现代农业产业化的新途径 ——工厂化高效农业

当今，在农业领域里具有很大生命力的工厂化高效农业，是一项新兴的产业技术，是向传统农业发起的一场挑战。它的兴起和发展，将加速农业产业化的进程。专家们预测，不久的将来，它将成为一种新型农作物、蔬菜、花卉、草药、牧草和苗木等现代化、产业化的生产基地，发展前景极为广阔。
一、向传统农业发起的新挑战
工厂化高效农业生产是国内外新兴的一项产业技术，它系指在人工控制或创造的环境（设备场所）条件下，不依赖太阳和土壤，而利用水体（藻类等），使动物（主要是养殖业）、农作物、蔬菜、花卉、苗木、牧草、药草等不受大自然因素的制约，进行有计划的、程序化的如同工业品一样连续生产。在国外一些发达国家把上述这种靠电气化、自动化，实行现代化科学管理培育植物生长的设施叫“植物工厂”。狭义的“植物工厂”就是指无土栽培。而广义的是指利用环境控制和自动化等高新技术进行植物全年生产的新体系。
从目前世界各国的工厂化农业来看，就是采用无土栽培、克隆增殖技术体系与对植物细胞培养、集约化种养殖等技术方式，旨在可控制条件下，高效益的集约化生产方式，将设施农业发展为高新技术集成的工厂化高效农业，实行企业化、机械化、生产自动化控制与管理，以达到可控的先进设施式的连续性生产。它的类型主要有：一是仍受季节和气候影响的阳光利用型；二是全靠人工照明的完全控制型。按栽培方式划分，则有水栽培、喷雾和固定栽培三类。实行工厂化生产，尤其在人口聚集的城郊，建设工厂化高效农业工程，可像生产工业品那样连续生产农作物和蔬菜等，同大田、温室以及与水耕法相比，其主要特点是：工厂化高效农业的环境由人工控制，可一年365天连续生产，无淡旺季之区分；农业环境最适优化，不受自然因素影响，生产速度快，发育良好，成熟早，生产周期短。如工厂育苗比露天生长快2-4倍，且产量显著提高；光照养分供应充足，作物不必争光争肥，栽培密度高；在密闭室内生产，避免了害虫和细菌病菌侵入，不需施用农药，其农产品是无公害无污染的优质产品，且包装质量好和保鲜程度高；节约土地，占耕地极少，可在一切少土或无土的地方（如沙漠盐碱地和人口稠密的城郊均可开发成高产“良田”），花劳力较少，可获较大的全效益（即生态、经济和社会三大效益）；运输方便等。
工厂化高效农业的关键技术是环境控制技术，在环境控制装置中设有多种传感器。诸如：肥料、温度、湿度、光量传感器等。人工操作环境控制设施，给作物创造优化的最适生长发育条件，可根据作物各个生长发育阶段，自动化的给予及时施用不同肥料、温度、光照等的需要。它的具体要求是：对植物根区有补氧装备，满足植物生长中所需各种元素的供应并保持平衡；有稳定的植物根系的结构和能严密地对培养床进行清扫及对基质消毒。
与工厂化高效农业相比较，传统农业生产方式简单地讲就是靠天吃饭，靠太阳、土地或水体为载体，凭经验、拼体力、手工作坊式生产农产品的过程。受光、热、水、土等自然因素的制约，季节性强，可控性差，劳动强度大，生产效率低，产量低而不稳，正因为如此，工厂化高效农业必然发起对传统农业的一场挑战。
二、国外工厂化高效农业态势
国外的工厂化高效农业，在一些发达国家已开始向实用化、产业化迈进，创造出了不少成功的新鲜经验，涌现出了不少典范，且发展迅速。

