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植物工厂的可持续性：节水赢、耗电输

2026-06-11

水培真的对环境有益，还是只是个耗电的麻烦制造者？无论是向投资人汇报、买方筛选，还是内部立项审批，植物工厂往往都被套进这道二选一的框架里讨论。而双方的说辞各执一词，没人能给出有力的反驳，会议就这样继续推进——这种情况是否似曾相识？问题并不在于支持或反对，而在于没能划清”在哪些条件下赢、在哪些条件下输”的边界。

节水不是减少了，而是转移到了电力上

人们常说水培”不怎么用水”。循环用水确实使农场的水龙头处节水成立。但驱动那套照明和空调系统的电力，是由某处发电厂耗水生产的。农场节省了水，那些水不过是转移到了电力这一侧。它只是从视野里消失了，并没有真正消失。而这种”只是转移到了某处”的模式，绝不止出现在这一个地方。

循环水耕所说的”节水”是事实。但这也是一个把视野收窄到水龙头之前的说法。照明和空调系统若依赖火力或核能供电，发电厂冷却同样耗水。因此准确的说法不是”不用水”，而是”用水从农场转移到了发电厂”——只是隐藏起来了，并没有消失。话虽如此，这并不是说”既然只是转移，节水运营就毫无意义”。减少水费、废水处理成本和肥料损耗，本身就是现场实实在在的经济收益。我在人工光型（PFAL）现场的观察中，废水与肥料的管理确实是效益的着力点之一。这件事有意义是真的，只不过”地球整体的水并没有因此消失”而已。同样的逻辑在其他地方也适用。“不用农药”是因为以封闭环境取代了让害虫进入的方式，转而依靠 HVAC 和过滤系统维持洁净的室内环境，而这需要电力。“不用土壤”则意味着培养液肥料在工厂生产、运输而来。每一项都只是将某种负担转移到别处、别种资源上。在用一个词判定好坏之前，不妨先质疑：这是真正减少了，还是只是转移到某处了？转移的终点是电力还是水，而那个地区什么便宜、什么昂贵，都会让胜负的归属发生转换。

“在现场减少的部分，已经转移到了另一栏”这一判断，在数字上也有清晰体现。封闭式水耕与加利福尼亚、亚利桑那的露天生菜相比，灌溉用水可降至约 1%（见 1）。也有报告指出，叶菜类在某些作物上最高可节水 99%（见 3）。这一栏确实赢得漂亮。但这个节水优势具有较大价值，仅限于加利福尼亚、亚利桑那这类水资源珍贵昂贵的地区。在水资源充沛且廉价的地区，同样的”节水 99%“折算成金额会很小，优势随之稀薄。而同一项研究也展示了为实现节水所消耗的一次能源：露天生菜每千克 10.7 兆焦耳，室内（封闭型）水耕生菜则为 162 兆焦耳，超过十倍。从温室气体来看，也是露天与温室型的约 8～10 倍，主因被指为电力（见 1）。“节水大赢、耗电大输”在同一张表里同时发生——这正是”并未减少，而是跨栏转移”这一看法的佐证。

需要说明的是，这里的数字之所以整齐，主要针对的是人工光型——即封闭式 LED 种植叶菜（生菜）的情况。利用太阳光的温室型，以及番茄、草莓等果菜类，无论经济效益还是环境负担都相差一个量级，需要作为另一张表来看待。以下若无特别说明，数字均为人工光型叶菜的情况，请据此阅读。

胜负的分界线随电源结构移动

转移后的负担，真的会比现场减少的部分更大吗？即便转移了，整体也许持平，甚至略有盈余——这种感觉也会涌现。而如果胜负因地区而异，那么某处是否存在一条清晰的分界线，可能也是不少人的疑问。

至少，转移并不保证一定能获益。水耕就是个好例子。室外由阳光免费完成的光合成能量，在室内全部由电力照明替代承担。供给这些电力的发电过程同样需要水和能量，所以在现场节省的水未必能直接转化为净收益。越是像叶菜这样轻质且单价低廉的作物，转移后在电力一侧的负担就越沉——这是我从数字分析中得出的看法。那么，能否划出一条清晰的分界线？也未必。决定因素是”那些电力由什么来源产生”。同样一座植物工厂，在水力或太阳能丰富、电力清洁的地区会转向胜利；在以火力为主的地区，无论现场如何节水，发电侧都可能落败。因此，越是火力主导的高碳排地区，胜负的分界线就越先落在电源结构这一侧。反之，在电力已经足够清洁的地区，有效的着力点则会转向其他改进措施。作物种类、电源构成、运输距离——只有这些条件共同具备，胜负才能最终确定。

