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引领蔬菜栽培新方向,光伏农业乘势来桂台合作

据统计,2016年全球植物工厂市场产值可达40亿美元。台湾鸿海集团董事长郭台铭、台达电荣誉董事郑崇华、金仁宝集团董事长许胜雄、亿光电子董事长叶寅夫等台湾光电行业知名企业,因光电行业毛利逐年走低原因,纷纷着手建设植物工厂。台湾工研院也邀请了晶元光电、台肥及台湾大学等产、学、研团体,共同组成“台湾植物工厂产业发展协会”,希望通过搭建跨领域合作平台,能为岛内植物工厂产业的发展奠定基础。

现代农业跨入全新领域

继无公害蔬菜、有机蔬菜之后,以无土栽培为技术核心的水耕蔬菜开始蔚然成风。在众多高端超市的货架上,消费者都可以看到水耕蔬菜的踪影。近年来,土地污染日益严重,2013年初的“毒大米”事件,更是让消费者惶恐不安。如何才能吃上绿色、安全的蔬菜?显然,水耕培植技术给我们提供了一个新的技术方向。 新型的蔬菜培植方法 近日,记者来到广东川梭“尚农优品”的种植基地,进一步了解到,所谓的水耕蔬菜,其实就是将蔬菜种植在以水为介质的特殊培养架上。 有别于传统的土壤栽培方式,种植在水中的蔬菜,需要营养液为其提供养分。广东川梭的技术人员告诉记者,尚农优品引入台湾的农业技术、生物科技技术,其自制的蔬菜营养液区别于其它产品,具备以下特点:1、螯合养分,高效利用;2、含巨、中、微量元素,营养更全面;3、无毒无害,安全环保。 水耕栽培的历史 1925年,美国便开始将水耕栽培运用于农业生产中,解决了当时温室栽培所衍生的土壤结构、肥力、盐类累积与病虫害频繁的困扰。 到了1930年,美国加州大学W. F. Gerike率先将水耕栽培商业化,并正式命名为hydroponics。 1940年,水耕栽培技术还为太平洋无农地的美军提供蔬菜来源。 1950年后,水耕技术开始广泛流传于世界各地。 无农药残留 杜绝重金属 在中国,目前的种植方式仍然以土壤种植为主,“水耕蔬菜”仍处于“养在深闺人未识”的状态。广东川梭是国内较早接触水耕技术的企业。 记者获悉,2013年6月广东川梭将台湾野菜工房水耕种植技术引入大陆市场,并应用LED灯模仿太阳光的自然光谱,将室内温度控制在最适合蔬菜生长的温度。在全环控环境下,虫害现象相对减少,因此不必喷洒农药,避免出现传统蔬菜种植的农药残留问题。同时,用洁净水作为介质,用特制的营养液为蔬菜提供养分,也能使蔬菜不受来自外界酸雨、土壤重金属污染的侵扰。 “从农业的产业高度来说,这种室内植物工厂模式代表了设施农业的最高等级,其功能优势明显,必将成为未来农业发展的新方向”,广东川梭张世泽博士表示,“随着人们对食品安全的呼声越来越高,水耕蔬菜所传达的健康、绿色理念,也将会使它渐渐得到高端消费者的青睐。” 水耕蔬菜,不仅在引领蔬菜培养的新方向,同时也为消费者提供了一种新选择。

何为植物工厂

光伏农业起源于欧洲。发达国家通过基因改造大幅提升了农作物产量,降低了生产成本,但食品安全性却倍受质疑。各国官员和专家一番研究探讨后,提出建造“植物工厂”的方略,一方面可大幅提高粮食产量并严控质量,同时可解决粮食短缺和食物污染的双重问题。光伏农业一经推出便受到极大关注,各国纷纷掀起建设植物工厂的热潮。

植物工厂的概念源于上世纪60年代的北欧国家。当时通过基因改造大幅提升了农作物产量,降低了生产成本,但食品安全性却倍受质疑。各国官员和专家一番争论后,开始有学者鼓励建造“植物工厂”,一方面可大幅提高粮食产量并严控质量,同时可解决粮食短缺和食物污染的双重问题。直到日本提出这一概念,植物工厂才开始真正掀起热潮,尤其在日本经历了311海啸和福岛核灾后,日本政府投入146亿日元,希望通过扩建植物工厂的数量为国民提供价格合理又安全的绿色蔬菜。