1957年世界第一家植物工厂诞生于北欧丹麦首都哥本哈根市郊区的斯滕森农场，并最先实际投产运行。它生产的是一种生吃的叶菜，从播种到收获平均只需6天时间。产品的年上市量为500万包，可满足哥本哈根市需求的8成，年销售额约为400万美元，该厂只有20名工作人员。日本是世界上工厂化高效农业生产技术最先进的国家。据统计，1996年，日本的植物工厂大约有700公顷，迄今也只有少数蔬菜和花卉达到了产业化生产程度。按目前实用化产业化程度，可分为三类，即已经完成实用化的主要是萝卜苗、鸭儿芹、蘑菇、豆芽菜等，相当程度上进入实用化普及阶段的有沙拉菜、生菜、小葱、紫菜、番茄。少量普及的有茼蒿、小松菜、西芹、香菜、菠菜、油菜、韭菜、甜瓜、西瓜、茄子、豆角、青豆、荷兰豆、秋海棠、仙客来、洋兰、香豌等。据报载，日本一座800平方米的小蔬菜工厂，栽培速生菌苗和小白菜，每天可收蔬菜130公斤，折合每亩生产10万公斤，而这个植物工厂只需2个工人管理，可见效率之高。近年来，日本不少企业在实施多元化经营方针中，开辟了一个新领域——发展工厂化高效农业。据日本通产省的调查，1986-1995年10年中，日本工业企业在发展工厂化高效农业中投资平均递增25％，大大超过了对其它非主营业务的投资增幅。据统计，过去10年，日本自西欧引进的有关工厂化农业生产技术价值约150亿日元。日本浜松光电公司，采用激光核聚变所开发的新技术，栽培水稻实验获得成功，这在世界上尚属首次。实验证明，若用2．5叶龄的秧苗采用激光栽培法3个月即可收获。通常大田插秧所用秧苗的叶龄多为5-6，如果使用这种秧苗，水稻的生长期可缩短，可实现1年5熟耕作。而这种激光栽培法与高压钠灯植物工厂相比其电费可节约90％，使水稻种植工厂化有望实现。目前，日本一些大学、研究所和企业科研人员试验将一些植物的叶、根或细胞块组织在大型工业罐内培养基质中进行灭菌快繁，从中提取高价值药物、色素和香料等。如日本三井石油化学工业公司从紫杉中提取一种抗乳腺癌和卵巢癌的紫杉碱新药的生产技术已获得成熟；美国在60年代，利用组织培育扩繁兰花，已实现了商业化。美国通用面粉公司于1980年在芝加哥郊外的迪卡布建立了一座植物工厂，实行企业化生产，平房式的厂房面积为4600平方米，分隔上下两层，每层各设2条包括从育苗到包装全过程的生产方式，这个工厂仅有39名工作人员，生产的品种为菠菜和西兰花，每年上市量为30万箱。美国新近在洛杉矾的圣波拉兴建了一座“树苗工厂”，该厂已开始从一个个的细胞培育出了一棵棵苗木，在饭盒那么大的容器里可容纳50-100株。美国虽非农业生产国，其农业人口仅占全美总人口的2％，但美国生产的农产品占到全球农产品总产值的12．7％，农产品大量剩余，使美国成为世界上最重要的农业出口国。其主要措施是按照人们的意愿，像生产工业品那样使生产农产品工厂化，有效地弥补了美国贸易逆差，每年可减少数百亿美元的外汇支出。英国的工厂化无土栽培技术，每平方米可生产番茄36公斤，每亩年利润可高达人民币11万元之多。英国达雷卡德设施农业工程公司，发明了一种工厂化栽培果树的新方法。此法不是把果树栽在土壤中，而是把枝条插在像树枝形的胶管上，以营养液输送养分，开花结果成熟后，只需在胶管中输入脱落素，果实则自行脱落收获。每根果树枝可以用2-3茬，1年能收3-5次。目前已用苹果、梨、桃的树枝建立了实验生产线，硕果累累。位于欧洲西部的荷兰，土地面积仅37000平方公里，但农产品出口量居世界第3位（仅次于美、法），其成功的重要原因之一就是大力发展农业工厂化生产。目前荷兰已建成1．1亿平方米的玻璃温室（约占全国土地面积的0．5％，占全世界玻璃温室面积的1／4）专门用于种植蔬菜和鲜花。据悉，该国日光温室生产量很可观。如：辣椒每平方米单产达30公斤，番茄每平方米单产为60-70公斤。巴西电子工程师皮奥威森创建的番茄工厂，占地4000平方米，预产210吨。他的研究试验证明，番茄60天后可产果，寿命达12个月，保存期是普通番茄的近2倍。新加坡采用气耕法，种出了第一批蔬菜。气耕法不同于土耕法和水耕法，它不需要土壤，植物“种”在生长箱上，只有根部需要一些水分，而所需水分由电脑控制，且可再循环利用，通常种植3次蔬菜才换1次水。生产实践证明，气耕法是一种省电、省水、经济、实用价值高的新技术。气耕法培育的蔬菜与土耕法和水耕法相比，其蔬菜质量没有区别，甚至含有更高的钙、钾和对人体健康有益的微量元素。奥地利的奥斯纳公司一直注重研究开发植物工厂作物的对象有蔬菜、花卉、牧草、草药和苗木等，为工厂化农业生产品种的多样化显示出了美好的前景。印度近年来用无土栽培生产大麦青苗作饲料，他们把大麦一粒一粒的播在塑料盘中，安放于支架上，9天后青苗即可收割。其质量好、成本

