设施园艺发展概况、存在问题与产业发展建议

关键词：论文发表，期刊论文，职称论文，农业论文发表

    设施园艺是通过现代农业工程、机械技术和管理技术改善局部环境，以生产优质、高产、稳产农产品的一种环控农业，是作物栽培技术、环境控制技术与温室工程技术高度交叉融合的产业[1]。设施园艺科技含量高，是一个国家或地区农业现代化水平的重要标志之一，发展设施园艺是由传统农业向现代化农业转变的重要组成部分[2]。目前，许多国家发展了大规模的现代设施园艺，并成为其支柱产业，从设施栽培专用品种、栽培方式、温室配套控制技术及设备等方面推出标准化成套模式。欧美及日本等发达国家在发展设施园艺过程中，不仅能高水平地进行设施建设和能源利用，并且配套有先进的栽培、管理技术，获得极高的经济效益[3]。目前，荷兰已建成 1.1 万 hm2 玻璃温室，主要以文洛(Venlo)型连栋温室为主，其中约 50%用于种植月季、菊花、百合、小苍兰及兰花等观赏植物，每年出口总额超过 60 亿美元，其余玻璃温室则主要用于番茄、黄瓜和辣椒等蔬菜生产，其中番茄产量可达 800 t·hm-2、黄瓜产量可达 1 000 t·hm-2，达到了极高的产量和效益水平。以色列设施园艺面积约 2.6 万 hm2 ，温室工程、新品种培育、栽培管理和节水灌溉等方面研究和应用都处于世界领先水平，番茄产量高达 480 t·hm-2，而温室种植玫瑰花最高产量达 320 万株/hm2[4]。日本与韩国设施园艺也较为发达，在设施环境调控、设施专用品种选育和无土栽培技术等方面都处于亚洲领先地位。

    中国发展设施园艺可有效提高土地产出率、资源利用率和社会生产率，对保证农产品供给，促进农业发展、农民增收，增强中国农业综合生产力都具有十分重要的意义。

　　1 中国设施园艺发展现状

　　随着中国农业产业结构调整的不断深入，设施园艺得到了迅猛发展，在农业中所占比重不断提高，栽培面积从 1978 年不足 0.7 万 hm2 发展到 2013 年的 187.4 万 hm2 ，成为世界设施园艺第一生产大国，栽培作物已从单一的蔬菜扩展到瓜果、食用菌、中草药、花卉等多种经济作物领域。栽培地域也不断扩大，目前中国所有省(区、市)都有设施园艺生产，不同地区设施形态也各具特点。北方主要发展高效节能日光温室[5]，南方则以塑料大棚及简易设施栽培为主。根据农业部农机化司统计[6-11]，2008 —2013 年，中国设施园艺(包括连栋温室、日光温室、塑料大棚)栽培总面积从 81.3 万 hm2 增加至 187.4 万 hm2 (表 1)，平均年增长率为 18.5%。不同地区之间具有各自的区域特点，从设施类型上看(截止 2013 年)，设施园艺栽培面积中连栋温室面积为 5.7 万 hm2 ，日光温室面积为 61.2 万 hm2 ，塑料温室面积为 120.5 万 hm2 (表 2)，分别占设施园艺栽培总面积的 3%、32.7%、64.3%。从产地分布看，辽宁、山东、河北、江苏是中国设施园艺发展最快的 4 个省，约占全国设施面积的 58.8%。这些地区利用充足的光照资源发展节能日光温室，实现越冬及早春果菜生产。长江中下游地区主要发展塑料大棚等设施，实现冬季果菜、根菜、叶菜的生产。

　　2 国外设施园艺主要进展

　　2.1 国外设施园艺概况目前，设施园艺技术最发达的国家当属荷兰、以色列、日本、美国和加拿大。根据相关资料统计，截止 2010 年底，国外设施园艺总面积约为 56 万 hm2[4]，主要分布在日本、韩国及地中海各国(表 3)。荷兰及北欧国家以玻璃温室为主，塑料大棚在日本、韩国使用较为广泛。中国现代化设施园艺起步较晚，但发展迅速，已成为世界第一生产大国[12]。

