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作为设施农业中的后起之秀，植物工厂的发展大致经历了三个阶段：
早期实验探索阶段是20世纪40年代至70年代初，当时“营养液栽培技术”和“人工模拟与控制环境技术”的突破为植物工厂的出现奠定了技术基础。
1957年，世界上座植物工厂在丹麦约克里斯顿农场落成。早在这时，这座1000㎡的植物工厂就实现了从播种到收获采用全自动的传送带流水作业。不过这一时期的植物工厂建设规模还较小，应用范围也局限于实验室和示范农场，并且能耗大、运行成本高。
发展到20世纪70年代至90年代末，植物工厂进入了示范应用阶段。水培和人工光源技术的突破成为了这一时期的显著标志。此阶段，荧光灯逐渐取代高压钠灯，红光LED开始投入使用，人工光源不断改善，光源能耗有所降低。此外，传感器与自动控制技术逐渐引入，植物工厂的示范应用面也不断扩大。
这一时期，美国通用食品公司、赛纳拉鲁米勒斯公司与依法德法姆公司等，以及荷兰的飞利浦、日本的日立、三菱重工等多家公司纷纷开始开展植物工厂的研发。
21世纪初开始，植物工厂进入快速发展阶段。在红光LED之外，蓝光LED和红蓝LED组合光源均研制成功，并且网络的智能控制技术也得以应用。此后，植物工厂光源能耗进一步降低，智能化管控成为了可能。
至今植物工厂仍然是农业行业内外人士关注的焦点，而
植物工厂的出现绝非偶然，我们从植物工厂能解决的问题便可倒推其广受关注的原因。
首先，植物工厂无需占用大面积的土地，且不受环境条件限制，可实现在城市停车场、室内等地全周期、大规模生产。这意味着人口快速增长与土地资源短缺、耕地日益减少之间的矛盾有了解法。
其次，在植物工厂里，不会有重金属进入生产系统，严格管控条件下不存在病害和虫害，不需要使用农药，食物可以直接食用。这有利于解决农药化肥滥用、环境污染等问题，满足人们对食品安全、健康、绿色等方面的需求。
后，植物工厂作为农业科技发展重要的一支，是现代农业的重要表现形式，其劳作方式与传统农业截然不同，智能作业方式既可以吸引年轻人进入农业行业，又可以缓解农业从业人口老龄化的问题。
植物工厂对未来农业的重大意义使国内政府提高了重视。2013年，国家“十二五”862计划项目“智能化植物工厂生产技术研究”在中国农业科环境与可持续发展研究所立项启动，这意味着国家层面认可了植物工厂研究与产业化前景。
2016年，由中国农业科农业环境与可持续发展研究所“设施植物环境亮相工程团队”自主研发的“智能LED植物工厂”成果亮相国家“十二五”科技创新成就展，受到的高度关注。同年，中国照明学会农业照明委员会成立，成为以LED植物工厂照明为主导的植物工厂推进的全国性组织平台。次年，由国家智慧植物工厂创新联盟和中国农业科农业环境与可持续发展研究所主办的巡讲、交流活动在全国展开。
由此，尽管我国植物工厂的发展开始于植物工厂示范应用阶段后期，相比于欧、美、日等发达国家起步较晚，但我国植物工厂发展的速度较快。
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