低、周期短，且可随时调节生产量。
三、我国工厂化高效农业的现状与前景
借鉴国外发达国家的成功经验，结合我们农业大国的实际，本着立足国情农情、集成创新、超前示范、引导发展的原则，建立具有中国特色的工厂化高效农业势在必行。
我国于70年代就开始了海带的工厂化育苗，80年代对水稻、蔬菜的工厂化育苗以及马铃薯、甘蔗、香蕉、大蒜、苹果的细胞快繁生产和工厂化养鸡等。国家重大科技产业化工程——工厂化高效农业示范工程，从1996年开始组织实施5年来，已建立了一批科技示范区、工程示范区和辐射示范区，完成基地建设面积4．2万多公顷，示范区已生产蔬菜5．1万吨，实现产值1．9亿元。其中无土栽培面积达48万平方米，蔬菜产量比一般常规提高5倍以上；温室常规蔬菜高产技术的研究和应用，使黄瓜亩产达1．5万公斤以上，日光温室番茄亩产超过2万吨；生产花卉1630万枚，实现产值0．8亿元，出口创汇1100万美元；示范区蔬菜亩产明显提高了40％－50％，节水25％－30％，劳动生产率提高125％，农药用量减少20％－30％，产品商品率提高了10％～20％，投入产出比达1∶3．43，无论是经济、生态、社会效益均为可观。据悉，截止2000年10月，北京市组织实施工厂化高效农业以来，北京市科技人员通过研究、筛选出兼具欧亚品种特点的黄瓜工厂化生产专用品种和10余种名优蔬菜品种，建立起工厂化育苗规范技术和商品苗质量标准，实现了蔬菜商品苗工厂化生产。据布点的7个示范区统计，总共生产蔬菜19739吨，花卉657万枚，种苗2000万株，创产值17886万元。我国实施的这一农业科技产业化工程，瞄准了21世纪世界工厂化高效农业发展新趋势，集成现代工业工程技术和农业高新技术，建设以市场为导向，以科技为先导的产前中后相互衔接、科技生产经济一体化超前先进的示范区模式，将有力地推动我国现代化农业的进程。该项目的实施，不仅对中国农业技术进步起到示范作用，而且还将带动我国农业科技产生一个全局性突破和跨越式的持续发展。
目前我国也有不少企业开始进军农业，用工业武装农业，一些农业项目已成为企业投资的热点和开辟多元化经营的新领域。所谓大企业进军农业是指一些大型工商企业投资农业开发或现有的大型工商企业介入农业领域，拓展企业发展的新天地，以促进农业经济的持续发展，真不失为一条新思路、新方法和新途径。借鉴国外这方面的经验，我国工商企业应加快步伐进军农业。
四、存在问题与改革方向
据专家预测，在未来10－30年内，将有相当一部分作物、蔬菜、花卉和苗木等必然会由半靠天型转换成人工控制型，作物的生产可由田间移到温室再移到可全控制环境的大型工厂内；所需作物的原料可由植物种子到育出，更可由育苗到单一来源的细胞。这种发展的新趋势，会使农业生产走向高科技化、大型工厂化和产业化。目前工厂化高效农业与任何新生事物一样，虽有很大的生命力，但也有许多不完备之处，它的发展极不平衡，差距大，产业化程度尚低，且在实施推广应用中还存在不少问题。
1．主要存在问题
（1）耗资大。工厂化高效农业设施费用高，一次性投资大，往往超出农户的承受能力，因受资金和工业水平的影响，现阶段的工厂化农业生产还不能代替广阔的田野生产，只能是试验示范和小型化，这是当前发展受到限制的主要原因。
（2）成本高。用人工光照调节温度要消耗大量的电力，成本高，因而产品价格与大田蔬菜相比尚缺乏竞争力，导致企业利润不高。
