在軍隊建設光伏型“蔬菜工廠”的現實需求及應把握的關鍵點

周林斌，陳志雄，楊 軍，張 弘

（第一儲備資產管理局農副業生產處，江蘇 南京 210016）

蔬菜工廠化生產是在人工控制環境的條件下，根據蔬菜的生理代謝特點及生長規律，充分利用自然資源，采用科學化、標準化的技術措施，運用機械化、自動化、智能化手段，使得蔬菜快速生長，達到優質、高效、批量的一種蔬菜生產方式?！笆卟斯S”是生長環境條件全智能化控制的植物高效生產系統，是植物生產方式的一場革命，它顛覆傳統農業生產，不依賴陽光土壤、不受氣候環境制約，成為解決人口與資源矛盾、保障國家糧食安全、滿足食品安全及國防戰略需求的全新途徑。在邊防哨所等部隊，因受種植、氣候、運輸等條件限制，難以保障新鮮蔬菜的供應，為保障官兵鮮菜供應而建設的蔬菜工廠又常因所在位置而缺少電力供應，需要解決能源供給問題，光伏發電便成為首選。光伏型蔬菜工廠是以太陽能為主要能源，通過光伏發電系統供電的一種新型植物工廠，通過在蔬菜大棚上架設光伏發電設施供應發電；同時，安裝在大棚上的太陽能電池板也可起到隔絕紅外線的作用，解決了傳統蔬菜大棚保溫、升溫問題，對極端環境具有更廣泛的適應性。光伏型蔬菜工廠的誕生，不僅節約了能源，而且大大拓寬了蔬菜工廠建設的地理范圍，蔬菜工廠生產得以從都市走向沙漠。

為了探索在軍隊開展光伏型蔬菜工程運作模式及其發展路徑和前景，在南京建設了光伏型蔬菜工廠示范教學工程，本文總結了該模式的技術優勢、軍隊建設光伏型蔬菜工廠的現實需求、光伏型蔬菜工廠的技術內核，并分析了存在問題和制約因素，探究了光伏型蔬菜工廠在部隊邊遠駐地的推廣價值和發展前景。

1 我國光伏型蔬菜工廠發展情況

我國利用光伏等清潔能源進行設施農業的研究起步較晚，但近年來發展較快。從2006年中國農科院首次建成人工光利用型植物工廠系統，到2016年中國科學院植物研究所打造的大規模單體面積為10 000 m2的植物工廠投產，植物工廠越來越受到人們的關注[1]。2014年9月，國家能源局下發《關于進一步落實分布式光伏發電有關政策的通知》，直接把光伏農業的建設提上日程。經濟發達國家的蔬菜生產從土地耕整到收獲，大部分已實現了機械化，其蔬菜生產機械化發展特點可以概括為區域種植專業化、農藝制度標準化、棚室設施大型化、動力平臺專用化、作業機具多樣化、生產全程機械化，并且已向自動化、智能化、信息化方向發展。發展光伏型蔬菜工廠既播種了綠色蔬菜，又收獲了清潔能源，大大提高了土地利用率，光伏蔬菜工廠的發展必將掀起中國光伏農業史上的第二次革命[2]。

近年來，我國對大型玻璃溫室、水培蔬菜設施及人工光型葉菜蔬菜工廠的投資建設需求旺盛，從南到北已有多個投產和在建的大型設施項目頻繁被媒體報道。2015年以來逐漸形成了具備產業雛形的幾種不同商業模式，2015年12月，作為中國LED芯片大廠的福建三安集團與中國科學院植物研究所合作，共同發起成立了“福建省中科生物股份有限公司”，建設中科三安植物工廠，從光電產業跨界到“光生物”產業，成為中國LED生產企業產業化投資建設植物工廠的先例。成立于2015年的華星環球（深圳）農業有限公司以室內垂直農場為主營業務，在2016年底建成占地面積為3 000 m2，設計生產規模為日產10 000株生菜的喜萃植物工廠。陜西旭田光電農業科技有限公司，2013年3月成立于陜西省楊凌農業高新示范區，之后在全國開展人工光型葉菜工廠的自建自營和承建代營業務。蔬菜工廠產業跨界融合式發展也日漸凸顯，國內先后有不少化妝品業界和生物醫藥提取界涉足人工光型植物工廠，以期達到利用植物工廠的高效生產達到靶向型物資生產的目的。

2 光伏型“蔬菜工廠”的技術優勢

光伏型“蔬菜工廠”利用高效的LED照明技術、智能計算機和電子傳感系統對植物生長的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養液等環境條件進行自動控制，實現全年穩定的連續生產，下面根據光伏型“蔬菜工廠”的特點總結出以下幾點技術優勢。

