2 水稻育秧现状。
随着农业工程技术的发展，水稻育秧设施不断改善，水稻育秧从单层平面、立体育秧架、人工光与太阳光结合型立体育秧架育秧，发展到多功能立体旋转育秧机、MC 自动化育秧苗床进行育秧；解决了占地面积大、光照不均、劳动强度大等问题.
上述的育秧方式能够育出高质量秧苗，但受气候、环境、结构、材料、劳动力等因素的影响，仍存在以下不足之处[20]:①近年来极端气候频发，传统温室大棚抵御能力较差，寒潮突降可在一夜间冻死、冻伤大量秧苗；同样，骤然高温会导致烧苗，直接危及水稻生产[3].②传统温室大棚的光照主要依靠太阳光，连续的阴、雨、雪、雾霾，易导致秧苗出现打蔫、发黄、生长期延长等诸多“乏光”症状，降低秧苗品质，延误最佳插秧时机；人工光与太阳光相结合型育秧模式，由于光照的变化无常，影响植物光照周期，降低秧苗品质[5].③传统温室育秧多采用人工方式对光、温、水、气、肥等作物生长要素实施调控，环境精度与及时性经常受到人为因素干扰；不能准确获得土壤含水率及浇水量，而出现徒长、卷叶等现象[21].④受到传统温室大棚的塑料材质及拱形结构的影响，温室内部各点环境数据差异较大，导致同一温室培育出的秧苗良莠不齐，为后续机械栽插及田间管理带来了不便。
由于传统育秧模式自动化程度较低、环境参数精度低、占地面积大，导致秧苗出苗率低、死苗、发黄、徒长、打蔫、参差不齐等现象，严重影响秧苗的质量及后续插秧，危及水稻产量，如图4所示。为此，应寻求一种新的育秧模式，解决传统模式存在的问题。
3 基于植物工厂技术的水稻育秧核心技术。
3. 1 技术体系。
核心技术模块图如图5 所示。
不同作物生长所需要的光照、温度、湿度和营养液不尽相同，同种作物在不同时期不同环境下的生长需求也不相同.
目前，仅有部分作物具有相对标准化的生产指标，还存在很多作物在实际生产中缺乏生产指导和数据支持。这一问题会使未开发作物在植物工厂中的生长效果不佳，生产效率低下.
国内外利用植物工厂培育果蔬的技术已经非常成熟，培育果蔬所需的最优环境指标相对稳定，而水稻秧苗在不同生长阶段对光、温、水、气、肥的需求差异较大；果蔬由种子到餐桌的整个生长过程都在密闭环境中进行，而秧苗在成苗后要与外界环境相适应，为移植大田做准备；培育果蔬主要关注其营养成分及商品性，而培育秧苗主要关注其生理结构（盘根质量、茎叶韧性、稻秧结构等）及环境适应能力[2];培育果蔬多以水培和滴管技术为主[22 -23],而育秧则以浸润式技术为主。因此，采用植物工厂技术培育水稻秧苗，不能完全借用培育果蔬类的培育系统，为培育出经济、高质量的水稻秧苗，需要根据水稻秧苗的生长习性，解决人工光源、温湿度调控、育秧工艺及秧苗驯化及自动化育秧设备等问题。
3. 2 人工光源。
光作为一种环境信号，参与调控植物从基因表达的分子水平到器官建成，从种子萌芽、幼苗生长到植物生殖、衰老和休眠的各个阶段，使植物获得最大的生存和繁衍优势[24].在水稻生长发育过程中，当土壤肥力已知，秧苗素质和温度条件较稳定的情况下，影响水稻干物质积累的最重要因子就是光照条件[25].
植物生长灯的研究已经有了几十年的发展.其中，LED发光二极管在农业工程上取得了良好的效果.LED 允许控制光谱成分和光照强度，为植物提供更好的生长，由于辐射产生热量低，可以放置接近植物的位置，即使在高光照强度下也可以发射高光通量[26];同时，可以很容易地集成到数字控制系统，实现复杂的照明计划，如光在植物生长和生理（开花和光合效率）的过程中控制强度或光谱组成，使用发光二极管作为光源，还可以优化各种植物不同的生理过程的光谱质量.光环境分为 3 个部分：光照度（光量）、光质（光谱分布）和光周期（明暗时间）。国内外专家学者对蔬菜所需光环境做了大量的研究，研究发现：
调节光照强度可以影响幼苗的芽、根鲜重和生长状况；光质影响幼苗光形态的建成、叶绿素的合成及碳氮代谢及品质[27 - 28];不同植物有不同的光周期，光照时间影响着植物的生长发育，调节光周期，能够更好地调节植物生长[29].蔬菜所需光环境的研究为水稻育秧所需光环境的研究提供理论依据，但不能直接将其应用到水稻育秧过程中，对水稻育秧所需光环境的研究尚处于初级阶段，应根据水稻秧苗的生长习性确定不同阶段光照度（光量）、光质（光谱分布）和光周期（明暗时间）。
3. 3 温湿度调控。
光周期现象中，光照是主导因素，但其他外界条件也有一定的作用，影响植物对光照的反应，其中温湿度的影响最为显着.
温度不仅影响光周期通过的时间，且可以改变植物对日照的要求[17].作物主茎叶片数主要受温度和日长影响，温度是叶片生长速率主要影响因素[30],空气的相对湿度是决定水势的重要因素.
温湿度也是植物生长发育的重要生态因子，水稻幼苗生长状况受环境温湿度的影响较大，这种影响是综合性的，既对外部形态、干物质增长，也对体内化学成分、酶活性变化等产生效应[11].
受棚室结构及外界气候的影响，室内不同位置点温湿度存在着一定的差异，室内温湿度不均衡导致秧苗参差不齐，影响秧苗质量。而植物工厂相关技术不受外界环境的影响，可达到根据不同时期需求调节所需温湿度参数的要求.
目前，虽然植物工厂技术可以实现高精度的环境参数控制，但确定不同时期的温湿度值是培育高质量水稻秧苗的难点也是关键技术环节.
3. 4 育秧工艺及秧苗驯化。
水稻秧苗素质对其大田期生长、分蘖、拔节、孕穗、抽穗及产量有着重要的影响.
虽然在育秧所需人工光源、温度、水分、CO2浓度，以及土壤中氮、磷、钾元素等方面对水稻秧苗基本指标、形态指标、生理指标、应用指标方面的影响进行了单因素的研究，但通常只注重测定某一方面的变化，对秧苗素质的评价可比性有待于进一步研究.
目前，科研人员有针对性地制定了一些水稻育秧工艺流程，但不同品种的育秧工艺有所不同，同一品种不同生长阶段，育秧工艺也存在着一定的差异.水稻秧苗在移植大田之前，如果不提前适应外界自然环境，可能会导致“水土不服”,出现发黄、打蔫、死苗等不良状况。因此，借助植物工厂的高精度环境控制系统，能够避免环境调控精度与人为因素（经验不足、失察、疲劳等）干扰，进而确定不同品种及同一品种在不同生长阶段秧苗对光（包括光谱、光强、光照时间）、温（调控范围、变化规律）、水（空气湿度、土壤水分）、气（气体构成、气流循环）、肥（土肥、水肥、气肥）的最佳需求。进而确定基于植物工厂技术的水稻育秧工艺及秧苗驯化机制，为今后实际生产中培育高质量秧苗提供理论依据.
