粮食需求不断膨胀，城市耕地却日益萎缩，如何解决这个问题呢?日本，这个土地面积非常有限的国家，给出了一个解决方案——植物工厂。这个植物工厂可以建设在郊区或者闲置的厂房里，在层层叠叠的栽培架上，蔬菜们“不见天日”地成长，但却出落得水灵健康。这不是想象或假设，而是日本株式会社未来(Mirai)已经商业化并正在全球推行的新型农业生产方式。
有营养的LED灯
植物必须进行光合作用才可能生长，那么在全封闭的植物工厂，植物如何获取生长的能量呢?答案是，LED灯。植物工厂完全以LED灯和日光灯取代自然光，有针对性地为蔬菜提供它们所需的营养光，对温度、湿度、光照、二氧化碳、营养成分等植物生长所需的环境进行严格控制。
光照是植物工厂的核心。过往，类似的植物工厂多数使用金属灯、节能灯作为光源，但由于耗电量大，只能用作补光手段，不能用作主要照明。而LED灯则是非常理想的替代品：LED灯的芯片发光单一，可配比调节出对植物更有针对性的营养光，而且能实现人为调节亮度、光质和光节奏;此外，它还有着光质纯、光效高、低发热和节能环保等优势。
太阳辐射不能精准匹配植物需求，但人工光可以。根据上述研究结果，植物工厂栽培架上的照明被分成了白色、红色、白色三个区域，并采用了通用的照明技术，既能均匀分散高指向性LED 光线，又能根据植物的生长阶段照射不同波长光线的技术。比如，在蔬菜播种到育苗的初期阶段，会照射白色和红色LED 光源混合在一起的偏白光线来促进光合作用。然后，再照射由配备红蓝色LED 光源发出的偏红光线来促进叶子和根茎的生长。临近收获期时，会再次照射偏白的光线来促进光合作用。采用这种方法之后，与只使用荧光灯时相比，不仅耗电量减少了40%，相同面积的收获量也提高了50%。
由于植物工厂的栽培架是层叠的，栽培架间隔为35厘米左右，总高可从6层到15层不等(视实际环境而定，可调节)，占地更少，生长周期则缩短了一半左右。目前，植物工厂总共可栽培40～50种蔬菜，以生菜，香草类叶菜居多。株式会社未来社长嶋村茂治告诉记者，选择以生菜为主的原因是其生命力强，生产周期、植株高度适宜，“生菜的传统生产周期为70天左右，而在植物工厂，生产周期仅需33~35天。”
走出日本
早在上世纪60年代，日本就有机构着手研究人工蔬菜种植。株式会社未来创办于2004年，在2009年前，他们一直以小规模生产为主，2009年获得政府补贴并与日本国立千叶大学进行科研合作，建立了规模约为3000株的试验厂房。试验获得成功后，便开始大规模的商业化生产。
用人工光代替自然光种菜，这或许会引起了一些消费者的顾虑：这样生产出来的生菜足够安全营养吗?对此，嶋村茂治告诉记者，在封闭的用水培植的栽培方式下，蔬菜可以避免土壤污染、农药污染。植物工厂配有调节温度、湿度等设备，每个生产环节都可以实现人为把关。而封闭的另外一个好处是避免了天气干扰，菜价和产量可以长年保持稳定。
不过，如此精心培育的蔬菜，价格自然比较“傲娇”。在日本，植物工厂的生菜多以单棵独立包装销售，每80~100克生菜售价为200日元(约等于10~12元人民币)，比起普通生菜100~130日元的售价高出了不少。嶋村茂治认为贵有贵的道理，“这样的蔬菜口感更加清甜，很多挑食的小孩都愿意吃”。
目前，单个日产为10000株的植物工厂在日本的年销售额约为3亿日元。据介绍，单个日产量10000株的植物工厂可同时容纳35万个种子，除了培植的前35天之外，全年每一天都可以获得收成。这也是植物工厂效率高的原因之一。2009年时，日本已经约有50家植物工厂，到今年2月份为止，数量已经上升至168家，年增长率约为20%，今年7月，株式会社未来在日本宫城县多贺市建成了全球规模最大的植物工厂。
在日本本土站稳了脚跟，植物工厂的目光开始瞄向海外市场，比如那些耕地少的大城市或气候恶劣的地区。蒙古之后，中国和俄罗斯是植物工厂的下一站。据悉，目前香港工厂已在建设中。俄罗斯工厂将于明年春天竣工，而香港工厂预计今年年底就能投入正常运营了。“香港是个人口密集、寸土寸金的城市，对进口食物依赖度很高，稳定而庞大的食材需求符合植物工厂的目标市场，同时这也是一个验证都市农业商业模式案例的机会。”嶋村茂治向记者解释道。
与此同时，株式会社未来也已准备进入中国内地市场，2013年成立了未来大田(北京)贸易有限公司(下称未来大田)，他们认为，只要把握好机遇，中国市场有望达到日本10倍以上的规模。“中国市场已存在广泛意义上的植物工厂，国内大概有20~30家所谓的植物工厂，但还没有一家能真正实现大规模的商业化生产。”未来大田副总经理白宝锁告诉记者。
但植物工厂推进也面临着难题，最大的挑战便是投资成本。事实上，定价的“高冷”也主要受到成本的制约，不卖这么贵，难以保证运营回报。从投资回报的角度出发，白宝锁认为，占地面积在1500平方米、日产量为10000株的工厂规模最为理想。以日本为例，一间10000株生菜生产规模的植物工厂，前期整体投入约10亿日元(约5700万元人民币)，大约需要30~35位工作人员。其中，人工费占总成本约30%，电费和水费则占25～30%，消耗品费用占5～10%，剩余部分为折旧费和其他费用。
目前，未来大田正在跟进华北和东北地区的一些合作项目，也与中国国家蔬菜工程技术研究中心签订了关于植物工厂领域的合作框架性协议。进入中国市场后，未来大田打算前期先以销售设备(目前的所有地区项目的设备都为日本进口)、指导栽培技术为主，不打算直接销售蔬菜。
不过，植物工厂的前期投入较高，投资回收周期有多长?白宝锁认为，高端商超、高端餐饮与酒店以及高收入家庭是植物工厂的主要销售对象。白宝锁与团队也在北京和上海进行过市场调查，目前高端超市等终端的蔬菜价格区间为每100克10到12元人民币，因此未来中国本土的植物工厂的生菜售价与之持平或更低。
从电力行业转投农业科技的白宝锁，对农业科技的前景充满了信心，他预计植物工厂可以在6~7年后收回投资，“农业投资一般都是长期投资，这在农业投资中算是非常短的了，但每所工厂的投资回报周期也会因所在地和栽培品种的不同而有些差异。”