2.1 對自然環境依賴小

光伏型“蔬菜工廠”不需要土壤，任何能蓋房子的地方就能進行“蔬菜工廠”生產，且在任何自然環境下及不適宜植物生長的地方如沙漠化高溫區域，都能進行生產。

2.2 全年穩定、高效、優質生產

由于光伏型蔬菜工廠不需要土壤、不依賴自然環境條件，“蔬菜工廠”內蔬菜產量和品質不會隨季節和環境的變化而改變。在“蔬菜工廠”密閉生產空間內，人工光源、溫度、濕度、CO2可人為控制，營造安全潔凈的最佳生長環境，蔬菜生長周期短，全年365 d連續生產，產量高且穩定。以葉菜類蔬菜生產為例，就1棟10層（每層高4 m）建筑的“蔬菜工廠”而言，其產量是相同面積的傳統大田的600倍。由于光與其他環境均為最適宜條件，和傳統大田生產相比較，“蔬菜工廠”生產的蔬菜風味品質更好。

2.3 資源利用率高，較傳統滴灌農業節水上百倍

光伏型“蔬菜工廠”中的植物是通過吸收水中的營養成分來保證植物生長的需求，大部分水可循環利用，理論上講其水分利用效率超過90%。完全密閉的生產環境的水不會丟失在自然環境中，植物蒸騰及蒸發的水分能夠通過冷凝水的形式再利用；因此，即使相對于節水的滴灌農業，其水利用效率仍可提高幾十乃至上百倍。

2.4 產品質量安全有保障

傳統農業殺蟲劑和農藥的普遍使用導致農藥殘留超標現象時常發生，環境污染問題越來越突出，重金屬與其他污染物也成為食品衛生安全的隱患。由于“蔬菜工廠”屬于潔凈生產環境，采取嚴格控制病蟲進入“蔬菜工廠”內的管理措施，讓植物生長在一個無病蟲的高度潔凈環境內，有利于生產無農藥、無重金屬、無致病菌污染的蔬菜，保障產品質量安全。

2.5 有利于機械化與自動化管理

“蔬菜工廠”內的植物生長整齊一致，且面積較大，易實現機械化和自動化管理，可大幅度減少勞動力的使用；適宜的環境條件（溫度與濕度）和機械化與自動化也使得整個勞動過程更輕松與舒適，使其成為吸引現代人從事農業生產的重要手段。

3 軍隊建設“蔬菜工廠”的現實需求

3.1 解決駐海島、戈壁、沙漠等部隊官兵吃菜難的問題

海島、戈壁、沙漠受土地（壤）等資源的制約，很難使用常規方式進行蔬菜生產?！笆卟斯S”采用無土栽培技術，用人工配制的營養液供給植物生長所需的各種礦物質營養，并可根據需要調節其成分，只要光照、溫度適宜，便可進行蔬菜生產，可解決駐海島、戈壁、沙漠等部隊官兵吃菜難的問題。多年的實踐證明，大豆、菜豆、豌豆、馬鈴薯、甘藍、葉萵苣、番茄、黃瓜等作物都適合無土栽培。

3.2 解決無市電供應部隊官兵吃菜難的問題

對于無市電供給的地區，采用光伏發電系統給“蔬菜工廠”供電，利用LED植物光譜技術，在凈化廠房內進行蔬菜工廠化種植，一年四季可進行連續生產，可解決無市電供應部隊官兵吃菜難的問題。

3.3 解決高海拔、低溫寒冷地區部隊官兵吃菜難的問題

由于采用自動化環境溫度控制及智能化裝備，保持“蔬菜工廠”室內溫度常年在18～24 ℃，即使室外在-40 ℃的地區，也能進行蔬菜生產?？梢越ǔ杉b箱式“蔬菜工廠”，部隊換防到環境惡劣地區時其可隨部隊搬遷轉移，及時解決部隊官兵吃菜難的問題，即部隊換防到哪里，集裝箱式菜園就跟進到哪里，官兵吃菜有保障。

3.4 解決部隊官兵駐防時間長，蔬菜需求量大的問題

在人工控制生長環境下，蔬菜生長周期短、產量高，全年可持續生產，產量超過傳統栽培方式的數十倍甚至百倍以上，可充足供應部隊。

4 光伏型“蔬菜工廠”的核心技術

光伏型“蔬菜工廠”核心技術包括植物照明技術、無土栽培技術、環境控制技術和智能化系統集成技術等。

4.1 人工光源

由于白熾燈、高壓鈉燈、熒光燈作為植物生產的光源表現出高耗能和低光效（光譜不完全有利于植物生長與發育），其已被淘汰。LED 燈作為新型光源，具有體積小、壽命長、光效高、可控性好、光譜可調（可根據植物需求定制專用光譜）和節能環保等優點，現已成為“蔬菜工廠”的理想光源。

4.2 無土栽培技術

隨著科技發展，無土栽培新技術被廣泛應用到現代農業設施建設中，其技術已經非常成熟，實施效果顯著[3]?！笆卟斯S”主要采用無土栽培方式（或稱為植物水培技術）進行生產，即將作物生長所需的礦物質營養元素配制成一定濃度的水溶液，循環供給植物吸收利用。植物無土栽培核心技術包括適宜某種植物生長發育的專用營養液和保障植物根部有充足氧氣供應的營養液溶氧控制技術，保障植物根系的旺盛活力和對礦物質養分的吸收。在水培技術中，植物吸收的礦物質養分都是離子態的，吸收更加均衡，也更有利于對環境潔凈度的管控，且大部分水可循環利用。

