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發展迅速，一些國際知名企業（如飛利浦、GE、三菱等）也紛紛介入植物工廠的技術研發與產業推廣，全球植物工廠呈現極為活躍的發展勢頭。

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境控制實現農作物周年連續生產的高效農業系統，是利用計算機對植物生育的溫度、濕度、光照、CO?濃度以及營養液等環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。植物工廠是現代農業的重要組成部分，是科學技術發展到一定階段的必然產物，是現代生物技術、建筑工程、環境控制、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新、知識與技術高度密集的農業生產方式。

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成為全球性難題；

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

         三是農業從業人口老齡化，年輕人不愿務農的現象日趨嚴重，吸引年輕人務農已經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，其主要優勢包括：

① 作物生產過程不受外界環境的影響，可實現周年按計劃均衡生產、穩定供給；

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

③ 機械化、自動化程度高，工作環境相對舒適；

④ 不施用農藥，產品潔凈安全無污染；

⑤ 可在非耕地上生產，不受或很少受土地的限制；

⑥ 建在城市周邊或市區，就近生產、就近銷售，大大縮短產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勢以及廣泛的社會需求，但在實際發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濟效益不高等，突破這些瓶頸是實現植物工廠持續健康發展的關鍵。

◆ 初期建設成本相對較高 

植物工廠需要在封閉環境下進行作物生產，因此需要構建包括外維護結構、空調系統、人工光源、多層栽培系統、營養液循環以及計算機控制系統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成本（包括折舊、能耗、人工及資材等）的25% 左右，節能降耗需求迫切。

◆ 經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，其產量與品質必須高于其他生產方式，才能獲得較高的效益。目前，日本植物工廠僅有30% 實現贏利、50% 持平，仍有20% 虧損，經濟效益問題已成為植物工廠發展必須面對的現實難題。

雖然植物工廠面臨諸多“瓶頸”，但植物工廠的總體發展趨勢不會因此而改變。為加快植物工廠的發展，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需要出發，研發出簡單實用但不一定美觀的專用燈具。

◆ 顯著提升系統光效與能效 

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植物從苗期到收獲期的光配方需求進行光環境的動態優化調節，甚至設計出上下可移動光源、可調節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- 溫耦合節能降溫方法以及智能環境控制系統，減少空調能耗。

◆ 大幅提高植物工廠產量、品質與經濟效益 

產量與品質的大幅度提升是獲得經濟效益的關鍵。在提高產量方面，一方面可以通過精準調控環境與營養要素，提升植物產量，另一方面可以根據植物的發育特征，分階段、分區域進行培育，以提高各階段的生產效率和產量；在提高品質方面，可以通過營養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、學校、醫院、賓館、餐廳、購物廣場和超市等相結合，形成不同規格、不同形式的植物工廠產品，讓植物工廠在城市中無所不在，形成分布式、網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空間。植物工廠與現代城市的結合，必將會顯著提升植物工廠的經濟效益和社會效益。

植物工廠是農業科技發展的集中體現之一，相較于傳統農業生產方式有很多優點，一是少受外界氣候影響，生產能力比較穩定；二是土地和空間資源的利用效率較高；三是生產自動化程度高，產量也比較高；四是可以有效避免重金屬等污染。

——中國農業科學院農業環境與可持續發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，互聯網的智能化控制，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了生產，效益也是比較好的，在設施農業方面找出了一條新路。

——中國農業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方式，自動化程度高，意味著生產效率也高。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。

——華南農業大學園藝學院教授劉厚誠

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

——農業照明技術創新與應用戰略聯盟秘書長劉文科