现代设施农业现状与发展趋势分析

现代设施农业现状与发展趋势分析 胡 建 (四川农业大学 信息与工程技术学院，四川 雅安 625014) 摘 要:设施农业是利用人工修建的设施，通过可调控的技术手段，对室内环境因子进行全方位调控，形成摆脱 自然条件约束的全新技术体系，可为作物生长提供最佳的环境条件。为此，从设施农业的内涵以及特征出发，分 析了国内外设施农业的发展现状， 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出现代设施农业正朝着智能化、工厂化和节能化的方向发展。 关键词:设施农业;现状;发展趋势 中图分类号:TU261 文献标识码:A 文章编号:1003 －188X(2012)07 －0245 －04 0 引言 传统农业也称为固定农业，是从铁器工具的使用 到工业化以前的农业，经历了 2 000 年多时间，基本上 是自给自足的农业［1］。其主要特点是农业部门结构 较单一、生产规模较小、经营管理和生产技术仍较落 后、抗御自然灾害能力差、对外部自然环境的依耐性 较强、农业生态系统功效低、商品经济较薄弱和基本 上没有形成生产地域的分工等诸多方面。现代农业 是在传统农业的基础上发展，从工业革命以来形成的 农业，是逐步走向市场化、商品化的农业。其内涵更 加广泛，包含安全农业、无公害农业、机械化农业、企 业化农业、技术化农业、知识化农业、商业化农业和资 本化农业等方面［2］。设施农业作为现代农业基础设 施的一个重要组成部分，给农业现代化带来了强大的 动力和光辉的前景。发展设施农业是推进现代农业 规模化工程的重要内容，是挖掘农业内部增收潜力、 增加农民收入的重要手段，也是满足人们追求高质量 生活的必要保证。 1 设施农业内涵及特征 1． 1 设施农业内涵 设施农业是在不适宜生物生长发育的环境条件 下，通过维护结构设施，把一定的空间与外界环境隔 离开来，形成具有一定程度的封闭性系统，在充分利 用自然环境条件的基础上，人为地创造生物生长发育 的温度、湿度、光照、水分、养分等环境条件，实现高 收稿日期:2011 － 09 － 07 基金项目:四川省教育厅资助项目(09ZA063) 作者简介:胡 建(1979 －) ，男，重庆人，讲师，硕士，(E － mail)hjsicau @ 126． com。 产、高效和优质生产的现代化农业生产方式。 设施农业从广义上讲可分为设施栽培和设施养殖 两种类型［3］:设施栽培主要是指蔬菜、花卉及瓜果类 等作物的设施栽培，设施包含各类塑料棚、温室、人工 气候室以及相关配套设备;设施养殖主要是指家畜、 家禽、水产品和特种动物的设施养殖，设施包含各类 保温、遮荫棚舍和现代集约化的饲养畜禽舍及相关配 套设施设备。设施农业从狭义上讲主要包括塑料大 棚、温室和植物工厂 3 种不同技术层次的设施类型， 我国应用较为广泛的是塑料大棚、日光温室和连栋温 室。其中，节能日光温室为我国独创，其节能栽培技 术居国际领先地位，在北纬 32° ～ 41°甚至 43°地区的 严寒冬季，能够在不用人工加温或者仅有少量加温条 件下进行黄瓜等喜温性蔬果的生产。节能日光温室 目前已发展到 40 万 hm2，栽培种类也由蔬菜扩展到花 卉、观赏木本植物及草莓、葡萄、桃等园艺植物。 1． 2 设施农业特征 设施农业是一个新的生产技术体系，属于高投 入、高产出，资金、技术密集型的产业，与传统农业相 比较，具有下列显著特征: 1)科技含量高，抗灾能力强。设施农业是先进的 生物技术、工程技术、机械技术、现代信息技术、通信 技术和管理技术的高度集成，涵盖了建筑、材料、机 械、通信、自动控制、环境、栽培、管理与经营等学科领 域的系统工程，科技含量高。与此同时，设施农业对 农业生产的各个环节都进行人为的干预和控制，使农 业生产及农产品的储藏不再受到自然条件的限制，从 而增强了抵御灾害的能力。 2)反季节生产成为可能。设施农业能够根据不 同生物种类或者同一生物在不同生育阶段对温度、湿 度、光照等环境因子的需求进行人为的控制，使其完 ·542· 2012 年 7 月 农 机 化 研 究 第 7 期 全摆脱自然条件的束缚，从而克服了严寒、炎热等不 利气候影响，实现周年生产、均衡上市，而且使产量成 倍增长、品质大幅度提高。 3)高投入、高产出、高品质。设施农业打破了传 统农业地域和季节的自然限制，在一个相对封闭的环 境中，通过采暖设备、通风与降温设备、光照设备、CO2 气体调节设备等各种调控设备的综合运用，能够为动 植物生长提供一个最佳的生长条件，以最大限度地提 高产量。