農業總是給人魯鈍的形象，這雖是偏見，但多少也有理由，因傳統 的「耕作」使人有不用大腦只靠體力的印象，想像中的農夫似乎是腳穿 膠鞋或赤足，整天渾身泥濘的在田裡勞動著，除了靠天吃飯之外，只靠 直覺和經驗來謀生，而且收入和辛苦的程度多半不成比例。一般人對農 業多半都有前述的印象，但也正因為此，在科技上可以且需要做的事一 定很多。農業的『企業化經營』與農業的『工業化生產』為現代化農業 應走的方向。
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不受任何約束，為求最大利益而活動的自由市場經濟原理在市場上 會汰弱留強，是產業有市場競爭力的原動力。一旦加入了 GATT/WTO 組織， 開放進口，降低保護的同時，自由市場經濟的機制必將汰弱留強，只有 較強勢的農戶才得以生存。農業採企業化的經營方式乃勢在必行。
欲求農業能達工業化生產，則作物的栽培過程需要加以制式化，一 切照手冊來，建立『人人都會操作』的農業。為此，有必要脫離太陽和 土壤，使栽培方法定量化、數值化，將農業從『直觀與經驗』的世界轉 變到『科學』的世界。
自從人類有農耕以來， 農業是長久以來供給人們糧食的重要產業， 也是產業革命以前的人類的主產業。 農業人口在全人口中所佔的比率相 當大。 但產業革命後工業發達，自然吸收農業人口。隨著世界人口增加 與所得的增多， 為了以少數的農業人口來供應大量的糧食，農業生產技 術的提升成為必須的課題。 在先進工業國，由農業基盤的整備，農業機 械的發明， 化學肥料與農藥的開發以及品種改良等技術的革新，生產力 大為提高，農業技術也隨著工業的進步的腳步急速的發達起來。
一般說來，先進國家農業生產力的成長率要比工業生產力的成長率 為高，但日本除外（如圖 1 所示）。 何以如此呢? 同是先進國家，為 何只有日本不行? 我們也正大步邁向已開發國家之林，然而我們的農業 也陷入與日本相同的窘境；再加上農業零成長的政策導向，農業的處於 劣位成了絕對的事實。
本省與日本之所以特殊的原因是農地狹小，每一農戶的平均耕地面 積前者少於 1公頃，後者則約為 1公頃強。農業對土地的依存性甚高於 工業，所以土地狹小的國家，其農業會比較劣位是當然的事。一樣是高 投資的機械卻不能作長時間大規模的利用，生產力比美國、歐洲諸國較 低，是可理解的。日本的農業生產力只有美國的十分之一或歐洲共同組 織的四分之一至二分之一，本省則更低於此比率。多年來以農業扶持工 業的政策導向再加上工業的確實爭氣，農工之間的差距就日益加大了。
針對這些問題，農政單位採取了一貫的保護政策，如由政府保證農 產品價格，限制農產品的輸入等。確實，農業的生產力較低，或農產物 供給過剩時，有必要採用保護的政策，這是不論已開發或開發中國家都 有可能的共通現象。但是，農業需要永遠在保護傘下才能圖存嗎? 如不 求在適當時機移向自由經濟的話，保守因循的結果，農業的體質將永遠 虛弱。
針對體質虛弱的農業，其前途該如何? 眾說紛紜，但可歸納成三類 說法：第一種是說農業關係著生存基本的「食」，為了準備「有事時」 不會匱乏，就是不管保護費用要多少，必須提高自給率。這種主張頗有 問題，如果是為了絕少會有的「有事時」而防患於未然，不如養成一旦 「有事時」能夠自給的「潛在力」不是更好嗎?
