人類社會的食物生產是最基本的生產活動。農業生產發生之前，人類以漁獵采集為生。漁獵采集的對象是自然界的植物、動物等，自然資源有限，養活不了眾多的人口。大約1.2萬年前，在美索不達米亞、埃及、中國、印度、中南美洲等地區形成了若干位于大河之畔的農業起源中心，通過引種谷物、豆類、塊莖類等可食植物，馴化牛、豬、羊和狗等牲畜，從刀耕火種到人工灌溉，從狩獵圈養到人工繁殖，形成了原始的農業生產，并沿不同的路徑向世界各地擴散，發展成為各具特色的農業生產類型。農業生產發生之后，人類積累農業生產經驗，改進農業生產技術，提高農業生產產量，發展傳統農業，養活了世界上眾多的人口。
18世紀下半葉發生的工業革命，開啟了機器制造的新時代，伴隨科學與技術的進步，人類社會面貌發生了翻天覆地的變化。工業革命給農業生產帶來了機械化、化學化和信息化，機械化幫助人們從繁重的農業勞動中解放出來，化學化為農作物生長提供化學肥料、為防止雜草和病蟲害侵擾提供化學農藥，信息化幫助種植業、畜牧業生產實現了智能化的科學管理，傳統農業開始進入了現代農業階段。現代農業減輕了農業生產的勞動強度，提高了農業產品的產量品質，但沒有改變農業生產的基本面貌。
從某種程度上講，農業是工業革命發生之后變化最為遲緩的一個產業。今天的農業，種植業仍遵循著播種、育苗、生長、繁殖、收獲的規律，畜牧業仍延續著配種、繁殖、生長、育肥、出圈的過程。農業種植生產容易受自然災害的侵害，農業養殖生產容易受流行疫病的侵害。
說到底，農業生產的過程仍是一個生命物質的培育過程，這個培育過程仍在自然環境中進行，受到了自然環境的嚴苛限制。
隨著科學與技術的發展，尤其是基因技術與人工智能技術的進步，這一切終將改變，農業只有徹底擺脫了自然環境與氣候的制約，才能在真正意義上擺脫在農業生產之前始終標注的“傳統”兩字，問心無愧地稱得上現代農業。
1、植物工廠的崛起
工業革命誕生了現代工廠制度，所謂現代工廠制度，就是以機器制造為主體的集約生產，整個生產活動受制于嚴格的管理規章，形成了較高的勞動生產率。工業革命的成功，給農業以極大的示范啟示。人們希望農業生產也能夠借鑒現代工廠制度，擺脫自然環境的制約，擺脫對可耕地的依賴，采用機械化流水作業，形成集約、高效的生產方式。但是，傳統農業巨大的發展慣性，致使農業工廠的出現比工業工廠晚了將近兩個世紀。
1949年，美國植物學家和園藝學家在加州帕薩迪納建立了一座人工氣候室，成為了植物工廠的早期模型，為植物工廠的發展進行了有意義的探索。
1957年，丹麥在哥本哈根市郊的約克里斯頓農場建設了世界上第一座真正意義上的植物工廠，工廠面積1000平方米，采用人工光和太陽光并用技術，從播種到收獲采用全自動傳送帶流水作業，年產水芹100萬公斤。植物工廠開始登上歷史舞臺。
1963年，奧地利盧斯納公司建造了高30米的塔式人工光植物工廠，采用上下傳送帶旋轉式的立體栽培方式種植生菜，最大限度節約土地，成為垂直植物工廠的發端。
1973年，英國溫室作物研究所庫珀教授提出了營養液膜法（NFT）水耕栽培模式，簡化了栽培結構，降低了生產成本，成為植物工廠的一項標準技術。
植物工廠在歐美起步，但由于日本人多地少，在日本得到了充分發展。
1974年，日本日立制作所中央研究所的研究團隊建成了一座采用電子計算機調控的花卉蔬菜工廠，該工廠由1棟兩層的樓房和兩棟栽培溫室組成，研究團隊通過計算機分析植物工廠的溫度、光照強度、二氧化碳濃度等對植物生長影響的數據，獲得了較大成功。
