通過對室內(nèi)農(nóng)業(yè)的深入分析，我們跟蹤研究了1000多家此領(lǐng)域的公司，以了解描繪目前受控環(huán)境農(nóng)業(yè)的技術(shù)生態(tài)，包括垂直農(nóng)場、溫室、城市農(nóng)場、植物工廠和集裝箱農(nóng)場以及在各個場景中涉及到的科技技術(shù)。

了解行業(yè)風(fēng)景

受控環(huán)境農(nóng)業(yè)或室內(nèi)農(nóng)業(yè)，由于在受控環(huán)境中種植農(nóng)作物具有令人信服的好處，一直受到極大的關(guān)注。此報告?zhèn)戎赜趯κ覂?nèi)農(nóng)業(yè)市場的技術(shù)生態(tài)方面的概況，而非熱點投資圖譜。

報告跟蹤了室內(nèi)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的1000多家公司。這里包括了那些直接和間接活躍在這個領(lǐng)域的公司。不同于其他機構(gòu)的評估報告，此報告僅限于生產(chǎn)傳統(tǒng)作物的室內(nèi)農(nóng)業(yè)，從種子到收獲后的活動，以及在生產(chǎn)中用到的數(shù)字和信息技術(shù)。

行業(yè)被劃分為組件技術(shù)、種植生產(chǎn)系統(tǒng)和實際的種植者的廣義類別。室內(nèi)運營中的其他一些重要組成部分，如建筑結(jié)構(gòu)本身、能源系統(tǒng)以及傳統(tǒng)設(shè)備和供應(yīng)未包含在內(nèi)。

此外，該領(lǐng)域的許多公司，特別是成熟的供應(yīng)商，會提供多個類別的產(chǎn)品，但在報告中僅被歸納到一種類別。還有，供應(yīng)鏈平臺和其他下游應(yīng)用程序也未包含在此報告中。

溫室是室內(nèi)農(nóng)業(yè)行業(yè)的一部分

溫室，作為一種更傳統(tǒng)的室內(nèi)耕作方式，早已被大眾所熟知，但仍包括在討論中。盡管在不見陽光的全封閉環(huán)境中，使用人造燈光種植的室內(nèi)植物工廠會引起更多的關(guān)注，然而溫室同樣有引人注目的優(yōu)點，幾十年來一直被廣泛用來提高作物產(chǎn)量。

它們已經(jīng)發(fā)展到技術(shù)成熟，規(guī)模龐大，部署廣泛，同時在能源、可持續(xù)發(fā)展、照明、環(huán)境控制、灌溉、監(jiān)測和自動化方面融入了相當(dāng)?shù)膭?chuàng)新。在一些溫室作業(yè)中，生產(chǎn)已經(jīng)完全自動化。

組件技術(shù)

室內(nèi)農(nóng)業(yè)科技組件技術(shù)分為環(huán)境、監(jiān)控、管理和自動化。一般來說，這些技術(shù)也同時適用于無陽光的密閉環(huán)境和有陽光的半封閉溫室環(huán)境。

環(huán)境部分包括用于維持最佳生長環(huán)境的系統(tǒng)供應(yīng)商，即環(huán)境控制、灌溉施肥和照明。環(huán)境控制和施肥并不是新技術(shù)，但它們會影響農(nóng)場經(jīng)營者的決定，使運營更加精確和規(guī)模更大。

照明，是第三個組成部分，近年來經(jīng)歷了更多的變化，因為LED已經(jīng)成為傳統(tǒng)照明技術(shù)的一個普及化的替代品。照明系統(tǒng)，在沒有陽光的密閉環(huán)境中應(yīng)用最為明顯，但也應(yīng)用于溫室生產(chǎn)，在陽光不足時提供照明。

監(jiān)測解決方案，包括用于收集環(huán)境、作物健康和病蟲害壓力數(shù)據(jù)的傳感器和成像系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測公司測量諸如室內(nèi)和室外天氣、土壤水分以及養(yǎng)分、二氧化碳和光照水平等條件；收集歷史上用于驅(qū)動決策和相對宏觀水平上進行控制的數(shù)據(jù)。

最新的病蟲害和作物監(jiān)測方面的創(chuàng)新，如自動偵察、壓力檢測和生長監(jiān)測，可以將監(jiān)控重點從維持外部環(huán)境條件，轉(zhuǎn)移到植物自身對種植者決策的實時響應(yīng)上。

