植物工廠是在完全密閉或半密閉條件下通過(guò)高精度環(huán)境控制，實(shí)現(xiàn)作物在立體空間、周年計(jì)劃性生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。由于技術(shù)高度密集，多年來(lái)一直被國(guó)際上公認(rèn)為設(shè)施農(nóng)業(yè)的最高級(jí)發(fā)展階段，受到世界各國(guó)的高度重視。
萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，在植物工廠中，植物賴以生存的太陽(yáng)光被熒光燈、LED燈等人工光源代替，配合環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蔬菜的全年連續(xù)不間斷生產(chǎn)，同時(shí)杜絕農(nóng)藥使用，保證蔬菜可免洗食用。
光是植物生長(zhǎng)發(fā)育最重要的影響因子之一，植物工廠中光環(huán)境可根據(jù)栽培蔬菜種類及生長(zhǎng)期不同進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以達(dá)到最佳的生產(chǎn)效果。蔬菜光合作用中參與吸收、傳遞光能，引起原初光化學(xué)反應(yīng)的光合色素主要為葉綠素、類胡蘿卜素等，其主要光譜吸收峰分別為400-500nm藍(lán)光和600-700nm紅光。因此，植物工廠中有針對(duì)性地提供一定比例的紅、藍(lán)組合光，在滿足植物的生長(zhǎng)發(fā)育基礎(chǔ)上，提高了光電利用效率，大幅降低了能耗和生產(chǎn)成本。
針對(duì)一些特殊蔬菜品種及生產(chǎn)需求，還可在大量的紅、藍(lán)光中加入一定比例的紫外（200-400nm）、遠(yuǎn)紅光（700-800nm）或其他光譜。例如，加入紫外能夠提高綠葉蔬菜中花青素及其他抗氧化次生代謝物含量，有助于蔬菜品質(zhì)和風(fēng)味的提升；加入遠(yuǎn)紅光可使蔬菜生長(zhǎng)加快，節(jié)間伸長(zhǎng)，可滿足產(chǎn)量提升、嫁接苗繁育等需求。
除光環(huán)境外，溫度、濕度、二氧化碳、氣流速度等參數(shù)同樣對(duì)植物生長(zhǎng)具有顯著影響。在植物工廠中，空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定溫濕度參數(shù)對(duì)空氣進(jìn)行調(diào)整，后經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)將調(diào)整后的適宜溫濕度的空氣通過(guò)送風(fēng)口送到植物工廠內(nèi)。隨著植物工廠規(guī)模的擴(kuò)大和栽培層架密度的提高，常規(guī)送風(fēng)方式滿足不了植物工廠中各栽培區(qū)具有均一的氣流場(chǎng)，導(dǎo)致溫濕度及二氧化碳的分布不均勻，影響蔬菜質(zhì)量和生產(chǎn)安排，造成損失。
通過(guò)在栽培區(qū)域設(shè)置微型風(fēng)機(jī)等方式增加局部氣流擾動(dòng)，能提升微環(huán)境均一性。我們環(huán)發(fā)所科研團(tuán)隊(duì)以栽培板和營(yíng)養(yǎng)液間空氣夾層作為氣流通道，將適宜溫度的空氣通過(guò)這個(gè)通道輸送至整條栽培槽內(nèi)，再通過(guò)栽培板上預(yù)留的出氣孔吹出，實(shí)現(xiàn)氣流自下而上流動(dòng)，更加精準(zhǔn)地調(diào)控蔬菜微環(huán)境參數(shù)。該技術(shù)可以在更高的環(huán)境溫度下，以更少的電能實(shí)現(xiàn)蔬菜的微環(huán)境調(diào)控，實(shí)現(xiàn)節(jié)能50%以上，同時(shí)在不顯著降低產(chǎn)量的情況下減少根系生物量40%，增加營(yíng)養(yǎng)液的利用效率，減少換液次數(shù)。
目前及未來(lái)植物工廠具有廣闊的應(yīng)用前景。例如集裝箱植物工廠，具有極高的移動(dòng)性和靈活性，可廣泛地應(yīng)用于科研院所、都市建筑、邊防哨所、島礁、艦船、沙漠海洋石油勘探平臺(tái)等場(chǎng)所，承擔(dān)科學(xué)研究、育苗、蔬菜生產(chǎn)等任務(wù)。
