植物工厂

摘要：近些年，随着现代农业科技的不断探索，智能化植物工厂产业取得快速发展，在材料、装置和技术方面都取得了快速进步。中国是植物工厂研发与产业化最活跃的国家，通过引进消化、自主研发创新、应用推广三个阶段，各类型植物工厂正在快速、均衡发展。2021年我国新增48座植物工厂，新增面积21.54万平方米。目前，我国人工光植物工厂总数已超过250座，成为数量仅次于日本的植物工厂发展大国。

一、定义及分类

植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。按照不同的划分方式，植物工厂可分为以下几类：

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

植物工厂行业主管部门主要是指农业农村部，其主要负责拟订种植业、畜牧业、渔业、农机机械化、乡镇企业、农垦等农业各产业（以下简称农业）和农村经济发展政策、发展战略、中长期发展规划并指导实施，参与涉农的财税、价格、金融保险、进出口等政策制定，组织起草农业和农村经济的法律法规草案，推进农业依法行政。负责农村改革试验区相关工作等。

中国植物学会智能植物工厂分会是行业自律性组织，通过不断吸纳科研工作者，充分发挥多学科多技术整合优势，推动植物工厂从基础研究、应用基础研究到应用的全产业链创新发展，为保障国家大粮食安全提供科技支撑。

2、行业相关政策

近年来，植物工厂作为现代农业的产业方向，为推动植物工厂发展国家制定了系列政策。如2023年6月，农业农村部等部门发布《全国现代设施农业建设规划(2023—2030年)》，其中提出以全国超大、特大和大中城市郊区及其周边区域为重点，突出发展现代都市型智慧设施农业，建设一批全年生产、立体种植、智能调控的连栋温室和植物工厂等高端生产设施，形成一批布局合理、高产高效的现代设施农业标准化园区。此外，各地方政府也积极发布相关政策，2023年12月，云南省农业农村厅、云南省发展和改革委员会等四部门发布《云南省设施农业现代化三年行动方案（2023—2025年）》，其中提出选准特色产业。以蔬菜、花卉、小浆果等为重点，新建和提升改造一批全年生产、立体种植、智能调控的连栋温室和植物工厂等高端生产设施，形成一批布局合理、高产高效的现代设施农业标准化园区。

三、发展历程

从发展历程来看，我国从2002年才开始植物工厂的研发工作；2005年研制出LED植物工厂实验系统；2009年推出LED植物工厂商业化应用；2010年上海世博会首次展出“低碳、智能”家庭LED植物工厂；2013年中国正式将“智能化植物工厂生产技术研究”项目列入863计划，由15家科教单位与企业联合进行技术研发；2021年至今，中国已成为世界上植物工厂发展最快的国家。目前，我国人工光植物工厂总数已超过250座，成为数量仅次于日本的植物工厂发展大国。

四、行业壁垒

1、技术壁垒

植物工厂的生产涉及众多复杂的技术领域，包括植物生理学、环境控制、LED光谱技术、营养液配置等。这些技术领域的深入研究和应用，是确保植物工厂高效、稳定运行的关键。行业内企业需要不断地进行研发投入和技术升级，储备更多的发明专利。然而，这些技术的研发和应用需要大量的专业知识和经验积累，行业新进入者通常很难在较短时间内形成有竞争力的技术实力。

2、资金壁垒

植物工厂的建设和运营需要投入大量的资金。从场地租赁或购买、设备购置和维护，到种植技术研发和能源供应等，每个环节都需要大量的资金投入。特别是设备和技术支持，如LED灯、气候控制系统、水肥一体化系统等，这些设备和技术的投入成本较高。这就导致规模较小的企业难以满足市场需求，在一定程度上限制植物工厂的盈利能力和发展空间。因此，对于新进入者来说，行业具有较高的资金壁垒。

3、渠道壁垒

渠道壁垒是植物工厂行业壁垒之一，植物工厂产品的销售渠道相对有限，主要包括直销、代理商、电商平台等。而这些渠道往往被行业内的大型企业或已有品牌占据，新进入者很难获取优质渠道资源。此外，行业内企业之间的竞争加剧，也导致了渠道资源的紧张。新进入者需要付出更多的努力来与渠道商建立合作关系，这也增加了其市场进入的难度。