光伏农业是指由人工控管植物的光、湿度、二氧化碳浓度、养分、水分等生长环境,来实现果蔬计划性量产。如建设规模大,顶棚可用来并网发电;建设规模小,则自用于植物工厂内部的各种用电设施。“植物工厂”生产模式不受天气影响,且具有定期、定质、定量的特点,类似于一般工业中所称的工厂,是继陆地栽培、设施园艺、水耕栽培等依序发展后,跨园艺、栽培、环境控制与生物科技领域又一新技术,被称为“第四农业”。据有关数据显示,仅我国大陆,如大面积、大规模地推广光伏农业产品,其市场5年内可达万亿元规模,通过扩建植物工厂,可为群众提供价格合理又安全的绿色果蔬。

植物工厂指由人工控管植物的生长环境:光、环境、湿度、二氧化碳浓度、养分、水分等,使作物不受环境限制、影响,并能实现计划性量产的目的。其生产模式不受天气影响,且具有定期、定质、定量生产的特点,类似于一般工业中所称的工厂。主要分为两种形态:完全人工光控制型与太阳光利用型。两类植物工厂都需利用的人工光源,在发展初期以高压钠灯为主要照明设备,但由于灯体温度高,需要大量空调降温,居高不下的成本使植物工厂发展初期处处碰壁,也降低了投资者的投资意愿。

台湾光伏农业技术成熟

随着科技的进步、普及,取得高效能、低成本的人工灯源已不是难事,取代高压钠灯的LED灯温度较低,适合用于垂直种植的植物工厂,不仅较省电、寿命长,还能依蔬菜成长需求的不同调整光谱、波长、色光等,有些厂商也搭配太阳能板,希望能再降低成本。除了灯具外,完型植物工厂的重要设备还包括各式传感器、控制器、栽培装置等,是技术相当复杂的整合系统。为全面控制环境变因,完型植工的屋顶、墙面多使用隔热材料,而内部规划则充分利用可种植面积,以分摊环境监控的成本,且为反射灯光,完型植工内部墙面多漆成白色,并于灯管或作物层架内侧贴置反光素材。太型植物工厂则多以玻璃温室、塑料布温室为主,并于阴雨等光线不足时,再行补光。

台湾农业由传统的“脏、累、苦”成功转型为“精致农业、休闲观光农业”后,台湾又集中产、学、研领域的专业人才,组成“台湾植物工厂产业发展协会”,搭建跨领域合作平台,利用岛内光电、农业、ICT电子等优势产业,整合光伏、自动控制及农业技术,发展光伏农业。

植物工厂被认为是继陆地栽培、设施园艺、水耕栽培等依序发展之后的又一新技术,也被称之为“第四农业”。植物工厂也是一项结合园艺、栽培等环境控制工程与生物科技的跨领域技术。植物工厂的各项环境因素多由人工控制,通过环境控制可将最佳生长条件定量化。因此,不需喷洒农药就能种出低生菌数的蔬菜;通过营养液的调整,就降低植物中的硝酸盐的含量;依照需求提高植物的某些特定成分,就能种出高营养价值的环保蔬菜。

经过若干年的努力,其技术不但领先,且成本低廉,成为全球发展光伏农业的重要竞争力。目前台湾的光伏农业已整厂输出并热销至欧美加及中东、亚洲各国。台湾岛内企业巨头鸿海集团董事长郭台铭、台达电集团荣誉主席郑崇华、金仁宝集团董事长许胜雄、亿光电子董事长叶寅夫也纷纷着手建设植物工厂。台湾三爱、光茵、华映等企业除自建植物工厂外,还向岛外整厂输出技术,增加了农业价值,创造了效益,制造了台湾绿金。

台湾技术的整厂输出

台湾凭借高度发展的农业技术,针对不同地区的作物需求做出种植数据、营养液调整,生产健康、无毒的各种反季节、突破地域性的蔬果。

植物工厂不仅可以克服植物生长的气候与地形问题,种植出反季节作物,还可以减少植物运输的碳足迹,在有可能征收“碳税”的未来,这无疑是一项重要的竞争力。

桂台光伏农业合作可期

值得一提的是,植物工厂所需的自动控制、人工光源技术,恰恰都是台湾科技业最擅长的领域。台湾是闻名世界的“半导体王国”,不仅光电产业领先,更有低廉的成本,近期奋起直追的软件技术,也成了台湾发展植物工厂的重要竞争力。将这些优势成功整合后,台湾知名的植物工厂包括三爱、光茵、华映等都以整厂输出为主要营利项目,目前经营范围已经触及中国大陆市场。三爱已于北京大兴区建立约100平方米的示范厂,并将陆续在上海、武汉、厦门等地区建设植物工厂。光茵也于2013年12月成功将植物工厂整厂输出至河北邯郸。

