植物工廠是設施園藝發展的必然趨勢和高級階段，是顛覆性的土地利用方式和農作方式，可以通過替代或補充傳統設施園藝模式實現我國

植物工廠是設施園藝發展的必然趨勢和高級階段，是顛覆性的土地利用方式和農作方式，可以通過替代或補充傳統設施園藝模式實現我國設施園藝科技和產業的跨越式發展，解決當前我國設施園藝以簡易（日光溫室和塑料大棚）、土壤栽培和設施內被動式環控為特征的生產方式中的諸多的資源、環境和生產效率問題，也是實現21世紀農業可持續發展和食物安全保障的有效途徑。植物工廠作為技術高度密集、資源高效利用型的立體化集約化的現代農業生產方式，被認為是突破資源環境約束，保障食物安全，提升生產效率，發展現代農業，實現鄉村振興和生態文明的重要途徑。

我國是植物工廠技術裝備研發與產業化發展最快的國家，在引進消化吸收再創新的基礎上，在國家研發項目和產業政策引導下，在農業企業和照明企業的轉型探索下，僅用十幾年的時間是該領域的研發由跟跑發展到世界先進水平。從概念上講，植物工廠是有檔次級別之分的，其本質優勢在于植物生產要素的智能化管控水平，按此標準可分為4類。20世紀60-90年代，LED光源的陸續發明與半導體照明技術的成熟是推動植物工廠21世紀快速發展的最直接、最有效、最持久和綜合效益最高的技術裝備因素，兼具多重效益目標、多元調控內涵、多樣應用場景，成為替代傳統光源，實現植物工廠生產安全要素智能化管控的關鍵且不可或缺的一壞。

LED植物工廠是人工光植物工廠的發展基本方向。LED光源植物工廠交叉發展的原動力和產業增長點；同時，也催生了植物光生物學的分支即植物光質生理學學科。植物工廠是植物光質生理學研究與應用的理想場所和設施類型，光環境調控對植物優質高產穩產的農學意義重大。植物工廠高效運營有待于植物光質生理學的深入揭示，植物光質生理學規律的揭示將為植物工廠光環境調控乃至環控策略建立提供科學依據。

當前，日光溫室園藝作物生產的主要問題包括8各方面：（1）連作障礙頻發，病蟲害發生嚴重，農藥殘留嚴重；（2）水肥資源利用率低，養分和水資源浪費嚴重，養分通過淋洗進入地下水，通過徑流進入地表水，通過一氧化二氮和氨氣等氣體揮發進入大氣，損失比例較高，利用率亟待提高；（3）環境污染嚴重，因過量水肥導致地下水氮磷鉀污染、溫室氣體排放、農藥、抗生素和重金屬污染問題嚴重；（4）土壤肥力不平衡現象惡化，設施土壤物化性轉惡化（酸化、鹽漬化、板結和碳虧缺等）問題嚴重，形成機制和治理方法有待長期監測來揭示；（5）劣質有機肥大量施用，寄生蟲、抗生素和重金屬污染嚴重；（6）高低溫危害，冬季低溫和夏季高溫危害嚴重阻礙了設施園藝的周年高效生產；（7）自動化和機械化水平低，栽種到采收勞動力需求多，勞動力成本逐年提高；（8）蔬菜產量和品質偏低，單產平均水平和蔬菜品質有待提高，增加經濟效益。

設施蔬菜無土栽培技術是我國設施園藝發展發向，工程手段將日益受到重視。設施蔬菜無土栽培技術的規模化應用使得設施蔬菜生產進入工廠化、規模化的階段，甚至具有周年連續生產、立體多層栽培等高效生產屬性，生產效率可提高幾倍甚至數十倍。發展限根栽培是無土栽培發展的必然方向。根區和冠層是植物地下部根系水肥吸收與地上部枝葉光合作用兩個重要區域空間，該區域空間內的物理、化學和生物化學環境條件直接關系到植物的健康和品質，