20世紀40年代以來，以“礦質營養學說”為理論基礎的營養液栽培技術的應用與推廣，以及1949年美國植物生理和園藝學家F.W.Went教授在加州帕薩迪納建立的第一座人工氣候室引發的“人工模擬生態環境”領域的革命性突破，為植物工廠的出現孕育了成熟的條件。1957年丹麥誕生了世界上第一家植物工廠。之后日本等國相繼跟上。
“植物工廠”(Plant Factory)一詞最早由日本提出，狹義上是指人工光型的植物生產系統。
在車間模擬的環境中，營養液替代了土壤，將足夠的養分輸送給植物。在植物生長過程中，溫度、濕度、二氧化碳濃度也通過計算機控制在可控制的范圍內。
2016年6月，位于中國福建省泉州市安溪縣湖頭鎮的中科三安生物植物工廠正式投產，占地面積10000平方米。它是目前全球最大的植物工廠。作為后起之秀，中國在植物工廠的這一動作不可謂不大。
當時，作為國內光電產業龍頭企業的三安集團，找到了中科院，表達了想要合建植物工廠的想法。希望能結合三安光電產業方面的優勢，和中科院植物所植物科學的優勢，發展這一光生物學產業。中國科學院植物研究所研究員李紹華，彼時即將面臨退休，認為這是一項值得嘗試的挑戰，也是為國家的戰略需求在服務，最后接受了邀請，來到了福建，擔任植物工廠研究院院長。
說到植物工廠的前景，李紹華會興奮地講起自己在坐飛機時看到的《火星救援》的經歷。他認為電影中在太空建立糧食儲備的方法，接近植物工廠正在做的工作。他相信，植物工廠憑借其在產能、食品安全上的優勢，在勞動力成本不斷提高的將來，相比傳統的大田栽培，會越來越有競爭力，更大范圍地惠及百姓。
? 中國科學院植物研究所研究員李紹華
植物工廠是什么
問：為什么會覺得植物工廠是一個大的發展方向呢?能談一談建設植物工廠的意義嗎?
李紹華：上個世紀的時候，有一個美國人(注：美國國際觀察員萊斯特·布朗)就問，全世界人民，誰來養活中國人?為什么呢，中國人太多了，土地面積少。從目前世界上的發展趨勢來看，人口增加是肯定的。現在全世界70多億人，可能再過二十年、三十年就變成一百億了。地球承載的能力會越來越差。這么多人怎么生存?首先要解決一個糧食問題。
從目前來講，做植物工廠，第一目標是解決全世界的糧食安全問題。打個簡單的比方，我們現在做植物工廠，所有的糧食或蔬菜都會在室內進行生產。它不取決于你的土地面積是多少。它可以在上面取一群高的房子，在每一層做植物生產。這個條件下，所能夠生產的糧食，在同等面積上可能是現在傳統土壤上生產的100倍、1000倍，甚至更多。
第二，隨著工業的發展，土壤環境質量越來越差，農藥、化肥很多，食品安全成為全世界關注的一個焦點。在植物工廠的生產，所有的環境條件都是可控的。尤其是我們會嚴格地控制病害和蟲害，不會有重金屬進入生產系統里面。
還有一些其他的重大的戰略意義。大家可能看過一個電影叫火星救援。人類移居太空以后，怎么建立一個糧食自給自足的循環系統?這也是我們植物工廠可能實現的目標之一。除此之外，我們的邊防、海島啊，在一些條件很嚴酷的地方，植物工廠可以滿足國防人員在邊境上對食物的需求。
問：您在看到《火星救援》里的場景時，心情是怎樣的?
李紹華：看那個電影的時候，我正好在飛機上。看了一段，印象很深刻。感覺到我們現在做的這些試驗、研究，在將來的某一個時間，可能會把現在的科幻變成真正的現實。
如果人類有一天要離開地球，去外星生存，肯定是面臨這么個狀況。可能不會像他們演的那樣，畢竟它跟現在的技術結合得少。但是理念基本是這樣的：在一個地方，能夠真正實現所有東西的循環，無論水還是肥料，實現植物的生長。
此“光”非彼“光”
問：除了水之外，對于植物的生產，還有大自然中非常重要的光。植物工廠的光能完全取代自然光，或者說模擬自然光嗎?
