植物工厂，从广义上讲涵盖了从利用自然光到人工光和混合光源的所有设施园艺，从狭义上讲则是专指利用环境自动控制、电子技术、生物技术、机器人和新材料等进行植物周年连续生产的系统，也就是利用计算机对植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度和营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生长不受自然气候制约的省力型生产。
按照不同的划分方式，植物工厂可分为以下几类：
1、根据建设规模可分为大型（5000㎡以上）、中型（1000~5000㎡）、小型（100~1000㎡）、微型（100㎡以下）四种；
2、根据生产功能可分为植物种苗工厂、叶菜、瓜果、花卉植物工厂，还有一部分大田作物、药用植物、食用菌等；
3、从生产、研究对象的组织尺度上来说，植物工厂又可分为植物体生产型植物工厂、组培型植物工厂、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三种类型，即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型植物工厂。其中，全人工光利用型植物工厂又称为密闭式植物工厂，它是植物工厂发展的高级阶段。广义上来说，一切通过改变植物的生活环境的设施，包括大棚、温室、种苗繁育箱等都属于植物工厂概念范畴，但目前，比较习惯的分类方法是按照植物生长中最重要的条件之一光能来进行分类。
从植物工厂数十年的发展历程来看，大致历经3个主要发展阶段，即早期的试验探索阶段、中期的示范应用阶段、目前的快速发展阶段，具体包括：
01
试验探索阶段（20世纪40年代—70年代初）
这一阶段是植物工厂的概念成型与试验探索阶段，其中2项技术的突破对植物工厂的发展起到了重要的支撑作用，一项被称之为“营养液栽培技术”，20世纪40年代以来以“矿物质营养学说”为理论基础的营养液栽培技术的应用，奠定了植物工厂的栽培技术基础；另一项为“人工模拟与控制环境技术”，以1949年美国植物生理和园艺学家Went教授在加州帕萨迪纳建立的第1座人工气候室为标志。
这一时期植物工厂的特点为：建设规模较小，仅为几十平米到几百平米；应用范围窄，主要局限在实验室和示范农场；光源为高压钠灯，光源与空调能耗大，运行成本较高。
02
示范应用阶段（20世纪70年代初90年代末）
水耕栽培和人工光源技术的突破是这一阶段植物工厂发展的重要标志。1973年营养液膜技术（Nutrient Film Technique，NFT）的出现，以及随后的深液流栽培技术（Deep Flow Technique，DFT）的发明为植物工厂栽培技术的发展奠定了基础。
这一时期，美国通用食品公司、赛纳拉鲁米勒斯公司与依法德法姆公司等，以及荷兰的飞利浦、日本的日立、三菱重工等多家公司纷纷介入植物工厂的研发。1974年日本日立制作所中央研究所高正基等开始进行人工光植物工厂的研究，1983年在静冈三浦农场推出日本第1个真正意义上的人工光植物工厂，栽培方式采用三角板气雾培与平面式水耕培两种方式。1989年4月日本专门成立了植物工厂学会（2007年1月植物工厂学会与生物环境调节学会联合成立日本生物环境工学会），每年定期召开植物工厂研讨会，有力地推动植物工厂产业的发展。截止到20世纪90年代末，日本拥有约20座人工光植物工厂。
这一阶段植物工厂的特点：人工光源不断改善，高压钠灯逐渐被荧光灯替代，红光LED开始应用，光源的能耗进一步降低；传感器与自动控制技术逐渐引入；示范应用面不断扩大。
03
快速发展阶段（21世纪初至今）