與第一種說法正好相反的是主張農業要即刻完全自由化，較差的便 必須拋棄。與其繳高額保護費，買貴的糧食，又被外國限制輸入，不如 自由化較乾脆。此說猶如清涼劑使人爽快，從國際經濟的角度來看也是 有理的。可是稍嫌操之過急，因為如果真的即刻全面自由化，恐怕許多 的農、畜產品會崩潰，水果和特用農作物等也會相當危險。持此說的人 ，多少有打算讓市場崩潰，置之死地而後生的心理。
想辦法加強農業的競爭力是第三個方案。先進國由於農地規模廣大 ，技術革新的收益也大，所以應使農地的規模擴大，其作法如減少農業 人口並增加借地農 (即肯把田地出借的農戶) ，使得每一農戶的平均耕 地面積能加大。此理論或許適用於他地，但在本省與日本均不適用，本 省的特殊性是不但面積狹小，且地形起伏不平，很難有較廣大的耕作面 積。所以再怎樣地做品種改良，投入化學肥料和農藥，努力機械化，卻 因受土地限制而有著生產力的上限。就算擴大農業規模，現實上也有種 種困難。設有農戶肯出借農地，在小片土地分散在各地的狀態下，根本 無法提昇生產力，須在相接連的某一地區上有多數農戶肯決心離開農業 ，不然根本無法實行大規模化。問題是由於地價暴騰，農家自是不肯輕 易拋棄土地。代耕中心的出現，充其量僅是提高農機的使用率，在產量 與生產力的提高上效益不彰。
以上的論點是由本省的農業問題為出發點，現在，再放眼天下，從 全球之人口問題出發，來審視植物工廠的時代意義。英國學者馬爾薩斯 (Thomas Robert Malthus) 在 1798 年出版的『 人口論』 (Essay on Population) 中預言，人類所需要的食物與大地所 能供給的糧食會愈來愈不成比例， 結果是造成更多的饑饉、貧窮、疾病 、死亡與社會解體。
保羅•甘迺迪 (Paul Kennedy) 在『迎向二十一世紀』(Preparing for the 21st Century) 中提到，馬爾薩斯的預言並未成真的主要原因 有三：一是向外移民，光是自1814年至1915年間，英國就有二千萬人移 民海外，使得人口壓力大幅減少。二是農業生產技術的改進所累積的效 果。此些技術包括：輪作、育種技術、農地管理、馬鈴薯的引進及栽種 、沼澤地的開闢、農耕新技術與運銷管道的改進等，後世稱之為『農業 革命』。第三就是工業革命的技術突破。以機器代替手工，以蒸氣、電 力取代人力、畜力的結果，造成英國生產力的大幅提高。工業革命與強 調理性探討的科學革命，共同創造出經濟成長與技術突破的良性循環， 人們終能免於馬爾薩斯所深以為憂的可怕噩運。
今天，我們仍然面臨著幾乎相同的問題，只是情況更為嚴重。在馬 爾薩斯的時代，全球約有十億人，到了1990年，全球人口總數高達五十 三億。雖然，全球糧食生產仍然持續增加，但成長率愈來愈低為不爭的 事實。亞洲地區在1965年代推行『綠色革命』所創造的奇蹟已成了強弩 之末，過度施肥與施藥造成地力衰減與新病蟲害產生等，都是農業減產 的主因。別忘了目前的地球尚有溫室效應所造成的全球暖化（Global Warming） 、熱帶雨林的喪失、表土流失、海平面上漲淹沒耕地、環 境污染等打擊農業的問題。
1960年代的農業技術似乎都不太管用了，但人類仍需不斷提升農業 生產力以餵飽全球人口，因此須考慮的是要如何技術革新，使得單位面 積的產量能大幅提高且對地力之損耗及環境之污染達最小，以確保農業 之永續發展。在新的農業革命進展的同時，還要能夠導入自由經濟市場 的機制，以留下較強勢的農戶。究竟有無如前所述的農業呢? 其實這不 外乎就是選擇「植物工廠」。日本植物工廠學會第一屆會長－高汁正基 稱之為「農業的第四選擇」。
