植物工廠是一種通過設施內高精度環境控制，實現作物周年連續生產的高效設施農業系統，是由計算機對作物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養液等環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方式（楊其長和張成波，2005）。

植物工廠被國際上公認為設施農業的最高級發展階段，是衡量一個國家農業高技術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境下采用人工光源與營養液栽培技術，在不受外界氣候條件影響的環境下，進行植物周年生產的植物工廠。后者指在半密閉的溫室環境下，主要利用太陽光或短期人工補光以及營養液栽培技術進行植物周年生產的植物工廠。

植物工廠在反季節蔬菜、花卉、果品和食用菌生產方面具有重要用途，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）擴繁與生產中具有獨特的用途。目前，我國已出現了蔬菜工廠、種苗工廠、植物組培工廠等形式。

植物工廠具有露地農業生產無法比擬的優勢，具體表現為：①不受外界氣候條件影響，可進行計劃性周年連續生產或按照訂單生產，生產周期可控，產量穩定；②可實施多層立體栽培，單位面積產量高，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，工作環境舒適；④潔凈程度高，無病蟲害，不使用農藥，產品安全無污染，品質高；⑤可在非可耕地(如砂石地與鹽堿地)上生產，也可建在城市周邊或市區，就地生產銷售，減少碳足跡；⑥植物工廠環境因子控制精度高，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，農產品營養品質可調控；⑦適宜LED半導體光源應用，大幅提高資源能源利用效率。據估算，以生產葉菜為例，人工光植物工廠的生產效能約為露地生產的40～108倍(Kozai，2013)，農業生產效率獲得極大地提升；⑧植物工廠規模可大可小，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裝備；⑩可滿足極地、太空和島嶼等特殊地域使用。

除上述優勢外，植物工廠的生產優勢和所生產農產品優勢如表1-1和表1-2所示。植物工廠這種植物生產系統杜絕了有害農藥和防腐劑的使用，使農產品品質得到有效提高，且幾乎無有害化學物質添加，與現代人追求高品質的綠色健康生活宗旨不謀而合。調動植物工廠中一切可控因素，實現植物最大凈光合速率，增加干物質累積速率，提高農產品產出數量和質量是植物工廠的目標。圍繞此中心目標，需優化實施環境因素控制、養分水分供給、植物種類與種類甄選等相關條件，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、養分和根分泌物的過程優化，按照植物生長的時空需求提供最佳的植物生長環境和水肥條件，減少或避免病蟲害、植物的營養或生理失調的發生，兼顧快速生長獲得高產的同時且可達到優質的目標。

表1-1 LED光源植物工廠生產優勢分析（與露地葉菜生產相比）

表1-2 LED光源植物工廠產品優勢分析（與露地葉菜生產相比）

由于植物工廠充分運用了現代工業、生物科技、營養液栽培和信息技術等手段，技術高度密集，多年來一直被國際上公認為設施農業的最高級發展階段，是衡量一個國家農業高技術水平的重要標志之一。同時，由于植物工廠可不占用農用耕地，產品安全無污染，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食物自給的重要手段。

植物工廠的核心技術包括圍護結構技術，無土栽培技術、(LED)光照技術和環境控制技術，四類技術彼此關聯，以植物高效生產為目標進行集成。基于植物工廠集約化、智能化的本質特征，高精度管控生產過程中的各種環境因子、營養因素和管理要素的是其技術重點研發內容與發展方向。

人工光植物工廠是能從根本上改變傳統農業靠天吃飯缺點的革命性植物生產系統。在人工光植物工廠中，外界氣候對植物生長的影響幾乎為零，能夠通過植物工廠內的環境調節對植物進行有科學依據的生長控制。因此，人工光植物工廠又被稱為“無處不在，無所不能”的植物生產系統。

人工光植物工廠的設計類型可以不拘一格，如根據大小可以設計成微型、小型、超大型等，根據所要使用的地點可以設計成家庭型、街區型、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，還可以運用到學習、教育、醫療、休閑、興趣、社會網絡以及科研開發等方面。

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，新的產業、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領域的研發水平、商業普及率，以及社會認知度在2012年世界第一。在21世紀構建都市和農村資源循環系統乃至地域生態系統中，植物工廠是構成農業都市和都市農業的重要組成。

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