傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是基于太陽(yáng)光照與土壤基質(zhì)等條件而進(jìn)行的自然生產(chǎn)方式的農(nóng)業(yè)，那么是不是可以采用人工光照以代替太陽(yáng)光，以營(yíng)養(yǎng)液代替土壤介質(zhì)的新型農(nóng)業(yè)取代傳統(tǒng)生產(chǎn)方式呢？現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展證明：完全可以。這就是基于人工光照及環(huán)控技術(shù)的植物工廠，植物在人工模擬環(huán)培下，可以排除自然環(huán)境的不利限制因素，得以更好地生長(zhǎng)。植物工廠（plant factory）這個(gè)概念最早是由日本提出的。根據(jù)日本植物工廠學(xué)會(huì)的解釋，植物工廠是通過(guò)設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的系統(tǒng)，即利用計(jì)算機(jī)對(duì)植物生育的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及營(yíng)養(yǎng)液等環(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)控制，使設(shè)施內(nèi)植物生育不受或很少受自然條件制約的省力型生產(chǎn)。植物工廠依托于設(shè)施園藝、建筑工程、環(huán)境控制、材料科學(xué)、生物技術(shù)、信息學(xué)和計(jì)算機(jī)（網(wǎng)絡(luò)通訊、人工智能、模擬與控制）等學(xué)科，是知識(shí)與技術(shù)密集的集約型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

關(guān)于植物工廠的分類，所持角度不同，劃分方式也不同。從建設(shè)規(guī)模上可分為大型（1000平方米以上）、中型（300～1000平方米）和小型（300平方米以下）三種；從生產(chǎn)功能上可分為種苗植物工廠和商品菜（果、花）植物工廠；從其研究對(duì)象的層次上又可分為以研究植物體為主的植物工廠，以研究植物組織為主的組織培養(yǎng)植物工廠，以研究植物細(xì)胞為主的細(xì)胞培養(yǎng)植物工廠。目前，比較習(xí)慣的分類方法是按照植物生長(zhǎng)中最重要的條件之一—光能的利用方式來(lái)劃分，共有三種類型，即太陽(yáng)光利用型、人工光利用型、太陽(yáng)光和人工光并用型。其中，狹義的植物工廠是指人工光利用型，而廣義的植物工廠則包括了這三種類型。植物工廠的廣義定義包含了廣大范圍的生產(chǎn)設(shè)施，半自動(dòng)控制的溫室水耕系統(tǒng)，種苗繁殖系統(tǒng)或人工種子生產(chǎn)等的生產(chǎn)系統(tǒng)均屬之。如上所述，植物工廠包括三種類型。它們的共同特征是：有固定的設(shè)施；利用計(jì)算機(jī)和多種傳感裝置實(shí)行自動(dòng)化、半自動(dòng)化控制；采用營(yíng)養(yǎng)液栽培技術(shù)；產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量大幅度提高。

農(nóng)業(yè)是最古老的產(chǎn)業(yè)，也是人類賴以生存的產(chǎn)業(yè)。盡管如今農(nóng)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的份額有所下降，但其基本功能卻是其他產(chǎn)業(yè)無(wú)法取代的。幾千年來(lái)，農(nóng)業(yè)的歷史經(jīng)歷了游耕游牧式的原始農(nóng)業(yè)和粗放低投入的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)兩個(gè)發(fā)展階段，20世紀(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)開(kāi)始向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化，首先表現(xiàn)為設(shè)備的現(xiàn)代化。借助先進(jìn)的生產(chǎn)機(jī)械，人們不但可以從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，騰出時(shí)間和精力去從事更大范圍的勞動(dòng)生產(chǎn)，還有效地改變了露天作業(yè)的局面，降低自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。但是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力巨大飛躍的同時(shí)，也逐漸暴露出許多缺點(diǎn)。首先是以消耗大量能源為代價(jià)。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)主要依賴的已不是人力和土地，而是石油及其制品的大量投入，全世界農(nóng)業(yè)能耗從1950年到1985年的35年間增加了6.9倍，所以有人稱現(xiàn)代農(nóng)業(yè)為“石油農(nóng)業(yè)”。其次是環(huán)境污染嚴(yán)重。含有鉛、砷、汞的農(nóng)藥和有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑等化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，在環(huán)境中或在農(nóng)作物產(chǎn)品中殘留期長(zhǎng)，脂溶性高，污染危害嚴(yán)重——它除了直接污染土壤外，對(duì)大氣水體都有不同程度的污染。

