近年来，伴随着中国农业供给侧结构性改革，巨大的产业资本、金融资本和工商资本进入现代农业，为植物工厂的产业化发展带来了新的驱动力。为此，农业产业投资尤其是对具高科技含量的人工光型植物工厂和大规模的环控型温室的投资建设已经不再是国家农业科技示范园的概念性宣传，而是初步形成了具有一定产业发展特征的新型商业模式。本文期待从具有植物工厂产业雏形的几个典型企业介绍入手，尤其是针对掌握了人工智能、大数据、大资本的电商投资导向分析人工光型植物工厂在中国的产业化发展方向。
1 日本式植物工厂
人工光型植物工厂是在可控环境下利用无土栽培技术实现具有高产高效、节能环保、清洁健康、生态智能特征的周年稳定的植物清洁生产模式。与蔬菜、花卉、药用植物等利用温室或大田进行的园艺生产相比，植物工厂产业化生产的产品产量更高、品质更好，尤其是其周年稳定清洁供应和优质高产高效的技术特征，更适合未来社会的市场需求与消费升级。然而，即使是在植物工厂产业化发展已经基本成型的日本，由于技术水平和经济核算的制约，植物工厂技术依然存在建设成本高、生产成本高、产量和品质未达到预期水平等问题，能够实现盈利或持平的企业也就60%～70%，不少企业依然处于亏损状态。
实现高附加值植物生产、低成本化、自动化依然是植物工厂技术研发的主攻方向，也是产业化发展中未能突破的关键技术。富士通公司曾经生产低钾叶用莴苣(生菜)，以供应脏器移植人群的特殊需求，从而实现了高附加值植物的工厂化生产，但该生产模式并未能以公司独特技术保持其技术领先性，目前几乎所有的企业都能生产低钾生菜。木村屋商店的GreenLand植物工厂，由于解决了计划生产和稳定销售的问题，从运行开始就处于稳定经营和持续盈利状态。因此，基于生产和销售匹配的日本式植物工厂的商业模式在中国具有一定的产业化发展前景。不少日本企业也非常看重植物工厂在中国产业化发展的市场前景，多年前就开始了产业布局。
日本松下利用和整合了中国松下几家子公司的资源优势、地域优势、技术优势，更快捷地开展了自建与自营植物工厂、蔬菜销售、承建植物工厂等业务。中国松下从2014 年开始组建植物工厂研发团队，2017 年分别在大连和苏州自建和自营各一座占地面积1 000 ㎡ 以上的植物工厂进行技术示范，期待成为植物工厂承建商和解决方案提供商，进行产业转型。中国松下涉及植物工厂业务的有4个子公司，大连华录和苏州松下涉及植物工厂建设与运营，北京松下照明涉及植物工厂用LED 灯具生产，在北京还成立了一家销售公司，负责自营植物工厂的蔬菜销售和植物工厂资材与工程建设的市场营销。
1.1大连华录植物工厂(CHPAVC植物工厂)
中国华录·松下电子信息有限公司于2014年10月成立植物工厂技术研发小组，在日本松下的技术指导下，沿用松下福岛工厂技术模式，于2017年9 月在大连瓦房店公司自有厂房内建设一座占地面积为2 430 ㎡ 的水培叶菜工厂，其中1 440 ㎡ 为水培叶菜生产空间，其他则为配套设施与小型基质培实验室(图1)。水培叶菜工厂的实际栽培面积共计3 110 ㎡，有9 层立体栽培架16 个，立体栽培架的长度约为18 m，宽度为1.2 m，层高约为0.4m，主要生产生菜、小松菜、羽衣甘蓝等，日产量为500 kg，折合日产5 000 株生菜(每株生菜的地上部分达到100 g 鲜质量)，项目总投资额为1 850万元。由于在原有电子厂房内搭建，植物工厂的围护结构使用双层充气薄膜以降低建设成本；人工光源使用红蓝LED 条状灯具，栽培层光照强度为180～200 μmol/㎡/s。该植物工厂设计的白灰组合式聚苯泡沫栽培板不仅有效地防止了绿藻、隔离了灯具发热对液温的影响，还适于自动化采收。
图1 大连华录植物工厂
