植物工厂是一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效设施农业系统，是由计算机对作物生育过程的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境要素进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的全新生产方式（杨其长和张成波，2005）。

植物工厂被国际上公认为设施农业的最高级发展阶段，是衡量一个国家农业高技术水平的重要标志之一。植物工厂按光照来源可分为人工光植物工厂和太阳光植物工厂两种。前者指在完全密闭可控的环境下采用人工光源与营养液栽培技术，在不受外界气候条件影响的环境下，进行植物周年生产的植物工厂。后者指在半密闭的温室环境下，主要利用太阳光或短期人工补光以及营养液栽培技术进行植物周年生产的植物工厂。

植物工厂在反季节蔬菜、花卉、果品和食用菌生产方面具有重要用途，而且在种苗、组培苗、大田作物育苗（水稻、烟草等）和濒危植物（中草药）扩繁与生产中具有独特的用途。目前，我国已出现了蔬菜工厂、种苗工厂、植物组培工厂等形式。

植物工厂具有露地农业生产无法比拟的优势，具体表现为：①不受外界气候条件影响，可进行计划性周年连续生产或按照订单生产，生产周期可控，产量稳定；②可实施多层立体栽培，单位面积产量高，土地、空间资源利用率高；③机械化、自动化程度高，劳动强度低，工作环境舒适；④洁净程度高，无病虫害，不使用农药，产品安全无污染，品质高；⑤可在非可耕地(如砂石地与盐碱地)上生产，也可建在城市周边或市区，就地生产销售，减少碳足迹；⑥植物工厂环境因子控制精度高，植物生长快，不仅缩短生长周期，且确保了植物苗生长的一致性，农产品营养品质可调控；⑦适宜LED半导体光源应用，大幅提高资源能源利用效率。据估算，以生产叶菜为例，人工光植物工厂的生产效能约为露地生产的40～108倍(Kozai，2013)，农业生产效率获得极大地提升；⑧植物工厂规模可大可小，适宜多种场所，具有“无所不在”特征；⑨适宜采纳水肥一体化技术装备；⑩可满足极地、太空和岛屿等特殊地域使用。

除上述优势外，植物工厂的生产优势和所生产农产品优势如表1-1和表1-2所示。植物工厂这种植物生产系统杜绝了有害农药和防腐剂的使用，使农产品品质得到有效提高，且几乎无有害化学物质添加，与现代人追求高品质的绿色健康生活宗旨不谋而合。调动植物工厂中一切可控因素，实现植物最大净光合速率，增加干物质累积速率，提高农产品产出数量和质量是植物工厂的目标。围绕此中心目标，需优化实施环境因素控制、养分水分供给、植物种类与种类甄选等相关条件，达到整体上综合控制、整合、耦合生长条件，促进植物叶片、根系与空气、根际之间的气体、水分、养分和根分泌物的过程优化，按照植物生长的时空需求提供最佳的植物生长环境和水肥条件，减少或避免病虫害、植物的营养或生理失调的发生，兼顾快速生长获得高产的同时且可达到优质的目标。

表1-1 LED光源植物工厂生产优势分析（与露地叶菜生产相比）

表1-2 LED光源植物工厂产品优势分析（与露地叶菜生产相比）

由于植物工厂充分运用了现代工业、生物科技、营养液栽培和信息技术等手段，技术高度密集，多年来一直被国际上公认为设施农业的最高级发展阶段，是衡量一个国家农业高技术水平的重要标志之一。同时，由于植物工厂可不占用农用耕地，产品安全无污染，操作省力，机械化程度高，单位土地的利用效率可达露地生产的40～108倍(Kozai，2013a)(表4-3)，因此又被认为是21世纪解决人口、资源、环境问题的重要途径，也是未来航天工程、月球和其他星球探索过程中实现食物自给的重要手段。

植物工厂的核心技术包括围护结构技术，无土栽培技术、(LED)光照技术和环境控制技术，四类技术彼此关联，以植物高效生产为目标进行集成。基于植物工厂集约化、智能化的本质特征，高精度管控生产过程中的各种环境因子、营养因素和管理要素的是其技术重点研发内容与发展方向。

人工光植物工厂是能从根本上改变传统农业靠天吃饭缺点的革命性植物生产系统。在人工光植物工厂中，外界气候对植物生长的影响几乎为零，能够通过植物工厂内的环境调节对植物进行有科学依据的生长控制。因此，人工光植物工厂又被称为“无处不在，无所不能”的植物生产系统。

人工光植物工厂的设计类型可以不拘一格，如根据大小可以设计成微型、小型、超大型等，根据所要使用的地点可以设计成家庭型、街区型、车站型、便利型、超市型等。另外，人工光植物工厂用途广泛，不但可以用于植物生产，还可以运用到学习、教育、医疗、休闲、兴趣、社会网络以及科研开发等方面。

因此，许多领域的人都认为人工光植物工厂在今后将成为一种全新的生活形态，新的产业、甚至成为一种新的文化，并逐渐融入到我们生活的方方面面。日本在人工光植物工厂技术领域的研发水平、商业普及率，以及社会认知度在2012年世界第一。在21世纪构建都市和农村资源循环系统乃至地域生态系统中，植物工厂是构成农业都市和都市农业的重要组成。

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