同时，农业设施中动植物的生长环境相对封 闭，能够最大限度地减少外界病菌、害虫的侵扰，从而 为生产无公害的绿色食品提供保障。 4)具有经济、社会、生态三重性［4］。首先，设施农 业通过对生产环境条件的有效控制，使农业生产摆脱 自然环境的束缚，实现周年性、全天候和反季节的规 模化生产，产量和品质均得到大幅度提高，同时土地 周年利用率也明显提高，从而提高经济效益;其次设 施农业为入们的餐桌提供新鲜、健康、安全、丰富的农 副产品，满足广大人民群众对各种农产品的市场需 求，从而取得社会效益;第三，设施农业可使农业资源 得到优化配置和高效利用，并改善农业生态环境，从 而取得生态效益。 2 国外设施农业发展现状 设施农业的发展在欧洲已有 100 年多的历史。19 世纪末，荷兰农户开始把玻璃盆覆盖在植物上用于透 光和保温。近年来，随着农业生物环境工程控制技术 的突破，大规模的现代设施农业迅速发展起来，发展 成为一种集约化程度很高的现代农业生产技术。随 着现代工业向农业的渗透和微电子技术的应用，集约 型设施农业在荷兰、美国、日本等一些发达国家得到 迅速发展，并形成了一个强大的支柱产业。 荷兰国土面积狭小，属于典型的人多地少国家， 但是却能依靠现代农业，成为了仅次于美国、法国的 世界第三大农业出口大国。荷兰是世界上设施园艺 最发达的国家，其温室类型基本为玻璃温室，全国温 室总面积达 1． 2 万 hm2，占全世界玻璃温室的 1 /4，主 要用于种植蔬菜和花卉［5］。在诸多温室结构形式中， 荷兰 Venlo(文洛)型小屋面玻璃温室是最具典型意义 的一种结构形式，是当今世界上先进的现代化农业设 施的典型代表，已成为世界上应用地域最广、使用数 量最多的玻璃温室形式。温室内安装各种先进的设 施环境自动控制系统，可根据作物生长对环境因子的 不同需求，通过计算机对设施内各种环境因子，如温 度、光照、湿度、气体和肥源等进行全面有效的自动监 测与调控。 以色列位于中东地区，其中沙漠占 2 /3，是世界上 淡水资源十分匮乏的国家之一，且大部分地区地下水 含盐量过高，利用难度大。根据本国的实际情况，以 色列走出一条知识、资本与科技密集型的道路，其中 节水灌溉技术处于世界领先地位。节水灌溉集成系 统中，现代化的滴灌和喷灌系统都配备有测定温度、 湿度、二氧化碳浓度等环境因子的电子传感器和测定 分析水、肥需求的计算机，人们在办公室就可进行遥 控指挥，并且施肥和灌溉可同时进行。这种封闭的输 水和配水灌溉系统有效地减少了田间灌溉过程中的 渗漏和蒸发损失，使水、肥的利用率达 80% ～ 90%，农 业用水减少 30%以上，节省肥料 30% ～ 50%，同时也 节约了传统灌溉的沟渠占地，使农田单位面积产量成 倍增长，原本资源匮乏的以色列现已成为沙漠上的蔬 菜出口国［6 － 7］。 美国是世界上工业最发达的国家之一，同时也是 一个农业非常发达的国家。目前现有温室面积约 1． 9 万 hm2，主要种植花卉(面积达 1． 3 万 hm2)。据统计， 1991 年温室农场总产值 87 亿美元，1992 年为 95 亿美 元［8］。设施内设备先进，生产水平一流，多数为玻璃 温室，少数为双层冲气温室。目前，覆盖材料采用最 先进的 PC(聚碳酸酯)板材温室已进入广泛应用阶 段，该板材透光与保温性能好，耐用，不易破损，防火 性能强，制成 3 层的中空板，保温性能更佳，目前全世 界这种温室面积约 1 万 hm2。近年来建成 50 hm2多屋 顶可以全部启闭的现代温室，该种温室透光性好(无 论采用任何覆盖材料，都会降低室内的太阳辐射照 度，影响作物生长) ，屋顶全部可以启闭的温室，可以 降低作物产品的硝酸盐含量，这对于生产绿色食品、 培育壮苗非常有利;但是建设成本较高，目前正研究 如何降低建设成本，以提高其推广应用性。 日本是个岛国，人均耕地资源低于我国。从 20 世 纪 60 年代开始，快速发展现代设施园艺业，温室由单 栋向连栋大型化、结构金属化发展。直到 1995 年，日 本有现代温室 4． 88 万 hm2，以塑料薄膜温室为主，而 日本的玻璃温室多为门式框架大屋顶双屋面连栋温 室［9］。在设施农业工程的研发过程中特别注重各种 调控设施科技含量的提升，使其向全智能化的方向发 展。其先进的温室配套设施和综合环境调控技术已 处于世界领先水平，近年来在组织培养环境调控和封 闭式育苗技术等方面取得了令人瞩目的成就。