耕地的匮乏，水源的短缺是影响农业可持续发展的重要因素。但道高一尺魔高一丈，人类在困难面前决不会束手无策，新的绿色革命中设施栽培将异军突起。当今居家过日子的老百姓都知道设施栽培带来的最大实惠是冬季告别了大白菜、土豆的“一统天下”，即使是冰天雪地的东北，一年四季也都有新鲜的南北果蔬应市。如今从南到北沿途一望，各式各样的塑料棚室琳琅满目。
设施农业最早出现的是设施园艺，从事蔬菜、西瓜、甜瓜、花卉的生产，技术的表现形式也经历了简易塑料小拱棚和大棚到日光温室，由人工控制单一植物生长条件（例如温度）到自动化控制全部植物生长条件（光、温度、湿度、肥料、水及机械支撑等）的阶段，而且这种技术目前仍在发展之中。设施的利用内容也从单一的蔬菜、花卉种植发展到瓜果栽植、畜禽养殖和水产养殖。目前，由于设施农业中计算机技术等一些高新技术的综合运用，已经出现了自动化高精密阶段——植物工厂的雏形。如果说设施园艺代表农业设施化的先进技术，那么植物工厂就可以代表农业工业化的具体表现了。完全控制型的植物工厂，在企业化的经营思想下，农产品的生产相当于工业制品的生产任务。
无土栽培
无土栽培克服土壤限制因素，最大程度地满足了植物生长的养分和水分需求。无土栽培也称为水培，是一种抛弃传统土壤耕作方式，将植物生长发育所需的养分以营养液形式供给植物的栽培方法。无土栽培一般以各种不同形式的介质来支撑植物，如岩棉、石砾、砂等。由于营养液的养分浓度比在土壤中容易控制，故它是植物工厂的重要部分。
一般的土壤耕作，容易出现连作上的障碍。土传病害也日益严重。栽培上必须中耕、除草、施肥、喷药等，人力、时间、成本消费大，产品品质也不易控制。而植物工厂的水培，无疑是将农业的与工业的方法结合应用，达到省力、省时、高产、卫生的目的。表4比较了土壤栽培与水培的差别。水培的营养液中加入平衡的养分，供植物生长需要。不同植物生长时期可以供应不同的养分比例，使植物生长发育的全过程有最佳的养分供应，再配合植物工厂内地上部环境因素的调节控制，便能构成一个多元化体系的植物工厂形式，达到促进农产品生产快速、健康发展的效果。
无土栽培按支撑介质分为固体栽培和非固体栽培两类。固体栽培有沙培法、砾培法、泥炭培法、海绵培法、岩绵培法，非固体栽培有水培法、水汽培法、雾培法。无土栽培在耕地日益减少的今天更为人类关注，它种植的品种范围不断拓广，互作和间作的模式越来越多，设施的合理利用程度越来越高。在各地的高新技术示范园中，无土栽培是一个亮点。
土壤传导性病原、线虫、昆虫媒介、小动物多，作物受害程度较大栽培介质经消毒杀菌，土传病害不易发生，可不喷或少喷农药水分管理土壤条件不同，构造以及保水性不均匀，灌水较难控制水分不足的情况不易发生，水分检验、调节装置均可自动化产品品质元素不足所造成软腐、空果多，酸度高且不耐运输果实坚脆，保存期长、耐运输，易销售卫生情况与地面接触多，且农药施用量大，清洁安全度不能保证产品洁净无污染，收获后立即可销售作业时间须中耕、除草、灌水、施肥、喷药等，时间浪费大可自动化进行，大面积的栽培只须少量劳动力产量受气候影响，产量不稳定，且品质不均能以设施园艺或植物工厂形式进行，产量稳定，高产介质耐久性同一地点，多种作物有连作障碍，处理上繁杂困难使用清洁无菌，无土介质换替轻松容易，无连作障碍。
塑料棚室
传统的塑料棚室，包括各种形式小拱棚、塑料大棚、薄膜日光温室，一般从事蔬菜生产，棚型通常是根据当地的具体情况选用。
近年来，随着我国国民经济的发展和生活水平的不断提高，人们对水果的需求日益增长，大大促进了北方和江淮地区瓜果棚室栽培的发展。
在我国北方和江淮地区，从晚秋至早春，利用塑料温室、塑料大棚等设施，创造适宜的条件栽培葡萄、桃、樱桃、李、甜瓜、西瓜和草莓等瓜果，能使其果实比露地栽培的提前或延后成熟并上市。这对调节和改善水果的市场供应具有重要意义。
棚室瓜果生产，产品上市时机好，瓜果售价高，有较高的经济效益。一般棚室桃、葡萄等果树，当年定植，当年即可形成花芽。如棚室养桃，如果在12月中旬左右升温，桃树于第2年1月下旬开花，4月上旬果实开始成熟，那么，就比露地桃早上市90天左右。
棚室瓜果生产还可与棚室蔬菜生产相结合，可以建立多种间作套种模式，使棚室经济效益得到进一步提高。
棚室瓜果生产，极大地推动了“两高一优”农业的发展，为农村脱贫致富开辟了新途径。
