柜
基转作物
政府、企业、学界
中国
低
示范
--
政府、学界
韩国
普通
量产、餐厅、超商
韩国人参
企业、政府、学界
台湾
量产、餐厅、家电
兰花种苗
企业、学界
东亚各地发展「完全人工光控制型」植物工厂的比较表
最后，植物工厂最特别是节能化的研究，目前已形成风电到生物能的多种能源开发趋
势；
还有利用科学的反光原理，使工厂内光能达到最大化利用；
更有些植物工厂利用微生
物发酵发电以实现农业可持续与循环发展，因为，能源与材料是植物工厂普及推广的限制
因子，耗能的最大项目即是补光。
近年来，业界成功将
灯发展成具有特定光谱，可在不影响光合效率下，实现电能
转换率的最大化。
现阶段职务工厂在温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度、营养液、EC
液温、溶氧等植物生长相关因子的在线检测与反馈死循环控制皆能做到，甚至可透过互联
网进行云运算之远程监控，以及透过卫星系统进行全球控制，在视频监控进行植物图像的
远距离清晰化传送的全方位监控，管理者只需敲击键盘就能进行生产指挥的数字化管理。
对于不同栽培植物的专家系统研发运用，管理者也能轻松调动相关植物的最佳生长模式，
即能进行最优化的生产管理。
甚至有先进的植物工厂还安装植物生理传感器，实现植物生
长过程中各项生理指标的在线检测，不管是光合效率、呼吸作用、蒸腾系数、茎流量、果
实膨胀等，都能利用计算技术进行曲线记载，科研人员可随时调出适时的在线资料进行科
学研究，为科研人员提供最科学的实验平台。
在先进国家也有植物工厂引进智能机器人，进行种苗嫁接、插苗、果实采收，以及走
动式管理。
在无菌环境上，则结合先进的奈米材料技术进行物理杀菌，使整个栽培空间实
现了无菌化及自洁化。
营养液的供应调配及控制上，如营养液控制中心的建立代替原有复
杂的人工操作，在废液的处理与再利用上，也能进一步改进，使栽培成本与环境排污最大
化降低，实现封闭式自循环生态系统的合理建构。
总之，从发达国家看植物工厂是具有很广的发展空间及被看好的发展趋势，是未来农
业发展的一种重要发展模式。
再来，我们探讨中国的植物工厂发展，中国近年来，也开始
刮起"
植物工厂"
的热潮。
以"
中国消费网讯"
（中国消费者报）两位李先生对中国农业科学院实
验室
20
平方公尺"
之报导如下：
中国农业科学院内实验室型的"
设在一个
平方米左右的房子里，分布着
个栽培架，每个栽培架有
层，每层上都种满生菜或小白菜等蔬菜。
他们有的白色的光源
下生长，有的在蓝色的和红色的光源下生长。
墙上的显示屏正报告着室内的环境数据：
温
度
25.5℃、环境相对湿度
52.1％、二氧化碳浓度
1290
ppm。
中国"
研究的创始人－中国农科院农业环境与可持续发展研究所杨研究员表
示，农科院这个只有
平方米的"
只是实验型。
目前规模大的是他们和长春市人
民政府合作研制成功并在长春农博园区投入使用的建筑，其面积为
植物工厂
9
基本技术
生长的定量化和生长促进
共通技术
系统的设计
水耕栽培技术
移动栽培技术
密植栽培技术
各式自动化技术
保温断热资材的选定与利用
完全控制型
光源与照明设计
"
这是中国大陆第一例以智能控制为核心的
LED"
另一个更大型植物工厂正在
农科院东门区兴建。
杨研究员表示，多年来"
一直被公认为设施农业发展的最高阶段，是衡量一
个国家农业高技术水平的重要标志之一。
但是"
就像航天工程、磁悬浮、大飞机
等技术一样，发达国家不会轻易让外人掌握。
这些年来，他曾多次访问欧洲和日本，但在
参观"
时，无论是研究单位还是生产厂商基本都不许拍照，对于一些核心技术更
是避而不谈，有时甚至有意把显示屏上的参数遮挡起来。
中国研究"
只能依靠自
主研发。
近些年来，在中国农业专家的努力下，中国已经研发出了"
中的硬件系
统及其相应的控制技术。
现在的"
蔬菜还正处于研发完善阶段，因此还没有大量走向市场。
不过他预
言，在不久的将来，越来越多的中国人肯定能吃到"
里培育出来的蔬菜。
目前，中国首间量产型植物工厂成立于
2009
年
月，位于东北的长春市（见图）；
更
早的研究示范型植物工厂（见上文报导），则在中国农业科学院农业环境与可持续发展研究
所的顶楼，栽培品项以短期蔬菜为主。
近期，农机研究所也在北京通州盖起植物工厂，包
括了「完全人工光型」与「太阳光利用型」。
作物品项仍是以短期蔬菜作物为主。
在国防科
技大学、中国农科院及浙江丽水市农科所的通力合作下，大致的技术问题也都迎刃而解，
但与国际技术水平相比，产品的精致上明显不足。
特别是产品的控制系统、建造材料以及
设施部分，正是符合国内所需，也能推进国内植物工厂迈入历史性的第一步。
植物工厂建设的系统组成与相关设施
植物工厂的建造是系统而庞大的工程，所涉及的技术与材料，都是常规传统农业所不
能比。
以环境控制部份就涉及
大系统：
风能光能发电系统、人工补光系统、喷水加湿系
统、空气循环流通系统、二氧化碳补充系统、营养液自动调控系统、物理杀菌系统、温度
控制系统、立体式栽培系统、视频监控图像传送系统、计算器远程控制系统、废物的再循
环利用系统等，与这些系统组成的学科则包括生物技术、计算器环境控制技术、物理材料
技术、能源综合利用技术
升级会员 