五、产业链

1、行业产业链分析

从植物工厂行业产业链来看，上游主要包括种子、农药等农资供应商以及LED植物照明设备、环境控制设备等生产设备供应商；中游是指植物工厂运营商，主要负责植物工厂的建设、管理和运营；下游是指农产品加工商和销售商，其中农产品加工商可将植物工厂生产的农产品进行深加工，制作出更加多样化的产品；销售商则负责将产品销售给终端消费者。

植物工厂行业产业链

种子

黑龙江北方种业有限公司

黑龙江华冠科技股份有限公司

安徽荃银高科种业股份有限公司

广东天禾农资股份有限公司

合肥丰乐种业股份有限公司

农药

江苏扬农化工股份有限公司

山东潍坊润丰化工股份有限公司

利尔化学股份有限公司

深圳诺普信作物科学股份有限公司

LED植物照明设备

佛山电器照明股份有限公司

三安光电股份有限公司

佛山市国星光电股份有限公司

华灿光电股份有限公司

厦门乾照光电股份有限公司

环境控制设备

北京四方新域环境控制有限公司

浙江托普云农科技股份有限公司

中山万从科技有限公司

河南赛诺优农科技有限公司

上游

四维生态科技（杭州）有限公司

京东方科技集团股份有限公司

三安光电股份有限公司

北京京东世纪贸易有限公司

中游

农产品加工商

农产品销售商

下游

消费者

终端

2、行业领先企业分析

（1）京东方科技集团股份有限公司

京东方科技集团股份有限公司创立于1993年4月，是一家为信息交互和人类健康提供智慧端口产品和专业服务的物联网公司。核心事业包括端口器件、智慧物联和智慧医工三大领域，端口器件事业包括显示与传感器件、传感器及解决方案。作为全球半导体显示产业龙头企业，京东方近年来还利用LED照明和无土栽培，建设“植物工厂”，帮助偏远地区解决蔬菜需求。目前，公司植物工厂种植多达30余种叶菜类蔬菜，主栽生菜及菜心两种叶菜，以直供的方式将蔬菜输送到各大餐饮门店中，相关餐饮企业有将太无二、海底捞、院落私房菜等知名餐饮企业。从企业经营业绩来看，2023年公司营业收入和归母净利润双降，营业收入为1745.43亿元，同比下降2.17%；实现归母净利润25.47亿元，同比下降66.22%。

（2）三安光电股份有限公司

三安光电股份有限公司主要从事全色系超高亮度LED外延片、芯片、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、微波通讯集成电路与功率器件、光通讯元器件等的研发。2015年中科院植物所与福建三安集团共同发起合资企业福建省中科生物股份有限公司（中科三安），利用中科院植物所在植物科学领域的研发成果，结合三安集团旗下核心企业三安光电领先的LED光源技术，进行光生物技术产业转化，应用于现代设施农业及生物制药领域。中科三安凭借自主研发的LED照明设备、植物营养液及环控系统，实现人工光立体农业。目前，其自主研发的植物光谱技术已经在万米植物工厂内广泛应用，推出30个可量产植物品种，实现了人工光环境下2种珍稀药材资源的室内种植。从企业经营业绩来看，三安光电实现营业收入101.56亿元，同比增长1.43%；归母净利润1.73亿元，同比下降82.51%。

六、行业现状

近些年，随着现代农业科技的不断探索，智能化植物工厂产业取得快速发展，在材料、装置和技术方面都取得了快速进步。中国是植物工厂研发与产业化最活跃的国家，通过引进消化、自主研发创新、应用推广三个阶段，各类型植物工厂正在快速、均衡发展。2021年，我国新增48座植物工厂，新增面积21.54万平方米。目前，我国人工光植物工厂总数已超过250座，成为数量仅次于日本的植物工厂发展大国。

七、发展因素

1、机遇

（1）国家政策的大力支持

近年来，随着世界环境、资源等问题日渐突出，植物工厂的发展优势逐渐显现。为推动植物工厂发展，中央及地方制定并出台了一系列法律法规和政策支持。如2023年12月，云南省农业农村厅、云南省发展和改革委员会等四部门发布的《云南省设施农业现代化三年行动方案（2023—2025年）》中，提出以蔬菜、花卉、小浆果等为重点，新建和提升改造一批全年生产、立体种植、智能调控的连栋温室和植物工厂等高端生产设施，形成一批布局合理、高产高效的现代设施农业标准化园区。

