植物工廠是一種通過設施內(nèi)高精度環(huán)境控制，實現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效設施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是由計算機對作物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境要素進行自動控制，不受或很少受自然條件制約的全新生產(chǎn)方式（楊其長和張成波，2005）。

植物工廠被國際上公認為設施農(nóng)業(yè)的最高級發(fā)展階段，是衡量一個國家農(nóng)業(yè)高技術(shù)水平的重要標志之一。植物工廠按光照來源可分為人工光植物工廠和太陽光植物工廠兩種。前者指在完全密閉可控的環(huán)境下采用人工光源與營養(yǎng)液栽培技術(shù)，在不受外界氣候條件影響的環(huán)境下，進行植物周年生產(chǎn)的植物工廠。后者指在半密閉的溫室環(huán)境下，主要利用太陽光或短期人工補光以及營養(yǎng)液栽培技術(shù)進行植物周年生產(chǎn)的植物工廠。

植物工廠在反季節(jié)蔬菜、花卉、果品和食用菌生產(chǎn)方面具有重要用途，而且在種苗、組培苗、大田作物育苗（水稻、煙草等）和瀕危植物（中草藥）擴繁與生產(chǎn)中具有獨特的用途。目前，我國已出現(xiàn)了蔬菜工廠、種苗工廠、植物組培工廠等形式。

植物工廠具有露地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無法比擬的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：①不受外界氣候條件影響，可進行計劃性周年連續(xù)生產(chǎn)或按照訂單生產(chǎn)，生產(chǎn)周期可控，產(chǎn)量穩(wěn)定；②可實施多層立體栽培，單位面積產(chǎn)量高，土地、空間資源利用率高；③機械化、自動化程度高，勞動強度低，工作環(huán)境舒適；④潔凈程度高，無病蟲害，不使用農(nóng)藥，產(chǎn)品安全無污染，品質(zhì)高；⑤可在非可耕地(如砂石地與鹽堿地)上生產(chǎn)，也可建在城市周邊或市區(qū)，就地生產(chǎn)銷售，減少碳足跡；⑥植物工廠環(huán)境因子控制精度高，植物生長快，不僅縮短生長周期，且確保了植物苗生長的一致性，農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)可調(diào)控；⑦適宜LED半導體光源應用，大幅提高資源能源利用效率。據(jù)估算，以生產(chǎn)葉菜為例，人工光植物工廠的生產(chǎn)效能約為露地生產(chǎn)的40～108倍(Kozai，2013)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率獲得極大地提升；⑧植物工廠規(guī)模可大可小，適宜多種場所，具有“無所不在”特征；⑨適宜采納水肥一體化技術(shù)裝備；⑩可滿足極地、太空和島嶼等特殊地域使用。

除上述優(yōu)勢外，植物工廠的生產(chǎn)優(yōu)勢和所生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢如表1-1和表1-2所示。植物工廠這種植物生產(chǎn)系統(tǒng)杜絕了有害農(nóng)藥和防腐劑的使用，使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)得到有效提高，且?guī)缀鯚o有害化學物質(zhì)添加，與現(xiàn)代人追求高品質(zhì)的綠色健康生活宗旨不謀而合。調(diào)動植物工廠中一切可控因素，實現(xiàn)植物最大凈光合速率，增加干物質(zhì)累積速率，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出數(shù)量和質(zhì)量是植物工廠的目標。圍繞此中心目標，需優(yōu)化實施環(huán)境因素控制、養(yǎng)分水分供給、植物種類與種類甄選等相關(guān)條件，達到整體上綜合控制、整合、耦合生長條件，促進植物葉片、根系與空氣、根際之間的氣體、水分、養(yǎng)分和根分泌物的過程優(yōu)化，按照植物生長的時空需求提供最佳的植物生長環(huán)境和水肥條件，減少或避免病蟲害、植物的營養(yǎng)或生理失調(diào)的發(fā)生，兼顧快速生長獲得高產(chǎn)的同時且可達到優(yōu)質(zhì)的目標。

表1-1 LED光源植物工廠生產(chǎn)優(yōu)勢分析（與露地葉菜生產(chǎn)相比）

表1-2 LED光源植物工廠產(chǎn)品優(yōu)勢分析（與露地葉菜生產(chǎn)相比）

由于植物工廠充分運用了現(xiàn)代工業(yè)、生物科技、營養(yǎng)液栽培和信息技術(shù)等手段，技術(shù)高度密集，多年來一直被國際上公認為設施農(nóng)業(yè)的最高級發(fā)展階段，是衡量一個國家農(nóng)業(yè)高技術(shù)水平的重要標志之一。同時，由于植物工廠可不占用農(nóng)用耕地，產(chǎn)品安全無污染，操作省力，機械化程度高，單位土地的利用效率可達露地生產(chǎn)的40～108倍(Kozai，2013a)(表4-3)，因此又被認為是21世紀解決人口、資源、環(huán)境問題的重要途徑，也是未來航天工程、月球和其他星球探索過程中實現(xiàn)食物自給的重要手段。

植物工廠的核心技術(shù)包括圍護結(jié)構(gòu)技術(shù)，無土栽培技術(shù)、(LED)光照技術(shù)和環(huán)境控制技術(shù)，四類技術(shù)彼此關(guān)聯(lián)，以植物高效生產(chǎn)為目標進行集成。基于植物工廠集約化、智能化的本質(zhì)特征，高精度管控生產(chǎn)過程中的各種環(huán)境因子、營養(yǎng)因素和管理要素的是其技術(shù)重點研發(fā)內(nèi)容與發(fā)展方向。

人工光植物工廠是能從根本上改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)靠天吃飯缺點的革命性植物生產(chǎn)系統(tǒng)。在人工光植物工廠中，外界氣候?qū)χ参锷L的影響幾乎為零，能夠通過植物工廠內(nèi)的環(huán)境調(diào)節(jié)對植物進行有科學依據(jù)的生長控制。因此，人工光植物工廠又被稱為“無處不在，無所不能”的植物生產(chǎn)系統(tǒng)。

人工光植物工廠的設計類型可以不拘一格，如根據(jù)大小可以設計成微型、小型、超大型等，根據(jù)所要使用的地點可以設計成家庭型、街區(qū)型、車站型、便利型、超市型等。另外，人工光植物工廠用途廣泛，不但可以用于植物生產(chǎn)，還可以運用到學習、教育、醫(yī)療、休閑、興趣、社會網(wǎng)絡以及科研開發(fā)等方面。

因此，許多領域的人都認為人工光植物工廠在今后將成為一種全新的生活形態(tài)，新的產(chǎn)業(yè)、甚至成為一種新的文化，并逐漸融入到我們生活的方方面面。日本在人工光植物工廠技術(shù)領域的研發(fā)水平、商業(yè)普及率，以及社會認知度在2012年世界第一。在21世紀構(gòu)建都市和農(nóng)村資源循環(huán)系統(tǒng)乃至地域生態(tài)系統(tǒng)中，植物工廠是構(gòu)成農(nóng)業(yè)都市和都市農(nóng)業(yè)的重要組成。

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