李紹華：不是這樣。從植物生長的角度看，太陽光是全光譜，從紅外到紫外，甚至更長的波段都有，能量是這么分布的。對植物來講，某些波段長度的光，對生長是必須的。并不是說我們需要把整個太陽光全部都放置在里面。
我們的光，從強度、從植物的利用角度，完全可以達到這個要求，甚至比自然光更好。比如說我們做生菜，不需要纖維素含量那么高，但口感反而比外面賣的菜更好。我們通過研究，獲得一個特殊的光譜。根據它的強度和所需要的光的波長，不同的植物用不同的光譜去做它。
問：也就是說，在植物工廠里，對環境條件的控制可以對植物的生長態勢進行控制。這對于我們栽培一些對環境要求苛刻的植物會有幫助嗎?
李紹華：在人工大田栽培條件下，一些比較困難的作物種植，可能通過植物工廠的栽培來實現。
植物或者動物為什么會瀕危?因為栽培環境不太適合它生長。比如說金線蓮，傳統金線蓮是野生的。大概二十多年前開始人工栽培，現在很多都進行人工栽培。
但是，你會發現在野生的條件下，很少能找到金線蓮。而在人工栽培條件下，最大的問題是病害和蟲害相當嚴重。我們在植物工廠條件下，不僅要生產一些新的食物，還有一個重要的目標：我們生產的產品，尤其是藥用植物的生產，它的品質會保證非常一致，因為是在人工控制條件下進行的標準生產。
過去經常提到中藥現代化的一個最大的問題，是提供藥材的穩定性比較差。藥材的道地性，就是某一個地方生產的某一個產品，比其他地方生產的藥材品質更好。除了地域差別外，同一個地區，不同的年份、同一年不同的月份，它所生產出來的產品，都存在很大的差別。
植物工廠所有植物生產、生長的環境條件是完全一致的。在不同的時間、不同車間生產的產品比較相同，保證提供的原料的一致性。
另外我們會通過一些人工措施，包括燈或者其他設備，來提高所需要的功能性化合物的含量。每一種藥材為什么會起作用?是功能性化合物在起作用。通過人工的措施，促進有效化合物的合成和積累。提供的藥材產品質量可能更高，比傳統人工栽培條件下栽培得更好。
技術突破：模塊式的整合栽培系統
問：現在您所在的植物工廠，對環境的控制主要通過什么設備來實現呢?它跟過去的植物工廠有什么區別嗎?
李紹華：過去的植物工廠做的就是幾個栽培廠。栽培最常用的，就是我們現在說的鋁合金之類，做一個栽培層，在里面放點水，進行蔬菜或其他東西的生產。這里有個很大的問題，一是建造的成本很高，二是靈活性很小。
現在針對這樣的問題，中科生物做了一個設備，我們稱之為模塊式的整合栽培系統。它把電力系統、水營養系統以及栽培支撐系統，整合在一起。你們可能在我們的工廠里看到了，它采取一種工業模組化設備，你可以把任何一塊設備拆下來，再重新裝上去，很容易。建造的成本也比較低，實用性非常廣。
這個設備目前應該說是國際領先的。我們也申請了國際專利，正在向國外出口。去年向美國出口，今年正在與日本、新加坡等幾個國家商談。
問：關于植物工廠的科研和生產，中國在國際上處于什么樣的水平?
