植物工厂机制完全解说！ 读这一篇就足够了

大家好！我是Shohei。

如果在你居住的城市中心，每天都能收获新鲜的蔬菜，那会怎么样呢？

实现这种梦幻般场景的就是“植物工厂”。

打破天气、地点、季节……传统农业的限制，
植物工厂就像在科幻世界中一样培育蔬菜。

简直就是“农业的未来”。

但是，究竟是什么样的机制呢？真的能生产出美味的蔬菜吗？
……有很多在意的事情吧。

本文将彻底解说关于植物工厂的方方面面！
从机制到种类，优点・缺点等等。
如果读完本文，应该就能理解大致的内容。

顺便说一下，也有人担心植物工厂有没有风险？
关于这一点，在以下的文章中详细地写了。

什么是植物工厂？– 基本的“基”

植物工厂，顾名思义，是指在像工厂一样的设备中培育植物的设施。
但是，和普通工厂不同的是，产品不是机器，而是“蔬菜”，对吧。

而且最大的重点是，可以人为地控制生育环境。

什么是植物工厂？– 通过环境控制来培育蔬菜的“工厂”

更具体地说，可以根据作物的种类和生长阶段来控制温度、湿度、光照、CO2浓度、营养液（溶解了肥料的水）等。

为什么要这样做呢？
那是因为，为了生产者方便地培育作物。

也就是说，为了改善味道和品质，增加产量。
而且因为可以交给机器来做，所以管理作业很轻松，也不会因为天气不好而烦恼。

因此，会为作物量身定做最舒适的环境。
为此所使用的技术就是植物工厂。

那么，田地和塑料大棚的栽培与植物工厂有什么不同呢？
最大的区别在于“环境控制的程度”。

露地栽培会受到雨、风、阳光等自然环境的很大影响。
塑料大棚可以在一定程度上控制环境，但不如植物工厂。
植物工厂不受天气影响，能够稳定且有计划地生产蔬菜。这就是植物工厂的最大特征和优势。

