或许在不久的将来，即使远在太空，人类也能吃上自己亲手种的菜。几个月前，神舟十四号载人飞船返回地球，跟随航天员一起回来的，还有经历培育生长、完成发育全过程的水稻和拟南芥种子。其中，拟南芥代表蔬菜，水稻代表粮食作物。

在中国空间站问天舱内，这些种子完全依靠人工手段模拟生长所需的光照、温度和湿度，完成了萌发、生长、抽穗和结籽。今年春天，一场相似的科学实验，正在崇明岛上演。

箱子里的“未来农业”

进入位于崇明花博园的光明母港垂直农业研究中心，几个集装箱映入眼帘。这些集装箱有个名字，叫做“植物工厂”，它们就是科研人员的“太空实验柜”。

光明母港垂直农业研究中心内的集装箱

不过，与问天实验舱里的实验柜相比，集装箱的体积大了不少，但原理相近。箱内植物完全不依赖自然环境，科研人员利用技术手段对植物生长的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度，以及营养液等环境条件进行自动控制，植物生长发育不受或很少受到自然条件的制约。

植物工厂，被视为现代设施农业发展的高级模式，是农业产业化进程中吸收应用高新技术成果最多、最具活力和潜力的领域之一。

在此之前，它大多出现在国内的科研实验室、远洋船队或者极地科考站。近日，随着多多农研科技大赛总决赛在崇明拉开帷幕，农业的未来图景走进大众视野。在90天时间里，四组团队将操作各自的集装箱，完成三茬“翠恬”生菜的种植。这是一种口感甜脆的全新生菜品种。根据赛制，产量高、品质好、算法优且能耗低的团队将获得最后的胜利。

传统观念认为“读不好书就去种地”，而现代农业，则是“真正读好书才能搞得好”。从入围决赛的队伍构成，就能感知一二。四支团队普遍集结了农学家、数据科学家、植物工程科学家等多个“工种”。其中，上海农科院队与“生菜快长”队“含农率”更高；上海交大“生生不息”队与“赛博农人”队“含工率”更高。他们的“工农融合能力”在相当程度上决定了种植结果。

多多农研科技大赛总决赛用的集装箱

以“生生不息”团队为例，其成员研究领域涵盖工学、农学、市场营销和推广等方面。此前，团队在上海交通大学“深蓝计划”项目“无能耗的海上自维持蔬菜种植平台”的支持下，正在搭建基于太阳能光伏、光热利用，有机结合自动控制和浮板栽培技术的系统，预期只需要太阳能和海水即可以长期稳定运行。

上海交通大学溥渊未来技术学院长聘副教授、博士生导师鲍华是能源领域的专家，“在植物工厂内，种植一公斤生菜需要消耗十几到二十几度电，因此如何减少能源消耗是我们团队研究的重点，目标在不降低生菜质量和产量的前提下，通过技术手段使植物工厂的能耗降低20%左右。”他说。

上海市农业科学院植物工厂团队致力于植物工厂技术相关研究，包括极端环境种菜难题。此前，为解决极地科考队员的吃菜问题，南极长城站、中山站相继建成蔬菜种植温室。国家设施农业工程技术研究中心崇明基地则被选址为南极温室的“样板田”。在这个模仿南极条件的仿真温室中，农科院团队队长何立中等专家先探索种菜技术及经验，再传授给科考队员，最终帮助南极科考队在冰天雪地里吃到了新鲜蔬菜。

靠天吃饭很难，“没天可靠”是另一种难。上海市农业科学院植物工厂团队负责人丁小涛研究员说，希望通过这次比赛推进垂直农业的智能化和自动化。比如通过远程控制实现灌溉和营养液调控等，加上团队的种植经验和算法模型，对种植箱进行无人化管理。而如何精准调控集装箱，这牵涉工学、农学等学科领域，考验着团队的“跨界”能力。

荷兰温室“先行一步”

如果说国内的垂直农业还在经历自我蜕变，那么更为广义的植物工厂——荷兰温室已经“先行一步”，早早地接受市场的检验。

顾名思义，该类温室源自荷兰，是太阳光利用型植物工厂。凭借全自动化的生产流程、高效的农产品产出，荷兰这个国土面积与我国黑龙江差不多的国家，创造出农产品出口全球第二的“农业奇迹”。