该植物工厂的环境要素和营养液循环都得到自动控制，投产以来生产基本稳定，但由于蔬菜销售问题未能实现满负荷生产。该公司以CHPAVC 植物工厂模式在2018 年度启动了植物工厂建设业务。
1.2苏州松下植物工厂(PFSS 植物工厂)
苏州松下生产科技有限公司在苏州建设了一座占地面积约为1 000 ㎡ 的人工光型植物工厂，利用泥炭土的营养钵培和LED 光照技术立体生产叶菜和根菜，以Panasonic 品牌蔬菜于2017 年2 月在苏州泉屋超市上市。2017 年9 月15 日，该公司举行了新植物工厂竣工暨“品蔬生活”品牌产品的出货仪式，以线上和线下相结合的新零售方式在上海、苏州、无锡全面开启了植物工厂蔬菜销售业务。
线下销售除莆田网、新鲜馆、全洲等商超外，还包括松下电器生活馆和上海的CLUXTA 松下·智美体验馆。蔬菜产品以5 种叶菜+1 根菜组合带沙拉酱的形式销售，每包鲜质量50～120 g，售价为16.8～28.8 元，折合200 元/kg 以上。苏州松下植物工厂沿用的是新加坡松下的基质盆栽模式，期待通过植物工厂的无农药与清洁生产优势占领蔬菜高端市场。蔬菜生产利用泥炭土的营养液底面灌水与LED 光源，日产规模折合为2 600 株生菜。
2 中国式植物工厂
国内很多跨界投资人越来越看好蔬菜快消品市场的未来发展潜力。近两三年来，我国对大型玻璃温室、水培蔬菜设施、乃至人工光型叶菜植物工厂的投资建设需求旺盛，从南到北已有多个投产和在建的大型设施项目频繁被媒体报道。2015 年以来逐渐形成了具备产业雏形的几种不同商业模式，尽管这些商业模式不能代表人工光型植物工厂技术的未来产业发展方向，但可在近期内为科研、产业、投资等涉业人员提供参考。
2.1中科三安植物工厂
2015 年12 月，作为中国LED 芯片大厂的福建三安集团与中国科学院植物研究所合作，共同发起成立了“福建省中科生物股份有限公司”，建设中科三安植物工厂，从光电产业跨界到“光生物”产业，成为中国LED 生产企业产业化投资建设植物工厂的先例。中科三安植物工厂的定位为集科研、生产、示范、孵化等多功能于一体的新兴光生物产业投资，注册资金为1 亿元，预计到2020 年总投资将达到70 亿元。2016 年6 月，占地面积为3 000㎡ 的3 层式建筑、栽培面积超过10 000 ㎡ 的中科三安植物工厂建成投产，到2017 年5 月日产规模为1 500 kg 叶菜，折合日产15000 株生菜(图2)。中科三安植物工厂生产的蔬菜在厦门、福州和泉州等地的超市销售，曾为2017 厦门金砖五国第九次会晤供菜3 000 kg。
图2 中科三安植物工厂的模组化栽培架与植物栽培效果
2017 年7 月，占地面积5 000 ㎡ 的金线莲植物工厂建成投产，同期在美国拉斯维加斯投资建设的占地面积10 000 ㎡ 的叶菜植物工厂将在2018 年5 月初投产。2017 年1 月曾为海外供货1 000 套植物工厂用模组化栽培架，之后开始在各大展会出展宣传。据称：该公司在植物工厂产业化关键设备开发方面已取得重要成果，开发的植物光照产品包含科研生产应用的6 大系列产品已取得美国UL 认证。该公司期待在光生物、植物光照、成套设备及规模化节能型植物工厂系统的研发、集成和示范领域成为国际领先的科技公司和系统解决方案供应商。
“全球LED 产业发展看中国，中国LED 产业发展看广东”。全球LED 芯片市场规模在2017 年度达到510 亿元，中国占其产能的54%，市场规模为189 亿元。地方政府从LED 产业发展的角度对植物工厂产业应用给予了高度重视，尤其是广东和江西。人工光型植物工厂的产业化发展首先依托于高端蔬菜消费的市场需求，同时也是当地蔬菜生产方式进行转型升级的农业产业需求。单从LED 产业基地建设而衍生的LED 植物工厂产业化发展的内在驱动力明显不足，但却可能成为地方产业推动的政府抓手与技术优势。到2018 年底，在深圳、广州、珠海将完成建设并投产，达到日产5 000 株生菜以上的大型人工光型植物工厂有5 个以上。可以判断，作为LED 产业基地的深圳将成为人工光型植物工厂在中国产业化发展的风向标。
