过去,农业给人留下的普遍印象是靠天吃饭,并且听到把农业搬到室内,总认为是未来科幻奇想,或是认为很高科技,然而可以设置在城市,就近供应食物的设施农业,包括在室内以人工照明种植的“垂直农业”,在疫情刺激寻求粮食安全下,成为粮食安全的可靠资源,不再只是科幻需求,设施农业可在全球供给受限、通货膨胀下发挥稳定粮食供应的功能。
国际上对设施农业尚未有统一的定义,但国内外对于设施农业的核心始终是一致的,即通过人工干预改变环境变量,从而部分摆脱甚至完全摆脱农业对自然环境的依赖,以构建出更适宜动植物高效生长的环境。
设施农业在政策的关怀下,也将迎来春天。2022年的中央一号文件有一个重要精神就是“加快发展设施农业”,并且是首次涉及到设施农业最多最全面的论述。同时,主政者在“两会”期间也指出：“向森林、向江河湖海、向设施农业要食物”。设施农业成为更好满足人民群众日益多元化的食物消费需求的其中一个途径。
设施农业从种类上分,主要包括设施园艺(种植)和设施养殖两大部分。设施养殖主要有水产养殖和畜牧养殖两大类,但地方农机管理部门习惯把设施园艺称为设施农业；从类型上分,主要包括大棚、日光温室、连栋温室等。我国设施农业发展呈现以下四个特点：
(1)设施规模大
根据第三次全国国土调查主要数据公报(2021年8月25日)显示,我国耕地面积191792.79万亩。根据农业农村部规划设计研究院设施农业研究所报道显示,全国各类设施农业面积达20500万亩,占总耕地的10.7%,居世界第一。
其中全国大中拱棚以上的设施面积达370万公顷(5550万亩),占世界设施园艺面积的80%；连栋温室面积99.9万公顷(1500万亩),占全国设施面积的27%；玻璃温室被称为装备水平最高的温室,我国有9000公顷(13.5万亩),仅次于荷兰(10800公顷),位居世界第二。
(2)产业作用大
设施农业种植品种涉及蔬菜、水果、花卉、食用菌、苗木等产业,从栽培作物看,蔬菜占设施园艺总面积的85%以上,以番茄、黄瓜、茄子、甜椒等为主；其次为鲜切花和盆栽花卉。
设施蔬菜播种面积400万公顷(6000万亩),占蔬菜播种面积的17%。产量近3亿吨,占蔬菜总产量的38%,产值9800亿元,占农业总产值的17.9%。设施花卉面积11.6万公顷(174万亩),占花卉种植面积的8.7%。设施果树6.7万公顷(100万亩,不含草莓)。
(3)拉动需求大
中国设施农业面积已占世界总量的88%,量的绝对优势必要向技术含量的提高上转化,植物工厂技术、植物组织培养、水肥一体化技术、无土栽培技术、农业物联网成为设施农业发展方向。与技术需求对应的产业链上下游的产业供给需求也应运而生,将拉动巨大的产业链需求。
以农机装备为例,目前我国设施农业装备整体水平较低,成为限制经营效益的重要因素之一。按耕、播、收、灌溉、环控五环节综合测算,以北京为例,2020年北京市设施农业面积总计19.26万亩 (1.28万hm2),设施农业机械化水平36.16%,全国设施农业机械化率40.53%。并且在《北京市“十四五”时期乡村振兴战略实施规划》中提到,到2025年设施农业机械化率达到55%。也从机械化水平现状与产业需求对比看,装备升级需求巨大。
图：北京市设施农业机械化面积及占比
数据来源：公开网站,35斗研究院绘制
以人才为例,现代设施农业囊括农作物的栽培、作物营养、植物保护、生物信息技术、环境工程学、建筑工程学、物联网技术等多个学科的专业知识,技术密集度较高,对从业人员的专业知识、系统的操作使用等方面均有较高的要求,成为限制农业发展的一大因素。
然而,目前现在技术、管理和经营型人才的缺失,限制了设施农业的发展。国家积极支持家庭农场、专业大户、专业合作社、农业产业化龙头企业等新型农业经营主体,“新农人”的培育,推动国内农业现代化进入可持续向好的良性循环。以大连市为例,近两年大连市各级农业农村部门克服新冠肺炎疫情影响,千方百计开展对设施生产管理的技术扶持,累计培训农民20余万人次。
