土地是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的載體和基礎(chǔ)。然而，隨著人口的不斷增長、土地資源的枯竭和極端氣候事件的頻繁發(fā)生，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展達(dá)到了瓶頸。

為此，科學(xué)家提出了垂直農(nóng)業(yè)的概念，即利用先進(jìn)的種植技術(shù)向上延伸農(nóng)業(yè)，而不是向外延伸。這來自于對植物生長機(jī)制的理解和利用——我們知道植物生長依賴于太陽，它們利用陽光進(jìn)行光合作用，將空氣中的二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為葡萄糖、淀粉和其他有機(jī)物質(zhì)，從而生長到開花和繁殖。

垂直農(nóng)業(yè)利用這一原則，即在適當(dāng)?shù)臈l件下，只要給植物足夠的光和必要的營養(yǎng)，就可以實現(xiàn)植物室內(nèi)種植——種植作物到空中，高層建筑到農(nóng)場，用車間生產(chǎn)糧食、水果，甚至雞、鴨、魚。

這種植物產(chǎn)品生產(chǎn)的工廠農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是植物工廠。植物工廠是一種高效、穩(wěn)定的植物生產(chǎn)系統(tǒng)，對光、溫、濕、二氧化碳、營養(yǎng)等生長環(huán)境條件進(jìn)行全智能控制。目前，植物工廠是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段。它被視為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的活力股和潛在股票，代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。研究發(fā)現(xiàn)，只要控制生長環(huán)境，就可以調(diào)節(jié)植物的生長周期。通過增加光照、改變光配方和改善營養(yǎng)液成分，可以控制植物的生長周期和生長狀態(tài)。例如，在農(nóng)田里種植生菜和卷心菜需要30-40天才能收獲，但在植物工廠種植只需要20天左右。因此，在植物工廠，植物生長在人工王國，只要有足夠的光照(能量)和營養(yǎng)(水、空氣、礦物質(zhì)等)，光照和蔬菜就可以生長。

植物工廠需要固定的設(shè)施，首先需要計算機(jī)和各種傳感器來準(zhǔn)確地控制、測量和反饋環(huán)境。簡單地說，溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等。植物的生長和生理狀態(tài)應(yīng)根據(jù)不同的植物設(shè)置進(jìn)行實時測量，生成數(shù)據(jù)并反饋給控制系統(tǒng)，動態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)境。因此，植物工廠依賴于設(shè)施的高精度智能控制。

研究發(fā)現(xiàn)，光質(zhì)影響植物的光合作用和光信號調(diào)節(jié)，在植物生長、表型和抗性方面發(fā)揮著重要作用。不同的植物更喜歡不同光譜的光(光質(zhì))。LED植物生長燈是室內(nèi)種植環(huán)境中的小太陽。通過使用不同的LED光源，可以準(zhǔn)確控制和匹配光波和光譜。例如，優(yōu)化紅光/遠(yuǎn)紅光的比例可以提高三色堇的開花量和質(zhì)量。如果你想增加竹花的花青苷含量和紅色的顏色，建議增加680nm的光;如果你想長出又大又厚的綠色生菜，你需要使用更多的藍(lán)光和紅光。根據(jù)植物對光環(huán)境的要求，中國研發(fā)人員開發(fā)了80多種專用光配方，以滿足不同植物的生長發(fā)育需要。

沒有土壤，植物工廠里的植物吃什么?

與田間生產(chǎn)不同，植物工廠需要一個干凈的栽培空間。甚至需要無菌培養(yǎng)室來培養(yǎng)一些幼苗和組織植物工廠。在這種情況下，有必要用營養(yǎng)液喂養(yǎng)植物。植物工廠使用循環(huán)營養(yǎng)液為植物提供營養(yǎng)。

我們常說蘿卜和蔬菜有自己的愛，不同的植物有不同的味道和飲食偏好。例如，葉菜、茄子和瓜類蔬菜對營養(yǎng)液有不同的要求。食用和藥用植物對營養(yǎng)液的成分、酸堿性和溫度也有不同的挑剔程度。這就要求植物工廠對營養(yǎng)液進(jìn)行個性化準(zhǔn)備、消毒、運輸和回收，實時監(jiān)測營養(yǎng)液的變化，自動補充和糾正，確保植物始終處于穩(wěn)定、良好的營養(yǎng)液環(huán)境中。

從這個角度來看，只要實現(xiàn)準(zhǔn)確的人工控制，就可以實現(xiàn)植物工廠萬物生長的夢想。工廠技術(shù)的突破，使高層農(nóng)場、沙漠農(nóng)場、太空農(nóng)場、航海農(nóng)場、極地農(nóng)場等成為可能。根據(jù)目前的技術(shù)水平，1萬平方米的100層建筑每天可以生產(chǎn)蔬菜，180噸卷心菜。如果建造植物工廠，4棟建筑可以滿足新加坡600萬人每年25萬噸蔬菜的需求。我們也可以想象，只要在船上、空間站建設(shè)合適的植物工廠，種子、水和營養(yǎng)，利用太陽能或其他清潔能源，就可以生長新鮮營養(yǎng)的食物、蔬菜和水果，解決航空航天、沙漠、極地等環(huán)境的飲食問題。