（3）品种少。目前国内外工厂化农业可培育的农作物、蔬菜等品种较少，尚满足不了人们生活和市场多样化的需求。
（4）如何诱导产生有效成分。在研究开发中，常遇到的一个问题是，在实验室进行小规模培养实验时，增殖的细胞能够产生原细胞的有效成分。但是，当移入大型培养罐内后，却不产生有效成分。不同的作物具有不同的生产特性，培养的方法不尽相同。因此，创造一个怎样才能适合细胞生长的环境，使其在大规模培养条件下能够产生与亲体细胞相同的有效成分，是目前急待研究攻克的一个问题。
由上可以看出，工厂化高效农业在前进中，仍须不断改革，探索新路子，总结推广新经验。
2．今后改革方向

（1）努力提高作物的综合生产力。据科学测定，植物生产的干物质9％－95％是植物利用太阳能进行光合作用合成的。因此，农业工厂化的效益就取决于充分挖掘植物的光合作的潜力，即让工厂最大限度地捕捉光能。如：奥地利的鲁斯纳公司，采用立体施转移动栽培法，建造了充分利用太阳光的大型工厂；日本日立制所已利用太阳光作为光源，由于阳光是不断变化的，而使用电脑可对光照进行控制。另外，在厂房中使用能吸收红外线的玻璃，可让阳光中只对作物进行光合作用有效光线通过；美国惠苏克公司采用分层栽培法等等都旨在使作物充分进行光合作用。
（2）大力开展综合利用。农业生产是一个复杂的系统工程，其中有许多废弃物。为了消除污染、增加效益，应开展多层次再循环利用，创建扩大食物链基础的生产模式。最理想是把包括沼气池、水产、畜禽养殖、真菌和藻类培育以及传统的大田作业等连接为一体，实行多种经营，综合利用。如：最近，日本政府方面开始实施的计划，拟规模化开发利用城市粪便，加工成适合工厂化农业所需的高效有机肥。
（3）不断改进栽培技术。目前温室一般采用空气加温法。但在北方等寒冷地区，这种方法只能使室内空气温度达到一定高度，可土壤温度难以达到要求，蔬菜生长依然缓慢。目前，日本三井物产公司等联合研制开发给土壤加温的“辐射暖气系统”提出了新方向，从而可提高地温，促进早熟，增加产量以及前面所述的立体施转移动与分层栽培法等等。
（4）提高集约化经营水平。工厂化高效农业投资大，必须要有更好的效益才有推广价值。其方向是强化优化集约化经营水平，提高生产率，降低成本，增加产出和效益。因此，在近期内最好种植那些具有高产、优质、高效的蔬菜、花卉、种苗等成熟实用项目和品种。同时还要积极应用生物工程技术，培育出一些适合于特殊环境下的名、优、特、新、稀的高产物种，也是转变农业增长方式的现实选择。
（5）增加生产项目和品种。近年来，世界各国研究开发的农业工厂化生产项目和品种，主要涉及的范围是蔬菜、花卉、牧草、药草、苗木和水稻等，规模小、品种较少，尚不能大量供应，一时难以满足人们生活和市场大量的多样化的需要。因此，应开辟新生产项目不断增加品种，使农业工厂化呈现出多样化生产格局。
（6）引导和激励大企业进军农业和加速培养专门人才。在大企业进军农业方面，日本在世界前列。如：90年代初，日本已有数百家工业企业开始发展工厂化农业，其中不仅有大财团，也有中小企业。据统计，1997年，由工业企业生产并上市的农产品已由80年代末的10多种增至100多种，农产品产值已达500亿日元。在人才培养造就上，日本全国现有8所大学设有工厂化农业专业，为企业培育专门人才。我国首先应在农林大学的专业科目设置和人才培养方面增加工厂化高效农业的新内容乃是当务之急。
综上所述，从目前世界工厂化高效农业的发展趋势来看，无土栽培、克隆技术、集约化管理已进入实际生产应用阶段，工广化细胞培养尚处于研究开发阶段，仍须国内外科学家联合攻关，开创新途径。从长远来看，世界面临人口爆炸、资源危机、生态环境恶化等重大难题。人们可以相信，在不久的将来，工厂化高效农业，将会成为一种新型的可实现产业化的蔬菜与粮食的生产基地，前景极为广阔。(韩波、杨俊杰、白敏、赵新战)