　　2.2 国外设施园艺发展的特点 2.2.1 先进工业技术广泛应用于设施园艺 设施园艺要求高投入、高产出，当前先进的工业技术已不断投入到设施园艺中并取得了显著的成效。国外发达国家已将自动化技术应用到园艺作物的育苗、耕作、施肥、病虫害防治及农产品的收获、分装、储藏、保鲜等过程，节约了大量劳动力[13]。目前，荷兰、日本、美国、以色列、韩国开发出的耕作、移栽、嫁接、施肥、喷药、采摘、移栽、消毒等配套机器人装备，应用于设施园艺生产过程中，不仅大幅节约了劳动力、降低了工人劳动强度、提高了劳动效率、改善了设施生产劳动环境，而且保证了生产过程中产品的均一性[14]。荷兰开发的温室屋面自动清洗装置，用于清洗温室玻璃灰尘，大幅度提高了温室的透光率[15]。在园艺产品采收及后加工过程中，发达国家也广泛使用自动化机器，在包装、产品转运、产品快速分级等过程基本实现了机械化、自动化。

　　2.2.2 高新技术在设施园艺中大量应用 设施园艺是多种高新技术集成的平台，包括计算机控制、物联网、无土栽培、生物技术、物理化学技术、新材料及新能源利用等，是多个学科交叉的集成体。现代化计算机控制技术和传感器技术已使设施园艺向工厂化、数字化、智能化发展，基于数字化的模型能够对温室进行准确的管理。从育苗、定植、栽培、施肥、灌溉等过程，发达国家设施园艺已基本实现智能化操作管理，可根据作物生长特点自动调节温室内温度、湿度、 CO2 浓度等，为植物创造最适宜的生长环境。欧美一些现代化温室采用物联网技术、逐步实现管理网络化。日本、韩国在设施环境调控技术方面处于亚洲领先地位[15-17]。节能减排也是欧美国家研究的重点领域，主要包括提高温室覆盖材料的透光率、优化温室结构、减少热能损失、热能多用途利用，大大降低了单位产量的能耗。LED 作为补光光源也是目前国外节能领域研究的热点之一，与传统钠灯相比，LED 光源节能效率可达 50%以上，并且光源的使用寿命大幅延长[18-19]。

　　2.2.3 无土栽培技术的广泛应用 无土栽培以人工制造的作物根系环境取代了土壤环境。可有效解决传统土壤栽培中难以解决的水分、空气、养分的供应矛盾，作物根系处于最适宜的环境条件，从而充分发挥作物的增产潜力。目前无土栽培最发达的国家是荷兰，所有温室蔬菜生产都采用无土栽培技术。商业性无土栽培以基质培为主，荷兰基质栽培占无土栽培面积的 90%以上。无土栽培改变了传统的种植模式，可以避免设施栽培出现土壤连作障碍，作物的产量大幅提高，产品品质也有显著改善。

　　3 中国设施园艺发展特点

　　中国设施园艺经过 30 多年的发展，形成了不同地域特色的设施类型。设施园艺生产按照优质、高产、高效、生态、安全的要求，得到快速发展，已成为世界设施面积最大的国家。在设施园艺规模不断扩大的同时，国家和各级政府对设施园艺科技也极为重视。针对中国设施园艺装备落后、设施自动化和智能化程度低、能源短缺、设施专用品种缺乏等问题，开展多学科联合攻关，均取得了一定的成果。

　　3.1 设施园艺增效明显 2008 年全国设施园艺总产值为 7 079.8 亿元，占园艺产业总产值的 51.3%，利用 22%的播种面积，创造了 36.8%的产量，63.1%的产值。2010 年设施园艺总产值约 7 400 亿元。目前，全国设施园艺年产值已超过 1 万亿元，部分省份设施园艺收入已超过当地农民纯收入一半以上。与露地种植相比，设施园艺通过对生产环境调控从而大幅度提高单产效益，产值则比露地生产提高 3—5 倍[22]。

　　3.2 高新技术逐步应用于设施园艺 3.2.1 温室设施装备水平和环境控制技术不断提高随着中国设施园艺产业化发展，设施装备水平也逐渐提高。现代化连栋温室、日光温室的设计和建造水平不断提高，温室的各项性能显著改善。同时，温室建设、保养、维修的相关企业也快速增长，为设施园艺发展提供了有力的保障。针对温室、大棚等特殊耕作环境，研制生产了一些有多种作业功能的小型耕作机械，小型整地起垄覆膜机、小型移栽机等。同时注重开发适合中国不同区域设施栽培的新材料、新设备，如温室降温保温材料、温室骨架复合材料、加温保温设施、遮阳设施、灌溉设施、肥水一体化施肥机、机械卷帘机等[23]。开发了一系列的温室采摘运输、穴盘播种机，果蔬清洗分级机等装备系统，并应用于设施园艺生产中，有力地提高了设施园艺的机械化生产水平。