2.2深圳喜萃植物工厂
成立于2015 年7 月的华星环球(深圳)农业有限公司以室内垂直农场为主营业务，在2016 年底建成占地面积为3 000 ㎡，预定生产规模为日产10 000 株生菜的喜萃植物工厂(图3)。喜萃植物工厂坐落于深圳市龙岗区靠近海边的深圳艺象iD TOWN 国际艺术区，前身是某印染厂。该植物工厂利用废弃的半栋2 层建筑式厂房改造而成，实际完成预定建设规模的2/3，运营其中的一半，日产量折合为2 000～2 500 株生菜。喜萃植物工厂取得了瑞士GAP 认证和中国GAP 认证，也获得了蔬菜供港资质认证。对外参观开放的一个蔬菜生产车间内有6 列12 层立体栽培架，长度在15 m 以上，使用1.5 m 长的红蓝组合LED 灯具，光照强度约为200μmol/㎡/s，采用椰糠基质进行穴盘漂浮育苗。育苗结束后将蔬菜种苗从穴盘高密度转移到低密度进行定植，栽培14 天后采收，栽培期间采用底面灌水。叶菜采收和包装时带根，利用“活体菜”的方式进行销售，消费者在打开包装后切除根系即可免洗食用。
图3 深圳喜萃植物工厂的外观与内景
喜萃植物工厂的投资商包括华大基因和松禾资本，这也从侧面证明了产业界和金融界对LED 植物工厂的产业化投资将先从深圳开始，深圳成为我国植物工厂产业发展风向标的判断是基本正确的。
2.3AeroFarm式植物工厂的投资计划
金沙江创业投资基金专注于投资立足中国和面向全球市场的高新技术初创企业，目前累计管理旗下超过16 亿美元与34 亿人民币的资金。金沙江资本看好未来中国的蔬菜生鲜产业发展前景，早在2013 年就投资了美国垂直农业代表的Aeroeroero Farms arms 公司。目前，金沙江资本将引进美国AeroFarm 式植物工厂技术，结合在中国积累的产业资源，发展中国的植物工厂产业。2017 年4 月，由金沙江资本牵头联合京西燕园大健康基金等投资机构成立金沙江智慧农业科技公司，利用AeroFarm式植物工厂的LED 光谱技术和“气栽法”种植技术进行绿色蔬菜生产。该公司规划在北京市门头沟区启动一期植物工厂建设项目，同时将在北京、广州、深圳、杭州等地建造10 个植物工厂。但到2018 年3 月底，金沙江智慧农业科技公司未曾有关于植物工厂建设的实质性进展报道。
AeroFarms 是位于美国新泽西州的一家垂直农业公司，于2003 年创立，据称拥有5 个植物工厂，已成功种植超过250 种蔬菜。中国的蔬菜生产和消费市场完全不同于美国，以美国式垂直农业技术模式来解决中国的高端蔬菜生产与供应估计很难有太大的产业化发展空间。以风投公司赚快钱的商业模式判断，人工光型植物工厂目前还很难快速见效，估计这是该投资模式未能开展实质性植物工厂建设的主要原因。
2.4中粮智慧农场
中粮智慧农场位于中粮生态谷项目的核心区域，占地面积约78.5 h㎡，固定投资3.8 亿元，内设“一心六园”，一心即7 栋智能环控温室，六园即六大室外主题园区。该项目由北京中环易达设施园艺科技有限公司承建，于2016 年10 月23 日开园，门票80 元。该项目室内温室的主题分别为：智慧农业体验馆、垂直农业技术综合馆、都市园艺馆、蘑菇工厂、中粮自然学校、花卉工厂、番茄工厂(图4)。其中：涉及到人工光型植物工厂的叶菜与药用植物栽培室和自然光型植物工厂的番茄工厂难以给人留下高产高效的高科技印象。中粮集团是保障我国粮食安全的大型国企，这类为了发展房地产和其他目的而投资建设的大型农业设施项目很可能会成为企业的巨大负担。