基于这样的优势，国内各地尝试引进荷兰温室，目前总面积约为1000公顷。其中，致力于打造世界级生态岛的崇明，就占了1/20。

位于崇明区的由由现代农业创新园，2019年斥资5.6亿元，引进荷兰全套温室设备和技术，建设20.66万平方米半封闭智能玻璃温室。温室内种植黄瓜、番茄、彩椒和生菜四个品种，平均每天为上海市民提供20到30吨左右的蔬菜。

温室内种植黄瓜、番茄、彩椒和生菜四个品种

站在生菜种植区，记者看到，这里正如现代化全自动工厂，蔬菜生产全程被“黑科技”环绕。从荷兰进口的优质种源漂洋过海而来，经过全自动播种机播种，在催芽室等待1至2天，待到“小荷”露尖尖角时生菜苗被送上苗床。

从荷兰引进的priva中央控制系统，百分百实现了水、肥、温、光、气的智能化控制。生菜住在温室豪宅里，扎根在富有营养的基质内，每长大一些，就会被自动往前挪动一点。约25天后，生菜从温室尾被推至温室头。技术人员在电脑上输入采收量，生菜就会被自动推送出来，完成包装后进入市场。

由由现代农业创新园荷兰温室priva中央控制系统

“生菜成熟时间由原本60天减少为25天左右，一年种植茬数可增加到14次。全年不间断生产，产量为人工种植的10倍。”上海由由农业科技有限公司副总经理杨少军介绍，自动化产线需要人工介入的只有植株调整，整个温室生产区仅有9名作业人员，较传统的农业模式节省人力近90%。

人工减少，产量提升，赋予了智能温室市场化的条件。不过，占大头的能源消耗，使得从这里走出的农产品价格仍然相对较高。以生菜为例，800克的价格为15.8元。

这样的定价，消费者能买单吗？在业内人士看来，智能温室生产的农产品在口感、安全性上具备一定的优势，在消费水平相对较高的大城市，契合部分追求产品品质的市民的需求。

传统的生产模式下，一旦出现病虫害，就会导致减产甚至绝产，农户们会将抗病性放在第一位，紧接着是产量、口感。由于植物工厂处于封闭或是半封闭状态，病虫害防治压力更低，安全性相对较高，品质被放到了第一位，之后才是产量、抗病性。比如由由的串番茄，一粒种子的价格折合人民币12元。

颇有意思的是，购买高端种子，光靠有钱是不够的。“我们与种子公司是双向选择，如果因种植环境不适宜导致种子表现不佳，将对他们的口碑造成影响。所以，有些种子只卖给植物工厂，让其表现出最好的性状。”杨少军说。

投入与回报的天平

万物生长靠太阳，但是在植物工厂的字典里，没有“太阳”。

人工制造的光源，必须解决能源消耗问题。在集装箱里，种出一棵生菜所需的成本远高于生菜本身的市场价格，普通生菜每千克成本大约4至8元，而水平较高的植物工厂，每生产1千克生菜需要消耗10度电，产品成本或达20多元。价格阻碍了这些品质蔬菜进入大众餐桌。

“能源消耗是植物工厂面临的最大挑战。”鲍华说，从其运营成本来说，电能消耗占大头，除此之外还包括折旧损耗、劳动力成本等；而在电能中，光源的消耗占到了60%左右，同时还包括空调等控温设备。

成本是目前推广植物工厂最急需解决的一件事情。哪怕是已经实现量产、走入市场的由由农业科技，杨少军也坦言，“最快需要5年收回成本。”

比如，由由生产的串番茄，不仅是种子价格是普通种子的百倍以上，其植物工厂内使用的电和天然气，成本占到了平时运维的60%。

由由现代农业创新园荷兰温室内，补光灯正在运作。

不过，成本下降的空间也是最大。“比如，通过物理储能的方式，将锅炉燃烧生成的热量储存，到了夜间再输送至温室内；在用电方面，我们正规划设置光伏板，如果把整个屋顶利用起来，成本可以降低10%。”