李紹華：最近十幾年，植物工廠的發展非常快。比如日本、中國的臺北、美國，以及荷蘭等歐洲國家，他們做植物工廠，研究和生產的實踐都比較久，遠遠超過中國。中國算是后起之秀。
但是其他國家有一個最大的特點是，真正從事與植物工廠相關的技術研究的很少。我們作為中科生物的一個公司，是真正從產業角度來做相關的研究。盡管我們沒有發表很多文章，但通過最近三四年的研究，在實際應用上取得了一些成績。
比如藥用植物的栽培，目前在國際上有人做，但是進行產業化的公司還沒有。我們的金線蓮在7月底馬上要投入大規模的生產。這在國際上應該是處于領先的水平。
除此之外，我們現在有關植物的生產技術，比如生菜、大白菜、冰菜的生產，處于世界領先水平。日本現在植物工廠做生菜生產，從播種、萌芽開始，到采收，三十五天，大概都在七八十克，我們現在是120克到150克。
問：現在植物工廠在縮短植物生長周期、提高植物產量的作用方面已經是很明顯了，接下來還會有怎樣的技術突破呢?
李紹華：我們現在正在做一個模組，叫高光效力栽培模組。植物光的利用效率會比我們現在在傳統的模組或者傳統的栽培方式條件下，提高一倍光能利用效率。
無論現在還是未來，我們的研究都是緊密結合著植物工廠產業發展的需求。另外，我們即將出的第一個全智能化的栽培模組，馬上就要進行驗證了。
三五年后，商業化植物工廠大量出現
問：目前來看，植物工廠相對于傳統農業，生產成本以及銷售價格還是比較高的，怎么看待它將來的應用市場，如何更大地惠及老百姓，以及緩解人類土地的壓力?
李紹華：現在植物工廠的成本相對來講比較貴，但是我們也會看到這幾個問題。
首先，在自然條件下，生產蔬菜或者其他作物的時間是有限制的。打個比方說，現在要生產生菜，如果你到廈門去，可能就是冬天一季，其他時間不能生產，生產出來的生菜也不好吃，產量會很低。如果在植物工廠里生產，除了前面講到的，同等面積條件下，產量要遠遠多于現在的大田生產之外，一年四季的生產都比較穩定。一年可能生產20場，甚至更多。這樣的話我們在產能上面會有很多的優勢。
第二，關于勞動力的成本。我在上世紀八十年代到法國，那時候中國人出去第一件事情是吃雞腿。為什么?雞腿很便宜啊。可是蔬菜在國外就非常貴。夏天的黃瓜都是三四法郎。在這些國家，勞動力成本提高以后，蔬菜這一類勞動密集型產業的成本會越來越貴。
隨著未來農業的發展，中國的勞動力成本也會越來越高。即使這樣，也沒有幾個老百姓愿意讓自己的孩子去從事農業，你想找人都找不著。
我們研究的設備方向之一，是全自動化栽培模組。在這種條件下，它所需要的勞動力是極少的。
我相信，隨著科技的進步，植物工廠的成本會越來越低，產品價格會越來越便宜。相反在大田條件下，勞動生產力成本會越來越高。
隨著時間的推移，我們的產品相對于傳統農業，會越來越具有競爭力。大家吃的是很安全的食品，但是價格還不貴。這樣它惠及的老百姓的面會越來越廣。
問：在您看來，未來的植物工廠發展可能會有哪些趨勢呢?
李紹華：目前來講，三五年之后，國家的植物工廠會像雨后春筍一樣出現。
過去，很多植物工廠都是二十平米、一百平米，大型的兩百平米，不能實現商業化，搞一點東西送人可以。搞五十平米的，一年能生產多少公斤?但是未來幾年里面，一定會有大量的幾百平米、上千平米以上的植物工廠出現。真正商業化的植物工廠會越來越多。
第二，種類會大幅地增加。現在用于植物工廠生產的種類很少，因為它需要有產量、成本，要找一個合適的平衡點才能生產。你看到的我們植物工廠生產的這些蔬菜，比如生菜、小白菜、大白菜，都是比較容易獲得經濟效益的。但是在未來三五年以后，種類會越來越多。西紅柿、麻椒、茄子，都可能在植物工廠里生產。甚至是果蔬。
第三，價格肯定會越來越便宜，與傳統農業的價差會越來越小。
