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)，它利用計算機對設(shè)施內(nèi)溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境要素進行自動控制，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)的計劃控制性也大大增強；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，這種由計算機控制的植物生產(chǎn)，使得勞動強度也大為降低，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)幾個國家掌握。植物工廠集中運用了現(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)境控制與計算機科學(xué)密切相關(guān)。要讓植物在整個生命周期里生長更為迅速，就必須實現(xiàn)對環(huán)境溫度、濕度、光照強度、營養(yǎng)液濃度等眾多植物生長要素的實時自動調(diào)節(jié)，而這些要依靠計算機控制系統(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。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，人工光所耗費的能源占到整個運營費用的一半以上，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平方米的中國首個數(shù)字植物工廠在長春誕生。這個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約為0.5萬-1.1萬元/平方米，此外運營過程中還有能源、營養(yǎng)、人工等費用。但這只是一個起步階段的測算，當(dāng)這項技術(shù)被大規(guī)模推廣應(yīng)用時，相信其造價一定會得到極大的降低。
（作者系中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員）