各国研发力度与产业化步伐不断加快，日本于2009年提出大力发展植物工厂、振兴现代农业计划，由农林水产省和经济产业省拿出500亿日元用于支援植物工厂的建设与研发，受此影响，一批大型企业如三菱、丰田、日立等纷纷介入，并计划输出植物工厂产品到中国、中东、欧美等国家或地区。2015年日本人工光植物工厂数量已达185座，其中位于宫城县多贺市的占地面积2300㎡、15层立体栽培架、日产叶菜10000棵的LED植物工厂，以及大阪府立大学的占地面积550㎡、18层栽培架、日产叶菜5300棵的LED植物工厂，代表了日本近年来植物工厂的发展趋向。
我国植物工厂相比于欧、美、日等发达国家，起步较晚，但我国植物工厂建设发展速度是前所未有的，在这个过程中我国采取了走出去、引进来，加强技术交流，对植物工厂相关技术经过了吸收，消化、创新再创新的过程。在实验示范阶段期间，我国先后有浙江丽水农科院与国防科技大学合作,于2004年成功地建起了我国第一座植物工厂,标志着我国具有自主知识产权植物工厂的正式诞生,中国智能农业从这里开始。成为世界上少数几个掌握植物工厂核心技术的国家之一，这将对提升我国植物工厂竞争力和对我国现代农业的发展产生深远影响。后来，中国农业科学院和中国科学技术大学、中国农业大学先后建起了研究型.实验型植物工厂，上海世博会，山东寿光菜博会相继展出了植物工厂，从而使我国的植物工厂由实验型进入到示范型阶段。
近年来，随着世界环境、资源等问题日渐突出，植物工厂的发展优势逐渐显现，表现为：作物生产周期性强，可达到周年生产；不施农药，产品安全无污染；多层立体栽培，资源（土地、水肥、空间等）利用率高；作物生长周期短，单位面积产量高；机械化、自动化程度高，劳动强度低；不受或很少受地理、自然环境的影响，甚至可在极端气候区、外层空间等地区进行农业生产等。
由于不受环境影响、可就近供应蔬果的植物工厂正不断升温。中国已成为世界上植物工厂发展最快的国家，2021年，我国新增48座植物工厂，新增面积21.54万平方米。目前，我国人工光植物工厂总数已超过250座，成为数量仅次于日本的植物工厂发展大国。
植物工厂行业是一个相对新兴的行业，目前还没有明确的市场领导者。进入植物工厂行业的主要竞争者包括大型农业公司、科技公司、物流公司以及创新企业。这些竞争者各有不同的优势和劣势。
大型农业公司和物流公司具有丰富的农业和物流经验，能够提供全方位的服务，包括种子选购、种植指导、植物育种、农产品销售和物流运输等。但是，这些公司在植物工厂方面的技术和设备可能不够先进，无法满足现代植物工厂的高效运作需求。
科技公司和创新企业在植物工厂技术方面具有很强的实力和优势，能够提供先进的植物育种技术、智能化设备和精准农业方案等。同时这些企业也具有较强的研发能力，能够持续改进和创新产品，提高植物工厂的效率和产量。但是，这些公司在农业和物流方面的经验相对较少，可能无法提供全方位的服务。
此外，植物工厂行业的技术水平、环保标准和行业标准等还需要进一步统一和完善。这有利于提升市场竞争力，促进行业发展。
随着现代农业技术提高，植物工厂是现代农业的首选发展模式。目前，植物工厂管理多由人工完成，管理难度大、成本高、效率低，同时也容易带来病菌污染。实现信息技术与设施装备的深度融合，提升设施装备的自动化、智能化水平，有助于解决设施农业走向产业化和规模化生产存在的问题。植物工厂发展至今，结合光电技术与生物学技术兴起智能植物工厂，代表着未来农业的发展方向，集高技术、高投入、高产出于一体，更加集成化、产业化、智能化、网络化、多功能化，是解决当下食品安全、环境污染、土地资源紧张、劳动力成本上升的有效途径。
通过技术的不断进步和市场的逐渐完善，植物工厂的盈利能力将会得到大幅提升。一方面，通过持续改进，植物工厂的光效与能效显著提升，光源与空调的能耗将不断降低，大幅减少系统运行费用。另一方面，植物工厂产品的品质与效益将会显著提升。通过营养调控和光调控等手段，显著提高植物工厂产品的 VC 含量、可溶性糖含量以及其他功能品质，同时通过选用一些功能性蔬菜、药用植物甚至特种作物等高附加值的产品进行种植，提升植物工厂产品的经济效益，增强植物工厂的盈利能力。
END
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