塑料棚室养畜禽和水产品也是近年发展较快的高效养殖方式，塑料棚室养畜禽的基本原理是：充分利用太阳能和畜体自身散发的热能，提高畜舍温度，人工创造适宜畜禽正常生长的小气候环境；减少不合理热能耗损，降低维持需要，提高营养物质的有效利用率；选用优良品种及杂交品种，饲喂全价配合饲料，实行科学的饲养管理和疫病防治。通过这一系列技术的密集配套，充分挖掘畜禽生产活力，进而获得理想的饲养效果。以养鸭为例，通常樱桃谷鸭散养长成需要70天左右，而采用塑料大棚养殖仅40天即可出棚。
塑料棚集约养殖技术适用于北方寒冷地区的各种规模的畜禽饲养户（场），解决“一年养畜半年长”的矛盾。
植物工厂
植物工厂的生产由于完全控制了植物生长所需要的全部条件，并能力求使其达到最优，故摆脱了自然条件的限制。这样，一年四季，在任何气候、地形条件下，均可依照理想的设计而实现周年生产或实现季节调节。
植物工厂的场所可依人们的要求建设。可以根据植物工厂的建设地点，对植物工厂的设施进行不同的设计。
人工光源控制型植物工厂，由于环境实现人造气象控制，所以只要是在保温效果优良、安全坚固、无污染的地方就可建造，如城市中的地下室、大楼、防空洞等均可利用。当然极端寒冷地区乃至空间亦可建造。
利用自然光型或综合型（自然光和人工光照结合型）的植物工厂，首先需要建造在有光照的土地上。这种植物工厂的出现，使在沙漠等不毛之地上生产食粮果蔬等成为可能。在建造植物工厂时，通常对光、温、坚固程度等考虑较多，如选择保温好的材料，在材料上漆浅色或反射性能好的涂料，以求日光或照明效率的提高。
如何利用环境的现有条件，去开发一个符合经济能源成本的高层次植物工厂设施，是当今最重要的课题。
植物工厂的设计在构造上多种多样，从最初的塔型设计到现今的扇形设计，无一不是以求得“用最小的空间创造最大的粮食生产量”为目的，各种不同装置皆依当地环境条件的需要而建造。
植物工厂的植物生产方有：在自然光利用高度控制型下的温室水培果菜类连作式生产和叶菜类高度轮作式生产，在人工光利用完全控制下的植物工厂中叶菜类连续生产方式。
当前世界上开发中的植物工厂，达到实用化阶段的是自然阳光利用型的。而人工光源完全控制型植物工厂多处于研究阶段，只有日本进入了实用化阶段。开发出植物工厂的国家有日本、美国、加拿大、以色列、奥地利、丹麦等国家。在现在开发的植物工厂中，主要生产蔬菜、瓜果、花卉等，特别是不耐贮藏、价格高的蔬菜，如莴苣类叶菜、番茄、草莓等。
植物工厂生产蔬菜，具有产量高、省时的特点。
英国一家设施农业工程公司发明一种工厂化栽培果树的新方法获得了成功，这种方法不把果树栽在土壤中，而是把枝条插在树枝形的橡胶管子上，把营养液通过橡胶管输送到各个枝条上。每一根枝条都能像在树上一样开花结果，而且结果率和产量都很高。果树成熟后只需在胶管中输入脱落素，果子则自行脱落收获。果树枝可以用2～3茬，一年能收获3～5次并可全年连续生产。目前已用苹果枝、梨枝、桃枝建立了实验生产线，都获得了试验成功。这一技术为实现果树生产工厂展示了光明的前景。
植物工厂在现阶段的农业中，还属于一种新事物，它是设施园艺（农业）中最精致、最集约的阶段。它利用各种人工气象控制植物生长环境，形成高产、优质、卫生、无农药的农产品，同时使农业生产设施和农业劳动生产率得以大幅度提高。
可以说，对于未来人类的粮食供应，植物工厂提供了技术上的可靠保证。
但是，植物工厂需要巨大的初期投资和极高的运转费用，全部自动化控制的植物工厂的投资更大。这种高额初期投资和高额运转费用是植物生产成本过高的直接原因。所以，目前国外虽有植物工厂生产的蔬菜上市，但其价格都在市价的2倍以上。从植物工厂的发展与普及来看，设备成本的降低是首要的课题。
可以说，目前世界上研究开发的各种人工全控制型植物工厂的主要问题焦点，都是电力费用过高。植物工厂运转费用的60％是电力费用。这些电力主要是用在照明及温、湿度调节等设施上。未来只有在光源与能源设备上获得更大的突破，才能降低植物工厂的运转费用，使这种生产方式得到普及推广。给出了几种栽培设施投资与收益的情况比较。
