今年全國兩會期間，習近平總書記在看望參加政協會議的農業界、社會福利和社會保障界委員時強調“要樹立大食物觀”，指出“在確保糧食供給的同時，保障肉類、蔬菜、水果、水產品等各類食物有效供給”“要向森林要食物，向江河湖海要食物，向設施農業要食物”。全方位、多途徑開發食物資源，是更好滿足人民美好生活需要的必然途徑。設施農業是近40年來快速發展的農業產業，目前產值佔農業產值1/3以上，在滿足人們對肉、蛋、奶、菜、果等食物需求，促進農民增收，高效利用資源等方面做出了重要貢獻。
設施農業更好滿足人們對美好生活的需求
“設施農業”顧名思義，就是在設施內進行的農業生產，它是綜合應用工程裝備、環境、生物等技術，按照動植物生長髮育所需最佳環境開展種植養殖生產的現代農業生產方式，其生產範圍包括設施種植業和養殖業兩方面。其中設施種植業目前主要是設施園藝產業，包括設施蔬菜、設施果樹、設施西甜瓜、設施花卉、設施食用菌等；設施養殖業主要包括設施畜牧業、設施水產業等。
設施農業不受外界環境影響，能夠進行全季節的農業生產，滿足人們對多種不耐貯運新鮮動植物農產品的需求。以蔬菜生產爲例，上世紀80年代以前，我國北方冬淡季以白菜、蘿蔔、馬鈴薯等耐貯蔬菜爲主，南方夏淡季以葉菜爲主，蔬菜市場的供應種類較少，“想吃啥沒啥”成爲困擾蔬菜週年供應的難題。隨着設施農業技術的不斷進步，蔬菜供應得到顯著改善，上世紀90年代實現了“有啥吃啥”，本世紀初已經開始實現一年四季“想吃啥有啥”。
目前我國設施蔬菜（含設施食用菌）生產面積近3500萬畝，年產量2.65億噸，佔總生產量的1/3，年人均近190公斤，基本實現了蔬菜和食用菌的週年充足供應，解決了長期困擾我國的“菜籃子”問題。再比如櫻桃、草莓、桃、李、杏、葡萄等瓜果不耐貯運，通過設施栽培，有效延長了供應期。目前設施水果和西甜瓜年產量近0.5億噸，年人均35公斤，滿足了不耐貯運瓜果的市場供應，豐富了百姓的“果盤子”。
可能有人擔心，設施農業滿足人們對生活品質要求的同時，會不會耗費更多能源，造成污染和浪費？並非如此。以我國北方爲例，當前我國自主設計的節能日光溫室，在冬季最低氣溫零下28攝氏度以上地區不需要加溫，只利用太陽光就可以正常生產。相較於大田農業，設施農業克服了傳統農業靠天吃飯、抗災能力差等不足，依靠現代設備設施和技術手段爲種植或養殖提供適宜的環境，再通過人工智能、物聯網、作物模型等技術，應用數字農業、智慧農業、節水農業以及環境調控、種植養殖生產等諸多科技成果，有效實現農業生產的機械化、精準化和標準化。
現代設施農業有效提升生產效率
設施農業能夠有效提高勞動生產率、土地生產率和資源利用率，提高農業素質、效益和競爭力。發展設施農業是轉變農業發展方式、建設現代農業的重要內容，是調整農業結構、實現農民持續增收的有效途徑，是建設資源節約型、環境友好型農業的重要手段，也是增加農產品有效供給、保障食物安全、賦能鄉村振興的有力措施。
從產值來看，目前僅設施園藝產業產值就超過1.4萬億元，佔園藝總產值2/5以上、農業總產值1/4以上，其經濟效益是大田作物的20倍以上、露地園藝作物的4―5倍。據測算，在設施蔬菜重點產區，設施蔬菜產業對農民人均年收入貢獻額超過1萬元，貢獻佔比超過90%，成爲穩定農民增收和鄉村振興的支柱產業。
從產業帶動來看，設施園藝產業提供就業崗位約7000萬個，每畝地就業崗位比大田作物增加15倍以上，比露地園藝作物增加4倍以上；設施園藝發展帶動了建材、環控設備、小型農業機械、薄膜、肥料、農藥、貯運、種苗等產業的快速發展，估算年產值達4500億元以上，提供相關就業崗位2000多萬個，對促進社會富餘勞動力就業起到重要作用。