溫度和植物生長(zhǎng)關(guān)系密切。其重要性在于作物必須在一定的溫度條件下才能進(jìn)行體內(nèi)生理活動(dòng)及生化反應(yīng)。除人工光利用型植物工廠外，其他類型的植物工廠都是一個(gè)半封閉的熱力系統(tǒng)，隨時(shí)受到室內(nèi)外諸多擾量的影響。植物工廠內(nèi)的氣溫和營(yíng)養(yǎng)液（或栽培床基質(zhì)）的溫度對(duì)作物的光合作用、呼吸作用、光合產(chǎn)物的輸送、根系的生長(zhǎng)以及水分和養(yǎng)分的吸收均有著顯著的影響。室內(nèi)熱環(huán)境控制就是通過(guò)一定的工程措施，人為地調(diào)節(jié)室內(nèi)與外界環(huán)境之間的熱量變化，使溫度維持在作物生長(zhǎng)需要的水平。

除溫度外，濕度以及二氧化碳也是植物工廠的兩個(gè)重要環(huán)控指標(biāo)。植物工廠內(nèi)空氣相對(duì)濕度決定了作物葉面和周圍空氣之間的水蒸氣壓力差，影響作物葉面的蒸發(fā)。濕度低，作物葉面蒸發(fā)量大，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致根部供水不足，作物體內(nèi)水分減少，細(xì)胞縮小，氣孔率降低，光合作用產(chǎn)物減少；濕度高，作物葉面的蒸發(fā)量小，嚴(yán)重時(shí)體內(nèi)水分過(guò)多，導(dǎo)致莖葉增大，影響產(chǎn)量。濕度對(duì)作物的另一個(gè)影響是病蟲(chóng)害。在濕度高于90%時(shí)，作物會(huì)因高濕而產(chǎn)生病害；在濕度過(guò)低時(shí)，作物容易發(fā)生白粉病及蟲(chóng)害。不同的作物對(duì)空氣中相對(duì)濕度的要求也不相同，因此應(yīng)根據(jù)不同的作物品種及所處的生長(zhǎng)期對(duì)空氣濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了調(diào)控設(shè)施內(nèi)過(guò)高的相對(duì)濕度，通常采用以下幾種降濕方法：通風(fēng)換氣降濕、加溫降濕、熱泵降濕等；常用的加濕方法有噴霧加濕與濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)加濕等。

二氧化碳是作物生長(zhǎng)的重要原料。綠色植物在陽(yáng)光下，由葉綠體將水和空氣中的二氧化碳合成有機(jī)質(zhì)并釋放氧氣的過(guò)程稱為光合作用。植物通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)變?yōu)橘A藏在有機(jī)質(zhì)中的化學(xué)能，又通過(guò)呼吸作用，即碳水化合物的氧化作用，為植物體內(nèi)各種生物或化學(xué)作用提供能量。二氧化碳濃度是植物工廠重要的環(huán)境因子之一，其濃度高低直接影響著作物的生長(zhǎng)。大氣中二氧化碳濃度遠(yuǎn)不能滿足作物光合作用的需要，增加二氧化碳濃度將有利于光合速率的提高。另一方面，二氧化碳濃度升高會(huì)縮小氣孔開(kāi)度，氣孔阻力增大，在一定程度上抑制二氧化碳輸送和光合速率增長(zhǎng)。而氣孔阻力增大，又會(huì)影響水汽擴(kuò)散，蒸騰作用減弱，從而提高作物的水分利用率。二氧化碳的人工來(lái)源主要有以下幾種：酒精釀造工業(yè)的副產(chǎn)品；碳?xì)浠衔锶紵粡?qiáng)酸與碳酸鹽化學(xué)反應(yīng)分解釋放二氧化碳。

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