管理和分析部分，包括作物和農(nóng)場管理解決方案，可能是所有組件技術(shù)中最有前途的。隨著傳感器和相關(guān)大數(shù)據(jù)分析的更廣泛部署，AI將越來越多地通過主動預(yù)測、實時自主優(yōu)化來管理作物成長環(huán)境。

AI可以識別超出人類種植者能力的復(fù)雜交互。與田間耕作一樣，產(chǎn)量最大化并不意味著農(nóng)場整體成功運營最大化。預(yù)測、勞力和整體農(nóng)場管理解決方案可以滿足這一更大的需求。

自動化部門包括苗圃產(chǎn)前、產(chǎn)中和收獲后機械化的公司。苗圃和收獲后的自動化解決方案由來已久，包括前端的自動播種機和移栽機，以及后端的分揀、分級和包裝設(shè)備。

用于作物保護的機器人噴霧器和內(nèi)部運輸方案，如自動引導(dǎo)車輛和移動工作臺系統(tǒng)，銷售狀況向好。

自動化的薄弱環(huán)節(jié)在于作物維護和收獲領(lǐng)域，特別是對于結(jié)果實的作物。盡管近年來進行了大量的研究和開發(fā)工作，但這些任務(wù)的自動化被證明是難以捉摸的，而且可部署的解決方案還處于萌芽狀態(tài)。

種植生產(chǎn)系統(tǒng)

除了向室內(nèi)農(nóng)業(yè)市場銷售單個組件技術(shù)外，企業(yè)還銷售各種配置的種植生產(chǎn)系統(tǒng)，包括家用、商用、全密閉和半封閉系統(tǒng)。

這些系統(tǒng)在尺寸和功能上幾乎是線性擴展的，從桌臺上消費級系統(tǒng)到專業(yè)的商業(yè)化規(guī)模級別的，供應(yīng)商都有提供完整的生長環(huán)境。

雖然人們可以在亞馬遜、阿里巴巴和沃爾瑪網(wǎng)站上找到無數(shù)的消費者和業(yè)余愛好者種植系統(tǒng)，但由于此報告以商業(yè)作物生產(chǎn)為重點，所以并沒有關(guān)注他們。

工業(yè)種植裝置

這些獨立單元旨在用于餐館、超市或公司/學(xué)校的餐飲服務(wù)區(qū)域，專為批量生產(chǎn)而設(shè)計，既可以放在商店前也可以放在房子后。目前，雖然主要種植蔬菜和草藥，但他們可為零售商和食品服務(wù)提供最新鮮的產(chǎn)品，幾乎消除了配送途中產(chǎn)生的碳足跡。

這些設(shè)備不僅可設(shè)定生長環(huán)境，還包括操作軟件的所有必要元素，而且許多設(shè)備還提供服務(wù)/供應(yīng)程序，其中包括種子、養(yǎng)分輸入、種植配方，甚至遠程監(jiān)控和操作，即設(shè)備供應(yīng)商可以遠程種植。

集裝箱系統(tǒng)

與工業(yè)裝置一樣，集裝箱系統(tǒng)提供了一個完整的成長環(huán)境，但通常被封閉在一個貨運集裝箱中?？傮w而言，這些單元可顯著增加產(chǎn)量，并在位置上提供極大的靈活性，包括在室外及室內(nèi)使用。

只需適度的投資，大約10萬美元，它們每年就能生產(chǎn)出數(shù)噸的蔬菜和草藥。其各種優(yōu)勢吸引了大量客戶，有零售商或食品服務(wù)商在其配送中心的設(shè)置集裝箱農(nóng)場，也有想要嘗試每年室內(nèi)種植的傳統(tǒng)農(nóng)戶。

全密閉和半封閉種植系統(tǒng)

系統(tǒng)制造商可以以工業(yè)規(guī)模部署種植系統(tǒng)。它們通常是模塊化的，允許購買者根據(jù)需要來擴展。通常，這些系統(tǒng)含完整的種植環(huán)境，包括生產(chǎn)所需的所有組件，通常配置可以客戶需求制定。

這些系統(tǒng)專為減少勞動力和單位空間產(chǎn)量最大化而設(shè)計，并使用自動化來實現(xiàn)。與其他領(lǐng)域一樣，這些系統(tǒng)制造商中的許多都在為全密閉環(huán)境的和半封閉溫室的市場制造產(chǎn)品。