提昇農業生產力可協助解決糧食問題。植物工廠在土地狹窄、地力貧瘠或氣候條件較差的地區來說具 有特殊的意義。對本省的農業亦然，因為我們很難像美國那樣 在廣大地面用機械化來提高勞動生產力。在狹小的土地上，用 高度環境控制技術來提高單位面積產量及勞動生產力是最好的 選擇。從水耕栽培到植物工廠，然後再跟生物技術結合的方式 就是邁向21世紀現代化農業的發展策略。組織培養苗以立體栽培架在環控室內生產，單位面積產量大，產值高是大家熟知的。日昇公司在1998年建立的蝴蝶蘭小苗栽培植物工廠每平方米栽培1900株小苗的高產能是一般溫室的17倍以上，其關鍵就在立體化栽培。
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加拿大、蘇聯、北歐等寒冷地或寒冷期，中、近東及非洲的沙 漠地帶，如用一般的栽培方法是不可能或很難的。寒冷地的溫 室栽培須費很大的能源(燃油)成本，沙漠地則受自然環境的限 制就是有充分的水也難栽培。但如電力成本便宜的話，完全控 制型植物工廠便能發揮效用。尤其要解決森林被濫伐、土壤沙 漠化，時常在旱魃為虐，而政府卻束手無策的非洲窮國的飢餓 問題，也許只能靠"它"了。有望做寒冷地、不毛地、地下、海底與太空中的農業，進一步協助解決糧食問題
在最適當環境下栽培植物 (菜蔬) ，植株體內一般的維他命 或微量元素的含量會增加，可提高營養價值。但是環境條件、 作物生長階段與營養價值的關係，目前對大多數作物尚無法完全加以定量化 ，是今後的研究課題。可定量定期生產高品質作物之後才可進行 生產規劃，才可做到農業生產工業化與農業經營企業化。
筆者之母系，美國紐澤西州羅格斯大學生物資源工程系， 開發成功的單果串番茄生長系統即為最典型的代表。 在該系統中使用日光配合人工光源，由植物所接受的總光量， 可預估蕃茄之產期、產量與品質。
作業環境良好、有省力化的可能，可吸引年輕人回歸農業。農業本是冒著寒冷褥暑的重勞動，跟一般上班族在有冷暖氣機 ／中央空調的大廈中快適地工作，兩般情況大有逕庭。可是農 業從事者也有主張在舒適環境中作業的權利吧! 因工作環境惡 劣導致不少年輕人不願留在農村或拒絕嫁到農村是毋庸多言的 事實，又在社會趨向高齡化的今日，良好的作業環境且兼顧省 力化是很重要的。
在完全控制型植物工廠裡，由於與外界隔絕，使用的培養液也 經紫外線殺菌，所以植物比較不會受病蟲害感染，其對病蟲害 的抵抗力也增強，是以可做完全無農藥的生產，當然完全沒有 農藥殘留的可能，鑑於農藥大量使用的現狀，無農藥栽培的作 物有很大的經濟價值，是對環境無污染的永續農業。又如在市郊生產的話，更具有可供應最 新鮮的蔬果給消費者的優點。
土壤栽培的最大問題之一是連作障礙。植物工廠因採用水耕栽 培，所以在同一場所把同一作物連種幾回也可以，亦不會因天然災害而中斷生產。此優點或許 就是可以把農業從根本上改革的主因。
植物工廠負有「農業工業化」的任務。將農作物在「工廠」內 ( 不 管是用陽光或人工光線照射 ) 像製造工業產品那樣的生產出來。這是可 以節省土地的技術革新， 這在像美國那樣大規模化的農業地帶施行，不 如在像本省耕地面積小、人口又過密的地域實施來的較有效用， 因已用 大規模機械化達成高生產力的地方，對植物工廠的必要性沒有那麼迫切。
再說植物工廠有可能給開發中國家的農業帶來光明的希望， 尤其是 最貧窮，常鬧饑荒的國家。因為他們可能是為了工業化或軍事化搾取農 業，加上因農業基盤整備的延誤或缺乏資源，導致生產力非常低，偏偏 農業是受土地的自然環境影響最大的，所以比工業更難於行技術轉移。 把在先進國家中開發的優良品種直接移入開發中國家還是不行的，當初 「綠色革命」所以歸於失敗就是因為這個原因。另一方面，似工業技術 般容易被制式化的植物工廠，在開發中國家的人也容易學習。
