中國設施農業(yè)現狀及發(fā)展戰(zhàn)略.doc

1、中國設施農業(yè)現狀及發(fā)展戰(zhàn)略摘要：本文以設施農業(yè)的發(fā)展背景分析為基礎，介紹了目前國際上在溫室智能化管理、節(jié)能與新能源利用、高效栽培、植物工廠和溫室機器人等設施農業(yè)關鍵技術領域的發(fā)展趨勢，對我國設施農業(yè)的研究現狀和問題進行了系統(tǒng)闡述。針對目前我國設施農業(yè)存在的問題，提出了今后應重點在溫室結構優(yōu)化與新型材料開發(fā)、基于作物生長模型的溫室數據采集與智能化控制、溫室高效生產綜合配套技術、溫室節(jié)能與資源高效利用以及植物工廠等方面進行優(yōu)先研究的發(fā)展戰(zhàn)略和建議。關鍵詞：設施農業(yè)溫室管理植物工廠資源高效利用The research situation and development strategy of con

2、trolled environmental agriculture in ChinaYang Qi-changSun Zhong-fuWei Ling-ling LiuWen-ke Bao Shun-shu Cheng Rui-feng（ Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081 ）Abstract: Based on the background analysis ofcontroll

3、ed environmental agriculture（ CEA ） , currentresearch situation and development trend on intelligencemanagement of greenhouse, saving-energy technology,efficient cultivation, plant factory, greenhouse robot andother new technologies were illuminated deeply. Aiming atthe existent problem of controlle

4、d environmentalagriculture （ CEA ） in china, the priority research projects ,including greenhouse structure optimization, new materialsdevelopment, date acquisition and intelligent control basedon the crop growth model, synthesis technique of efficientcultivation, saving-energy engineering, efficien

5、t using ofresource and plant factory, were suggested. Moreover, thesuggestions to develop controlled environmentalagriculture （ CEA ） in China were also put forward.Key words: Controlled environmental agriculture（CEA ）；Greenhouse management；Plant factory；Efficient cultivation1 背景和意義 1設施農業(yè)，是在環(huán)境相對可控條件

6、下，采用工程技術手段，進行動植物高效生產的一種現代農業(yè)方式。雖然設施農業(yè)涵蓋設施種植、設施養(yǎng)殖和設施食用菌等產業(yè)，但更多的情況下人們常常特指設施種植業(yè)。在國際的稱謂上，歐洲、日本等通常使用“設施農業(yè)（Protected Agriculture）”這一概念，美國等通常使用“可控環(huán)境農業(yè)（ControlledEnvironmental Agriculture）”一詞，我國在“九五”期間曾經使用過“工廠化農業(yè) (Industrialized Agriculture) 1”。的所概有念這些名稱，約定俗成，只是文字表達上的差異，其實內容是基本一致的。由于設施農業(yè)是在環(huán)境相對可控條件下進行生產，因而可以完

7、全或部分地擺脫自然條件的束縛，使生物種性與遺傳潛力得以充分發(fā)揮，達到提高資源利用率、勞動生產率和社會經濟效益的目的。20 世紀 60 年代以來，隨著現代工業(yè)向農業(yè)的滲透，設施農業(yè)在荷蘭、日本和以色列等一些發(fā)達國家迅速發(fā)展，并形成了強大的支柱產業(yè)。目前，這些國家在設施農業(yè)優(yōu)良品種的選育、新材料開發(fā)、 環(huán)境控制、高效栽培及其配套系統(tǒng)等方面均形成了完整的技術體系2 。我國是一個人均資源極度匱乏的國家，資源與人口的現實壓力決定了我國農業(yè)的發(fā)展必須走資源節(jié)約型可持續(xù)發(fā)展之路。設施農業(yè)作為資源高效利用型產業(yè)，不但可以充分挖掘作物遺傳潛力， 大幅度地提高產量， 而且還可實現在鹽堿地、戈壁、沙漠、建筑物屋頂等

8、非可耕地上進行生產，提高土地資源、水資源和光熱資源的利用效率，實現高產、優(yōu)質、高效和可持續(xù)發(fā)展。因此，大力發(fā)展設施農業(yè)對緩解我國人口資源壓力、 實現由農業(yè)大國向農業(yè)強國轉變，是十分必要的。首先，設施農業(yè)的發(fā)展有利于我國資源的優(yōu)化配置和高效利用，緩解由于人口增長、資源短缺與人們消費水平日益增長所產生的供需矛盾。我國是一個農業(yè)大國，人口多，耕地少，人均資源相對不足，農業(yè)發(fā)展正面臨著耕地日益減少、人口不斷增長和社會總需求不斷增加的嚴峻挑戰(zhàn)。目前我國的人均耕地約為0.08 公頃，僅為世界平均水平的 1/3 ，人均水資源也只有世界平均水平的 1/4 ，而且人口還以每年 1.7 的速度遞增， 由于城市化等