“光合成由电力替代承担”这一点，在数字上有明确体现。垂直农场生菜使用的能量约为温室栽培的三倍，其中约 60% 估计来自照明（LED）（见 4）。这就是为何叶菜类作物的电力负担尤为沉重。“分界线首先落在电源结构”这一判断也有数据支撑：同样的垂直农场生菜，将电源从煤炭切换为风力，有一项测算显示温室气体排放可降至约 1/100（见 4）。这是一篇评论性文章引用的单一测算，数量级本身不宜作为定论，但它提供了方向性依据——决定胜负的是接入的电源，而非设施规格本身。某项生命周期评价也报告称，“都市农业相比传统农业一律更好／更差”无从断言，依作物、栽培技术、气候、电源的组合不同，不存在在所有指标上均优于传统农业的农场（见 5）。

减少用电的改进，可以同时改善经济效益与环境指标

前面探讨了环境上的胜负。但对于经营农场的人或提供资金的人来说，还有”经济效益”这另一把尺子。如果你正在运营这样一座农场，或正在为其提供资金，你会怎么看？“改善环境数字”与”改善经济效益”，看起来是相互拉扯的关系，还是有部分是朝同一方向运动的？可持续性的话题往往被当作与经济效益无关的另一回事，但实际情况究竟如何？

直接说结论：经济效益与环境数字，远不是两回事，在相当大的部分上指向同一方向。先说电力。人工光型植物工厂中，最大的成本是电费，环境负担的最大要因也同样是电力。因此，减少用电的改进直接转化为降低电费。这两者几乎指向同一方向。不过这里有一个值得注意的前提：节能设备——高效 LED 和 HVAC、隔热层更换——需要相当的初期投资。两全其美成立的条件是”节省的电费能够覆盖投资及其回收期”。另外，我在人工光型叶菜现场的观察是，节能一旦过于激进，就会在其他地方反噬。过度压低光照或 HVAC，高密度种植下容易闷热、下叶损伤，干烧心和分拣损耗增加，损失的收益可能超过节省的电费。因此，“减电两全其美”的前提是：在不破坏收成的范围之内。运输距离亦同理：在消费地附近生产，运输排放和运输费用可同时减少。由于鲜度保持较好，废弃损耗也更可能下降——这一点难以断言，但方向上环境数字与经济效益一致。不过，并非所有方面都指向同一方向。选择清洁电力时，可再生能源目前每单位采购价格往往高于火力，存在电费反而上涨的局面。以便宜的火力运营在经济上更轻松，但环境上落败。这是唯一相互拉扯的地方。因此，将其分开来看：“减少用电”类的话题，经济效益与环境握手；“让电源清洁化”类的话题，则与价格发生冲突。只有后者相互拉扯，前者反而是盟友。

“电力既是最大成本，也是最大环境要因”这一点，从成本结构侧也得到了印证。一项室内种植小麦的设施测算中，运营成本的一半以上由人工照明电力占据。在当前电力与资本成本及小麦价格的前提下，成本约为收益的 46 倍——完全无法盈利（见 7）。反过来说，削减这部分电力就是直接削减最大成本项。环境数字与经济效益指向同一方向，根源正在于此。因此，“减电类两全其美”这一划分，源于成本构成，而非直觉。

分别测量立地的功劳与工厂的功劳

在水力或太阳能丰富的地区会转向胜利。对于这个说法，你是否曾有过这样的疑虑：这归根结底只是”选对了地方就能赢”，与植物工厂本身是否对环境友好是两回事吧？让电力清洁化的部分，不管是不是植物工厂，只要使用该地区电力的事物都能获益。这样看来，植物工厂本身特有的功劳，只剩下”减少用电”的改进这一项。

