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当代农业——“植物工厂”将成为主流

来源：花匠小妙招时间：2024-11-25 10:02

众所周知，植物工厂是现代设施农业发展的高级阶段，是高投入、高技术、精装备的生产系统，集生物技术、工程技术与硬件和软件系统技术于一体，使农业生产脱离自然生态的束缚，在计划周年内持续进行植物产品生产的工厂化生产的农业系统，在农业产业化过程中吸收和应用高技术成果来实现高效益的农业生产体系。

植物工厂的概念最早是由日本提出的。植物工厂是通过设施内的高精度环境控制设备来实现农作物连续生产的高效农业系统，是利用计算机系统、电子传感器系统、农业设施自动控制系统来调节植物生长温度、湿度、光、二氧化碳浓度、营养液等环境条件，使设施内植物生长不受自然条件限制的省力型生产体系。

植物工厂是现代农业的重要组成部分，是科技向一定阶段发展的必然产物，是现代生物技术、建筑工程、环境控制、机械传动、材料科学、设施园艺和计算机科学等多学科综合创新、知识和技术密集的农业生产方式。

根据不同的划分方式，植物工厂可分为以下几类：

1 .根据建设规模，可分为大型(5000m以上)、中型(1000~5000m)、小型(100~1000m)、小型(100m以下) 4种；

2 .根据生产功能的不同，可分为植物种苗工厂、叶菜、瓜果、花卉植物工厂、部分大田作物、药用植物、食用菌等；

3、根据生产、研究对象的组织尺度，植物工厂分为植物生产型植物工厂、组织培养型植物工厂、细胞生产型植物工厂(光生物反应器)；

4 .根据光能的利用方式，可分为太阳光利用型植物工厂、全人工光利用型植物工厂、太阳光和人工光并用的综合植物工厂3种。其中，全人工光利用型植物工厂又称密闭式植物工厂，是植物工厂发展的高级阶段。

广义上，改变植物生活环境的设施、隧道、温室、种苗繁殖箱等都属于植物工厂的概念范畴，但目前比较习惯性的分类方法是按植物生长中最重要的条件之一光能进行分类的。

植物工厂的特点是利用具有固定设施的计算机和多种传感器装置，实施自动化、半自动化，采用自动控制植物生长所需温度、湿度、光照强度、光照时间和二氧化碳浓度的营养液栽培技术，产品数量和质量大幅提高。光环境的正确控制主要包括光谱、光强度和光周期三个方面，即所谓的“光处方”。在太阳光中，只有5%左右不同波长的光影响光合作用，大量的光不能用于植物，这与植物生长所必需的光种类不连续，与选择性和替代性有关。红光、蓝光是植物正常生长、完成生存时所必需的光质，红光中添加特殊的光质成分可以促进农作物的增产，刺激药用植物有效的次生代谢物质的大量积累。在一定的光强范围内，植物的光合速率随光强的增加而加快。而过高的光会引起光的抑制现象，在影响产量和品质的同时，在平衡过程中可能浪费大量电能、增加投资成本的产量、品质和能源消费量的关系上，往往要考虑到光的强度和时间，以及不同的蔬菜和发育阶段合适的光照强度和光照成本和利润。

为更好地促进植物生长，提高产量、品质等特殊指标，用定制的“光处方”方能实现植物厂内光环境的正确控制。根据植物生长环境的不同设计，选择对光合作用最有贡献的光，在提高光能利用效率和增产的同时，更节能，更理想的“光处方”是完全封闭的环境，应该像工业生产那样种植作物。定制的“光处方”意味着更快的增长速度、更高的产量和更好的品质。

在推进植物工厂应用方面，降低建设成本，开发新材料，利用新能源，提高产量，用高自动化设备减少人工用量是未来提高植物工厂质量的重要途径。

植物工厂技术突破可以解决人类发展面临的诸多瓶颈，实现沙漠、戈壁、海岛、水面等非耕地、城市摩天大楼的正常生产。利用不尽的太阳能和其他各种清洁能源，加入一定的种子、水源和矿物质营养，不断为人类生产必要的农产品。因此，植物工厂被认为是21世纪解决粮食安全、人口、资源、环境问题的重要手段，也是未来宇宙工程、月球和其他行星探索过程中实现粮食自给的重要手段。

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