近年来,随着我国设施农业的发展,农民企业逐步壮大,出现了越来越多的家庭农场、专业合作社乃至重点龙头企业发挥带头作用。并且各地政府,鼓励各类涉农科研高校、职业教育学校大力培养设施农业人才,吸引鼓励广大青年报考设施农业相关的院校,并以培育和建设技术创新、应用推广、生产管理的人才团队为重点,构建一支有文化、懂技术、善经营、会管理的专业型人才、复合型设施农业经营人才队伍,以期建立完善、高效、可控的设施农业系统。
(4)新趋势空间大
设施农业发展趋势明显,逐渐朝着信息化数字化、自动化智能化、规模化集约化、绿色化生态化、全程化全面化方向发展,市场规模达万亿。据S2G Ventures发布的一份报告预测,到2025年,设施农业将支持超过10%的蔬菜和草本农作物种植,并在未来十年为种植者带来巨大发展机遇。
35斗也整理了2021年国外设施农业细分领域代表性公司投融资情况,包括90家代表性公司,共涉及21个国家,融资金额达数十亿美元。从融资金额来看,集中在数百万到几亿美元级别,其中以色列Netafim公司的融资金额最高,达到5亿美元。也让设施农业行业从业者看到了巨大的产业空间可能性。
再将目标放的更长远一些,当前国内不论是大中拱棚以上的设施面积、连栋温室面积、玻璃温室面积,都在世界范围内排前列,设施农业体量堪称世界第一,与国外以及终极目标比起来,还有很大的差距,新趋势下国内的设施农业空间更是巨大。
设施农业属于高投入高产出,资金、技术、劳动力密集型的产业。它是利用人工建造的设施,使传统农业逐步摆脱自然的束缚,走向现代工厂化农业、环境安全型农业生产、无毒农业的必由之路,同时也是农产品打破传统农业的季节性,实现农产品的反季节上市,进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。
在发展设施农业过程中,以保护环境、低碳节能作为前提条件,以高产高效为基础保障。欧盟明确要求温室作物生产全部采用无土栽培,替代费水、费肥、费工的传统种植方式,可避免土壤连作障碍,生产出健康安全的农产品。
并且我国设施农业产业链中的要素企业为室内食物种植生产提供了科技创新生态系统,即从生产科技组件的公司,到完整种植系统的供应商,再到科技驱动型的设施农场运营商,都在为节能减排的可持续发展目标奋斗着。以下是一些代表性的企业。
新格林
整合国际国内尖端技术资源和优质品种资源搭建现代化设施农业系统,针对区域特色实现从0到1的全产业链布局。
水木九天
在蔬菜工厂模式下,水木九天使番茄的价值不仅仅体现在单纯的农产品交易环节,通过数字化技术将番茄的生态价值打造成了另一个交易指标。不仅实现了设施农业种植环境可控,最大限度的按需提供水分、养料和光照,极大的节约了种植资源。
农政齐民
在鱼菜共生生态型设施农业中,实现0土壤、0化肥、0农药、0营养液、0污染、0排放,解决了农药残留问题,将种养殖结合,与传统种养殖相比,节水90%、节约土地80%、节约人力资源70%、节约电能60%,实现高产且365天全年生产和交付。
3.1 作物增产、资源集约双管齐下发力精准农业,从传统农业中置换1.9亿亩农田
设施农业的类型很多,其中主要围绕拱棚、连栋温室和玻璃温室等类型,不同类型的设施农业带来的经济效益有所不同,不同品种的选择无论是从适用性还是效益来看也有所不同。从相对成熟的蔬菜种植来看：
以拱棚为例,山东寿光的大棚蔬菜的单产是露天栽植的3.5倍,并且有的企业也在做鱼菜共生这样的智能植物工厂,实现了365天,每天24小时不间断生产,在产菜方面是传统生产方式的5倍产能,并且还带来较传统养殖10倍产鱼的产能。
