【正文】 利用半導(dǎo)體二極管及激發(fā)發(fā)光技術(shù)，可以使光的效率大大提高，使電能消耗得到進(jìn)一步的降低，還可以實(shí)現(xiàn)植物葉片表面的近距離補(bǔ)光；補(bǔ)光技術(shù)的改進(jìn)發(fā)展為植物工廠的低成本運(yùn)用起到了關(guān)鍵性的作用，原本植物工廠內(nèi)耗能最大的就是補(bǔ)光而現(xiàn)在可以幾倍地下降，特別是有特定光譜的二極管與激光光源，可以在不影響光合效率前提下，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換率的最大化；在計(jì)算機(jī)的控制上，目前基本實(shí)現(xiàn)環(huán)境模擬的自動(dòng)化智能化與精確化，能夠?qū)崿F(xiàn)諸如溫度濕度光照強(qiáng)度二氧化碳濃度營(yíng)養(yǎng)液EC液溫溶氧等植物生長(zhǎng)相關(guān)因子的在線(xiàn)檢測(cè)與反饋閉環(huán)控制，甚至還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，以及通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行全球控制，在視頻監(jiān)控上采用數(shù)字化硬盤(pán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)植物圖象的遠(yuǎn)距離清晰化傳送，做到參數(shù)與圖像的全方位監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)管理者只需敲擊鍵盤(pán)就能進(jìn)行生產(chǎn)指揮的數(shù)字化管理，另外，對(duì)于各種不同栽培植物專(zhuān)家系統(tǒng)的研發(fā)運(yùn)用上也得以采用，管理者只需輕松地調(diào)動(dòng)相關(guān)植物的最佳生長(zhǎng)模式就可進(jìn)行最優(yōu)化的生產(chǎn)管理，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更為傻瓜化；有些較為先進(jìn)的植物工廠還安裝上植物生理傳感器，實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)過(guò)程中各項(xiàng)生理指標(biāo)的在線(xiàn)檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境因子的最科學(xué)化控制，也就是可以按發(fā)育生理所需來(lái)命令控制各項(xiàng)環(huán)境因子，如光合效率、呼吸作用、蒸騰系數(shù)、莖流量、果實(shí)膨脹等，并且能利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行曲線(xiàn)記載，科研者可隨時(shí)調(diào)出實(shí)時(shí)的在線(xiàn)資料而進(jìn)行科學(xué)研究，為科研者的研究提供了最科學(xué)的試驗(yàn)平臺(tái)；目前，隨著智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，也在植物工廠中被采納運(yùn)用，如種苗的嫁接插苗與果實(shí)的采收與走動(dòng)式的管理等，都開(kāi)始利用機(jī)器人來(lái)完成，取代了原來(lái)繁雜的人工操作；在無(wú)菌環(huán)境的創(chuàng)造上，也結(jié)合了當(dāng)前較為先進(jìn)的納米材料技術(shù)物理殺菌技術(shù)，使整個(gè)植物栽培空間實(shí)現(xiàn)無(wú)菌化自潔化；營(yíng)養(yǎng)液的供應(yīng)調(diào)配及控制上，也能了很大的提高，如營(yíng)養(yǎng)液控制中心的建立代替了原來(lái)復(fù)雜的人工操作，各種植物所需元素上的在線(xiàn)檢測(cè)及調(diào)控也被運(yùn)用，做到了植物所需元素及栽培液酸堿度的精確化控制，在廢液的處理與再利用上也有了進(jìn)一步的改進(jìn)與提高；使栽培成本與環(huán)境排污最大大的降低，真正實(shí)現(xiàn)了封閉式自循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的合理構(gòu)建。目前，植物工廠作為最前沿的栽培模式，常作為觀光農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)的一個(gè)主要項(xiàng)目，也常作為學(xué)校學(xué)生學(xué)習(xí)與掌握生物自然科學(xué)的一個(gè)最好基地與實(shí)踐教材，更是城鎮(zhèn)居民尋找自然感受自然品味自然的最好去處。