近年來，植物工廠在東亞、歐美，尤其在日本、中國、韓國、美國、新加坡等國家和地區(qū)發(fā)展迅速，一些國際知名企業(yè)（如飛利浦、GE、三菱等）也紛紛介入植物工廠的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)推廣，全球植物工廠呈現(xiàn)極為活躍的發(fā)展勢頭。

植物工廠（plant factory）的概念最早是由日本提出來的。植物工廠是通過設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)對植物生育的溫度、濕度、光照、CO?濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境條件進(jìn)行自動控制，使設(shè)施內(nèi)植物生育不受或很少受自然條件制約的省力型生產(chǎn)。植物工廠是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是現(xiàn)代生物技術(shù)、建筑工程、環(huán)境控制、機(jī)械傳動、材料科學(xué)、設(shè)施園藝和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科集成創(chuàng)新、知識與技術(shù)高度密集的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

典型植物工廠的結(jié)構(gòu)

植物工廠之所以受到世界各國的高度關(guān)注，原因是多方面的，概括起來主要有以下幾個方面：

          一是全球人口的快速增長，可用耕地的不斷減少，如何利用有限的耕地滿足人們?nèi)找嬖鲩L的對食物的需求已經(jīng)成為全球性難題；

         二是隨著城市化的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對潔凈安全農(nóng)產(chǎn)品的需求越來越迫切；

         三是農(nóng)業(yè)從業(yè)人口老齡化，年輕人不愿務(wù)農(nóng)的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，吸引年輕人務(wù)農(nóng)已經(jīng)成為全球面臨的重大課題。

植物工廠恰恰提供了解決上述問題的可能途徑，其主要優(yōu)勢包括：

① 作物生產(chǎn)過程不受外界環(huán)境的影響，可實(shí)現(xiàn)周年按計(jì)劃均衡生產(chǎn)、穩(wěn)定供給；

② 單位面積產(chǎn)量和資源利用率高。葉菜1 年可收獲15~18 茬，而且可多層立體栽培，LED 植物工廠栽培層數(shù)可達(dá)18 層以上，產(chǎn)量為露地栽培的40 倍以上；

③ 機(jī)械化、自動化程度高，工作環(huán)境相對舒適；

④ 不施用農(nóng)藥，產(chǎn)品潔凈安全無污染；

⑤ 可在非耕地上生產(chǎn)，不受或很少受土地的限制；

⑥ 建在城市周邊或市區(qū)，就近生產(chǎn)、就近銷售，大大縮短產(chǎn)地到市場的運(yùn)輸距離，減少物流成本和碳排放。

植物工廠的這些顯著特征為世界各國解決人口增長、資源緊缺、安全食品需求旺盛以及新時代勞動力不足等難題提供了有效的技術(shù)途徑，因而受到廣泛重視。

植物工廠雖然擁有眾多優(yōu)勢以及廣泛的社會需求，但在實(shí)際發(fā)展過程中也面臨諸多“瓶頸”，如初期建設(shè)成本過高、光源與空調(diào)能耗較大以及經(jīng)濟(jì)效益不高等，突破這些瓶頸是實(shí)現(xiàn)植物工廠持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵。

◆ 初期建設(shè)成本相對較高 

植物工廠需要在封閉環(huán)境下進(jìn)行作物生產(chǎn)，因此需要構(gòu)建包括外維護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、人工光源、多層栽培系統(tǒng)、營養(yǎng)液循環(huán)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在內(nèi)的配套工程與裝備，投資成本相對較高，一般建設(shè)費(fèi)用（中國）在4000~10000 元/ ㎡（美國、日本是中國的2~3 倍）。

◆ 光源與空調(diào)能耗較大 

能耗一直是影響植物工廠發(fā)展的關(guān)鍵制約因素，植物工廠的能耗包括：照明（約占80%）、空調(diào)（占16%）、其他（占4%），能耗成本約占全部生產(chǎn)成本（包括折舊、能耗、人工及資材等）的25% 左右，節(jié)能降耗需求迫切。

◆ 經(jīng)濟(jì)效益和盈利面還不高 

由于植物工廠初期建設(shè)成本較高、能耗較大，設(shè)備折舊與運(yùn)行成本較高，其產(chǎn)量與品質(zhì)必須高于其他生產(chǎn)方式，才能獲得較高的效益。目前，日本植物工廠僅有30% 實(shí)現(xiàn)贏利、50% 持平，仍有20% 虧損，經(jīng)濟(jì)效益問題已成為植物工廠發(fā)展必須面對的現(xiàn)實(shí)難題。