植物工廠是在設施(工廠)內，不受自然環境左右、定期定量生 產的系統，所以技術完成之後容易移轉給開發中國家應用。又開發中國 家往往其能源較為價廉，對高耗能的植物工廠更為有利。
植物工廠的定義可歸納如下：
廣義：在一定生產管理下的全年無休的植物生產系統
狹義：在完全人工環境下的全年無休的植物生產系統
廣義的植物工廠除包含狹義者外，尚包含高度環境控制的太陽光利 用型系統（精密溫室）。植物工廠的廣義定義包含了廣大範圍的生產設 施，譬如：豆芽菜，蘑菇，蘿蔔嬰等的生產工廠，半自動控制的溫室水 耕系統，種苗繁殖系統或人工種子生產等的生產系統等均屬之。
說到工廠生產時，有二個前提：一個是從自然界妨害的解放，可以 不管寒暑且風雨無阻地進行與在自然環境中生產截然不同；再者，工廠 生產可預先明確地決定好生產流程，並做好作業分析，也就是說對象的 輸入輸出特性皆可定量的掌握，甚麼樣的操作會產生甚麼樣的輸出是可 以預期的。只要做好操作的作業手冊，按部就班誰也能夠生產。
由此點看，理想的植物工廠是生長那些環境條件與作物生長關係已 明確地量化的植物，在一定的人工環境下栽培的完全控制型系統。工廠 生產以生長快速又高價格的作物較適合，就資料蒐集來說，須要生長過 程較單純，葉面積較大的比較好，所以非結球生菜中的一種沙拉菜恰好 可符合這些條件，因此做為葉菜類的代表。除了沙拉菜之外，果菜類的 甜椒，根菜類的蘿葡嬰（二十日蘿葡）等，皆為代表。豆芽菜或蘑菇類 不行光合作用，所以生長程序容易定量化，是另一類代表。
蘿蔔嬰或水芹等的生產工廠通常為了植株體的綠化而使用陽光。世 界上首先成立且成績輝煌的植物工廠當推丹麥的克里斯天仙農場，其水 芹的一貫自動生產系統的實用化非常成功。與此相似的系統在日本有多 家蘿蔔嬰生產工廠中，海洋牧場因自動化程度最高而有名。此場用暗處 發芽，軟白栽培，等莖長 10cm ，再在明亮處使雙葉綠化。從播種到收 穫包裝約 1週左右。
其他尚有芫荽的水耕栽培，在過去幾乎無產量的夏季也因使用了遮 光與培養液冷卻的技術，使得相當穩定的周年生產也成可能了。同時因 環境條件與培養液條件皆由微電腦控制，所以能夠做確實的生產管理。 由於溫室及水耕栽培的結合，日夜間冷暖氣及培養液冷卻的實施，使得 較高程度的環境控制為可能，廣泛範圍的蔬菜、花卉將可做周年生產。
植物工廠依使用光源的不同可分成"太陽光利用型" (簡稱太型) 與 "完全控制型" (簡稱完型) 與綜合型三種。完型不僅使用人工光源，連溫度、濕 度、二氧化碳濃度、培養液等，凡對植物生長有影響的主要環境條件， 都以人工來控制，所以可以說是理想的植物工廠，但在現實上有能源成 本(Energy Cost) 的問題，必須設法降低成本。太型是水耕栽培法的延 伸，在夏季如何降低設施內與養液的溫度是最大的重點課題。
太型及完型雖然同是植物工廠，但在基本精神上仍有很大的差異。 太型會受到不確定要因－太陽光的決定性影響，此點與傳統上的農業生 產一樣，即對天候與收穫量不能夠有正確的預測與控制且栽培者的直覺 與經驗通常對生產結果的好壞有很大的影響。反之，完型可以根據定量 測定過的栽培技術知識 (know-how) 做計畫生產。
太陽光利用型(簡稱太型)植物工廠，事實上即為高精密環境控 制溫室的延伸，可是既然說是 "植物工廠" ，首先便必須能克服夏天的 酷熱，這在乾燥地帶較可簡單地達成。在乾燥地區可以使用風機水霧法 (Mist and Fan) ， 或風機濕簾法 (Pad and Fan) 等冷卻成本低廉的 蒸發冷卻設備，但在高溫高濕的台灣，多種降溫方法的併用為必需的手 段。選擇耐熱品種通常是第一步，遮蔭次之，再輔以前述的各種蒸發冷卻方法， 仍可達到全年生產的目標。由於高溫時的溼度多半在50%左右，蒸發冷卻方法仍然有發揮功效的空間。