4.3 智能化環控技術

人工智能化農業是利用物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，實現精準、高效、可持續的農業生產管理方式[4]。人機智能協作技術，集中實現了蔬菜規?；L周期的人機智能協作管理，對促進蔬菜種植的綠色高效可持續發展及產業升級具有重大戰略意義。利用“蔬菜工廠”,人們可以創造最適宜植物生長發育的環境條件，實現作物的高產與優質生產；因此，環境控制技術成為“蔬菜工廠”的核心技術之一。“蔬菜工廠”環境控制技術是利用計算機和多種傳感器裝置對植物生長發育所需的溫度、濕度、光照時間和CO2濃度等進行自動化控制，通過制冷與加熱雙向調溫控濕系統、均勻送風系統、光環境調節系統、CO2增施系統、環境數據采集與自動監控系統的應用，來實現“蔬菜工廠”的全程監控及周年連續生產。

5 建設“蔬菜工廠”應把握的關鍵點

5.1 按需建設

經過實地調研，有的部隊駐地在高原或高寒地區，全年無霜期不超過80 d、年平均氣溫在0 ℃以下；有的部隊駐地在偏僻的海島、戈壁、沙漠，無土壤和淡水，不通市電。這些地方采取自然種植方式難以長出蔬菜，基層官兵吃菜難，吃到新鮮蔬菜更是難上加難。建設光伏型“蔬菜工廠”生產蔬菜，可以實現一年四季不間斷生產，滿足部隊需求。

5.2 規模適度

采用光伏型“蔬菜工廠”生產蔬菜，建設和運行成本要高于自然種植成本，生產多了容易造成浪費，生產少了滿足不了官兵需求。為了解決這一矛盾，目前部隊配置了班用、排用和連用“蔬菜工廠”，規定了不同的建設尺寸，從源頭上杜絕了超大規模建設帶來的資金浪費。

5.3 節約資源

光伏型“蔬菜工廠”主要采用太陽能供電，在安裝太陽能光伏板時要綜合考慮，網架離地面應在2.5 m以上，這樣光伏板下可以種植耐陰植物如生姜、黃連、葡萄等，也可開挖成池塘養魚，提高土地利用率，防止造成土地浪費。

5.4 健康環保

蔬菜栽培設備主要由栽培層架、栽培槽、定植板、植物照明燈具、營養液供排系統等組成，所用材料要達到衛生指標，要確保在高濕環境下長期使用不生銹、不腐蝕、不容易與營養液發生化學反應。綠色環保蔬菜的生產對生產環境、種植土壤、灌溉用水、生產管理過程、農藥殘留標準都有嚴格的要求[5]。應嚴格按照建設規范建設“蔬菜工廠”，控制各項指標，防止設備與材料對種植造成二次污染，確?！笆卟斯S”生產的蔬菜食用安全。

5.5 人才培養

“蔬菜工廠”作為一種通過高精設備控制的細微環境，使作物能夠周年生產并產生較高效益的高效農業技術，整個系統由計算機控制，溫度、濕度、光照、營養液及二氧化碳的濃度等環境因素都由計算機自動控制，大大減少了人力成本，并且不受外界自然因素影響。“蔬菜工廠”是一個國家農業科技發展水平的一個標志，集合了現代工業、生物科技、營養液開發以及信息技術；因此，要有超前意識，著力培養一支熟悉設施、生態農業和生物科技專業知識的復合型人才隊伍。

6 光伏型蔬菜工廠發展前景

首先，建設光伏型蔬菜工廠是蔬菜產業發展的必然趨勢。光伏型蔬菜的生產是蔬菜生產方式的改革以及創新，直接或間接地影響顧客的購買率。經濟愈加繁榮，人們的生活方式以及追求也會提升，對于蔬菜也會更加追求質量安全、品質優良、新鮮健康、購買快捷等。人工光伏型蔬菜工廠技術可以針對特定人群進行指向性品種生產與質量調控，必將成為未來社會為高品質生產和高收入人群提供個性化蔬菜的新型生產方式，有著美好的發展前景。第二，發展光伏型蔬菜工廠有利于規范蔬菜市場的管理。將國外的優質資源及先進的蔬菜產業技術與我國的國情及經驗相結合，改進蔬菜生產技術，提高采后處理的水平，有利于加強對蔬菜市場依法治理和規范管理，較快地提高我國蔬菜產品質量。第三，發展光伏型蔬菜工廠將成為我國進行農業產業結構調整的一個重要手段。工廠化蔬菜產業結構的調整并非僅僅是蔬菜種植種類和面積比例的改變，而應立足于蔬菜產業鏈整體結構調整，進一步立足在種業、栽培、生產、加工、貯運、流通等領域，逐步完善蔬菜產業體系。第四，保障“菜籃子”，促進部隊戰斗力提升?！坝帽苿伲约Z為先”，部隊伙食保障是保障打贏的基礎性工作，關系官兵身體健康，連著部隊戰斗力的生成。把農業科技最新成果應用于邊防軍營，對于加強軍營“菜籃子”建設具有重要的戰略意義。