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LED 植物工廠發展面臨的多方面問題

LED 植物工廠發展面臨的多方面問題

當前,植物主要用來種植兩類作物:一是葉菜的大量量產,如茼蒿、香菜、小白菜、生菜等植物;二是種植難度系數高的鐵皮石斛、人參、牛樟芝、金線蓮、白芨等經濟價值較高的中藥材,透過特定的LED頻譜和管控系統,就能培育生長條件較苛的季節性作物。

理論上,作為一種新型的現代化農業模式,植物工廠能為大部分地方供應蔬菜,但高成本導致其只能重點進攻國內人口密集的大城市。一方面,由于經濟發展不平衡,導致大城市人口劇增,蔬菜供應增大,而可耕種土地資源卻不斷減少,供需不斷失衡;另一方面,隨著城市污染日益加劇,城市居民的食品安全意識更加強,越來越傾向于購買有機食品,植物工廠的出現能很好地滿足城市居民為健康食材買單的需求。

LED燈光介入能迅速加快植物增長的速度,將生菜從種植到采收的30天周期縮短到18天,且品質不輸自然生長。正是利用植物工廠高產的優越性,科學家規劃建造植物工廠摩天大樓,這種植物工廠大樓只要建5座,就可以滿足數百萬人口的食用蔬菜量。除了高產量外,植物工廠還具備安全生產的優勢。植物工廠是利用高科技打造的現代農業可持續生產系統。在這個生產系統中,實現植物的多層無土栽培,切斷了植物與室外空氣和土壤中重金屬的接觸;使用抗微生物材料的種植設備,采用經過消毒處理的植物種子,通過光質與光量的調整,改善蔬菜的營養與口感;采用物理農業技術代替農業殺蟲滅菌,使植物品質達到有機品質甚至更高標準。

同時,園藝面積的大幅增加也加大了對植物工廠的需求。2015年設施園藝面積達410.9萬公頃,產值達到9800億元;植物組培面積2000萬平方米,并且呈現逐年增長態勢。此外,微型、迷你型植物工廠已應用于人們生活的各種環境,如:高級餐廳、咖啡館、星級酒店等場所,實現了蔬菜從生產到加工一體化。

那么問題來了---成本高該如何盈利?

在國內甚至全球植物工廠的發展并不如人意,因為它投入產出不成比例已經嚴重阻礙了其發展步伐。

一直以來,植物工廠都是依托大的LED企業或集團建立的,其前期設備投入費用極大。首先,植物工廠初裝成本較日光溫室、連棟溫室高出很多,一般在3 000/㎡以上,一個100㎡的人工光植物工廠,初裝成本在30萬元以上。其次,植物工廠生產成本高。以生菜為例,人工光植物工廠生產生菜成本在5-10元。然后,植物工廠運行成本、能耗和人工成本高。一方面植物工廠光源、環境控制系統運行(空調、氣流、營養液供給等)都需要消耗電能,能耗偏高;另一方面,自動化程度低,移栽定植、育苗、收獲勞動力成本高。對成本高企的植物工廠而言,其收益卻微乎其微。以目前普遍種植的生菜為例,植物工廠生產出來的單棵售價高達20元,是普通生菜平均每千克4.8元的售價的8倍。如此高價的菜對普通消費者來說并不容易被接受,無法得到大范圍的推廣,只能占據極小部分市場。

由于投入產出的嚴重不協調,現階段植物工廠基本上是虧本運營,即便是在植物工廠發展最迅速的日本也不例外。如果不是靠政府補貼,很多植物工廠的經營者恐怕早已被淘汰出局。而國內對植物工廠的扶持力度還不是很大,這也導致我國植物工廠規模普遍偏小,生產以葉菜為單一主植物,環控技術裝備水平參差不齊,而且以示范展示性和研究性植物工廠居多,商業化運行的植物工廠較少。

現在,以日本、中國臺灣為代表的植物照明廠商都在積極地探尋新的商業模式,尋找新的贏利點。如今,植物工廠的市場機會可分為兩大類:一是植物工廠設備銷售與建置,另一個是植物工廠重點培育高附加值的產品。前者主要是針對追求食品安全的小眾消費群體,像給家庭、特色餐廳等場所提供小、微型植物生產設備;而后者則是針對特殊人群,通過調控光譜及營養脅迫等方法,開發功能性蔬菜,以滿足不同人群的營養攝入需求,或者種植藥草、香料等作物。

解決問題的方案:若要實現商業模式上可持續盈利的植物工廠,有幾個角度的問題需要思考:

一是不要單純地種植蔬菜,可以與有高經濟價值的如三七、鐵皮石斛等藥植打通,進行產品的組合;

二是在結構設計上,可以采用生態式、可移動式、小規?;闹参锕S,可鏈接式,如此供應鏈可以做的更全一點;三是人群定位,要有精準用戶,保證利潤。

技術不成熟需跨界合作推動

如何突破植物工廠系統能耗大、運行成本高等關鍵技術瓶頸,大幅度降低人工光源與空調系統能耗、提升蔬菜品質并實現植物工廠的智能化管控,構建“低碳、智能、高效”的植物工廠生產技術體系,是實現植物工廠快速普及與推廣的關鍵。

最后當前LED植物工廠存在的主要技術難題有:

一,LED照明與植物研究分離。每一種植物對光的要求是不一樣的,很多公司沒有能力根據植物來應對調節光的波長,也不知道具體植物所需要的光的波長。由于LED植物照明需要結合LED照明技術和植物生長學,往往需要以植物為主體,從植物栽培原理的總體性光需求來綜合考量。但目前,國內LED植物照明的開發和研究,與農業領域的研究領域是分離的,人才缺乏,很難為植物生長提供最合適的光源解決方案。

二,核心專利缺乏。目前,我國專業生產植物生長光照燈具的廠家絕大部分分散在制造功能性照明領域。農業主要需要的峰值660NM紅光芯片無法形成規模,國內芯片外延片廠家也不愿投入人力、物力開發農用紅光芯片。國內半導體芯片外延片行業起步較晚,積累經驗少,在芯片外延方面的專利實力相對較為薄弱,大量的核心專利掌握在日本日亞、美國科銳等早期領跑企業手中,極大阻礙國內芯片企業的發展。

在剛剛結束的《2016植物工廠及其發展戰略學術研討會》上,中國農業科學院環發所所長張燕卿針對如何更好更快地發展植物工廠提出了自己的四點建議:

1、一定要有產業戰略規劃。未來產業能做什么,途徑是什么,目標是什么?

2、盡快成立產業聯盟,并且要納入國家計劃。事情要做大,必須要聯合起來,科學家有想法,必須通過工程師做出來。中國高鐵從一開始就有分工,誰做動力系統,誰做通信系統,都有明確分工。植物工廠要從高鐵獲取經驗,產學研聯合,發展出真正能有引領帶頭作用的龍頭企業。

3、加強研發是必經之路。希望大家通力合作,找到產業發展內核。

4、建立國際平臺。荷蘭、以色列、美國、日本等國家農業各有各的特色,中國在植物工廠研究上,在與國際上同步的同時,要有中國特色。

為此,中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員楊其長也曾建議,植物工廠的發展應該上升到國家戰略,出臺相應的產業扶持政策,并予以資金上的支持;同時,植物工廠產品還需要食品等有關部門的認證、評價和檢測,讓更多的消費者了解和認識植物工廠生產的農產品的益處。

 


 

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