植物工廠即通過對植物實施資金密集型投入、綜合技術集成和種植方式的改變來達到提高植物產量、效益和品質的目的，并實現可持續發展的新型植物生產系統。

 

　　植物工廠的興起

 

　　土地是人類賴以生存的第1大資源，它具有不可再生的特性。由于多種原因土地正在大量減少。

 

　　氣候影響和人類活動導致大量土地出現了沙化和荒漠化。1985～1995年，我國沙化面積擴大到2460km2。自20世紀50年代起，沙化面積超過10萬km2，相當于一個江蘇省。有5萬多村莊因受土地沙化影響，使成千上萬的牧民成為生態難民。據統計，全世界有超過110個國家已經或可能出現沙化現象。非洲沙化面積可達7億km2，亞洲沙化面積達14億km2，北美沙化面積達74%。《聯合國防治荒漠化公約》秘書處執行秘書呂克·尼亞卡賈于2011年12月稱，全球每年有1200萬km2耕地因沙漠化而無法耕種。

 

　　由于大量使用農藥、化肥和除草劑，大量良田出現礦化，有的土地甚至無法耕種。農藥、化肥和除草劑，其中含有的有機砷、有機汞、有機磷、有機氯、氨基甲酸酯、甲胺磷及對硫磷等有毒成分，因降解過程緩慢甚至無法降解，一部分存在于植物之中，影響人類健康，另一部分則殘留并積累在土地之中，使土壤貧瘠、板硬，從而導致大量良田出現礦化，大大提高了耕作成本。

 

　　早在18世紀，德國著名有機化學家李比希就發出了“人類將向何處去”的呼聲。近年來，由于化學農業使用化學品進行農業生產，雖降低了農業成本，也提高了產量，但大量農產品藥殘超標，嚴重影響了人類的身體健康和人身安全。食品安全事件不斷發生，而且愈演愈烈，引起了人們對食品安全的極大關注，“下個世紀人們吃什么”成為質疑的焦點。

 

　　由于我國生產力水平相對落后于西方發達國家，農業成本不斷上升，農民收入不斷下降，導致大量從事農業的勞動力到城市打工。農村出現“老人不能種田、80后不愿種田、90后不會種田”的現象。現在誰來種田？農業發展方向在哪里？未來農業是什么樣？這一系列問題值得人們的深思。在這樣的大背景下，數字植物工廠正向我們走來。

 

　　1957年丹麥農業科學家成功地建起了世界上第1家植物工廠，接著奧地利農業科學家在丹麥植物工廠的基礎更進一步完善了技術系統，建起了216m2的植物工廠，使人類對農業的夢想通過植物工廠變成了現實。植物工廠創造了植物生長的最佳環境，使植物生長時間大大縮短，產量大幅提高，品質得到較大提升。

 

　　植物工廠的發展階段

 

　　植物工廠產生后，一共經歷了3個不同的發展階段。

 

　　（1）試驗研究階段

 

　　20世紀40～60年代為第1階段。特點有：

 

　　①建設規模小。一般規模在幾十平米到幾百平米之間；②范圍窄，僅限實驗室；③品種單一，以芹菜和沙拉萵苣為主；④大多采用人工光，即人工氣候室；⑤技術使用不全面。這一階段主要是以美國的人工氣候室和丹麥、奧地利植物工廠為主。
 

　　（2）示范應用階段

 

　　20世紀70～80年代，植物工廠從試驗研究階段過渡到示范應用階段。表現在以下幾個方面：

 

　　①范圍擴大。從蔬菜單一品種到多品種，再到苗木、花卉等多方面；②營養液栽培技術日臻成熟，不同植物，不同品種、不同生長期用的營養液成分和濃度也不同。營養液的配比已呈多樣化；③自動化控制逐漸完善。自動化控制不僅限于溫度、濕度，而且光度、酸堿度及液濃度等多種因素亦實現自動化控制；④開放力度大，示范效果明顯。各相關企業之間，相關行業之間、國家之間以及相關學科之間相互交融。經濟效益、社會效益、科普效益和生態效益都取得較大進展，效益更明顯。

 

　　在此期間出現了英國營養液膜法水培模式，出現了果樹植物工廠。維也納出現了太陽光利用型鋼結構植物工廠。羅馬尼亞、波蘭等10多個國家也出現了植物工廠。國際著名大企業投巨資對植物工廠進行聯手研究，推動了植物工廠產業的發展。

 

　　（3）發展階段

 

　　20世紀80年代至目前是植物工廠發展階段。表現為：

 

　　①規模擴大。植物工廠建設的規模由幾十平米發展為幾千平米，甚至上萬平米。在此期間，日本利用水耕法先后建起數十家植物工廠。神內建起了3000m2的大型植物工廠，府中市建起了高樓式植物工廠，新加坡建起了鳥巢式植物工廠。美國米德蘭州建起了18000m2的超大型植物工廠，并準備建月球植物工廠。我國也建起了一些植物工廠（部分植物工廠概況如下表），其中南京江寧臺灣農民創業園建起了超大型智能植物工廠，面積達到12000m2，采用集成技術與物聯網技術，科技含量達到世界先進水平。

 

　　②國際學術活動頻繁。目前中國、美國、日本等就植物工廠產業已進行廣泛而深入的交流，共同推動植物工廠產業的發展。

 

　　③高科技成果應用范圍擴大。現代的植物工廠標志著一個國家或一個地區的農業科技發展水平。這是因為植物工廠使用的是集成技術系統，融立體栽培技術、能源循環利用技術、營養液配方技術、物理農業殺菌技術、信息傳感技術、計算機植物專家技術以及物聯網技術為一體，使高科技成果擴大應用到植物工廠之中。

 

　　④涉及行業廣泛。植物工廠這個農業生產系統的建設涉及生物、電子、光學、物理農學、磁學、聲學及信息等多個行業，形成多學科交叉、多技術集成。

 

　　⑤發展速度加快。植物工廠的發展引起了各國政府的重視。尤其在日本，政府采取多項措施、政策傾斜，短期內建起了數十家植物工廠，成為世界上植物工廠最多的國家。我國也極為重視農業科技創新，有力地推動了我國植物工廠的建設。