以玻璃温室为例,目前垂直农业为大城市带来了一定的应急保供需求,以水木九天蔬菜工厂为例,每平米番茄的有效果产量可达大田生产50倍以上。根据美国农业部的数据,2016年,温室水培番茄的平均产量为10.59磅/平方英尺,而传统种植的番茄平均产量为1.85磅/平方英尺,温室产能为传统种植的5.72倍。
若以蔬菜种植为例,目前全国蔬菜种植面积约为2.4亿亩,若大部分移入室内。按照设施农业与传统农业产能对比来看,0.48亿亩设施农业的产能等同于2.4亿亩传统蔬菜种植的产能(按照5倍传统农业产能),意即使用设施农业可节约1.92亿亩普通农业用地,用来完成其他经济生产。
图：全国蔬菜播种面积及产量情况
数据来源：公开网站,35斗研究院绘制
目前,花卉与水果也是设施农业占比中相对较大的两块,但总体体量不大,约为300万亩,在访谈的设施农业企业里面,相关负责人也反馈,在水果种植方面,尤其是草莓,普通农户种植产量约3000斤/亩,而通过企业搭建的设施农业8000-10000斤/亩,至少为传统种植的3倍。
同时,很多产区也将中草药以及育种放置在设施农业中,根据光明母港数据显示,已成功实现植物工厂水稻种植60天左右收获的重要突破,将传统大田环境下120天左右的水稻生长周期缩短了一半,也就意味着产能将为传统大田的2倍。
从长远来看,除目前的蔬菜、花卉、水果等设施规模逐渐扩增的趋势,同时更多的经济作物,甚至部分粮食作物也可能搬入设施农业系统。这样来看市场空间以及置换土地量将会更大。
3.2 防灾减灾,预计减少5100万亩农作物灾害损失
近几年,由于全球气候的变化,引起全国不同范围内出现干旱、水涝等自然灾害,很容易引起传统农业的损失。根据国家统计局统计数据显示,2017-2021年,全国农作物受灾面积相对趋于稳定,近5年的平均受灾面积为1805万公顷(27075万亩),其中绝收面积平均值为231.2万公顷(3468万亩)。
按照国家规定的,受灾指因灾害造成农作物比正常年份减产10%以上；绝收指因灾害造成农作物比正常年份减产70%以上。我们按照最低限度值计算,全国农作物每年因灾害引起的损失,折合面积约为5135.1万亩。使用设施农业则可以减少这部分损失,再次节约5135.1万亩土地。
图：近5年,全国农作物受灾情况,注：灾害因素-洪涝和地质、干旱、低温冷冻和雪灾、海洋灾害,数据来源：公开网站,35斗研究院绘制
3.3 增强保供,从产后处理和储存环节减少6000万亩食物损失
据成升魁研究团队的最新研究结果表明,中国整个食物供应链的食物损失和浪费量达3.5亿吨,占食物总生产量(直接供消费者食用)的27%,食物损失和浪费主要发生在产后处理和储存阶段,所占比例为45%。其中蔬菜、水果在浪费食物结构中占比约为41%,折合来算约为1.44亿吨。
传统种植目前还面临在产后处理和储存过程中的大量损失和浪费的问题。按照目前全国的情况来看,设施农业其中一个优势是可以建在大城市周边,以低面积供养大城市食物需求,物流时间的缩短以及本身极度新鲜将大大降低产后处理和储存环节带来的食物损失和浪费。
水木九天创始人透露,通过蔬菜工厂生产的番茄保鲜期为20天,较普通模式下的5-7天,可大大减少食物损失和浪费。新格林和农政齐民的负责人也表示,以百公里为范围,运输时间2-4小时,从时间和距离上充分保证食物的新鲜及中间环节浪费。
根据国家统计局统计的蔬菜种植面积与产量之间的关系来看,蔬菜的平均亩产量约为2.3吨,以1.44亿吨的损失和浪费来算,约折合6260万亩的土地产能,按照理想的设施农业减损,至少可以腾出6000万亩农田。
总的来看,从增产效能(约等于1.9亿亩新增耕地)、减灾效能(约等于0.5亿亩新增耕地)、减损效能(约等于0.6亿亩新增耕地)综合计算,理论上大范围采用设施农业可增加约3亿亩“虚拟耕地”的产能。未来,随着设施农业在高产、抗性、保供、就近供应等方向的效能逐步开发,其新增的“虚拟耕地”也会越来越多。