全密閉種植環(huán)境往往利用垂直農(nóng)法，通常配置為堆疊的水平托盤或垂直生長的管柱/面板/墻壁。這些系統(tǒng)中的大多數(shù)利用水培提供養(yǎng)分，也有一些供應(yīng)商正在提供氣培方法，例如瑞士CombaGroup的可移動氣培系統(tǒng)，或是魚菜共生方式。

目前，大多數(shù)的系統(tǒng)都在生產(chǎn)綠葉蔬菜和草藥，還生產(chǎn)草莓等水果。雖然與溫室相比，全密閉種植占地面積通常較小，但由于系統(tǒng)的垂直方向，它們能夠在每層面積上進行大量生產(chǎn)。

例如在瓊斯食品公司的垂直種植設(shè)施中，17層種植架堆疊到11米高。不過，在某些情況下，全密閉種植系統(tǒng)可以占據(jù)更大的面積，例如中科三安在中國的植物工廠占地面積超過12畝，每天生產(chǎn)1.5噸綠葉蔬菜。

中科三安植物工廠

這些系統(tǒng)提供了各種商業(yè)模式，從簡單的設(shè)備銷售到交鑰匙項目，其中供應(yīng)商也可與客戶合作并提供運營專業(yè)知識和技術(shù)支持。

溫室生產(chǎn)系統(tǒng)通常是水平定向的，可通過各種方法輸送養(yǎng)分，如深水浮筏、營養(yǎng)薄膜技術(shù)或滴灌。溫室系統(tǒng)能在自然光和補充照明的環(huán)境中運行。它們可用于種植一系列作物，從綠葉蔬菜和草藥，到蔓藤類，如葡萄、西紅柿、黃瓜和辣椒等，以及越來越多的草莓。

典型的溫室占地面積相當(dāng)大，以幾畝地起，甚至以數(shù)十畝為特點。系統(tǒng)內(nèi)的自動化是多種多樣的，通常取決于作物，在蔓藤類種植系統(tǒng)中的用到最少，而在綠葉蔬菜和草本植物中的自動化程度就很高。許多供應(yīng)商，如比利時Hortiplan和荷蘭科迪馬等等，都廣泛提供從播種到收獲的全自動化系統(tǒng)。

種植生產(chǎn)商

在今年的行業(yè)側(cè)寫中，除了室內(nèi)農(nóng)業(yè)技術(shù)之外，突出室內(nèi)種植生產(chǎn)者也是必要的。雖然種植生產(chǎn)仍然是農(nóng)業(yè)的核心，但科技是現(xiàn)代室內(nèi)農(nóng)業(yè)及其運作的精髓。室內(nèi)種植者不僅利用科技進行生產(chǎn)，種植商在許多情況下，如Bowery農(nóng)場和魚菜共生種植商Edenworks農(nóng)場，也都在開發(fā)自己的技術(shù)。

這里匯集了今天市場上的優(yōu)質(zhì)室內(nèi)種植經(jīng)營者。這些代表，因其各自業(yè)務(wù)中使用的技術(shù)規(guī)模和范圍、創(chuàng)新的系統(tǒng)集成、新穎的方法而聞名，或因他們目前正在其國家或地區(qū)開創(chuàng)并實踐室內(nèi)科學(xué)種植。

在過去幾年中備受矚目的現(xiàn)代受控環(huán)境種植者們，正站在亞洲早期植物工廠的肩膀上，那里是25年前開始受控環(huán)境農(nóng)業(yè)的地方。雖然過去幾年為全密閉種植業(yè)提供的大部分公開資金都在美國，但現(xiàn)在亞洲各地有500多家工廠在運營。

經(jīng)濟可行性仍然是這些設(shè)施和受控環(huán)境種植系統(tǒng)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)和批評。日本種植商Spread在2018年末開設(shè)了他們的第二個設(shè)施，聲稱通過使用技術(shù)、規(guī)模和自動化，他們不僅可以盈利，而且可以與田間耕作相比具有成本競爭力。

日本Spread植物工廠

溫室則是更大更發(fā)達的種植方式。據(jù)估計，全球永久性溫室建筑有超過六百萬畝的蔬菜生產(chǎn)。盡管如此，大多數(shù)技術(shù)先進和最集中的地區(qū)都在荷蘭，那里“玻璃下”面積比曼哈頓還大。而且，最近對全密閉受控環(huán)境農(nóng)業(yè)和大麻行業(yè)的興起似乎刺激了該行業(yè)的更多活動。

