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。植物工廠是通過設施內高精度環(huán)境控制實現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是利用計算機對植物生育的溫度、濕度、光照、CO?濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境條件進行自動控制，使設施內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，是科學技術發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是現(xiàn)代生物技術、建筑工程、環(huán)境控制、機械傳動、材料科學、設施園藝和計算機科學等多學科集成創(chuàng)新、知識與技術高度密集的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

典型植物工廠的結構

植物工廠之所以受到世界各國的高度關注，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日益增長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，年輕人不愿務農(nóng)的現(xiàn)象日趨嚴重，吸引年輕人務農(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，可實現(xiàn)周年按計劃均衡生產(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18 層以上，產(chǎn)量為露地栽培的40 倍以上；

③ 機械化、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，但在實際發(fā)展過程中也面臨諸多“瓶頸”，如初期建設成本過高、光源與空調能耗較大以及經(jīng)濟效益不高等，突破這些瓶頸是實現(xiàn)植物工廠持續(xù)健康發(fā)展的關鍵。

◆ 初期建設成本相對較高 

植物工廠需要在封閉環(huán)境下進行作物生產(chǎn)，因此需要構建包括外維護結構、空調系統(tǒng)、人工光源、多層栽培系統(tǒng)、營養(yǎng)液循環(huán)以及計算機控制系統(tǒng)在內的配套工程與裝備，投資成本相對較高，一般建設費用（中國）在4000~10000 元/ ㎡（美國、日本是中國的2~3 倍）。

◆ 光源與空調能耗較大 

能耗一直是影響植物工廠發(fā)展的關鍵制約因素，植物工廠的能耗包括：照明（約占80%）、空調（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)濟效益和盈利面還不高 

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

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，應從以下幾方面重點突破：

◆ 大幅降低初期建設成本 

植物工廠的建設與設備成本主要包括建筑、照明設備、電器設備、空調設備、給排水設備、水耕栽培設備、配套機械以及工程費用等，其中建筑、照明及栽培設備等費用約占全部成本的70% 以上。在降低建筑成本方面，可以利用廢棄廠房、建筑物地下室等進行建設；在栽培設備方面，盡可能選用標準化民用材料和裝備，如采用標準化貨架等；LED 的選用應從滿足植物生產(chǎn)需要出發(fā)，研發(fā)出簡單實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行費用的關鍵，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行光環(huán)境的動態(tài)優(yōu)化調節(jié)，甚至設計出上下可移動光源、可調節(jié)光斑大小的聚光光源等，降低光源能耗；同時，采用引進室外新風的光- 溫耦合節(jié)能降溫方法以及智能環(huán)境控制系統(tǒng)，減少空調能耗。

◆ 大幅提高植物工廠產(chǎn)量、品質與經(jīng)濟效益 

產(chǎn)量與品質的大幅度提升是獲得經(jīng)濟效益的關鍵。在提高產(chǎn)量方面，一方面可以通過精準調控環(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)域進行培育，以提高各階段的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量；在提高品質方面，可以通過營養(yǎng)調控和光調控等手段，提高VC、可溶性糖以及其他功能品質。此外，可以通過選用一些功能性蔬菜或藥用植物等進行種植，提高植物工廠產(chǎn)值。

◆ 注重植物工廠與城市生活的結合 

城市居民既有對潔凈安全蔬菜的物質需求，也有對構建“綠色空間”的精神需求。植物工廠可以與城市家庭、社區(qū)、學校、醫(yī)院、賓館、餐廳、購物廣場和超市等相結合，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)絡化的都市植物工廠應用體系，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)代城市的結合，必將會顯著提升植物工廠的經(jīng)濟效益和社會效益。

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，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現(xiàn)了生產(chǎn)，效益也是比較好的，在設施農(nóng)業(yè)方面找出了一條新路。

——中國農(nóng)業(yè)科學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。因為狹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)大學園藝學院教授劉厚誠

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)照明技術創(chuàng)新與應用戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長劉文科