其次，植物工廠內(nèi)創(chuàng)造的生長(zhǎng)環(huán)境是相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)字化環(huán)境，植物發(fā)育所需的諸如積溫可以精確地計(jì)算，讓植物按專(zhuān)家系統(tǒng)的生長(zhǎng)模式設(shè)定的進(jìn)程精準(zhǔn)地進(jìn)行，能做到從播種至收獲的穩(wěn)定如期上市，使最精確的生產(chǎn)計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)；如在植物工廠內(nèi)小麥的生育期只需56天，萵苣的生育期只需35天，這些都可作為精準(zhǔn)栽培計(jì)劃生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)被錄入計(jì)算機(jī)的專(zhuān)家系統(tǒng)。這種植物工廠能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)定茬如期準(zhǔn)確地供應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品，能不受自然病蟲(chóng)侵害與土壤污染供給清潔無(wú)任何殘留的高檔農(nóng)產(chǎn)品，能按照植物遺傳基因的性狀最大化在表達(dá)，培養(yǎng)出超常規(guī)超營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的農(nóng)產(chǎn)品。而這種新型的農(nóng)業(yè)模式，勞動(dòng)力已得到徹底解放，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，生產(chǎn)場(chǎng)所環(huán)境已完全優(yōu)化，自然風(fēng)險(xiǎn)完全解除，在生產(chǎn)過(guò)程中從原來(lái)的野外勞力付出型變化室內(nèi)的智力付出型，在植物工廠內(nèi)會(huì)讓人體會(huì)更，人在花叢中，人在與自然的和諧中，在輕松而優(yōu)雅的環(huán)境中，做些諸如生產(chǎn)計(jì)劃制定，植物生長(zhǎng)觀察、參數(shù)數(shù)據(jù)的設(shè)定切換等皆屬輕松智力型工作，大大激發(fā)了年輕人對(duì)農(nóng)業(yè)的興趣與愛(ài)好，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式及觀念的改變，使年輕人能紛紛在從城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)回到農(nóng)村，投身到植物工場(chǎng)的現(xiàn)代農(nóng)場(chǎng)建設(shè)中，改變當(dāng)前農(nóng)業(yè)的三八六零部隊(duì)（指婦女與60歲以上的老人）的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。植物工廠的建造，還可引領(lǐng)與培養(yǎng)出更多的農(nóng)業(yè)科研人才投入到高科技農(nóng)業(yè)研究與發(fā)展的熱潮中，也能夠在實(shí)踐中大大提高科研業(yè)務(wù)生產(chǎn)水平，特別是當(dāng)前在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)日益令人困惑的時(shí)期，為我國(guó)的農(nóng)業(yè)科研提出了一個(gè)前贍性的方向。現(xiàn)在，日本的植物工廠由原來(lái)的地上已發(fā)展到地下，在東京建設(shè)的植物工廠就是在一個(gè)原本是銀行機(jī)構(gòu)的下室，把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從田野搬至鬧熱的城鎮(zhèn)，它除了生產(chǎn)外，更重要的是為城里人開(kāi)啟了一扇認(rèn)識(shí)農(nóng)業(yè)認(rèn)識(shí)自然與植物的教育窗口，更是學(xué)生們培養(yǎng)生物技術(shù)興趣的一個(gè)姣好實(shí)踐教育基地，也是城里人在煩忙工作之余的休閑參觀基地。2013年國(guó)家正式將“智能化植物工廠生產(chǎn)技術(shù)研究”項(xiàng)目列入“863”計(jì)劃，由15家科教單位與企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。楊其長(zhǎng)表示“希望未來(lái)有中國(guó)的大企業(yè)能積極參與其中，只有實(shí)現(xiàn)植物工廠標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化生產(chǎn)，才能在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中有地位?；诠馀浞降闹参風(fēng)ED光源產(chǎn)品推廣到美國(guó)、日本、歐洲等，植物工廠成套產(chǎn)品已推廣到新加坡等。