土地是傳統農業的載體和根本。但人口的持續增長、土地資源的枯竭、極端氣候事件的頻發，已經使傳統農業的發展到了“瓶頸期”。

因此，科學家們提出了“垂直農業”的概念，也就是利用先進的種植技術，把農業向上延伸，而不是向外擴展。這來源于對植物生長機理的理解和利用——我們知道，植物生長靠太陽，它們利用太陽光進行光合作用，把空氣中的二氧化碳和水轉變成葡萄糖、淀粉等有機物，這樣就可以長高、長大，直到開花結果，繁育后代。

垂直農業利用的就是這個原理，即在適宜的條件下，只要給植物足夠的光和必需的營養，就可以實現植物的室內種植——把莊稼“種”到空中去，把一幢幢高樓大廈變成一座座農場，用車間生產的辦法來生產糧食和瓜果，甚至雞鴨魚肉。

這種植物產品生產的工廠化農業系統，就是“植物工廠”。

植物工廠是對光、溫、濕、二氧化碳及營養等生長環境條件全智能控制的植物高效穩定生產系統。目前，植物工廠是設施農業發展的高級階段，被看成農業產業化領域的“活力股”和“潛力股”，代表著未來農業的發展方向。研究發現，只要對生長環境進行控制，就可以對植物的生長周期進行調控。通過增加光照、改變“光配方”、改善營養液成分等，就可以實現對植物生長周期和生長狀態的控制。比如，生菜和小白菜在農田里栽培需要30-40天才能收獲，但是在植物工廠中種植，僅需20天左右。因此，在植物工廠里，植物生長在人工王國，只要有足夠的光照(能量)和營養(水分、空氣、礦物質等)，水果、蔬菜乃至糧食就可以“長了一茬又一茬”，幾乎不受外界的天氣、光照和土壤環境的影響。

植物工廠要求固定的設施，首先需要計算機和多種傳感器對環境進行精確控制、測量和反饋。簡單說來，就是根據不同的植物來設置溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等，還要實時測量植物的生長和生理狀態，生成數據并反饋至控制系統，對環境進行動態調節。因此，植物工廠依賴的是對設施的高精度智能化控制。

研究發現，光質影響植物光合作用和光信號調節，在植物生長、表型與抗性中起重要作用，不同的植物對不同光譜的光(光質)具有偏好性。LED植物生長燈就是室內種植環境的“小太陽”，通過采用不同的LED光源，可以實現對光波和光譜的精確控制和搭配。比如，優化紅光/遠紅光的比例，可以提高三色堇的開花數量和質量，如果想讓石竹花的花青苷含量增加，花色紅艷，建議增加680nm的光;而要想長出又大又肥厚的綠油油的生菜，就需要多用藍光和紅光。我國的研發人員根據植物對光環境的要求，開發出了80多種專用光配方，用以滿足不同植物的生長發育需求。

沒有土壤，植物工廠中的植物“吃”什么?

和田野生產不同，植物工廠要求潔凈的栽培空間，對某些育苗、組織培養型的植物工廠來說，甚至需要無菌培養室。在這種條件要求下，就需要以營養液來“飼喂”植物。植物工廠采用循環流動的營養液來為植物提供營養。

我們常說，蘿卜青菜，各有所愛，不同的植物也有不同的“口味”和“取食偏好”。比如，葉菜類、茄瓜類、花菜類的蔬菜，對營養液的要求各不相同，食用類和藥用類的植物對于營養液的成分、酸堿性、溫度等也有不同的“挑剔”程度。這就要求植物工廠內對營養液進行個性化配制、滅菌、輸送和回收，實時監控營養液發生的變化并自動補充和校正，確保植物時刻處于一個穩定優良的營養液環境中。

由此看來，只要做到精準的人工控制，就可以在植物工廠里實現萬物生長的夢想。植物工廠技術的突破，使高樓農場、荒漠農場、太空農場、航海農場、極地農場等成為可能。根據目前的技術水平，1萬平方米的百層大樓可日產生菜、小白菜180噸，如果建設植物工廠，4棟大樓就能滿足新加坡 600萬人每年25萬噸蔬菜的需求。我們也可以想象，只要在艦船上、空間站上建造規模合適的植物工廠，帶上種子、水和營養物質，利用太陽能或其他清潔能源，就可以長出既新鮮又有營養的糧食、蔬菜和水果來，解決航海、航天、沙漠、極地等環境中的吃飯問題。

當然了，你也可以在自家的廚房、客廳和書房，設置功能不同、格調各異的微型植物工廠，讓生活和工作更有趣味。