不敢想象！地球上最古老的行业，被一棵生菜颠覆
农业是人类文明的基石，也是地球上最古老的行业之一。自从人类开始种植粮食和蔬菜，就一直在不断地改进和创新农业技术，以适应不同的自然环境和社会需求。从最初的刀耕火种，到后来的畜力耕作、灌溉、化肥、农药、机械化、电气化、信息化，农业经历了多次革命和进化，为人类提供了越来越丰富和优质的食物。
然而，随着人口增长、资源消耗、环境污染、气候变化等问题的日益严峻，传统的农业模式已经难以满足人类对食物的安全、健康、高效和可持续的需求。在这样的背景下，一种新型的农业形态——植物工厂，正在各国兴起，并引发了一场关乎未来的博弈。
植物工厂是指在封闭或半封闭的空间内，利用人造光源、温湿度控制、营养液循环等技术，实现对植物生长过程的全程控制和优化的设施。植物工厂可以在任何地方建设，无论是城市中心还是荒漠边缘，无论是平地还是高楼，无论是陆地还是海洋。植物工厂可以实现高产、高品质、节水、节能、减排、无季节、无污染、无灾害的蔬菜生产，被认为是农业技术发展的终极形态——农业4.0。
本文将以一棵生菜为切入点，介绍植物工厂的发展历程、技术特点、国际竞争和国内现状，并探讨其对人类社会和未来的影响和意义。
### 发展历程
植物工厂这个概念最早由丹麦科学家弗雷德里克·莫尔根森（Frederick Morgan）在1952年提出1。他认为，在未来的城市中，人们可以利用建筑物内部空间进行蔬菜种植，并通过人造光源和温度控制来模拟自然环境。他还设计了一个原型模型，并在1954年在美国纽约世界博览会上展出1。
然而，在当时的技术条件下，植物工厂还只是一个理想化的设想，并没有得到广泛的关注和应用。直到20世纪70年代，随着人类对太空探索的兴趣和需求的增加，植物工厂才重新引起了科学家的注意。美国国家航空航天局（NASA）开始研究在太空中种植蔬菜的可能性，并在1982年建立了第一个太空植物工厂实验室2。该实验室利用人造光源、水培系统、温湿度控制等技术，模拟了在太空中种植蔬菜的条件，并取得了一定的成功2。
与此同时，日本也开始了植物工厂的研究和发展。日本是一个资源匮乏、人口密集、自然灾害频发的国家，对食物的安全和稳定供应有着迫切的需求。日本在1978年成立了日本植物工厂协会（Japan Plant Factory Association），并在1983年建立了全球第一个用于生产实践的植物工厂3。该植物工厂位于东京都内，占地约200平方米，利用人造光源、水培系统、温湿度控制等技术，种植了生菜、芥菜、香菜等蔬菜，并进行了市场销售3。
从那以后，日本在植物工厂领域一直处于世界领先的地位，并不断推出新的技术和产品。例如，在1991年，日本的MEBIOL公司开发了一种名为“Imec”的水凝胶膜，可以代替土壤或营养液作为植物根系的生长介质。该水凝胶膜具有高透明度、高保水性、高选择性等特点，可以有效地防止病虫害、杂草、重金属等污染，同时可以节省水资源和肥料。另外，在2004年，日本的三菱化学公司建立了世界上第一个完全无人化的植物工厂。该植物工厂利用机器人和传感器等设备，实现了对蔬菜生长过程的全自动化控制和管理。
除了日本之外，其他一些发达国家也在积极开展植物工厂的研究和应用。例如，在1999年，荷兰的PlantLab公司成立，专注于开发高效节能的人造光源和智能控制系统。该公司在2011年建立了一个名为“Plant Paradise”的植物工厂示范项目，利用LED灯和计算机模拟技术，实现了对每一棵植物的个性化光照和环境控制。另外，在2010年，以色列的Future Crops公司成立，专注于开发适合沙漠环境的植物工厂技术。该公司在2013年在以色列南部建立了一个占地约1000平方米的植物工厂，利用太阳能和海水淡化技术，种植了生菜、花卉等蔬菜，并成功出口到欧洲市场。
近年来，随着科技的进步和市场的扩大，植物工厂也开始在一些新兴国家和地区