（2）对高品质蔬菜需求增加

近年来，随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，消费者对高品质蔬菜的需求也在不断增加。植物工厂作为一种在密闭环境下进行蔬菜生产的高效农业方式，能够有效阻止病虫害的侵入，并采取清洁安全的方式进行生产，从而保证了蔬菜的品质，正好迎合了这一市场需求。未来，随着消费者对植物工厂蔬菜的认知度和接受度的提高，植物工厂的市场规模有望进一步扩大。

（3）技术进步支撑行业发展

近年来，光照、温度、湿度等控制技术的不断进步，以及人工智能、大数据等技术的应用，使得植物工厂的生产环境得到了更加精准和高效的模拟和控制，提高了生产效率和产品质量。这些技术的不断创新和应用，使得植物工厂的生产环境更加可控、可预测和可优化，为植物工厂的发展提供了更多的可能性。未来，随着这些技术的进一步发展和融合，植物工厂有望在农业生产领域发挥更加重要的作用，为人类提供更加安全、健康、高品质的蔬菜产品。

2、挑战

（1）行业成本较高

当前，植物工厂造价高，最低造价每平方米也在千元以上，最高可达几万元，高昂的成本严重地限制了技术的推广。成本较高的原因主要包括两个方面：一是前期投入成本较高。植物工厂是设施农业，需要通过人工光源或补光系统、营养液设备和智能监控系统等外在硬件设备，以及对温、光、水、气、肥等环境的智能调控管理，而这些设施成本较高。二是植物工厂耗电量巨大，有的耗电成本投入甚至大于产出价值，这在家庭植物工厂中表现尤其明显。而且后期对植物工厂的维护与管理还要有一笔开支。因此，如何降低成本是解决制约植物工厂进一步发展与推广的最主要“瓶颈”问题。

（2）生产作物研究的种类较少

目前对作物在植物工厂中生长规模的研究不够深入，所涉及的作物种类较少。众所周知，不同作物的生长所需要的光照、温度、湿度和营养液等都不相同，同种作物在不同时期不同环境下的生长需求也不相同。但是到目前为止，仅有部分作物具有相对标准化的生产指标，还存在很多未开发作物在实际生产中缺乏生产指导和数据支持。这一问题会使未开发作物在植物工厂中的生长效果不佳，生产效率低下。

（3）智能化程度较低

近年来，植物工厂的智能化研究不断发展，但家庭植物工厂高成本、低产出使其产业化程度低，导致家庭植物工厂的智能化研究很少，基本还停留在环境控制方面。由于人类的生活节奏不断加快，生活品质不断提高，促进植物工厂的家庭化与智能化成为当前的研究课题。互联网以及手机网络成为人们生活中不可缺少的物品，如何将互联网、手机网络和智能控制结合起来，成为植物工厂下一步研究的课题。

八、竞争格局

植物工厂行业是一个相对新兴的行业，目前还没有明确的市场领导者。进入植物工厂行业的主要竞争者包括大型农业公司、科技公司、物流公司以及创新企业，如京东、京东方、三安光电、四维生态等。这些竞争者各有不同的优势和劣势。大型农业公司和物流公司具有丰富的农业和物流经验，能够提供全方位的服务，包括种子选购、种植指导、植物育种、农产品销售和物流运输等。但是，这些公司在植物工厂方面的技术和设备可能不够先进，无法满足现代植物工厂的高效运作需求。科技公司和创新企业在植物工厂技术方面具有很强的实力和优势，能够提供先进的植物育种技术、智能化设备和精准农业方案等。同时这些企业也具有较强的研发能力，能够持续改进和创新产品，提高植物工厂的效率和产量。但是，这些公司在农业和物流方面的经验相对较少，可能无法提供全方位的服务。

九、发展趋势

随着现代农业技术提高，植物工厂是现代农业的首选发展模式。目前，植物工厂管理多由人工完成，管理难度大、成本高、效率低，同时也容易带来病菌污染。实现信息技术与设施装备的深度融合，提升设施装备的自动化、智能化水平，有助于解决设施农业走向产业化和规模化生产存在的问题。植物工厂发展至今，结合光电技术与生物学技术兴起智能植物工厂，代表着未来农业的发展方向，集高技术、高投入、高产出于一体，更加集成化、产业化、智能化、网络化、多功能化，是解决当下食品安全、环境污染、土地资源紧张、劳动力成本上升的有效途径。