上世紀的70～80年代，世界上一些著名企業如荷蘭的飛利浦、美國的通用電氣、日本的日立制作、三菱重工等紛紛投入巨資，與農業科研機構合作，進行植物工廠的關鍵技術開發，為植物工廠發展奠定了堅實基礎。
1985年，日本在筑波世博會上展示了一套三層樓高的塔式人工光植物工廠，成為了日本植物工廠發展成就的一個歷史標志。
1987～1989年，美國在亞利桑那州的沙漠中建設了一座微型人工生態循環系統，稱之為生物圈2號（假設地球為生物圈1號）。生物圈中有一個集約農業區，集約農業區好比一個大型植物工廠，以滿足實驗人員的食物需求。生物圈2號探索了未來可能的太空殖民中封閉生態系統的作用。
這些年來，發達國家的植物工廠發展迅速。美國、荷蘭、日本、韓國、以色列等都建設了眾多的植物工廠。
中國的植物工廠建設起步較晚，但發展較快。
上世紀90年代，中國開始植物工廠實驗探索。進入新世紀以后，中國東部沿海地區廣泛進行植物工廠建設。2013年，由無錫市供銷社與日本三菱株式會社合作建設的首座植物工廠在江蘇無錫農業科技博覽園建成投產，這座植物工廠采取太陽光與人工光相結合的方式，采用無土水培技術，起到了較好的示范作用。2016年，中國科學院植物研究所與福建三安集團合作在福建安溪建設了國內最大的植物工廠，植物工廠在中國蓬勃興起。
2、植物工廠的優勢
植物工廠是現代設施農業發展的一個重要標志。日本植物工廠學會曾對植物工廠做過一個定義：即利用環境自動控制、電子技術、生物技術、機器人和新材料等進行植物周年連續生產的系統，也就是利用計算機對植物生育的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度、營養液等環境條件進行自動控制，使設施內植物生育不受自然氣候制約的省力型生產。
簡而言之，植物工廠就是創造一個適宜植物生長的人工環境，實施自動化半自動化的生產管理，可以全年無休進行植物栽培的農業系統。一般來說，狹義的植物工廠專指人工光源的植物生產系統，廣義的植物工廠泛指所有的設施農業。現在的大多數植物工廠都采用了人工光源（LED光源）和水耕栽培技術（無土水培技術），植物工廠的機械化和機器人使用情況則根據不同植物生產對象采取了不同方式。植物工廠的生產對象一般為蔬菜、花卉、果樹、食用菌及部分大田作物。
植物工廠是一種高投入、高技術、精裝備的農業生產體系。與傳統農業生產方式相比，植物工廠的優勢主要表現為：
1、植物工廠生產的計劃性強，可以在不受自然環境影響的條件下，實現周年均衡生產；
2、植物工廠營造植物生長最佳環境，增加光照時間，科學配水施肥，能夠獲得較高的單位面積產量；
3、植物工廠采用機械化半機械化作業，降低了工廠用工水平，勞動生產率大幅提高；
4、植物工廠實行封閉式生產，嚴格投入品管理，少施肥不用藥，產品更加安全健康；
5、植物工廠設置多層、垂直空間結構，采取立體栽培模式，大幅節省土地與能源；
6、采用垂直封閉結構和人工光技術的高層植物工廠，能夠與現代城市建設緊密結合，為大中城市居民就近供應大量新鮮、健康的蔬菜。
植物工廠有著諸多優勢，而制約植物工廠發展的關鍵是生產成本較高，植物工廠的農業產品仍缺乏市場競爭能力。但植物工廠代表了未來農業發展的一個方向。未來植物工廠的發展將重點采用新的基因技術、物聯網技術和人工智能技術，培育更適宜人工栽培的植物品種，營造更適合植物品種生長的工廠環境，建立更節省人力資源的生產流程，提高植物工廠農產品的市場競爭能力。