植物工厂的历史 – 比想象的要古老

植物工厂比想象的要古老。
1950年代，植物工厂的原型在美国诞生。当时，为了实现宇宙空间的粮食生产，开始了在封闭环境中培育植物的研究。

之后，1970年代，日本也正式开始了植物工厂的研究。
在那个时代，人们对粮食危机的担忧日益高涨，因此需要一个稳定的粮食供应系统。

但是，早期的植物工厂成本太高，根本没有实现实用化。

植物工厂开始大幅发展是在2010年代左右。
LED登场后，电力消耗大幅削减。于是，收支总算平衡了。

最近，进一步的省力化和提高生产性的趋势仍在继续。
植物工厂经过半个多世纪的研究开发，终于要迎来普及期了。

植物工厂将来会成为必备技术

我来解释一下。

其背景主要有两个社会性课题。
那就是“粮食的稳定供应”和“气候变化”的问题。

首先，关于“粮食的稳定供应”。

世界人口持续增加，到2050年将逼近100亿。
人口增加，粮食需求自然也会增加。

但是，地球上的农地面积是有限的。
而且，由于沙漠化和城市化，现在也在不断减少。

此外，在日本，农民的老龄化和后继者不足的问题非常严重。
照这样下去，日本的农民将在几年内全部消失。

那么谁来生产食物呢？
就变成了这样的状态。

然后是“气候变化的问题”。

最近，有没有经常听到“因为酷暑，蔬菜无法收获”之类的事情？
蔬菜的价格也经常上涨吧。

近年来，极端天气频发，给农业生产造成了严重的损害。
创纪录的酷暑、长期干旱、集中暴雨、大型台风……

今年太糟糕了……那么明年就没问题了吗？
不是的吧。没有其他可以大幅改善地球环境的因素。

今后“异常”气象还会持续。

如果这样的情况每年都发生，稳定的粮食供应将变得困难。

植物工厂，正被期待作为解决这些问题的王牌。

农业的3种形式：露地栽培、设施栽培、植物工厂的比较

植物工厂，原本就只是一种农业形式。

我将解说植物工厂的机制，但请关注与农业其他形式的不同。
我认为大家能够很好地理解它具有什么样的特征。

农业的3种形式和栽培方法的组合

农业大致分为3种。露地栽培、设施栽培、植物工厂。

而且栽培方法也有很多种，
下表总结了分别适合哪种栽培方法。

	露地栽培	设施栽培	植物工厂
土壤栽培
水培
固体基质
喷雾栽培

• ◎: 最合适
• 〇: 适合
• △: 有条件可能 (限定)
• ×: 不适合

设施区分

• 露地栽培
  • 在没有屋顶和墙壁的室外田地里栽培。利用阳光和雨水等自然环境，需要广阔的土地。
• 设施栽培
  • 利用塑料大棚和温室等有屋顶和墙壁的设施。减轻外部空气的影响，可以在一定程度上控制温度和湿度。与露地栽培相比，可以实现稳定生产。需要设施建设和维护成本。
• 植物工厂
  • 在封闭的空间里，可以人为地控制生育环境。优化光照、温度、湿度、CO2、营养液等，可以实现不受天气影响的周年栽培和计划生产。需要高度的设备和技术，以及较高的运营成本。

栽培方法

• 土壤栽培
  • 在土壤中栽培植物。需要肥料和浇水等基本的作物管理。广泛应用于露地栽培和设施栽培。
• 水培
  • 不使用土壤，只用营养液来栽培植物。清洁，病虫害少，作物的生长速度快。需要高度的营养液管理，主要用于植物工厂。
• 固体基质
  • 使用椰壳、岩棉等固体基质。活用营养液和固体基质两者的特性。比水培更容易管理，用于设施栽培和植物工厂。
• 喷雾栽培
  • 将营养液以雾状喷洒在根部进行栽培。是一种气耕栽培，氧气供给效率高。需要高度的环境控制，可以在植物工厂等限定环境中利用。

顺便说一下，有时也会有人担心“植物工厂的蔬菜安全吗？”

我认为，“工厂”这个词的印象最差了。
如果好好了解机制，应该就会明白完全没有风险。

植物工厂的蔬菜怎么样。关于这一点，在以下的文章中详细地写了。
感兴趣的人请务必看看。

设施区分的差异比较

露地栽培、设施栽培、植物工厂的区别在于栽培环境的控制程度、生产性和成本等。
让我们来看看各自的区别。

	露地栽培	设施栽培	植物工厂
环境控制	低	中	高
生产性	低	中	高
品质	不稳定	比较稳定	均匀
成本	低	中	高
环境负荷	高	中	低
稳定供应	不稳定	比较稳定	稳定
气候变化耐性	低	中等程度	高
栽培品目	季节性品目	广泛的品目 比露地栽培扩大	叶类蔬菜、部分果菜类等

各项目的要点

• 环境控制:
  • 植物工厂高度控制温度、湿度、光照、CO2等，创造最适合作物生长的环境。设施栽培可以在一定程度上控制环境，但露地栽培依赖于自然环境。
• 生产性:
  • 植物工厂单位面积的收获量最大。设施栽培比露地栽培的生产性高，但不如植物工厂。
• 品质:
  • 植物工厂的品质均匀，也可以控制营养价值和功能性成分。露地栽培受自然环境左右，品质容易出现偏差。
• 成本:
  • 露地栽培的初期投资较低，但植物工厂需要设施建设费、设备费、运营成本等很多费用。设施栽培是露地栽培和植物工厂的中间成本。
• 环境负荷:
  • 植物工厂可以大幅削减单位面积的用水量和农药使用量。但是，能源消耗量很大。露地栽培需要广阔的土地，农药和肥料带来的环境负荷也很大。
• 稳定供应:
  • 植物工厂不受天气左右，可以进行周年栽培，因此可以稳定供应。设施栽培也比较稳定，但露地栽培受天气和季节的很大影响。
• 气候变化耐性:
  • 植物工厂不易受到异常天气的影响，对气候变化具有很强的耐受性。设施栽培也比露地栽培更耐受，但不如植物工厂。
• 栽培品目:
  • 露地栽培以季节性蔬菜为主。设施栽培可以栽培更广泛的品目。植物工厂以叶类蔬菜为主，但容易生产功能性蔬菜。