例如， 日本开发了适合双方向的远程监视控制系统“Open PLANET(简称 OP) ，不分时间和地点，只要计算机与 ·642· 2012 年 7 月 农 机 化 研 究 第 7 期 互联网相联，便能在异地实现远程遥控，从而实现更 大范围的温室自动化管理;除此之外，设施内产品采 摘后，清选、分级、包装、预冷等作业已实现自动化或 半自动化。 3 我国设施农业发展现状 我国设施园艺发展历史悠久，早在两千多年前就 有蔬菜、花卉的温室栽培记载，但是直到近 20 年来才 得到较大的发展，但是与发达国家相比还是存在较大 的差距。20 世纪 30 年代，我国北方地区已经在冬季 开始利用不进行人工加温的“日光温室”进行蔬菜生 产;到 50 年代中期，经农业工作者的 工作总结 关于社区教育工作总结关于年中工作总结关于校园安全工作总结关于校园安全工作总结关于意识形态工作总结 ，将其 命名为“鞍山式日光温室”;到 80 年代中期，人们对原 有的日光温室的建筑结构、环境调控技术和栽培技术 等方面进行了全面优化，得到了节能型日光温室，在 高纬度寒冷季节完全不加温或少加温的条件下顺利 实现越冬生产，创造出了一条具有中国特色的现代设 施农业的发展道路。 “八五”期间，为了进一步提高日光温室的采光和 保温性能，农业部将“日光温室性能优化与配套栽培 技术研究”列入了“八五”科研攻关课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，日光温室由 此获得了迅速的发展，成为适应于中国北方地区气候 特点的温室形式。“九五”期间，在北京、上海、浙江、 辽宁、广东等 5 省市和国家科技部领导组织下开展的 “工厂化高效农业示范工程”的带动下，全国的设施农 业得到了继续高速的发展。随后工厂化农业关键技 术研究与示范也被列入国家科技部“十五”国家重点 科技攻关项目，2001 年“设施园艺可控环境生产技术” 被首次列入国家“863”计划，这都反映了我国政府高 度重视设施农业的发展。农业工程专家在引进、消 化、吸收、创新的基础上，研制了一批具有我国自主知 识产权的现代温室设施: 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 建成国产化“智能型”连 栋塑料温室及控制设备和配套仪器，如营养液的酸碱 度、浓度、液温、液位监控专用仪器设备，测量大气的 光照、温度、湿度、CO2浓度的传感器等;研制出覆盖材 料为双层充气多功能薄膜的华北型连栋温室，从而提 高了温室的保温性能，达到节省能源的目的，降低温 室的运行成本，对温室业的发展起到了推进作用。这 些农业设施的一些关键技术有些填补了国内空白，甚 至已经达到了国际领先水平，已在全国适宜地区得到 推广应用。截止 2002 年底，我国设施农业面积为 200 万 hm2，占世界设施栽培总面积的 50%以上，总的设 施栽培面积居世界首位。 进入 21 世纪后，随着现代信息技术、机械技术、计 算机技术、生物技术等相关领域取得的新的突破，我 国现代设施农业产业取得了很大的发展。但是与发 达国家相比，我国的现代化设施农业水平还有较大差 距，主要表现在以下几个方面:①虽然我国设施农业 的面积虽居世界首位，但是以简易类型为主，设施内 环境因子可控水平与程度比较低，因此导致了生产效 率和生产效益低下，严重打击了生产者的积极性。② 我国设施农业的生产经营方式以个体农户为主，劳动 生产效率很低，只相当于发达国家的 1 /10，甚至只有 1 /100。规模化和产业化水平低，小农经济的生产和 经营模式与日益发展的市场经济矛盾越来越突出，更 难以走出国门与国际市场接轨。③发达国家的现代 设施农业工程已形成独立的产业体系，而我国还是分 散经营，以小型的乡镇企业为主，工艺水平较低。尤 其在环境因子控制设备的研究和制造方面，还是一个 非常薄弱的环节，限制了栽培水平的提高。近年来， 随着外国温室公司进军我国现代农业领域，他们的产 品虽然价格较高，但是质量好，工艺精湛，市场前进广 阔，使我国原本就不太发达的相关产业，受到更大的 冲击。④设施栽培机械化程度低，劳动强度大。设施 农业机械配套水平低，生产过程中的土壤耕作、播种、 微量灌溉、施肥、环境监控等绝大部分工作靠人工完 成，劳动强度大，效率低下。 4 现代设施农业发展趋势 4． 1 无土栽培技术在现代设施农业中的广泛应用 无土栽培技术是发展现代设施农业的一项重要技 术成果，世界上已超过 100 多个国家将无土栽培技术 广泛应用于现代设施农业生产。