植物工廠是一種通過設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制，實(shí)現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效設(shè)施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)對(duì)作物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營(yíng)養(yǎng)液等環(huán)境要素進(jìn)行自動(dòng)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(zhǎng)和張成波，2005）。

植物工廠被國(guó)際上公認(rèn)為設(shè)施農(nóng)業(yè)的最高級(jí)發(fā)展階段，是衡量一個(gè)國(guó)家農(nóng)業(yè)高技術(shù)水平的重要標(biāo)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(yíng)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(jìn)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(bǔ)光以及營(yíng)養(yǎng)液栽培技術(shù)進(jìn)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(kuò)繁與生產(chǎn)中具有獨(dú)特的用途。目前，我國(guó)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(shì)，具體表現(xiàn)為：①不受外界氣候條件影響，可進(jìn)行計(jì)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(shí)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(jī)械化、自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)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(zhǎng)快，不僅縮短生長(zhǎng)周期，且確保了植物苗生長(zhǎng)的一致性，農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)可調(diào)控；⑦適宜LED半導(dǎo)體光源應(yīng)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)?？纱罂尚?，適宜多種場(chǎng)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(shì)外，植物工廠的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)和所生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)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(xué)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(dòng)植物工廠中一切可控因素，實(shí)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(biāo)。圍繞此中心目標(biāo)，需優(yōu)化實(shí)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(dá)到整體上綜合控制、整合、耦合生長(zhǎng)條件，促進(jìn)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(zhǎng)的時(shí)空需求提供最佳的植物生長(zhǎng)環(huán)境和水肥條件，減少或避免病蟲害、植物的營(yíng)養(yǎng)或生理失調(diào)的發(fā)生，兼顧快速生長(zhǎng)獲得高產(chǎn)的同時(shí)且可達(dá)到優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)。

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

由于植物工廠充分運(yùn)用了現(xiàn)代工業(yè)、生物科技、營(yíng)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(guó)際上公認(rèn)為設(shè)施農(nóng)業(yè)的最高級(jí)發(fā)展階段，是衡量一個(gè)國(guó)家農(nóng)業(yè)高技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。同時(shí)，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(jī)械化程度高，單位土地的利用效率可達(dá)露地生產(chǎn)的40～108倍(Kozai，2013a)，因此又被認(rèn)為是21世紀(jì)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(shí)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(hù)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(biāo)進(jìn)行集成?；谥参锕S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(yíng)養(yǎng)因素和管理要素的是其技術(shù)重點(diǎn)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(diǎn)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(zhǎng)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(duì)植物進(jìn)行有科學(xué)依據(jù)的生長(zhǎng)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(shè)計(jì)類型可以不拘一格，如根據(jù)大小可以設(shè)計(jì)成微型、小型、超大型等，根據(jù)所要使用的地點(diǎn)可以設(shè)計(jì)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(yùn)用到學(xué)習(xí)、教育、醫(yī)療、休閑、興趣、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)以及科研開發(fā)等方面。

因此，許多領(lǐng)域的人都認(rèn)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(lǐng)域的研發(fā)水平、商業(yè)普及率，以及社會(huì)認(rèn)知度在2012年世界第一。在21世紀(jì)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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