目前,中国内地只有北京、上海、山东等地在试验试产规模较小的光伏农业。由于日照、气候条件诸多原因,尚未形成大规模的光伏农业产业。

台湾大学生物机电工程学系系主任方炜指出,“光中国大陆目前就有超过六千个农业科技园区,但目前有能力进行整厂系统整合的厂商屈指可数,这是台湾很大的利基。”光茵生物科技执行长陈吉宗也强调,“植物工厂对台湾而言,也许是最不需要却又最不可或缺的产业”。他表示,台湾粮食自给率只有约40%,市场相对小,但利用光电业、农业与ICT产业的优势,台湾的植物工厂整厂输出便是缺粮地区的“宝”。

广西的日照量、气候,加上广阔无垠的坡地、石漠荒地和海、江、河滩涂地,具备了分布式发电和并网的条件,很适宜建设光伏农业。如大范围推广,将会形成一个大规模的产业。2015年2月13日,南宁市隆安县城厢镇的英利光伏生态农业园里,首个光伏农业一体化项目已局部并网发电,起到了很好的示范作用。

高经济价值、特殊药用作物

广西与台湾光伏农业产业的合作具备了天时、地利与人和的条件。广西耕地少、人口多、粮食缺,台湾光伏产品过剩,亟待输出。目前,台湾知名植物工厂企业三爱、光茵、华映等以整厂输出为盈利项目,经营范围已经触及中国大陆市场,除在北京等地建立100平方米的示范厂外,正准备在武汉、厦门、江苏盐城、河北邯郸等地建设植物工厂。

除了定量生产健康、无毒的蔬菜以供食用外,植物工厂还可培植绿色植物,提高室内空气品质。台湾植物工厂厂商凭借台湾已高度发展的农业技术,可针对不同地区的作物需求作出种植数据、养液的调整,种出各种反季节、突破地域性的蔬果。因此,各植物工厂也都向培育高效能、高经济价值的药用植物方向发展,为制药、保健食品产业提供了可靠的原料来源。植物工厂的出现,为电子、光电产业低迷、紧绷的气氛带来一丝清新气息,同时也为台湾农业低产值向高附加值迈进,寻求到了一线生机。

光伏农业可以使农民变身“棚内种菜、种菌、养殖,棚顶发电”的新型菜农,甚至体弱的劳动力也可以进入光伏大棚内从事农业生产。由于光伏大棚是高效农业,单位产出效益较传统农业要提高10倍以上。

从台湾粮食危机、光电产业荣景衰退、LED灯成本降低到各类技术革新,台湾植物工厂的发展具备了天时、地利与人和的条件,从实验性质走上了产业化的道路,也成为国际农业备受瞩目与观察的创新产业之一。2012年台湾大学与台湾工业研究院联合成立的台湾植物工厂产业发展协会目前正积极推动“农工一家”的植物工厂,希望带动相关产业的发展,进而推进台湾在环保绿能领域的发展。

目前,广西南宁、崇左、贵港等地和多家企业已与台湾岛内一些光伏农业生产企业接触,商讨合作建厂事宜。

迄今,植物工厂与其出产的蔬菜仍被认为是“贵族蔬菜”,无法普及。除了缺乏销售渠道外,主要的原因在于相对高昂的售价。由于其创新的种植方式多以人为控制达到稳定量产,虽能保证百分之百无农药,但蔬菜从种苗开始就在类似实验室的环境中长大,民众普遍对“实验室”出产的蔬菜接受度低。且目前的植物工厂以水耕居多,其营养液、肥料等皆被视为商业机密,相关单位管控困难,因而造成消费者疑虑。而部分植物工厂为达量产,日夜皆照光以加速其生长,但无日夜之分、速成的蔬菜是否真的如厂商所标榜的百分百“健康”,也令人存疑。

国家政策成为有力支撑

隶属于英国最大生鲜供货商费斯克集团(Frescagroup)的塞恩特大地(ThanetEarth)是英国最大的高科技温室,被喻为全球运作最成功的植物工厂,其销售对象以在地市场为主。塞恩特大地整体设计颇具环保概念,不仅利用太阳能发电减少对外界电力的依赖,室内产生的二氧化碳经收集后,也可用于发电,除供应工厂用电外,还可将电力转卖,赚取业外收入;另外,该公司也将栽种作物的营养液处理后循环利用,不仅彻底贯彻环保概念,也大幅降低了栽种成本。

今年初,中共中央、国务院印发的《关于加大改革创新力度加快农业现代化建设的若干意见》指出:“因地制宜采取电网延伸和光伏、风电、小水电等供电方式,2015年解决无电人口用电问题。”这为我们发展光伏农业提供了强大的政策支撑。