实际上，让电力清洁化的部分并非植物工厂特有的功劳。若该地区的电源清洁，隔壁工厂或普通家庭同样受益。植物工厂不过是碰巧坐落其上，将其算作自身的功劳并不公平。要看植物工厂本身的净贡献，需先将电源条件设置为中性后再比较。在使用相同电力的前提下，相比室外可以减少什么——照明替代光合成的效率能提升多少，运输与废弃损耗能削减多少，土地和水如何节约。这些在剥离电源后仍然存在的差异，才是植物工厂本身的功劳。反过来说：“选对了地方”是立地的功劳，“减少了用电”是工厂的功劳。两者的出处应当分开核算。混在一起说”植物工厂对环境有益”，就等于把立地之福包装成工厂的实力。这一逻辑同样适用于前面提到的节水优势。水资源紧张地区水的贵贱，是立地的条件，不是工厂的实力。

“以什么为分母”会改变排名，这一点也与分清出处的话题相连。这是”分母取法影响排名”这一普遍规律的一个例证——某项针对无加温温室蔬菜的都市农业比较研究报告，按种植面积测算碳排放低约 15%，但按采收物重量测算则反而更高，出现了逆转（见 2）。这不是人工光型特有的数字，而是另一种形式（温室小农 vs. 大规模配送）的例子，但”改变分母排名就会移动”这一结构本身，与形式无关普遍成立。按面积赢、按重量输——两者都是同一对象的正确数字，但分母取法不同，结论就会改变。因此，在用一个词说”植物工厂对环境有益”之前，若不附上是以什么为分母、以哪种电源为前提的数字，就等于将立地或测量方法的优势包装成实力。关于缩短运输距离，也有观点指出，其占整体供应链的比例较小，减排效果容易被高估（见 5, 6）。

区分用数字填报的栏目与保留定性的栏目

将这类话题带入内部审批或对买方、投资人的说明现场，就无法只用”对环境友好”一句话草草了事。但也并非所有事项都能用数字呈现。电源、用水、废弃物这类可以分栏用数字表达的内容，与尚无法量化、需保留为定性描述的内容——这条分界线大约划在哪里，才能日后不产生动摇？

在审批或向投资人说明时，首先要清晰地区分”可以在栏目中用数字呈现的内容”与”保留为定性的内容”。划线的标准是：能否将该地区的电源结构和分母取法——面积还是重量——各固定为一个值，并以此为基础稳定计算。电力用量、现场用水、运输距离、废弃损耗，只要前提对齐即可用数字呈现，因此纳入数字栏。反之，电源未来会变清洁的预期，或就近生产的安心感，若以数字形式呈现，日后容易动摇。因为电源结构一旦变化，前提整体崩塌，所以这些内容应如实放入定性栏。也就是说，“减少用电”类属于数字，“电源变清洁”类属于定性。工厂本身的实力可以用数字呈现，但选址条件和未来电源取决于前提，因此置于定性栏。如此划分后，即使电源前提发生变化，工厂侧的数字仍然成立，事后也不会出现”当初不是这么说的”。

“若用数字呈现日后会动摇的内容，就让它逃到定性栏”这一划线方式，也有助于防止过度宣称的失误。例如，人们往往想大力宣扬都市农业”有助于资源循环”。但实际测量物质流量后，某城市的案例显示，这仅占该城市食品消费磷总量的约 0.44%，而要消化掉城市废弃磷，需要市区面积的 2～4 倍土地（取决于前提的设定方式）（见 8）。规模主张在实际测量后，有时会得出很小的结果。正因如此，电力、用水、废弃物这类可在固定前提下测量的栏目，用数字呈现；而”将来会变清洁”、“改变整座城市”这类规模与预期的话题，不让它们伪装成数字，而是如实置于定性栏。这样做，即使前提发生变化，工厂侧的数字仍然成立。

归纳一下，对于以人工光型（PFAL）种植叶菜的工厂，各栏的胜负大致如下排列。请以此为模板，代入自家工厂的数字重新填写。

试图用一个词判定”对环境有益还是有害”，赢的栏目与输的栏目相互抵消，最终什么都说不清楚。首先质疑是真正减少了还是只是转移了；将立地的功劳与工厂的功劳分开；再将用数字填报的栏目与保留定性的栏目区分开来。做到这三点，原本只是印象的一个词，就会变成一张能与对方在同一基准上加以验证的表格。