土地是传统农业的载体和基础。然而，随着人口的不断增长、土地资源的枯竭和极端气候事件的频繁发生，传统农业的发展达到了瓶颈。
为此，科学家提出了垂直农业的概念，即利用先进的种植技术向上延伸农业，而不是向外延伸。这来自于对植物生长机制的理解和利用——我们知道植物生长依赖于太阳，它们利用阳光进行光合作用，将空气中的二氧化碳和水转化为葡萄糖、淀粉和其他有机物质，从而生长到开花和繁殖。
垂直农业利用这一原则，即在适当的条件下，只要给植物足够的光和必要的营养，就可以实现植物室内种植——种植作物到空中，高层建筑到农场，用车间生产粮食、水果，甚至鸡、鸭、鱼。
这种植物产品生产的工厂农业系统是植物工厂。植物工厂是一种高效、稳定的植物生产系统，对光、温、湿、二氧化碳、营养等生长环境条件进行全智能控制。目前，植物工厂是设施农业发展的高级阶段。它被视为农业产业化领域的活力股和潜在股票，代表着未来农业的发展方向。研究发现，只要控制生长环境，就可以调节植物的生长周期。通过增加光照、改变光配方和改善营养液成分，可以控制植物的生长周期和生长状态。例如，在农田里种植生菜和卷心菜需要30-40天才能收获，但在植物工厂种植只需要20天左右。因此，在植物工厂，植物生长在人工王国，只要有足够的光照(能量)和营养(水、空气、矿物质等)，光照和蔬菜就可以生长。
植物工厂需要固定的设施，首先需要计算机和各种传感器来准确地控制、测量和反馈环境。简单地说，温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等。植物的生长和生理状态应根据不同的植物设置进行实时测量，生成数据并反馈给控制系统，动态调节环境。因此，植物工厂依赖于设施的高精度智能控制。
研究发现，光质影响植物的光合作用和光信号调节，在植物生长、表型和抗性方面发挥着重要作用。不同的植物更喜欢不同光谱的光(光质)。LED植物生长灯是室内种植环境中的小太阳。通过使用不同的LED光源，可以准确控制和匹配光波和光谱。例如，优化红光/远红光的比例可以提高三色堇的开花量和质量。如果你想增加竹花的花青苷含量和红色的颜色，建议增加680nm的光;如果你想长出又大又厚的绿色生菜，你需要使用更多的蓝光和红光。根据植物对光环境的要求，中国研发人员开发了80多种专用光配方，以满足不同植物的生长发育需要。
没有土壤，植物工厂里的植物吃什么?
与田间生产不同，植物工厂需要一个干净的栽培空间。甚至需要无菌培养室来培养一些幼苗和组织植物工厂。在这种情况下，有必要用营养液喂养植物。植物工厂使用循环营养液为植物提供营养。
我们常说萝卜和蔬菜有自己的爱，不同的植物有不同的味道和饮食偏好。例如，叶菜、茄子和瓜类蔬菜对营养液有不同的要求。食用和药用植物对营养液的成分、酸碱性和温度也有不同的挑剔程度。这就要求植物工厂对营养液进行个性化准备、消毒、运输和回收，实时监测营养液的变化，自动补充和纠正，确保植物始终处于稳定、良好的营养液环境中。
从这个角度来看，只要实现准确的人工控制，就可以实现植物工厂万物生长的梦想。工厂技术的突破，使高层农场、沙漠农场、太空农场、航海农场、极地农场等成为可能。根据目前的技术水平，1万平方米的100层建筑每天可以生产蔬菜，180吨卷心菜。如果建造植物工厂，4栋建筑可以满足新加坡600万人每年25万吨蔬菜的需求。我们也可以想象，只要在船上、空间站建设合适的植物工厂，种子、水和营养，利用太阳能或其他清洁能源，就可以生长新鲜营养的食物、蔬菜和水果，解决航空航天、沙漠、极地等环境的饮食问题。
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