占地55公顷的塞恩特大地,主要出产生食色拉类的蔬果,如:西红柿、甜椒、小黄瓜及其它各式瓜类,完全采用水耕栽培,以钢骨结构搭建7座厂房,外墙和屋顶都属玻璃帷幕材质,以利日间攫取阳光,夜间的辅助照明则以大型氖灯为主,并以自动化的洒水、供液系统及环境监控系统确保作物生长环境,只有采收时,才需要人力协助,而厂内也设有轨道式的工作椅和升降梯,方便人员作业。采收后的蔬果通过输送带,直接在植物工厂内通过自动化清洗、筛选和包装,并用货车保鲜专送,直抵生鲜超市或订货的餐厅、饭店;目前,塞恩特大地具备全英15%的蔬菜供应量;其于荷兰的植物工厂也供应该地区约9成的小黄瓜、蕃茄、青椒等作物。

针对分布式光伏发电上网难的困扰,国家能源局去年8月在浙江嘉兴召开全国光伏沟通大会,光伏“新政”随之推出。“新政”的最大亮点是将与农业结合的光伏应用纳入分布式规模范围,且项目不再受6兆瓦、10千伏分布式指标限制,35千伏、规模达20兆瓦的农业光伏项目均可纳入分布式光伏指标内,并享受与地面电站相同的1元/千瓦时上网电价补贴。

2020年全球植物工厂培育的植物产值将高达约290亿美元,届时植物用LED照明市场产值一年估计约29亿美元。2011年,台湾透过产业群聚力量成立“植物工厂产业发展协会”,根据台湾工研院当时的预估,2012年全球植物工厂新建与维修市场产值将可达720亿美元。财团法人光电科技工业协进会也于2012年推估,2013年全球植物工厂市场产值约达9亿美元,甚至预测至2016年全球植物工厂市场产值可至40亿美元。从数据上看来,台湾普遍对于植物工厂的发展看好,但实际上的产值是否能达到预估,只能由时间来证明。

值得注意的是,农业是国家发展的基础命脉,绝不可以反复试验,推倒重来。光伏农业要经过发改委、建设、规划、水文、农业、国土、水利、环保、消防、电力等政府众多部门评估、审批,而各部门对政策的理解力、执行力不尽相同,成为光伏农业推进迟缓的重要原因。

“各凭本事”的崭新商业模式

因此,投资团队首先需要具备实力光伏、自控、农业技术强大的专业公司投资生产经营;其次要“因地制宜”地策划、制定一个既要股东满意、也要让当地政府满意的光伏农业综合规划及运营方案;第三,投资者一定要把光伏与农业结合,不能改变土地性质,避免更多的土地审批风险。

“台湾植物工厂之父”方炜于台大推1期10周的“植物工厂应用技术”周末训练班,目前已进入第4年,“刚开始都是老板参加,现在开始看到指派来受训的员工了”。他认为,未来台湾植物工厂将会呈现多元化趋势,并能在其中找出创新的产业应用与发展。

植物工厂发展至今,日本目前正处于第三波热潮,而台湾的发展约4、5年。1993年便投入植物工厂相关研究的台大生物机电工程学系系主任方炜指出,植物工厂的概念最初用于太空农业的研究,当时是“技术可行,经济不可行”。在科学研究有一定成果后,许多学者便希望能将其落实于产业与生活中。2010年1月,方炜以《植物工厂是新世纪的关键产业》一文投书中国时报社论,成为植物工厂跃上主流媒体的滥觞。此前,方炜已与台大生物资源暨农学院中的21个老师组成植物工厂示范团队,且在前台大校长李嗣涔的大力支持下,在学校成功设置示范点。示范点现已成为外宾、外媒前来参观的一景。

“植物工厂对企业主而言,是可以控管的,传统农业的风险几乎都可避免”,方炜解释,虽然植物工厂将作物成本提高不少,但在保证质量的前提下,仍可提高售价,“如此一来,他们就很敢做了!”尤其许多原先在半导体、光电业、电子业界的龙头企业,不仅专业可继续延伸利用,自身的管理能力也在整合性的植物工厂中达到很好的锻炼。

建设植物工厂虽需要多种电子相关设备与技术整合,但其根本在于掌握栽培作物所需的专业知识,因此这项新兴产业,也提供了许多农学人才发展的机会。但方炜坦言,目前,台湾的植物工厂要与日、美竞争经验稍显不足,且跨机电、农业领域的人才仍旧欠缺。另外,虽然台湾的光电、电子产业基础是发展植物工厂的重要优势,但“不应仅定位于LED应用的延伸”,方炜解释,植物工厂包含了士、工4大产业领域,“这就是它的特殊性”。

“植物工厂”于各领域都能整合应用,好在台湾各种产业整合度颇高,应能在其中找到契合点。植物工厂从初期太空农业应用到现在蓬勃发展,方炜认为,只要挑对作物、利基,植物工厂绝对有机会获利。未来台湾植物工厂将会呈现多元化发展,不论整体输出、量产作物,或是其他结合异业的发展,是“各凭本事”的崭新商业模式。

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