中國人口眾多，耕地面積在逐年減少，人均耕地面積不到世界平均水平的1/3，人均淡水資源占有量僅為世界平均水平的1/4，加之災(zāi)害頻發(fā)，更為嚴(yán)重的是，伴隨城市化的進(jìn)程，目前農(nóng)村60%從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞力是60歲以上的老人，農(nóng)業(yè)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

植物工廠是通過設(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)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)對設(shè)施內(nèi)溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境要素進(jìn)行自動(dòng)控制，使得設(shè)施內(nèi)植物的生長發(fā)育不受或很少受自然條件的制約。

相比于傳統(tǒng)的田間種植，植物工廠有著明顯的優(yōu)勢：由于突破了自然種植條件和氣候條件限制，植物工廠單位面積的產(chǎn)量可提高數(shù)十倍乃至數(shù)百倍，生產(chǎn)的計(jì)劃控制性也大大增強(qiáng)；此外，植物工廠生產(chǎn)環(huán)境與外界相對隔離，避免了病蟲害的發(fā)生，種植過程中無需農(nóng)藥，產(chǎn)品清潔衛(wèi)生；不僅如此，這種由計(jì)算機(jī)控制的植物生產(chǎn)，使得勞動(dòng)強(qiáng)度也大為降低，可以吸引更多的年輕人從事農(nóng)業(yè)。近年來，日本政府就投入了1500億日元用于數(shù)字植物工廠的發(fā)展，目的也是為了解決其農(nóng)業(yè)面臨的諸多難題。

這項(xiàng)被視為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)最高境界”的技術(shù)在全球僅有美國、日本、荷蘭等少數(shù)幾個(gè)國家掌握。植物工廠集中運(yùn)用了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高新技術(shù)成果，要掌握它，就必須在營養(yǎng)液栽培技術(shù)、環(huán)境控制技術(shù)以及人工光源技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)方面有所突破。

植物生長需要包括氮、磷、鉀在內(nèi)的16種必需的營養(yǎng)元素，植物工廠內(nèi)采用的是營養(yǎng)液無土栽培方式，因此需為不同植物配制出相應(yīng)的營養(yǎng)液。我們通過10多年的試驗(yàn)研究，已完全掌握了植物工廠栽培蔬菜對營養(yǎng)成分的需求參數(shù)，并研制出了精確控制營養(yǎng)液的測控系統(tǒng)。

環(huán)境控制與計(jì)算機(jī)科學(xué)密切相關(guān)。要讓植物在整個(gè)生命周期里生長更為迅速，就必須實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、營養(yǎng)液濃度等眾多植物生長要素的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，而這些要依靠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來完成。我們可以讓未來的數(shù)字植物工廠變得‘傻瓜化’，對于你需要種植的作物，只要放入種子，然后在菜單中選擇相對應(yīng)的模式——比如生菜、香草、番茄，就可以靜待果實(shí)了。

人工光源技術(shù)是數(shù)字植物工廠頗具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難點(diǎn)。俗話說，萬物生長靠陽光，離開了陽光的植物如何能夠生長得更好，光照起著決定性的作用。植物生長需要吸收的光譜與我們平時(shí)所使用的照明燈的光譜相差很大，要讓植物更好的生長，必須為它們匹配出符合它們生長需求的光譜組合。此外，在植物工廠中，人工光所耗費(fèi)的能源占到整個(gè)運(yùn)營費(fèi)用的一半以上，所以如何節(jié)能也是我們面對的問題。

2009年8月，面積達(dá)200平方米的中國首個(gè)數(shù)字植物工廠在長春誕生。這個(gè)工廠由育苗工廠和蔬菜工廠組成。育苗工廠的育苗周期可以縮短30%以上，育苗效率可達(dá)常規(guī)育苗的40倍；蔬菜工廠采用5層栽培床立體種植，所栽培的葉用萵筍從定植到采收僅用16-18天，比常規(guī)周期縮短40%，單位面積產(chǎn)量為露地栽培的25倍以上。

相比于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，目前數(shù)字植物工廠的成本仍然頗高。目前數(shù)字植物工廠的單位面積造價(jià)約為0.5萬-1.1萬元/平方米，此外運(yùn)營過程中還有能源、營養(yǎng)、人工等費(fèi)用。但這只是一個(gè)起步階段的測算，當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)被大規(guī)模推廣應(yīng)用時(shí)，相信其造價(jià)一定會(huì)得到極大的降低。