植物工廠是通過設施內高精度環境控制實現農作物周年連續生產的高效農業系統，是利用智能計算機和電子傳感系統對植物生長的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養液等環境條件進行自動控制，使設施內植物的生長發育不受或很少受自然條件制約的省力型生產方式。

植物工廠是現代設施農業發展的高級階段，是一種高投入、高技術、精裝備的生產體系，集生物技術、工程技術和系統管理于一體，使農業生產從自然生態束縛中脫離出來，按計劃周年性進行植物產品生產的工廠化農業系統，是農業產業化進程中吸收應用高新技術成果最具活力和潛力的領域之一，代表著未來農業的發展方向。

植物工廠的主要特征

環境條件植物工廠一般要求一個等級不同的潔凈栽培空間，室內外空氣交換要通過帶有空氣過濾裝置的空調來實現，溫度、濕度、二氧化碳濃度數據都可通過大數據中心獲得。

植物工廠以節能LED植物生長燈為光源，采用制冷—加熱雙向調溫控濕、光照—二氧化碳耦聯光合與氣肥調控、營養液在線檢測與控制等相互關聯的控制子系統，可實時對植物工廠的溫度、濕度、光照、氣流、二氧化碳濃度以及營養液等環境要素進行自動監控，實現智能化管理。通常情況下，葉用萵苣類植物工廠內的晝夜溫度在18~23℃，濕度在65%~75%。二氧化碳濃度根據不同植物的不同需求，一般在400~1200ppm。

作物產量通過對植物生長環境的高精度控制，植物的生長幾乎不受自然條件的制約，生長周期縮短。現在工廠內種植的牧草，割完以后迅速再長一茬，20天左右就能收獲一茬，而在露地栽培中則需要一個月到40天。除了生長周期短，空間利用率高和一年四季不間斷生產是植物工廠的重要特點，植物工廠具有立體栽培的優勢，每年可進行15-20次生產。

營養供給植物工廠采用循環流動的營養液來滿足植物的生長，不管何種類型的植物工廠，營養液栽培的基本原理都是將植物所需養分配置成科學合理的離子態營養液，通過輸送，滿足栽培作物的需求。營養液提供了植物生長所需的各種元素，包括氮磷鉀等大量元素及鐵錳鋅等微量元素，因此沒有必要使用土壤栽培。無土栽培的技術現在已經非常成熟，所栽培植物的生長比土培快很多，安全性的管控也更加有效。

植物工廠的營養液配置、滅菌、輸送、回收都有專門的設施裝置、電子儀器來完成，可實現營養液定量、自動供應，可實時監控營養液濃度、成分、酸堿度變化，通過自動補液，始終為植物創造最優的營養液環境;營養液的流動速度和溫度都保持在植物需要的適宜水平，以保證植物的最優勢生長。 光照管理光照管理是植物工廠高效生產和成本降低的關鍵因素之一。

在高精度環境控制的植物工廠中，LED照明作為新一代植物光源，它較傳統農業領域的人工光源，具有光量可調整、光質可調整、冷卻負荷低與允許提高單位面積栽培量等特點。在現代化農業的不斷發展和節能環保的需求下，LED植物照明將逐步替換目前使用的傳統熒光燈，成為植物生產過程中光環境調控的主要工具。

光環境的精準調控主要包含光譜、光照強度和光周期3個方面，也即是所謂的“光配方”。在太陽光中，只有5%左右的不同波長的光對光合作用產生影響，大量的光不能被植物利用，這與植物生長所需的必需光質種類是不連續的、有選擇性和可替代性有關。紅光、藍光是植物正常生長發育、完成生活史的必須光質，在紅藍光基礎上添加一些特殊光質成分可有效地促進農作物的增產或刺激藥用植物有效次生代謝物質的大量積累。

在一定的光照強度范圍內，植物的光合速率隨光照強度的增加而加速。但也不是可以一味地提高光照強度，過高的光照一方面導致光抑制現象，影響產量和品質，另一方面也浪費了大量的電能，增加投資成本;在平衡產量、品質與能耗的關系上，往往要同時考慮光照強度和光照時間，針對每一種蔬菜或者每一個發育階段，滿足其每日的光需量。適宜的光照強度和光照時間在保證產量和節省成本方面能起到事半功倍的作用。

為了更好地促進植物的生長發育，以及提高產量、品質等特殊指標，通過定制的光配方來實現植物工廠內的光環境精準調控。根據植物的生長環境區別設計，選取對光合作用貢獻最大的光往往在提高光能利用效率和增產的同時，更節能。更為理想的“光配方”應該是在一個完全封閉的環境中，像工業生產一樣去種植作物。定制的“光配方”意味著更快的生長速度更高的產量和更優秀的品質。

植物工廠的研究意義

植物工廠技術的突破將會解決人類發展面臨的諸多瓶頸，甚至可以實現在荒漠、戈壁、海島、水面等非可耕地以及在城市的摩天大樓里進行正常生產。

利用取之不盡的太陽能和其它各種清潔能源，加上一定的種子、水源和礦質營養，就可源源不斷地為人類生產所需要的農產品。因此被認為是21世紀解決糧食安全、人口、資源、環境問題的重要途徑，也是未來航天工程、月球和其他星球探索過程中實現食物自給的重要手段。