2009年，中國(guó)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所植物工廠的研發(fā)團(tuán)隊(duì)與北京中環(huán)易達(dá)設(shè)施園藝科技有限公司研發(fā)出國(guó)內(nèi)第一例智能型植物工廠。美國(guó)一方面通過(guò)植物工廠的研究希望為空間站和星球探索提供食物保障，另一方面提出了“摩天大樓農(nóng)業(yè)”的構(gòu)想，希望從空間上突破資源瓶頸，先后出現(xiàn)了芝加哥大廈農(nóng)場(chǎng)、新澤西州“垂直農(nóng)場(chǎng)”等設(shè)計(jì)模式。 快速發(fā)展階段21世紀(jì)初至今植物工廠快速發(fā)展，主要得益于藍(lán)光LED的出現(xiàn)與紅藍(lán)LED組合光源的研制成功，以及基于網(wǎng)絡(luò)的智能控制技術(shù)的應(yīng)用。80年代，在日本海洋博覽館展出了單株13000多個(gè)果的番茄王，就是運(yùn)用植物工廠技術(shù)及各種高新技術(shù)集成的產(chǎn)物，當(dāng)時(shí)這種超高產(chǎn)巨型植株的栽培成功，就預(yù)示著人類(lèi)在發(fā)揮植物潛能上將有大的突破與發(fā)展，也為日后植物工廠的開(kāi)發(fā)與推廣起到了極為重要的作用。光源為高壓鈉燈，光源與空調(diào)能耗大，運(yùn)行成本較高。該階段是植物工廠的概念成型與試驗(yàn)探索期，其中兩項(xiàng)技術(shù)的突破對(duì)其發(fā)展起到了重要支撐作用，一項(xiàng)是“營(yíng)養(yǎng)液栽培技術(shù)”，另一項(xiàng)為“人工模擬與控制環(huán)境技術(shù)”，以1949年美國(guó)科學(xué)家在加州帕薩迪納建立的第一座人工氣候室為標(biāo)志。此外，我國(guó)人均耕地少，耕地資源稀缺。植物工廠是目前全球農(nóng)業(yè)高技術(shù)研究的熱點(diǎn)，因其融合了現(xiàn)代生物技術(shù)、智能裝備與信息技術(shù)等新科技，也是彰顯一個(gè)國(guó)家農(nóng)業(yè)高技術(shù)水平的重要標(biāo)志。在生產(chǎn)模式與概念上它已完全超越了常規(guī)意義的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，它是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新之路，也是人們?cè)谂c自然界抗?fàn)幹校纬勺砸炎钣姓鞣缘男滦蜕a(chǎn)模式。并且，在產(chǎn)量及品質(zhì)上都是傳統(tǒng)模式所不能比擬的，在生產(chǎn)方式上也是完全迥異的。相對(duì)傳統(tǒng)常規(guī)農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，其設(shè)施設(shè)備生產(chǎn)工具與栽培模式是股強(qiáng)大的沖擊波與挑戰(zhàn)。利用植物工廠模式可以不受任何自然界之影響，可以在地上也可以地下，可以在農(nóng)村也可以在城市，可以在沙漠也可以在極地，甚至還可以在空間站與外星球，如月亮及火星上栽培。 植物工廠的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式不同，植物工廠有七大技術(shù)優(yōu)勢(shì)：一是作物生產(chǎn)計(jì)劃性強(qiáng)，可在不受外界環(huán)境影響的條件下，實(shí)現(xiàn)周年均衡生產(chǎn)；二是單位面積產(chǎn)量高，可大幅提高資源利用效率；三是機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，工作環(huán)境舒適；四是不施用農(nóng)藥，產(chǎn)品安全無(wú)污染；五是多層式、立體栽培，節(jié)省土地和能源；六是不受或很少受地理、氣候等自然條件影響；七是與現(xiàn)代生物技術(shù)緊密結(jié)合，可以生產(chǎn)出稀有、價(jià)高、富含營(yíng)養(yǎng)的植物產(chǎn)品。因?yàn)樵谥参锕S內(nèi)生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品是毫無(wú)污染與殘留的，它是真正的免農(nóng)藥與無(wú)公害，這樣的產(chǎn)品也會(huì)有較高的價(jià)位與市場(chǎng)空間，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的良性循環(huán)。 試驗(yàn)探索階段20世紀(jì)40年代到70年代初為試驗(yàn)探索階段。應(yīng)用范圍也比較窄，主要局限在實(shí)驗(yàn)室和示范農(nóng)場(chǎng)。