　　3.2.2 无土栽培技术和连作障碍调控技术已获广泛应用 中国无土栽培系统主要包括水培和基质栽培两大类，其中基质栽培占 95%以上。由中国农业科学院蔬菜花卉研究所研发的有机生态型无土栽培是中国无土栽培的主要形式，占全国无土栽培总面积 75%以上;目前中国无土栽培技术主要用于设施园艺中番茄、黄瓜、甜椒、甜瓜、生菜等蔬菜作物及花卉植物，在园艺植物育苗上也有一定的应用[24-26]。近几年对无土栽培的模式、基质配方和肥料配方、灌溉模式及产品品质等[27-31]方面都做了深入研究。由于无土栽培在防止肥料导致的环境污染、节约水资源、提高作物产量方面的潜在优势，也越来越受到各地政府的重视。近年来，中国设施园艺无土栽培面积不断扩大，已成为设施作物生产的重要栽培方式。

　　3.2.3 资源利用率逐步提高，节能环保设施技术成为设施园艺发展方向 中国设施园艺建设以合理利用当地气候资源为原则，各个地区都研发了具有各自特点的技术应用于日光温室及连栋温室，研究开发了多种新型节能日光温室结构和新型高透光、防老化、防雾、高保温的新型复合温室覆盖膜，研发和使用新型保温材料、高效降温设备和相变蓄热墙体等，综合节能率可达 11.6%—38.5%[12]。非耕地有效利用也取得了显著进展，西部地区利用充足的光能资源和非耕地资源，利用秸秆和沙为栽培基质进行主要设施蔬菜的生产，实现了非耕地的有效利用[34-35]。膜下滴灌等微灌技术获得广泛应用，肥料利用率提高 1 倍[36-37]。肥水一体化使用技术和配套控制装备的研发也取得了长足的进步，有效替代了国外类似产品的进口。

　　4 中国设施园艺存在的主要问题

　　虽然近些年中国设施园艺发展迅速，设施栽培面积与人均供应量已居于世界第一位。但由于中国设施园艺的设施类型多样，相关科研工作开展时间较短，在栽培技术、环境调控及专用品种等方面与发达国家还有不小的差距。同时，目前中国设施园艺仍以个体农户生产经营为主，产业化水平低，设施园艺效益优势不能完全体现。目前中国设施面积世界第一，其中 90%以上进行蔬菜生产，但中国温室蔬菜平均年产量仅约为 90 000 kg·hm-2，设施蔬菜的单位面积产量、质量、效益与劳动生产率与国外相比还有较大的差距。

　　4.1 设施装备水平不高中国设施园艺栽培面积已达到 187.4 万 hm2 ，但90%以上为简易型设施，以个体农户小规模经营为主，设施结构简单，性能差、空间小、结构不合理、抵御不利气候条件能力较差、劳动强度大、劳动环境恶劣、劳动生产率低等情况普遍存在。日光温室及塑料大棚缺乏环境调控设备，对温室内温度、湿度、光照等调控能力较低。目前中国还没有成套的设施结构及建造的标准，个别标准之间存在重复和矛盾。机械化程度较低，温室专用小型机械种类少而且没有普及，部分地区基本依靠人力，导致劳动生产率低下。

　　4.2 科技含量相对较低中国的设施园艺在环境控制、栽培管理技术、人工智能技术、生物技术、物联网技术等方面与农业发达国家还有很大的差距，导致设施农产品产量和质量低下，水、肥资源浪费大，设施园艺效益差。中国无土栽培面积仅有 1 000 余 hm2 ，只占设施栽培面积的 0.1%，远远低于发达国家 50%的水平。缺乏具有自主知识产权的设施栽培专用品种，在商品品质、复合抗病性、抗逆性等方面的育种水平与国外差距较大，温室栽培蔬菜品种除华北型黄瓜外，其他品种尚未形成主栽品种。温室作物生产技术都是零散性的经验、尤其是大型温室生产，成套操作技术规范较少，缺少量化指标。

　　4.3 土壤盐渍化、连作障碍、病虫害制约设施园艺发展由于越冬、早春设施栽培的低温弱光等原因，设施栽培环境极易引起病虫害的发生，而且主要依赖化学农药进行防治。中国设施栽培普遍依赖大肥大水提高作物产量，养分利用率仅为 10%—20%，盲目超标使用化肥和农药现象严重，导致产品产量低，品质下降，有害物质超标，造成土壤盐渍化及环境和生态污染，产品安全问题已成为中国社会普遍关心的问题。中国的设施作物生产种植品种单一，连作条件下的病虫害和连作障碍问题尤为严重，连作障碍和病虫害问题成为制约设施蔬菜可持续生产的瓶颈，但中国的连作障碍克服技术体系尚未成熟。