植物工厂的机制

那么，让我们聚焦于本文的主题——植物工厂。

植物工厂的印象是，在上下排列的架子里密密麻麻地种满了蔬菜……

在这样的设备中，利用的是水培。

实际上，还有很多种类的栽培方法。

栽培方法的差异比较（植物工厂）

植物工厂是封闭环境，因此与水培非常相配，被广泛采用。

此外，还有固体基质栽培、喷雾栽培等，活用植物工厂特性的栽培方法。

让我们来看看植物工厂主要使用的栽培方法的差异。

项目	水培	固体基质栽培	喷雾栽培
栽培方法	只用营养液栽培、不需要土壤	使用固体基质（椰壳、岩棉等）、滴灌	将根暴露在空中，将营养液雾状喷洒
特征	清洁、病虫害少、生长快、容易自动化	比水培容易管理、味道接近土壤栽培、容易处理排水	氧气供给丰富、促进根的生长、节省空间
优点	清洁、病虫害少、生长快、容易自动化	比水培容易管理、味道接近土壤栽培、容易处理排水	氧气供给丰富、促进根的生长、节省空间
缺点	营养液管理很重要、设备成本高	需要处理基质废弃物、初期成本略高	需要高度的环境控制、设备成本高、技术难度高
栽培例	叶类蔬菜（莴苣、沙拉菜）、香草、叶葱	果菜类（番茄、草莓）、花卉	叶类蔬菜、苗生产、研究用

设施的差异比较（植物工厂）

除了栽培方法的差异之外，还可以根据是否使用太阳光或人工光来分类。

这种差异也相当大，电费、设备费、人工费完全不同。
有时甚至会决定生意的成败。

包括露地栽培在内，让我们来比较太阳光型、并用型、人工光型这4种设施。

	太阳光型	并用型	完全人工光型	露地栽培
栽培形态的比例	44%	14%	42%	–
主要光源	太阳光	太阳光、LED 81%、钠灯・荧光灯等38%	LED 96%、荧光灯8%。LED主要在2013年以后导入	太阳光
水源	井水62%、上水38%	井水60%、上水33%	上水78%、井水20%	雨水、井户水、上水道等
CO2施用有无	83%施用	86%施用	89%施用	自然界的CO2浓度
主要栽培品目	番茄类71%、草莓8%、草莓以外的果菜类8%、莴苣以外的叶菜类6%	番茄类27%、莴苣类27%、花卉20%	莴苣类91%	多种多样
雇用人数(全年:正式)	不满110人34%。平均每个设施9.8人	平均每个设施9.2人	平均每个设施8.0人	视经营规模而定
雇用人数(全年:非正式・兼职)	不满20~50人35%、50人以上24%。平均每个设施44.0人	不满20~50人31%、50人以上31%。平均每个设施46.3人	不满20~50人19%、50人以上21%。平均每个设施28.3人	视经营规模而定
雇用人数(期间雇用)	除无雇佣外，不满1~5人26%。平均每个设施9.6人	平均每个设施16.4人	–	视经营规模而定
主要品目的作业比例	生产(特别是作物管理)35%以上最多	生产(特别是作物管理)35%以上最多	收获27%、出货24%、移栽・定植19%、清洗10%的顺序	视品目・栽培规模而定
每劳动时间产量别的决算	每劳动时间产量越大，赤字比例越小	–	每劳动时间产量越大，赤字比例越小	–
每劳动时间产量别的成本比例	产量越多，人工费比例越小	–	产量越多，人工费比例越小	–
单产别决算	单产越大，盈利・收支平衡比例越大	–	单产越大，盈利・收支平衡比例越大	–
最近的决算	盈利・收支平衡73%	盈利・收支平衡60%	盈利・收支平衡45%	–
年销售额	平均4.3亿日元	平均4.6亿日元	平均1.9亿日元	视经营规模而定
栽培实际面积(主要品目)别决算	面积越大，盈利・收支平衡的比例越高	–	面积越大，盈利・收支平衡的比例越高	–
栽培形态别成本比例	人工费30%左右最大	人工费30%左右最大	人工费30%左右最大，电费27%	视品目・栽培规模而定
决算别成本比例	盈利时，光热费・折旧费比例小	–	盈利时，光热费・折旧费比例小	–