從生態效益來看，設施園藝拓展了作物種植時空，有助於實現資源高效利用。耕地、淡水等資源是農業發展的基礎。我國人多地少水缺，人均耕地面積和淡水資源分別爲世界平均水平的1/3、1/4，農業能源投入也有待增加，因此必須節約資源、提高資源利用率。設施農業生產不僅可以高效利用冬閒季節耕地，而且可以通過無土栽培或營養基質栽培高效利用非耕地，同時由於環境的人工優化控制，較露地產量可提高70%以上，實現資源的高效利用。目前我國設施園藝發揮高產效應，已節省園藝作物生產優質用地3000萬畝以上；設施蔬菜可比露地蔬菜節水50%以上；1000萬畝不加溫的日光溫室每年可節煤2.5億噸以上，約佔全國煤炭消耗量的1/15。因此，發展設施農業對於緩解我國人均農業資源佔有量少、提高有限農業資源的科學利用水平具有重要作用。
發展面向未來的智能設施農業
智能設施農業是設施農業的高級階段，是由智能設施與環境調控裝備及系統、智能種植養殖生產裝備及系統、智能生產管理裝備及系統構成的農業生產方式。當前已經出現的植物工廠是智能設施農業的初級階段。
植物工廠是通過設施內高精度環境控制實現農作物週年連續高效生產的農業系統。它利用計算機、電子傳感系統、農業設施對植物生育的溫度、溼度、光照、二氧化碳濃度以及營養液等環境條件進行自動控制，是現代生物技術、建築工程、環境控制、機械傳動、材料科學、設施園藝和計算機科學等多學科集成創新的、知識和技術高度密集的農業生產方式。
植物工廠技術的突破有助於解決人類發展面臨的諸多瓶頸，甚至可以實現在荒漠、戈壁、海島、水面等非耕地，以及在城市的摩天大樓裡進行正常生產。利用太陽能和其它清潔能源，加上一定的種子、水源和礦質營養，或將持續不斷地爲人類生產所需要的農產品。因此，植物工廠被認爲是21世紀解決糧食安全、資源、環境問題的重要途徑，也是未來航天工程、探月工程等太空探索過程中實現食物自給的重要手段。
植物工廠具有高度集成、高效生產、高商品性和高投入的顯著特徵，可以實現週年生產，不受時間、季節、氣候的限制，完全按計劃生產；實行無土栽培，不存在土壤障礙問題；生長速度快，生育期顯著縮短，特別是一些葉菜只需露地栽培的1/5―1/3時間就可收穫，可大幅度提高產量；採用密閉式生產系統，病蟲害侵染機會少，不施藥、無污染、無公害；通過機械系統，使植物可移動或自動調整密度，直至產品形成。此外，生產過程以機器人操作爲主，可減輕勞動強度、減少人爲誤差；立體化栽培，設施利用率高，適於都市型觀光農業；立地條件廣泛，理論上沙地、鹽鹼地、廢棄地、城市、郊區、太空站等均可設立。
然而，目前植物工廠生產成本高、能耗大，還難以成爲設施種植業的主體。據統計，植物工廠生產生菜成本每100克約6元，零售價每100克10―12元，比傳統種植生菜售價貴10倍；產1公斤左右葉菜類蔬菜需要10度電，耗能也大。未來植物工廠的發展任重而道遠。
今年年初，《中共中央國務院關於做好2022年全面推進鄉村振興重點工作的意見》中特別指出加快發展設施農業。矚目未來，我國設施農業將走出一條低能耗、低成本、生態安全、高產優質高效的中國特色發展之路，爲穩定農民增收、推進鄉村振興、促進農業農村現代化、保障糧食等主要農產品供給安全做出重要貢獻。
（作者爲中國工程院院士、瀋陽農業大學教授）
製圖：趙�迫�
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《植物工廠系統與實踐》：楊其長等著；化學工業出版社出版。