　　5 中国设施园艺发展方向与建议

　　国外设施园艺发展趋势是结构设备现代化、温室管理自动化、经营规模大型化。总体来看，虽然中国设施园艺近些年取得了快速的发展，但在先进技术、设备研发、综合集成、推广等方面还远远不够。

　　5.1 中国设施园艺技术未来研究的重点领域 5.1.1 温室结构装备和环境精确控制技术 以低碳节能设施为重点，研究具有蓄热—保温性能的轻简装配式节能日光温室，提高温室抗逆能力和能源利用效率;研究温室结构优化设计技术、开发适合不同地区、气候条件的新型温室，尤其是新型日光温室。研发温室新型覆盖材料、蓄热保温材料，研究设施园艺生产过程机械技术和装备，提高机械化作业水平。通过节能综合技术研究，优化设施结构，增强保温性和光能利用率以及探索新型能源，降低设施园艺能源消耗，提高经济效益和设施园艺可持续发展能力。研究温室智能环境控制及生产管理信息化系统和温室控制专用传感器、物联网技术和云技术，实现对温室内光、温、水、气、肥等诸多因子的优化精准控制。

　　5.1.2 无土栽培技术研究 研究替代草炭和岩棉的无土栽培生态型基质，开发生态型复合无土栽培基质，栽培基质优化配制技术，研究无土栽培作物根区环境的调控技术，营养液的消毒技术和配套设施设备。研究营养液各种离子在线检测技术、基质无土栽培灌溉自动控制技术和配套装备。开发低成本无土栽培模式、无土栽培肥料、有机无土栽培技术。

　　5.1.3 病虫害可持续控制技术研究 研究主要设施毁灭性病虫害粉虱、蓟马、甜菜夜蛾、根结线虫病、灰霉病、晚疫病、枯萎病等的高效专一性天敌、生物制剂，天敌与生物制剂规模化生产技术及其在不同设施环境下的应用技术，开发设施病虫害的生态调控与物理化学控制技术。

　　5.2 设施园艺产业化发展建议设施园艺是中国农业生产中效益较高的支柱产业，但产业化程度仍然较低，正处于全面提高的关键期。政府对设施园艺产业化发展需加强宏观调控，采取适当措施加速产业化进程。坚持优化布局，发挥区域优势，选择设施园艺基础较好的区域，统筹育种、栽培、装备、管理等多方面的力量，充分挖掘设施园艺生产潜能，促进设施园艺持续发展。

　　5.2.1 加强政府宏观导向作用，加大惠农政策力度设施园艺产业化发展应以市场为基础，以效益为中心。各级地方政府应从本地区园艺产业发展实际情况出发，按照各地的气候资源分布、市场需求、交通运输情况及经济发展情况加强设施园艺发展的宏观引导，因地制宜制定本地区设施园艺发展规划和发展目标，有效地整合资金、技术、人才等资源，发挥比较优势，突出地方特色，减少发展的盲目性，推进设施园艺产业化进程。

　　5.2.2 加大设施园艺产业科技创新投入力度 加大科技创新投入力度，支持设施园艺关键技术装备研发，对从事设施园艺产业的科研、新技术和新品种的试验、示范与推广工作给予资金的优先安排。国家及各级政府应保障设施园艺科研、推广等经费，加强设施园艺的职业技术教育资金投入，培养具有一定设施园艺理论知识的种植者与管理者。

　　5.2.3 加强设施园艺装备标准化发展 虽然中国设施园艺产业在温室建造、应用材料等方面取得了一定的进展，但设施园艺相关的行业标准在温室设计、施工、材料应用方面没有获得普遍的应用，在很大程度上阻碍了设施园艺产业化发展。因此，各地区应根据自身发展的需要加强产品标准和设计标准的制定和完善，加强标准的执行，对农民自制的温室设施提出指导建议，规范园艺设施装备生产建造。

　　References

　　[1] 喻景权. “十一五”我国设施蔬菜生产和科技进展及其展望. 中国蔬菜, 2011(2): 11-23. Yu J Q. Progress in protected vegetable production and research during ‘the eleventh five-year plan’ in China. China Vegetable, 2011(2): 11-23. (in Chinese)

　　[2] 何芬, 马承伟. 我国设施农业发展现状与对策分析. 中国农学通报, 2007(3): 462-465. He F, Ma C W. Development and strategy of facility agriculture in China. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2007(3): 462-465. (in Chinese)

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