生产实践 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ，无土 栽培不仅可获得高产，而且可向人们提供健康、营养、 安全无公害、无污染的有机绿色食品。营养液的循环 利用节省投资，保护生态环境，减轻土壤污染，减少病 虫害的发生，防止连作障碍。 4． 2 设施农业生产向植物工厂发展 植物工厂是目前智能化程度最高的现代设施农 业，它能够完全摆脱大田生产条件下的自然气候条件 的制约，应用现代先进设备，完全通过人工控制工厂 内的环境条件，为作物生长创造一个最佳生长条件， 全年均衡供应农产品。根据照明光源的不同，植物工 厂分为自然光利用型、人工光与自然光并用型和人工 光利用型 3 类。植物工厂在日本已应用于生产实践 中，目前已有植物工厂近 40 个，其中生产用植物工厂 有 17 个，并且安装有机器人，从播种、培育到收获整 个过程全部实现了电气自动化。优化后的密闭环境， ·742· 2012 年 7 月 农 机 化 研 究 第 7 期 蔬菜种苗移栽 2 周后，即可收获，全年收获产品 20 茬 以上，蔬菜年产量是露地栽培的数十倍，是温室栽培 的 10 倍以上。 4． 3 设施农业向精细农业体系发展 精细农业也叫精准农业或精确农业，是 20 世纪 80 年代初国际农业领域发展起来的一门跨学科新兴 综合的以获得农田高产、优质、高效的现代农业生产 模式和技术体系。该体系利用地理信息系统(GIS)、 全球卫星定位系统(GPS)、遥感技术(RS)和计算机自 动控制等系统［10］，实现水、肥、气、药等农业资源的科 学管理与应用，最大限度减轻农业污染，保护农业生 态环境，有效实现农业的生态功能。 4． 4 设施内环境控制向智能化、网络化、无线化发展 现代设施农业的核心是对设施内各环境因子能够 有效地调控，使作物生长在最佳的环境条件下，最大 限度地发挥其优良遗传潜力，并且在调控过程中完全 能够实现智能化、网络化和自动化。随着物联网、环 境调控专家系统的深入研究，设施内环境控制向智能 化、网络化、无线化发展已变为现实，并在不断的完善 和创新过程中。Morgan 等设计的基于 GPS 的土壤信 息实时监测系统，孙忠富等设计的基于 GPRS 和 WEB 的温室环境信息采集系统，周国祥等设计的基于 GSM 的数字农业远程监控系统［11］等专家系统的出现，为环 境控制的智能化提供技术支持。 4． 5 发展节能型现代设施农业 现代设施农业(特别是大型连栋温室)在实际的 生产应用过程中对能源的消耗量较大，不仅增加了生 产成本，而且将近一步加剧能源紧缺的不利局面，着 力开发自然光热资源和浅层地热能源已成为人们普 遍关心的焦点问题。优化设施结构和覆盖材料，增加 设施自身的蓄热能力和加强农业设施维护结构自身 的保温措施等，均能充分利用自然光热资源。同时， 利用浅层地能采集技术，可实现设施内冬季供暖、夏 季制冷，以降低环境调控能耗。 参考文献: ［1］ 陶武先．现代农业的基本特征与着力点［J］． 中国农村经 济，2004(3) :4． ［2］ 李玉恒，张正河． 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goes beyond the limit of nature and providing the excellent environment for the growth of the living creatures． This paper is devoted to analyzing the cur- rent development of facilities agriculture both at home and abroad on the basis of its connotation and features so as to prove that modern facilities agriculture directs toward intelligentization，industrialization and energy － saving． Key words:facilities agriculture;current situation;tendency of development ·842· 2012 年 7 月 农 机 化 研 究 第 7 期