自2018年以來，已有超過5億美元的投資投入到受控環(huán)境農(nóng)業(yè)上。在同一時期，行業(yè)已經(jīng)看到了像谷歌，軟銀，Equilibrium這樣的實力資本部署了大量投資在受控環(huán)境（食品）行業(yè)；又比如，高譚農(nóng)場和光明農(nóng)場籌集了8400萬美元，ValueAct資本和Revolution等投資者對AppHarvest溫室農(nóng)場進行了投資，作為肯塔基州東部美國最大的溫室之一。

AppHarvest溫室農(nóng)場

同時，在亞洲，中國也正在大規(guī)模興建現(xiàn)代化溫室，升級室內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，并引入大批荷蘭知名農(nóng)業(yè)公司參與，利用荷蘭先進溫室農(nóng)業(yè)技術(shù)的幫助來實現(xiàn)目標(biāo)。

 另外，還有許多令人印象深刻和基于社區(qū)迫切需要和社會影響的組織，專注于室內(nèi)種植。這些努力的范圍從幫助青少年及弱勢群體在城市獲得新鮮農(nóng)產(chǎn)品，到增加就業(yè)機會。這些都是重要的實體，但由于本報告?zhèn)戎赜谏虡I(yè)化的業(yè)務(wù)和生產(chǎn)，因此沒有包含他們。

不斷變化的行業(yè)

我們將溫室和全密閉種植系統(tǒng)作為不斷增長的方式或市場進行區(qū)分。這種細(xì)分只是為了提高行業(yè)意識，確保整個市場和各種方法都得到體現(xiàn)。

室內(nèi)農(nóng)業(yè)是否將成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的常態(tài)呢？我們經(jīng)常會聽到這樣的說法，說“這”是室內(nèi)農(nóng)業(yè)的“正確”方法，或者這是農(nóng)業(yè)的“未來”。實際上，從“你試圖解決什么問題”開始會更加合適。獨特的環(huán)境、氣候、經(jīng)濟和市場因素將為種植方式提供參考信息。

所謂一刀切的完美農(nóng)業(yè)解決方案是否存在，或占據(jù)主導(dǎo)地位，是令人懷疑的。應(yīng)該利用最合適的種植結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和技術(shù)來實現(xiàn)所需的作物、位置和商業(yè)目標(biāo)。新加坡的挑戰(zhàn)、需求和各項指標(biāo)，肯定與圣路易斯，中國或迪拜的不同。

我們不僅看到供貨商和技術(shù)提供商同時為全密閉和半封閉種植系統(tǒng)提供產(chǎn)品和技術(shù)，一些種植者現(xiàn)在正在利用或結(jié)合這兩種系統(tǒng)方法。

經(jīng)驗豐富的室內(nèi)種植商Green Sense農(nóng)場現(xiàn)在正在設(shè)計組合設(shè)施，而Shenadoah農(nóng)場，作為一個長期的田地和溫室種植商，已經(jīng)在他們的運營中增加了全密閉種植系統(tǒng)。Deliscious是荷蘭生菜種植商，在植物運輸?shù)綔厥抑埃褜⑷荛]播種和繁殖無縫集成到自動化工作流程中。

展望未來

為了實現(xiàn)承諾和持續(xù)擴張，特別是在那些傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展不足的地區(qū)，室內(nèi)農(nóng)業(yè)需要降低其運營成本。特別是全密閉種植系統(tǒng)，由于缺乏規(guī)?；湍茉词褂眯?，會阻礙它進一步的發(fā)展。

雖然室內(nèi)農(nóng)業(yè)成本需要更接近農(nóng)田生產(chǎn)，但沒有人會在成本競爭中受益。室內(nèi)和農(nóng)田農(nóng)業(yè)都在應(yīng)對一些相同的挑戰(zhàn)，包括勞動力、可持續(xù)性、安全性、可追溯性和盈利能力。

科技在應(yīng)對這些挑戰(zhàn)方面發(fā)揮著重要作用，我們期待著在數(shù)據(jù)捕獲和分析、自動化以及預(yù)測和自主控制方面看到進一步的進步、創(chuàng)新和實施。

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