太型植物工廠的次要問題是環境控制需做到甚麼程度。控制的環境 因子愈多，諸如包括了加溫、降溫、補光、二氧化碳濃度、施肥等，增 加越多越接近完全控制，但成本問題又不能不考慮。控制要因增加越多 、成本越高，然而是否可得相對的產量的增加呢? 所以需對照生產成本 來考慮究竟要控制到何種程度方稱合理；此點通常需要以實驗來確定。 整體而言，只增加有效的控制要因才是上策。綜合型為前述兩型之折衷。
植物工廠、水耕栽培、環境控制與生物技術的結合有深度的意義。 水耕栽培、環境控制與生物技術都是人工的技術。水耕栽培使作物生長離開 土壤，避免地力損失、連作障礙等弊病。另外的好處是方便自動化，且養液可循環使用更可方便隨時監控。
| 基本技術 | 生長的定量化和生長促進 | |
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| 共通技術 | 系統的設計 水耕栽培技術 移動栽培技術 密植栽培技術 各式自動化技術 保溫斷熱資材的選定與利用 | |
| 完全控制型 | 光源與照明設計 最適當的空調設計 | |
| 太陽光利用型與綜合型 | 熱線吸取、反射資材的開發 |
初始成本高與能源負荷大為目前發展植物工廠的兩大瓶頸，硬體建設的成本雖較高，但使用壽命長，風險低的優勢，如果能採立體化栽培，當栽培層數達到某一規模，單位面積的產量大增之後，硬體建設的年折舊成本與單位產品的能源負荷就不再是高不可攀了。 監控管理技術層次高，強調系統整合等是優點也是缺點，此些因素使得現階段植物工廠的發展需要技術性人員的參與，而非傳統農民所能單獨從事。植物工廠的成功可吸引具技術背景的年輕人回歸農業生產。
植物工廠的問題只有一個，就是成本。初始成本與操作成本均高，但也可以是高獲利。大略地說，在完全控制型植物工廠生產蔬菜，一般以葉菜類較合算。因為葉菜類的生產周轉率較快 ，且價錢較高，除了根以外都可吃這點也較有利。果菜類一般地光飽和 點較高，又須丟棄莖葉，所以較浪費，依現狀來說，果菜類應以太陽光 利用型植物工廠來生產。完全控制型植物工廠生產花卉則應以小、中苗階段或特殊目的 為宜，譬如嫁接苗的癒合養生與花期調節等。
在生產成本中，電費的比率確實很大，通常占操作成本的 50% ∼ 60% ，用電量中照明與空調的比例約為 2:1。若能有廉價電源與效率高 、光質佳的人工燈光，且配合選擇成長較快、具高經濟價值的植物，植 物工廠將更為吸引人。
選擇適合在完全控制型植物工廠栽培的作物應具有體積小、單價高、栽培期短、省工、可採水耕栽培等特質。由於完全控制型植物工廠內的天候可與外界不同，可栽培非當令蔬菜，採逆勢操作方式，可全年生產，可定時定量供貨等操作模式，提供管理者在計畫生產與銷售上很大的彈性，譬如掌握物以稀為貴的基本原則，當可掌握獲利的契機。
植物工廠是接在露地栽培、設施園藝、水耕栽培等依序發展之後的 終極技術，也可依此稱之為「第四農業」。其不僅技術上可行，更可以 有經濟上的實質利益，所以值得去追求這第四農業。
植物工廠的最終目標是想要生產某種蔬果， 只要按下某指定按紐， 該工廠便能完全自動地實施適當的環境控制， 並定時定量的生產高品質 的該指定蔬果。 也許離這樣的時日尚遠，也許根本是天方夜譚，可是植 物工廠確實值得作為 21 世紀的「農業的第四選擇」。
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