植物工厂概念

    植物工厂是设施园艺发展的必然趋势和高级阶段，是颠覆性的土地利用方式和农作方式，可以通过替代或补充传统设施园艺模式实现我国

植物工厂是设施园艺发展的必然趋势和高级阶段，是颠覆性的土地利用方式和农作方式，可以通过替代或补充传统设施园艺模式实现我国设施园艺科技和产业的跨越式发展，解决当前我国设施园艺以简易（日光温室和塑料大棚）、土壤栽培和设施内被动式环控为特征的生产方式中的诸多的资源、环境和生产效率问题，也是实现21世纪农业可持续发展和食物安全保障的有效途径。植物工厂作为技术高度密集、资源高效利用型的立体化集约化的现代农业生产方式，被认为是突破资源环境约束，保障食物安全，提升生产效率，发展现代农业，实现乡村振兴和生态文明的重要途径。

我国是植物工厂技术装备研发与产业化发展最快的国家，在引进消化吸收再创新的基础上，在国家研发项目和产业政策引导下，在农业企业和照明企业的转型探索下，仅用十几年的时间是该领域的研发由跟跑发展到世界先进水平。从概念上讲，植物工厂是有档次级别之分的，其本质优势在于植物生产要素的智能化管控水平，按此标准可分为4类。20世纪60-90年代，LED光源的陆续发明与半导体照明技术的成熟是推动植物工厂21世纪快速发展的最直接、最有效、最持久和综合效益最高的技术装备因素，兼具多重效益目标、多元调控内涵、多样应用场景，成为替代传统光源，实现植物工厂生产安全要素智能化管控的关键且不可或缺的一坏。

LED植物工厂是人工光植物工厂的发展基本方向。LED光源植物工厂交叉发展的原动力和产业增长点；同时，也催生了植物光生物学的分支即植物光质生理学学科。植物工厂是植物光质生理学研究与应用的理想场所和设施类型，光环境调控对植物优质高产稳产的农学意义重大。植物工厂高效运营有待于植物光质生理学的深入揭示，植物光质生理学规律的揭示将为植物工厂光环境调控乃至环控策略建立提供科学依据。

当前，日光温室园艺作物生产的主要问题包括8各方面：（1）连作障碍频发，病虫害发生严重，农药残留严重；（2）水肥资源利用率低，养分和水资源浪费严重，养分通过淋洗进入地下水，通过径流进入地表水，通过一氧化二氮和氨气等气体挥发进入大气，损失比例较高，利用率亟待提高；（3）环境污染严重，因过量水肥导致地下水氮磷钾污染、温室气体排放、农药、抗生素和重金属污染问题严重；（4）土壤肥力不平衡现象恶化，设施土壤物化性转恶化（酸化、盐渍化、板结和碳亏缺等）问题严重，形成机制和治理方法有待长期监测来揭示；（5）劣质有机肥大量施用，寄生虫、抗生素和重金属污染严重；（6）高低温危害，冬季低温和夏季高温危害严重阻碍了设施园艺的周年高效生产；（7）自动化和机械化水平低，栽种到采收劳动力需求多，劳动力成本逐年提高；（8）蔬菜产量和品质偏低，单产平均水平和蔬菜品质有待提高，增加经济效益。

设施蔬菜无土栽培技术是我国设施园艺发展发向，工程手段将日益受到重视。设施蔬菜无土栽培技术的规模化应用使得设施蔬菜生产进入工厂化、规模化的阶段，甚至具有周年连续生产、立体多层栽培等高效生产属性，生产效率可提高几倍甚至数十倍。发展限根栽培是无土栽培发展的必然方向。根区和冠层是植物地下部根系水肥吸收与地上部枝叶光合作用两个重要区域空间，该区域空间内的物理、化学和生物化学环境条件直接关系到植物的健康和品质，