从种植品类来看，当前植物工厂的作物还是较为单一。鲍华解释，叶菜生长周期比较短，比较适合植物工厂种植。“消费者习惯每天都要吃新鲜的蔬菜，这是一个比较好的市场选择。此外，业内还在尝试种中草药，还有水稻、小麦等粮食作物。”

去年年底，垂直农场公司Infarm在无土环境下成功试验小麦室内种植。初步试验结果表明，在规模上，垂直农业每年每公顷的产量为117吨，是露天农业产量的26倍。Infarm表示，随着技术发展，室内产量可以进一步提高50%。

高成本悬在头顶，上海为什么还要探索植物工厂？“垂直农业可以解决人多地少的问题，代表了现代农业科技水平，这些都是很有价值的。”丁小涛说。

比如帮助加快育种研发进程。在跨国公司进入中国市场，民族种子的发展面临严峻挑战的背景下，垂直农业凭借可控的生产环境，能够助力解决种业“卡脖子”问题。

植物工厂还改变了传统农业“靠天吃饭”的命运，让一切尽在掌握之中。甚至让生菜叶长得紫一点还是绿一点，都可以通过光配方和营养液的调整来实现。

30天左右，一棵生菜就能从种子长大成熟。图中的生菜品种为“优雅”

从更深远的意义来说，我国农业从业人口正逐渐减少，业内人士戏称，在上海，只有“老外”在种地——老年人和外地人。如何吸引更多年轻人投身农业？“植物工厂或许是一个突破口。”鲍华说。

进入新型商业模式阶段

实际上，植物工厂已不仅仅是未来农业的概念，而是进入新型商业模式阶段。

在日本，它早早进入千家万户，成为实际生活的体验。20世纪七八十年代，日本国内产业升级，工厂设备面临淘汰。与此同时，老龄化问题导致无人种地问题突出。在政府的鼓励下，这些设备被应用于科学研究，在人工光“植物工厂”方向实现全球领先。精品农业的高定价，以及诸多科技巨头的积极参与下，让植物工厂在当地多点开花。

又如荷兰，从气候室建设、种子育种到施肥、照明等众多环节，许多头部公司参与带动，且得到了政府的支持，比如在天然气方面给予优惠补贴，为植物工厂成本减负。它的农产品出口额仅次于美国，居于全球第二位，成为世界上太阳光利用型植物工厂实力最强的国家。

再看回中国，因规划化、高成本等困难，植物工厂的进展较为缓慢。不过，从技术上来看，已经不存在“卡脖子”的环节，软硬件方面均具备搭建自有植物工厂的实力，且已有实践。

农业产业化涉及一整套技术及流程，就以由由的荷兰温室来说，系统集成了以色列、斯里兰卡、比利时等国家的先进农业技术。“在育种、系统精准度等各环节，我们与外国还是有不小的追赶空间。”业内人士指出。

比如灌溉，半数国土是沙漠的以色列，凭借独步全球的滴灌技术，不仅有效缓解了缺水问题，还成功将沙漠变成绿洲，成为世界农产品出口大国。

在育种方面，我国企业与国际巨头相比差距明显。国内前50强种业企业2021年的科研投入是13.8亿元，只占销售收入的6.25%。数据显示，拜耳集团仅2020年的研发投入就达到20亿美元。国内植物工厂的种子，很多都是来自国外，因为中国育种更多还是追求产量，而日本等国家的育种倾向于风味和口感，更符合新模式下消费群体需求。

国情各有不同，国外农业强国的模式无法照搬硬套。当下形成的共识是，科技创新，是农业变革以及海外开疆拓土的关键力量。特别是对于上海都市农业来说，更需要发展农业科技，起到辐射全国的作用。

近日发布的2023年中央“一号文件”明确提出，要发展现代设施农业。从去年的“加快发展设施农业”到今年的“发展现代设施农业，实施设施农业现代化提升行动”，导向性更加明显。

这无疑释放了更为积极的信号。在业内人士看来，随着产业资本、金融资本等进入现代农业，正为国内植物工厂的发展带来了新的驱动力。各类力量的加入，有望让新商业、新模式走出实验室，走近大众。