這一時(shí)期，日本植物工廠發(fā)展較快，截至上世紀(jì)末，日本擁有約20座人工光植物工廠。植物工廠是植物工廠的高科技與高投入的業(yè)態(tài)，在這個(gè)日本建造一個(gè)400平米面積的植物工廠總投資需1億日元。韓國(guó)自2009年開(kāi)始，政府支持科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)共同進(jìn)行人工光植物工廠的研發(fā)，數(shù)年時(shí)間內(nèi)就推出了10多個(gè)型號(hào)的植物工廠產(chǎn)品。中國(guó)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所楊其長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)率先提出多個(gè)植物的“光配方”，并創(chuàng)制出基于光配方的LED節(jié)能光源及其光環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備，在業(yè)界完成了多個(gè)首創(chuàng)性工作：首次提出“光—溫耦合節(jié)能環(huán)境調(diào)控”方法，創(chuàng)制出植物工廠節(jié)能環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備；率先提出“光—營(yíng)養(yǎng)調(diào)控蔬菜品質(zhì)”方法，創(chuàng)制出采前短期連續(xù)光照提升品質(zhì)工藝及技術(shù)裝備；率先提出植物工廠光效、能效以及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升的智能管控方法，創(chuàng)制出基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化管控系統(tǒng)。2012年至2015年我國(guó)連續(xù)舉辦4期植物工廠技術(shù)國(guó)際培訓(xùn)班，20多個(gè)國(guó)家的學(xué)員接受了系統(tǒng)的植物工廠訓(xùn)練。從研發(fā)力量上來(lái)看，目前參與研究的主要是科研單位、高校和中小企業(yè)。工業(yè)技術(shù)的發(fā)展與成本的降低也為植物工廠的建設(shè)提供了助力，許多公司或科研單位已嘗試進(jìn)一步的研究和推廣運(yùn)用。建造植物工廠除了本身的經(jīng)濟(jì)效益外，還具有更大的社會(huì)效益與科研價(jià)值。解決蔬菜與糧食問(wèn)題，解決環(huán)保綠色與污染問(wèn)題已找到了理想的答案，更為令人鼓舞的是，它將為在另外星球上建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地開(kāi)拓了一條理想之徑，如在月球上或空間站進(jìn)行植物工廠的生產(chǎn)已成為可能。植物工廠的建造能激發(fā)更多的年輕人投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，投入到現(xiàn)代高科技農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，為他們創(chuàng)建一個(gè)更廣闊的平臺(tái)，當(dāng)前全世界的農(nóng)業(yè)從業(yè)者日趨老齡化與婦女化，這與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式的生產(chǎn)方式有關(guān)，面朝黃土背朝天的靠天靠力吃飯的落后生產(chǎn)方式有關(guān)，大多數(shù)想創(chuàng)業(yè)的年輕人更關(guān)注的是環(huán)境與功能齊全的城市，而離開(kāi)農(nóng)村離開(kāi)農(nóng)業(yè)，這樣使農(nóng)業(yè)從業(yè)者的素質(zhì)每況愈下與后繼人才日漸匱乏。在可控精確環(huán)境下，植物的收獲期是確定的，植物對(duì)各種因子的需求也是穩(wěn)定的，人們生產(chǎn)操作模式是標(biāo)準(zhǔn)的或是無(wú)人化機(jī)器人生產(chǎn)方式的。作為最先進(jìn)的植物栽培模式在生產(chǎn)上具有以下作用，首先單位面積產(chǎn)量是傳統(tǒng)生產(chǎn)的幾十倍甚至上百倍，增產(chǎn)的主要部份主要是由于生育期大大縮短而使栽培的茬數(shù)也就是復(fù)種指數(shù)大大地提高，另外就是單株的產(chǎn)量，在最適的人工環(huán)境下能比常規(guī)栽培有更大的生物量，在栽培利用空間上可以提高710倍以上，真因?yàn)橹参锕S的這些優(yōu)越性才使產(chǎn)量超常規(guī)地提高，生產(chǎn)效率發(fā)生了質(zhì)的飛躍。植物工廠雖然在設(shè)施上一次投入較大，但是它是種高度集約的栽培模式，不管是勞動(dòng)力還是能源資源上都得以最經(jīng)濟(jì)的利用，栽培效率與效益得到