雖然植物工廠面臨諸多“瓶頸”，但植物工廠的總體發(fā)展趨勢不會因此而改變。為加快植物工廠的發(fā)展，應(yīng)從以下幾方面重點(diǎn)突破：

◆ 大幅降低初期建設(shè)成本 

植物工廠的建設(shè)與設(shè)備成本主要包括建筑、照明設(shè)備、電器設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、水耕栽培設(shè)備、配套機(jī)械以及工程費(fèi)用等，其中建筑、照明及栽培設(shè)備等費(fèi)用約占全部成本的70% 以上。在降低建筑成本方面，可以利用廢棄廠房、建筑物地下室等進(jìn)行建設(shè)；在栽培設(shè)備方面，盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化民用材料和裝備，如采用標(biāo)準(zhǔn)化貨架等；LED 的選用應(yīng)從滿足植物生產(chǎn)需要出發(fā)，研發(fā)出簡單實(shí)用但不一定美觀的專用燈具。

◆ 顯著提升系統(tǒng)光效與能效 

光效與能效提升是大幅減少運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵，采用LED 替代熒光燈以及根據(jù)植物從苗期到收獲期的光配方需求進(jìn)行光環(huán)境的動態(tài)優(yōu)化調(diào)節(jié)，甚至設(shè)計(jì)出上下可移動光源、可調(diào)節(jié)光斑大小的聚光光源等，降低光源能耗；同時，采用引進(jìn)室外新風(fēng)的光- 溫耦合節(jié)能降溫方法以及智能環(huán)境控制系統(tǒng)，減少空調(diào)能耗。

◆ 大幅提高植物工廠產(chǎn)量、品質(zhì)與經(jīng)濟(jì)效益 

產(chǎn)量與品質(zhì)的大幅度提升是獲得經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。在提高產(chǎn)量方面，一方面可以通過精準(zhǔn)調(diào)控環(huán)境與營養(yǎng)要素，提升植物產(chǎn)量，另一方面可以根據(jù)植物的發(fā)育特征，分階段、分區(qū)域進(jìn)行培育，以提高各階段的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量；在提高品質(zhì)方面，可以通過營養(yǎng)調(diào)控和光調(diào)控等手段，提高VC、可溶性糖以及其他功能品質(zhì)。此外，可以通過選用一些功能性蔬菜或藥用植物等進(jìn)行種植，提高植物工廠產(chǎn)值。

◆ 注重植物工廠與城市生活的結(jié)合 

城市居民既有對潔凈安全蔬菜的物質(zhì)需求，也有對構(gòu)建“綠色空間”的精神需求。植物工廠可以與城市家庭、社區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院、賓館、餐廳、購物廣場和超市等相結(jié)合，形成不同規(guī)格、不同形式的植物工廠產(chǎn)品，讓植物工廠在城市中無所不在，形成分布式、網(wǎng)絡(luò)化的都市植物工廠應(yīng)用體系，在為城市居民就近提供新鮮蔬菜的同時，還能營造舒緩心情的綠色生態(tài)空間。植物工廠與現(xiàn)代城市的結(jié)合，必將會顯著提升植物工廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

植物工廠是農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的集中體現(xiàn)之一，相較于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式有很多優(yōu)點(diǎn)，一是少受外界氣候影響，生產(chǎn)能力比較穩(wěn)定；二是土地和空間資源的利用效率較高；三是生產(chǎn)自動化程度高，產(chǎn)量也比較高；四是可以有效避免重金屬等污染。

——中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員楊其長

植物工廠采用了溫濕光的自動化補(bǔ)償，互聯(lián)網(wǎng)的智能化控制，有效降低成本，提高了效率，特別是中國本土化的山野菜和食用菌實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)，效益也是比較好的，在設(shè)施農(nóng)業(yè)方面找出了一條新路。

——中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所研究員賀超興

植物工廠是完全可控的生產(chǎn)方式，自動化程度高，意味著生產(chǎn)效率也高。因?yàn)楠M義的植物工廠主要靠人工光，我們最大的能耗來自光源，如何有效利用光源，是我們面臨的最大挑戰(zhàn)。

——華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院教授劉厚誠

我國植物工廠的發(fā)展起步相對較晚，與國際上相比還有差距。我國植物工廠規(guī)模小，單品規(guī)模小，處于示范型、展示型階段的比較多。

——農(nóng)業(yè)照明技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長劉文科