近年来，国内外植物工厂技术呈蓬勃发展之势，正在成为世界各国大幅提升资源效率、保障食物安全的重要手段。本书介绍了中国农业科学院设施植物环境工程创新团队近几年研发的植物光生物学、节能环境控制、蔬菜品质调控和基于物联网的智能管控等关键核心技术，也分析了近年来国内外较为成功的植物工厂典型案例，并对植物工厂未来趋势、发展战略和热点领域等进行剖析。

近年来，植物工厂在东亚与欧美，尤其是在日本、韩国、中国、美国、荷兰、

新加坡等国家发展迅速，并引起社会广泛关注。植物工厂之所以再次成为热点，

原因是多方面的，一是人工光源技术的重大突破，尤其是植物光生物学技术的进

步以及发光二极管（light-emitting diode，LED）光源成本的大幅下降，使植物

工厂光源能耗过高的问题得到了较好的解决；二是城市化快速发展的需要，随着

居民生活水平的提高，人们对洁净、安全的新鲜蔬菜等食物需求不断上升，植物

工厂正好适应了这种需求；三是资源高效利用以及特殊场所的战略需要，尤其是

对资源相对不足国家和地区食物产能水平的提升，以及岛礁、极地、空间站与星

月探索等特殊场所的食物保障均显示出良好的潜能。因此，在众多有利的因素推

动下，植物工厂呈现出快速发展的势头。

然而，植物工厂毕竟是一个新生事物，在发展过程中面临着来自产业与技术

本身的各种挑战，如投资成本与运行费用相对较高，如何才能获得预期的经济效

益；如何通过光生物学机制的研究获取植物光配方优化参数，实现LED光源的精

准调控；如何通过节能技术创新减少光源与空调系统的能耗；如何从技术的角度

进一步提升植物工厂蔬菜的口感与营养水平，满足大众对高品质蔬菜的需求。本

书试图从专业的角度系统阐明植物工厂基本原理，介绍环境与营养调控的基础理

论与技术体系，探讨减少系统能耗、降低运行费用的技术途径，阐述提升蔬菜品

质的技术方法，并对运行成本与经济效益进行详细解析。

本书是作者先前出版的《植物工厂概论》（2005年）、《植物工厂系统与实践》



植物工厂

（2012年）的姊妹篇，前两本著作重点对植物工厂的定义、发展历程、结构特征、

系统构成、关键配套技术等一些基础性的内容进行了介绍，由于当时我国植物工

厂刚刚起步，对植物工厂的理论探讨和技术把握还比较浅显。近年来，随着我国

植物工厂的快速发展，产业规模不断扩大，一些基础理论和核心关键技术取得重

要突破，如植物光生物学与光配方构建、光-温耦合节能环境控制、采前短期连

续光照调控蔬菜品质以及基于物联网的智慧管控技术等，均取得了重要进展，不

仅为国际植物工厂发展做出了重要贡献，而且也为本书的出版提供了有效的技术

支撑。

本书一共分为十章，主要包括：植物工厂概论、植物工厂构成要素、光环境

及其调控、室内环境及其调控、营养液栽培及其控制、作物品质调控、药用植物

栽培技术、典型案例介绍及成本分析、植物工厂建设与设计要点以及挑战与展望

等。与前两本著作相比，本书更多地增加了一些基础理论分析以及近年来作者团

队的最新成果，希望这些内容的介绍能对全国植物工厂同行以及关注植物工厂事

业的读者朋友们提供一定的参考和帮助。

感谢清华大学出版社编辑们的执着精神与大力支持，感谢日本千叶大学前校

长、日本植物工厂研究会原会长古在丰树先生为本书作序以及多年来对中国植物

工厂事业不遗余力的支持，感谢中国工程院院士李天来先生在百忙之中为本书写

序以及对植物工厂发展提出的中肯建议，感谢仝宇欣、程瑞锋、李琨、李涛、陈

晓丽、方慧、卞中华、周晚来等同事和学生们为本书撰写给予的帮助，感谢肖玉

兰教授、刘文科研究员、魏灵玲研究员、鲍顺淑博士等为本书所提供的素材。该

书是集体智慧的结晶，没有他们的工作成果和奉献精神，也就没有本书的出版。