农药是防治病、虫、草害的有效武器。20年前电视屏幕上曾出现这样的画面：面对张牙舞爪的害虫，“敌杀死”一喷，害虫“死光光”。当时大多数人对其并未留意。如今，稍有点知识的男女老少都时常为所谓“农药残留”担惊受怕，他们认为，农药传播疾病和影响人畜健康。据称，农药残毒招致食品污染，全球每年死于农药中毒者达50多万人。事实上，所谓农药残毒超标是在违反安全操作规程和滥用农药情况下才能发生的。超标100～500倍的事例实属罕见。联合国粮农组织报告说，世界上1／4的谷物和油料种子被感染霉菌或其他毒素（包括致癌物质），主要是通过昆虫或啮齿动物传播，使用农药是消灭它们的惟一途径。学者指出，如果禁用农药防除害虫，全世界蔬果至少减少50％，而且蔬果上寄生的菌类带给人类的致病率将增加2～3倍。还有一种观点：现代农业给生物多样性带来危害，特别是使野生动植物资源濒临灭绝。事实上，是滥垦乱伐造成它们栖息之地逐年丧失。学者估算，如果全世界禁用化肥农药，就必须垦殖比现有耕地多出05～1倍的面积。届时不是又有更多的生物失去栖身之地而继续灭亡吗？
目前专家认为，在新的绿色革命中，农药仍然是不可替代的主角之一。
病虫草害防治的历史回顾
病、虫、杂草是农业生产的大敌。农民在长期与病、虫、草害斗争过程中，虽然积累了不少经验，但对一些重大的病虫灾害仍缺乏有效防治方法，以至到19世纪、20世纪还发生多起大的病虫灾害。19世纪40～50年代，阿根廷、爱尔兰和法国先后因马铃薯疫病、葡萄白粉病造成绝收，饿死150多万人，被迫向美洲、非洲移民160多万人。1927年，我国曾发生一次大蝗灾，受害面积达240万公顷，损失在1亿1千万银元以上，仅山东省就有700万人下关东或沦为乞丐。还有过这样一个记载：一个在印度的外国游客，途中忽然感到天昏地暗，黑云压顶，举目一望，竟是蝗虫遮天蔽日而来，宽及604米的蝗虫群整整飞了3天3夜才过尽。1970年，美国因玉米叶枯病，损失约10亿美元，成为历史上最严重的一次病害。
农作物病、虫、草、鼠等的生物灾害发生和危害是制约农业高产、优质、高效和农业持续发展的一大障碍。据联合国粮农组织估计，世界粮食产量因病、虫、草、鼠的危害造成的损失分别达10％、14％、11％和20％，棉花产量因病、虫和杂草的危害造成的损失分别达12％、16％和58％。我国常年病、虫、草、鼠害发生面积233亿～267亿公顷；其中病虫害发生面积200亿～233亿公顷，草害040亿一0.47亿公顷，鼠害013亿～020亿公顷。因病、虫、草、鼠害造成的损失亦是相当可观的，如1990年小麦条锈病大流行，损失小麦265万千克；1991年稻飞虱猖獗成灾，全国水稻受稻飞虱危害的面积达21亿公顷，损失稻谷25亿千克；1992～1995年棉铃虫连续4年暴发成灾，其中1992年该虫危害棉花的面积即达400万公顷，全国棉花平均减产30％以上，减产棉花15亿千克，直接经济损失100亿元；1993年我国南方稻区稻瘟病大流行，减产稻谷150亿千克；常年农田鼠害减产粮食50亿~89亿千克。
对害虫进行比较系统的研究始于18世纪。19世纪70~80年代，几例严重病虫害的防治成功，成为病虫害防治史上的一个转折点。当时马铃薯甲虫在美国迅速蔓延，严重威胁着粮食生产。在激烈争论之后，对马铃薯作物喷洒了对人有毒的砷制剂（马黎绿），取得较好防治效果。波尔多液（硫酸铜加生石灰）最早是一个法国农民涂在葡萄上的，以防止葡蓟被人偷盗用的，后来发现对葡萄霜霉病有防治效果。1882年，法国的米亚尔代（PMAMillardet）进一步肯定这种药效，波尔多液成为一个良好的杀菌剂。上述成功事例开创了使用化学农药的时代。19世纪70～80年代，法国利用美国的一种抗葡蚜的葡萄品种为砧木进行嫁接，以防治从美国传入的葡蚜，获得成功；美国加利福尼亚州从澳大利亚引进瓢虫，成功地防治了柑橘吹绵介壳虫。到19世纪末，包括化学防治、生活防治、栽培防治、抗性品种利用、机械和物理防治的5种主要害虫防治措施，都已建立并应用。进入20世纪，由于化学农药以及选育抗病品种在防治病虫害方面的良好效果，逐渐出现忽略其他防治措施的倾向。
第二次世界大战期间，军队出于防治热带传染病的需要，促使战争双方加快对杀虫剂的研究。DDT最初由德国人蔡德勒于1874年合成，1939年，瑞士的缪勒发现它的杀虫性能，并于第二次世界大战中用于军队，消灭传染疾病的媒介——虱和跳蚤等，战后又用于杀灭农业害虫。同一时期，也发现了六六六的杀虫性能，随后，又合成了其他一系列有机氯杀虫剂。