※此植物工厂的数据，基于一般社团法人日本设施园艺协会实施的「大规模设施园艺・植物工厂 实际情况调查・事例调查」的结果。
※露地栽培，由于天气和立地、经营规模、作物等条件差异很大，因此不能一概而论地用数值进行比较。

从商业的观点来看植物工厂

那么，让我们从商业的观点来看植物工厂。

植物工厂，由于稳定供应、高品质、降低环境负荷等优点，
作为商机也备受关注。

但是，当然不仅仅只有优点。
如果正在考虑进入，就应该好好地理解缺点。

关于植物工厂的优点和缺点，在以下的文章中热情地写了。
也请一并看看。

植物工厂，也有相当多的课题

我常年身处植物工厂的现场，
还有很多课题……。

特别想总结一下需要注意的要点。

老实说，相继有大型企业进入植物工厂又撤退，也是因为以下的原因。

• 高昂的初期费用和运营成本:
  • 植物工厂的建设，需要设施和设备方面的大量初期费用。此外，电费和空调费用等运营成本，与以往的农业相比也容易变得高昂。特别是，在完全人工光型植物工厂中，LED照明和空调会消耗大量的电力，因此削减成本是一大课题。
• 栽培技术的高度化和人才不足:
  • 植物工厂需要充分利用植物生理学和环境工学等专业知识，高效地生产蔬菜。但是，拥有这些知识和经验的人才不足，人才培养迫在眉睫。
• 品目和品种的限定:
  • 目前的植物工厂，可栽培作物的种类有限。以莴苣等叶类蔬菜为中心，水稻和小麦等谷物类、果树、根菜类等，也有很多难以栽培的作物。

为了解决这些课题，世界各地都在推进各种各样的研究开发和措施。
例如，利用太阳光的植物工厂、以及活用AI的环境控制系统的开发等，以节能化和效率化为目标的的技术革新正在推进。

虽说如此，却不能说是充分地活用了。仍然有很多部分依赖于人力。

植物工厂，还是一项发展中的技术。

成功开展植物工厂生意的秘诀

那么，为了在植物工厂生意中取得成功，应该注意什么呢？

需要在最大限度地活用植物工厂所具有的可能性的同时，确立自身的优势。

重点在于以下几点。

• 明确目标和需求: 想向谁，提供什么样的蔬菜？明确作为目标的市场，生产符合其需求的蔬菜非常重要。
  • 例：附近的餐厅（稀有的香草和嫩叶等，附加值高的蔬菜）、超市（品质稳定的、普通的蔬菜）、有健康意识的消费者（功能性蔬菜和无农药蔬菜等）
• 差异化战略: 明确与竞争对手的不同！植物工厂生意，不断有新企业进入，竞争正在激化。因此，与其他工厂的差异化非常重要。
  • 差异化要点：品质、品种、价格、服务、品牌故事
• 引发创新: 不断进化！植物工厂是技术革新激烈的领域。不断吸收最新的技术和信息，努力提高生产效率和削减成本非常重要。
  • 例：导入自动化・省力化系统、利用可再生能源、新的品种开发和栽培技术的研究开发

也就是说，结论是，“只是生产和销售蔬菜”会失败。

例如，从其他行业进入的企业，很多情况下都是产品导向的视角，必须要有市场导向的视角。

即使是蔬菜，如果没有“生产畅销品”的视角，也卖不出去。

还有，植物工厂如果没有一定的规模，很难实现盈利。
这一点也是成功开展生意的重点，详情请看以下的文章。

如果想让植物工厂的现场升级，我也愿意合作

植物工厂生意，作为成长市场备受瞩目。
但是，在运营方面也有很多辛苦的场面。

很多植物工厂都存在着“生产效率上不去”“蔬菜卖不出去”等
各种各样的问题。

对于抱有这样烦恼的现场，请允许我提供合作。

员工教育、研修、内容提供等等。
我正在用各种各样的方法支持植物工厂。

我身处现场最前线时，总是想着“希望能有可以咨询的人……”，
实际上，很难找到这样的人。

因为根本没有这样的服务。

因此，我认为能够给出贴近现场人员的真实建议。

如果能够好好地活用，就能够解决经营上的课题，并期待事业能够更上一层楼。