- 人造光源：人造光源是植物工厂的重要组成部分，它可以提供植物所需的光能，同时也可以调节植物的生长周期、形态、色泽、营养成分等。目前，人造光源主要有荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯和LED灯等。其中，LED灯具有节能、寿命长、发热少、可调节光谱等优点，是植物工厂最常用的光源。
- 水培系统：水培系统是指利用营养液作为植物根系的生长介质的方法，它可以避免土壤的污染和耗竭，同时也可以节省水资源和肥料。水培系统有多种形式，如营养液循环式、营养液静止式、营养液雾化式等。其中，营养液循环式是最常见的一种，它可以通过泵和管道等设备，将营养液从储存罐输送到植物根系，并回收利用。
- 温湿度控制：温湿度控制是指利用空调、加湿器、风扇等设备，对植物工厂内部的温度和湿度进行调节和维持。温湿度控制可以保证植物在适宜的环境下生长，同时也可以防止病菌和虫害的滋生。温湿度控制通常需要结合传感器和计算机等技术，实现对植物工厂内部环境的实时监测和自动调节。
- 智能管理：智能管理是指利用计算机、网络、云计算、大数据、人工智能等技术，对植物工厂的运行和维护进行优化和升级。智能管理可以实现对植物工厂内部各个参数的精确控制和调整，同时也可以实现对植物工厂外部的市场需求和供应链的分析和预测。智能管理还可以通过远程控制和无人化操作，降低人力成本和错误率。
以上四个方面构成了植物工厂的基本技术框架，但并不是固定不变的。随着科技的发展和创新，植物工厂还可能出现更多的新技术和新应用。例如，在2018年，日本的东京大学教授中村祐介（Yusuke Nakamura）团队开发了一种名为“CyberAgri”的系统，该系统利用基因检测技术，可以对每一棵植物进行个性化的基因诊断，并根据其基因特征提供最适合的光照、温湿度、营养液等条件。另外，在2020年，美国的Plenty公司与阿联酋的阿布扎比投资局（ADQ）签署了一项协议，计划在阿布扎比建立世界上最大的植物工厂，该植物工厂将占地约20万平方米，利用太阳能和海水淡化技术，种植约10万吨的蔬菜，并供应到中东和非洲市场。
### 国际竞争
植物工厂作为一种新兴的农业形态，具有巨大的发展潜力和市场前景。根据一项由日本植物工厂协会和富士经济公司联合发布的报告，预计到2025年，全球植物工厂的市场规模将达到1200亿美元，年均增长率将超过30%。在这样的背景下，各国都在加紧布局和投入，试图在这场关乎未来的博弈中占据优势。
目前，全球植物工厂的分布主要集中在亚洲、欧洲和北美三大区域。其中，亚洲是植物工厂的发源地和领跑者，主要有日本、中国、韩国、新加坡等国家。欧洲是植物工厂的创新者和推动者，主要有荷兰、英国、法国、德国等国家。北美是植物工厂的后起之秀和追赶者，主要有美国、加拿大等国家。下面将分别介绍这三大区域的植物工厂的发展现状和特点。
#### 亚洲
亚洲是全球人口最多、土地最少、食物需求最大的地区，也是全球植物工厂最多、最早、最成熟的地区。根据日本植物工厂协会的统计，截至2020年底，亚洲共有约5000个植物工厂，占全球总数的80%以上。其中，日本是亚洲乃至全球植物工厂的领导者和先驱者，拥有约3000个植物工厂，占全球总数的60%左右。日本在植物工厂领域拥有丰富的经验和先进的技术，其产品已经广泛进入超市、饭店、医院等市场，并得到了消费者的认可和喜爱。日本还在不断探索植物工厂的新应用和新模式，如利用废弃建筑或集装箱改造成植物工厂，或与学校或社区合作建立共享式或教育式的植物工厂等。
中国是亚洲乃至全球人口最多、食品安全最重要的国家，也是近年来植物工厂发展最快、最具活力的国家。根据中国农业科学院农业信息研究所（AII）的统计，截至2020年底，中国共有约1000个植物工厂，占全球总数的20%左右。中国在植物工厂领域拥有巨大的市场需求和政策支持，其产品主要针对高端消费者和特殊人群，如婴幼儿、孕妇、老年人等。中国还在不断加强植物工厂的科研和创新能力，如利用5G网络和人工智能等技术