農產品的生產，除了蔬菜、花卉、果樹和食用菌之外，還有畜牧、水產和大田作物。先進的畜牧、水產養殖也已經在某種程度上進入了工廠化行列。現代畜牧養殖場給每一頭牲畜打上耳標，對牲畜的飲食、防疫、運動等進行信息化管理。現代水產養殖場采用物聯網技術，對養殖水體和養殖對象生長狀況進行智能化管理等。這些措施都提高了畜牧、水產的養殖效率。大田作物主要指適宜大規模種植的農作物，如小麥、稻谷、大豆、棉花、甘蔗等。這些大田作物生產主要是采用物聯網技術加強生長管理，大量使用農業機械以節約人力成本，以此提高生產效率。
未來農業的發展將從兩個方向展開，一是農業工廠向集約化、精準化方向發展，一是大田作物向規模化、機械化方向發展。基因技術、人工智能技術將在未來農業發展中扮演更為重要的角色。
3、植物工廠的未來
以色列歷史學家尤瓦爾在《未來簡史》一書中指出：“過去幾百年間，科技、經濟和政治的進步，打開了一張日益強大的安全網，使人類脫離生物貧困線。”這就是說，人類在整體上已經擺脫了食物不足的困境。提供健康、安全的農產品是未來農業發展的一個新的方向，而植物工廠正是順應了這一歷史趨勢。目前，影響植物工廠發展最突出的因素是產品的市場競爭能力。植物工廠高技術、高投入、生產高成本，也帶來了產品相應的高價格，成為制約植物工廠發展的一個主要瓶頸。未來植物工廠的發展既要降低生產成本，提高生產效率，又要明確市場定位，突出優質優價，使之成為大中城市蔬菜供應的一個重要生產途徑。
植物工廠是現代科學與技術發展的產物，植物工廠的未來也將寄希望于科學與技術的進步。
培育更豐富的植物品種。目前，植物工廠的生產品種主要是生菜、菠菜、水芹、萵苣、黃瓜、番茄等，以葉菜、瓜果為主，品種尚不豐富。今后，要運用現代生物技術，培育更多適宜植物工廠水培方式生長的蔬菜、瓜果、花卉、食用菌品種，不斷開拓植物工廠的生產類型，讓植物工廠既滿足大中城市的新鮮農產品供應，也成為城市一道靚麗的景觀，形成質感豐富的都市農業景象。
尋找更優質的人工光源。早期植物工廠一般采用太陽光與人工光相結合的辦法，現代植物工廠多數采用封閉結構的人工光源，以給予植物充足的光照。植物工廠的光源從過去的農用鈉燈到了現在普遍使用的LED燈。種植實踐表明，不同的植物對不同的光譜有著不同的敏感性，同一植物在不同的生長期也對不同的光譜有著不同的敏感性。因此，植物工廠通常會選擇全光譜光源，以滿足各種植物生長需要。光照在植物工廠的生產成本中占有很大比重，探索更高效的新型光源是未來植物工廠發展的一個方向。
配制更高效的液體肥料。植物工廠大多數采用水耕栽培技術，水耕栽培也叫做營養液栽培，將植物生長所需要的養分制成營養液供植物吸收，植物的根系生長在營養液之中。營養液為植物生長提供充足、穩定的水分與營養，植物在營養液中生長的速率要高于土壤生長。水耕栽培技術的核心是營養液的配方，不同的植物需要不同的營養，同一植物在不同生長階段也需要不同營養，這些都需要經過反復實驗取得經驗。營養液中的各種營養物質要能夠很好地溶于水，并易于植物吸收。因此，植物工廠的光照配方和營養液配方往往成為植物工廠的不傳之秘。
探索更優化的管理模型。植物工廠是典型的農業高科技產物。植物工廠由計算機對植物生育過程的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及營養液等環境條件進行自動控制，實現了可控環境下的高效生產。植物工廠不僅控制工廠生產環境，還將由計算機掌握目標市場供應情況，合理安排植物生產與種植茬口銜接，以期獲得更高的生產效益。這些都需要經驗積累和大數據的分析運用。從本質上講，植物工廠就是未來的農業智能工廠。（作者：徐鳴）