同时，由于时间关系，该书错漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

杨其长

2019年7月

第一章

概 论

1.1 概念 / 2

1.2 分类及特点 / 3

1.3 发展背景 / 9

1.4 国内外发展历程 / 12

第二章

植物工厂构成要素

2.1 外围护结构 / 23

2.2 环境控制系统 / 24

2.3 净化消毒系统 / 26

2.4 人工光源系统 / 32

2.5 营养液栽培系统 / 36

2.6 智能控制系统 / 38

2.7 辅助机械 / 41

3.1 概述 / 46

3.2 植物工厂光环境要素 / 47

3.3 植物光合作用 / 53

3.4 植物的光控发育 / 56

3.5 人工光源及光环境调控 / 60

第三章

光环境及其调控



植物工厂

3.6 植物工厂光效及光能利用率 / 65

3.7 LED在植物工厂应用历程 / 68

3.8 植物工厂叶菜生产LED光配方研究案例 / 70

3.9 LED在植物育苗工厂的应用研究 / 79

第四章

室内环境及其调控

4.1 温度对植物的影响及其调控措施 / 84

4.2 湿度对植物的影响及其调控措施 / 91

4.3 CO2浓度对植物的影响及其调控措施 / 94

4.4 气流对植物的影响及其调控措施 / 100

4.5 植物工厂CFD模拟与应用 / 105

第五章

营养液栽培及其控制

5.1 营养液栽培的方法与分类 / 118

5.2 营养液的管理 / 123

5.3 营养液循环与控制技术 / 136

第六章

作物品质调控

6.1 作物品质调控需求 / 146

6.2 蔬菜品质提升技术 / 150

第七章

植物工厂药用植物栽培技术

7.1 西洋参光环境品质调控 / 167

7.2 蒲公英光环境品质调控 / 170

7.3 铁皮石斛光环境品质调控 / 175

7.4 绞股蓝光环境品质调控 / 181

7.5 金线莲光环境品质调控 / 182

7.6 丹参光环境品质调控 / 184

7.7 紫苏光环境品质调控 / 185

7.8 罗勒光环境品质调控 / 187

7.9 甘草光环境品质调控 / 188



目 录

第八章

典型案例介绍及成本分析

8.1 植物工厂应用情况概述 / 192

8.2 植物工厂典型案例 / 192

8.3 人工光植物工厂成本分析 / 200

第九章

植物工厂建设与设计要点

9.1 前期调研与基础准备 / 208

9.2 建设要点 / 210

第十章

挑战与展望

10.1 挑战 / 222

10.2 展望 / 224

10.3 建议 / 228

参考文献 / 231

神舟11号，天宫二号，植物工厂助力中国航天员太空种菜。电影星际穿越，火星救援主角活下来植物工厂功不可没。植物工厂是工厂化生产植物产品的地方，代表最先进的农业种植方向。不再靠天吃饭，我们日常生活中的蔬菜、花卉等植物产品大多产自植物工厂。《植物工厂》是一本可以让你全面、系统、深入了解植物工厂的科普图书。《植物工厂》介绍了植物工厂60余年来的发展过程以及最新的技术成果。《植物工厂》作者中国农业科学院杨其长研究员是中国植物工厂技术奠基人，国家智慧植物工厂创新联盟主席。中国工程院农业学部李天来院士作序推荐《植物工厂》。

杨其长，中国农业科学院都市农业研究所副所长（法人）、研究员、博士生导师，设施植物环境工程创新团队首席科学家，兼任国际园艺学会（ISHS）设施植物生产系统设计与智能化专业委员会主席、国家智慧植物工厂创新联盟主席。