植物工厂的定义
植物工厂即通过对植物实施资金密集型投入、综合技术集成和种植方式的改变来达到提高植物产量、效益和品质的目的，并实现可持续发展的新型植物生产系统。
植物工厂的兴起
土地是人类赖以生存的第1大资源，它具有不可再生的特性。由于多种原因土地正在大量减少。
气候影响和人类活动导致大量土地出现了沙化和荒漠化。1985～1995年，我国沙化面积扩大到2460km2。自20世纪50年代起，沙化面积超过10万km2，相当于一个江苏省。有5万多村庄因受土地沙化影响，使成千上万的牧民成为生态难民。据统计，全世界有超过110个国家已经或可能出现沙化现象。非洲沙化面积可达7亿km2，亚洲沙化面积达14亿km2，北美沙化面积达74%。《联合国防治荒漠化公约》秘书处执行秘书吕克·尼亚卡贾于2011年12月称，全球每年有1200万km2耕地因沙漠化而无法耕种。
由于大量使用农药、化肥和除草剂，大量良田出现矿化，有的土地甚至无法耕种。农药、化肥和除草剂，其中含有的有机砷、有机汞、有机磷、有机氯、氨基甲酸酯、甲胺磷及对硫磷等有毒成分，因降解过程缓慢甚至无法降解，一部分存在于植物之中，影响人类健康，另一部分则残留并积累在土地之中，使土壤贫瘠、板硬，从而导致大量良田出现矿化，大大提高了耕作成本。
早在18世纪，德国著名有机化学家李比希就发出了“人类将向何处去”的呼声。近年来，由于化学农业使用化学品进行农业生产，虽降低了农业成本，也提高了产量，但大量农产品药残超标，严重影响了人类的身体健康和人身安全。食品安全事件不断发生，而且愈演愈烈，引起了人们对食品安全的极大关注，“下个世纪人们吃什么”成为质疑的焦点。
由于我国生产力水平相对落后于西方发达国家，农业成本不断上升，农民收入不断下降，导致大量从事农业的劳动力到城市打工。农村出现“老人不能种田、80后不愿种田、90后不会种田”的现象。现在谁来种田？农业发展方向在哪里？未来农业是什么样？这一系列问题值得人们的深思。在这样的大背景下，数字植物工厂正向我们走来。
1957年丹麦农业科学家成功地建起了世界上第1家植物工厂，接着奥地利农业科学家在丹麦植物工厂的基础更进一步完善了技术系统，建起了216m2的植物工厂，使人类对农业的梦想通过植物工厂变成了现实。植物工厂创造了植物生长的最佳环境，使植物生长时间大大缩短，产量大幅提高，品质得到较大提升。
植物工厂的发展阶段
植物工厂产生后，一共经历了3个不同的发展阶段。
（1）试验研究阶段
20世纪40～60年代为第1阶段。特点有：
①建设规模小。一般规模在几十平米到几百平米之间；②范围窄，仅限实验室；③品种单一，以芹菜和沙拉莴苣为主；④大多采用人工光，即人工气候室；⑤技术使用不全面。这一阶段主要是以美国的人工气候室和丹麦、奥地利植物工厂为主。
（2）示范应用阶段
20世纪70～80年代，植物工厂从试验研究阶段过渡到示范应用阶段。表现在以下几个方面：
①范围扩大。从蔬菜单一品种到多品种，再到苗木、花卉等多方面；②营养液栽培技术日臻成熟，不同植物，不同品种、不同生长期用的营养液成分和浓度也不同。营养液的配比已呈多样化；③自动化控制逐渐完善。自动化控制不仅限于温度、湿度，而且光度、酸碱度及液浓度等多种因素亦实现自动化控制；④开放力度大，示范效果明显。各相关企业之间，相关行业之间、国家之间以及相关学科之间相互交融。经济效益、社会效益、科普效益和生态效益都取得较大进展，效益更明显。
在此期间出现了英国营养液膜法水培模式，出现了果树植物工厂。维也纳出现了太阳光利用型钢结构植物工厂。罗马尼亚、波兰等10多个国家也出现了植物工厂。国际著名大企业投巨资对植物工厂进行联手研究，推动了植物工厂产业的发展。
（3）发展阶段
20世纪80年代至目前是植物工厂发展阶段。表现为：
①规模扩大。植物工厂建设的规模由几十平米发展为几千平米，甚至上万平米。在此期间，日本利用水耕法先后建起数十家植物工厂。神内建起了3000m2的大型植物工厂，府中市建起了高楼式植物工厂，新加坡建起了鸟巢式植物工厂。美国米德兰州建起了18000m2的超大型植物工厂，并准备建月球植物工厂。我国也建起了一些植物工厂（部分植物工厂概况如下表），其中南京江宁台湾农民创业园建起了超大型智能植物工厂，面积达到12000m2，采用集成技术与物联网技术，科技含量达到世界先进水平。
②国际学术活动频繁。目前中国、美国、日本等就植物工厂产业已进行广泛而深入的交流，共同推动植物工厂产业的发展。
③高科技成果应用范围扩大。现代的植物工厂标志着一个国家或一个地区的农业科技发展水平。这是因为植物工厂使用的是集成技术系统，融立体栽培技术、能源循环利用技术、营养液配方技术、物理农业杀菌技术、信息传感技术、计算机植物专家技术以及物联网技术为一体，使高科技成果扩大应用到植物工厂之中。
④涉及行业广泛。植物工厂这个农业生产系统的建设涉及生物、电子、光学、物理农学、磁学、声学及信息等多个行业，形成多学科交叉、多技术集成。
⑤发展速度加快。植物工厂的发展引起了各国政府的重视。尤其在日本，政府采取多项措施、政策倾斜，短期内建起了数十家植物工厂，成为世界上植物工厂最多的国家。我国也极为重视农业科技创新，有力地推动了我国植物工厂的建设。