图4 中粮智慧农场的人工光型与自然光型植物工厂
2.5陕西旭田人工光型植物工厂
陕西旭田光电农业科技有限公司在2013 年3 月成立于陕西省杨凌农业高新示范区，之后以I-Farmer 的植物工厂产品和王琦菜商标在全国开展人工光型叶菜工厂的自建自营和承建代营业务(图5)。陕西旭田建设运营的植物工厂项目包括：陕西旭田秦北植物工厂、陕西杨凌旭田植物工厂、陕西实发旭田植物工厂、江苏淮安旭田植物工厂、江苏涟水旭田植物工厂、江苏洪泽旭田植物工厂、江苏宿迁旭田植物工厂、内蒙古德盛禾旭田植物工厂、重庆潼南旭田植物工厂等。这些设施规模有小于100 ㎡ 的，有100～500 ㎡ 的，也有大于1 000㎡ 的，大部分设置在农业高新技术示范园区内，主要用于科普示范和休闲观光。这些科普类植物工厂由于其功能性限制，很难达到产业化所要求的高产高效，未来也难以成为产业化发展的主流形式。
图5 陕西旭田人工光型植物工厂
2.6长春关东文化园植物工厂
长春关东文化园坐落于吉林省长春市西部绿园区内，是集温泉、餐饮、文化博览、会议接待为一体的4A 级旅游风景区。投资该园区的长春关东文化园休闲度假有限公司董事长是一位农民企业家，在政府高新技术示范重点项目资助的前提下，2017年新建了一栋占地面积为3 000 ㎡ 的三层建筑，一层设计为封闭式菌菇生产，二层建设人工光型植物工厂，三层为透光玻璃围护的温室有机果菜生产，产品主要用于园区内餐饮消费及入园客户的采摘销售(图6)。2018 年1 月底，在还未完成建筑内装的情况下，三楼的温室有机果菜生产已经开始，二楼的人工光型植物工厂正在紧锣密鼓地安装7 层立体栽培架，栽培架的材料基本上为建筑用脚手架的废弃钢管和木条等，栽培槽为有机玻璃焊接而成，蔬菜为裸盘式混合基质培，底面灌水的人工管理。长约20 m、宽1.2 m、高4.0 m 的7 层大型立体栽培架最少排列了60 个，栽培面积合计达到10000㎡ 以上。整个三层建筑除常规玻璃窗户采光和通风外，未曾见到空调、通风换气、或其他环境控制设备。该人工光型植物工厂使用1.2 m 长的管状LED 灯，交流220 V 供电，LED 灯具签约量在10万支以上，其热负荷初步估测为1 800 kW 以上，单纯依靠内外通风实现环境控制是有风险的。
图6 长春关东文化园植物工厂的外观和内景
但是，类似的人工光型植物工厂在建项目还有不少，河北沧州一家企业在还未确定种植植物种类的情况下，在数千平米的建筑厂房内已经安装了立体光照栽培架，全部使用LED 灯具。试想，如此大规模的室内种植选用何种LED 灯具、如何进行环境控制、育苗和栽培工艺流程如何设计、自动化管理和劳动力分配如何实现几乎都是未知数，这样的设施投资建设如何能够取得良好的经济效益？
2.7北京农众物联植物芯工厂
北京农众物联科技有限公司于2015 年2 月在北京市平谷区马坊桥投资建成的农众物联植物芯工厂，三层建筑厂房的占地面积为12 000 ㎡，每层使用面积为7 000 ㎡，一层进行封闭式菌菇生产，二层是人工光型植物工厂，三层为环控型温室果菜生产，建成以来一直未能实现高产高效式稳定生产(图7)。2015、2016 年获得投资相继进行两次升级改造，目标是成为全国都市现代农业龙头企业。
图7 北京农众物联植物芯工厂
人工光型植物工厂技术不仅仅需要采集各种环境信息和植物信息，更需要将获取的这些信息反馈应用于环境控制和生产管理，从而实现高产高效和清洁环保的植物稳定生产。无法稳定生产也就难以实现盈利性运营，也就更难走向可持续发展的产业化道路。