在工業化和城市化不斷發展的進程中，土地資源被進一步開發利用，世界耕地面積不斷縮小。在非洲、中國和印度等經濟發展迅速而人口稠密的國家，食物需求不斷增長，糧食生產面臨巨大挑戰。我國西北地區存在著廣闊的戈壁，總面積達56萬平方千米，所以為戈壁地區設計開發一種高效經濟的耕作系統，可以充分利用土地和光照資源，拉動當地農業發展和就業增長。

戈壁農業的耕作系統是以無土栽培溫室設施的集群組成，溫室是由三堵牆和南側傾斜的熱塑膜組成，利用材料和結構設置充分地進行太陽能熱量的吸收、儲存，每個溫室中的微氣候條件都由一個集中的控制中心進行監控，控制中心經遠程傳感器感知，可以調節指定溫室的微氣候條件，如溫度和濕度，而其他系統則可以自動施肥。

戈壁農業不同於傳統的露天耕種，無需土地和大水量灌溉；又不同於溫室，能量來源由太陽能供給，這種系統充分利用了日照時間長的特點，在農業種植上具有明顯的科學先進性。戈壁農業具有許多的優勢：

1.提高作物生產力

在戈壁土地設施中種植農作物，基本上一全年四季皆可種植，土地利用效率（即每單位土地的農作物產量）比傳統的露天耕地高得多。如酒泉實驗站的一組種植單位，5年（2012-2016年）的年平均農作物產量為：甜瓜34噸、西瓜66噸、辣椒102噸、黃瓜168噸、番茄177噸，在相同的氣候條件下，比傳統的開放農田系統產量高10–27倍。

2.提高用水效率

在乾旱和半乾旱地區，農業種植的最大挑戰即是缺水，戈壁農業的耕作系統也應用一些了節水策略：（a）基於植物的最佳生長需求，在非關鍵生長階段。輕度虧缺灌溉可以刺激植物防禦系統，增強對乾旱脅迫的耐受性。（b）灌溉技術的改進，使用地下滴灌可以減少水流的蒸發流失（c）使用多種覆蓋方法來減少土壤表層水的蒸發，覆蓋區域包括植株行之間的區域。（d）由於耕種是一個相對封閉的系統，收集土壤表層蒸發水使其再循環利用。（e）採用先進的農藝方法進行作物管理，如修剪樹枝以增加光的穿透力，優化通風以獲取植物光合作用所需的CO 2，灌溉後對生根區充氣幾天，可以減少土壤蒸發。

3.提高能量利用效率

戈壁的土地耕作系統完全基於太陽能。旨在通過使用和存儲來自太陽的能量來保持儘可能多的熱量，減少了非常大的電力成本。為了提高太陽輻射的利用效率，耕種者使用多種手段來增加熱量存儲和提高熱量釋放，例如在北壁上貼雙層黑色塑料薄膜；屋頂上安裝保溫色板；利用淺層土壤吸熱系統來提高室內空氣溫度；太陽能熱水泵也可以利用儲熱水箱的熱量來調節溫室溫度。另外，我國光伏發電技術水平領先世界，更多的光能發電項目將進一步提高戈壁地區的太陽能源利用率。

4.提高養分利用效率

不同於傳統耕作使用合成肥料，戈壁農業系統的植物養分的主要來源是有機物質，例如農作物秸稈，牲畜糞便和食品生產廢料，以及人類用的廢物回收品，經發酵加工後

作為種植基質。再將營養液通過溝渠或者全包裹的形式輸送給作物。

5.生態效益

戈壁耕作系統的能量來源完全依靠太陽能，避免了化石燃料（如煤，石油和天然氣）產生的排放和氣候變化，例如一些栽培系統中，植物固定的凈CO 2數量是傳統露天種植系統中的8倍。還能利用堆肥基質逐漸增加土壤碳含量，改善土壤質量。

近年來，我國的戈壁土地耕種系統發展迅速，具有擴大設施面積和生產水平的潛力。但是也有一些挑戰，比如水資源的限制、生態環境脆弱、勞動力限制、經濟的可持續性。通過健全政策體系、加大項目資金扶持，加強與研究院校、企業合作，我國酒泉市戈壁農業面積累計達到9.3萬畝，已發展成為全國最大的戈壁生態農業示範區。