9、原因耕地每年以 450 萬畝遞減，荒漠化以每年2460 平方公里擴展 3 ?！懊褚允碁樘臁保谟邢薜娜司Y源條件下，滿足人們日益增長的對農副產品的需求，必須走高效農業(yè)的發(fā)展之路。由于設施農業(yè)是在環(huán)境相對可控的條件下進行生產，在一定程度上克服了傳統(tǒng)農業(yè)難以解決的限制因素，使資源各要素能得到優(yōu)化配置和高效利用，單位土地面積的生產能力可得到成倍乃至數十倍的提高。有關資料顯示，我國設施園藝產業(yè)以不到 3% 的種植業(yè)土地， 獲得了 20% 左右的種植業(yè)總產值 4 。因此，設施農業(yè)的發(fā)展將是今后解決我國人口增加、資源短缺、人們消費日益增長矛盾的有效途徑。其次，設施農業(yè)的發(fā)展有利于我國現代農業(yè)整體水平的優(yōu)

10、化升級和綜合效益的提高。改革開放以來，我國設施農業(yè)取得了長足的發(fā)展，僅設施栽培面積即從1981 年的 0.72 萬公項發(fā)展到2007 年的 300多萬公項，居世界首位；但與發(fā)達國家相比，我國 90% 以上的設施仍為簡易型結構，環(huán)境調控能力差、綜合配套技術不完善、專用品種缺乏、勞動生產率和土地利用率較低的現象仍較為突出，單位面積產量僅為發(fā)達國家的1/2 1/4 ，勞動生產率按人均管理面積計算也僅相當于發(fā)達國家的 1/5 1/10 。我國雖擁有約 3000 公頃具有一定環(huán)控能力的大型連棟溫室，但有 400 公頃左右為進口產品 ,國產溫室的一些關鍵技術與設備，如覆蓋材料、遮陽（防蟲）網、環(huán)境控制、節(jié)

11、水灌溉以及配套栽培系統(tǒng)等也都部分或全部依賴進口5 。因此 ，要徹底改變我國設施農業(yè)的現狀，必須加大設施農業(yè)整體裝備水平與關鍵配套技術的研究與產業(yè)化開發(fā)力度，形成具有中國特色的設施結構型式和配套技術體系，提升設施農業(yè)的綜合效益。第三，設施農業(yè)的發(fā)展有利于提升我國溫室產業(yè)的自主創(chuàng)新能力，加快國產化進程，帶動現代農業(yè)的發(fā)展。近年來，隨著我國設施農業(yè)的快速發(fā)展，引進國外設施、品種和配套技術的進程也明顯加快。據統(tǒng)計，我國 1995 以來引進國外的大型連棟溫室數量在 360 公頃以上， 約占全部引進總量的90% 以上。實踐證明， 引進溫室并不適合我國國情，如從荷蘭引進的玻璃溫室無法滿足全年生產對設施的要求

12、，除降溫性能差外，冬季耗能大、運行費用高等問題也很突出，這是由于荷蘭緯度高、光照弱、冬暖夏涼的氣候特點所決定的，溫室設計主要考慮采光好、封閉嚴和利于自然通風，對保溫性能和機械通風降溫考慮較少，這一特點僅適合于我國極少量地區(qū)，絕大部分地區(qū)均不適宜；以色列因光照好，氣候溫和，溫室多用單層塑料膜覆蓋，我國北方地區(qū)引進后冬季采暖能耗極大，運行費用較高，效益普遍較差。由于氣候適用性差， 許多地方引進的溫室成為無法使用的“超級塑料大棚”6因。此，我國應在引進消化國外先進溫室技術的基礎上，著力加強自主創(chuàng)新能力的建設，針對不同氣候區(qū)的特點，研究開發(fā)出能耗低、 環(huán)境控制水平高、 配套設施完善、適宜我國經濟發(fā)展水

13、平的國產化溫室設施，同時結合育種及栽培管理技術的研究與開發(fā)，逐步使我國設施農業(yè)形成完善的配套技術體系，實現設施農業(yè)技術的全面國產化。綜上所述，大力開展自主創(chuàng)新研究，提升我國設施農業(yè)裝備和配套技術水平，不僅有利于提高我國有限資源的利用效率，緩解由于人口增長、 資源短缺和消費日益增長的矛盾；而且對我國設施農業(yè)整體水平的提高、國產化進程的加快以及國民經濟的持續(xù)高效發(fā)展都具有十分重要的意義7 。2 國際發(fā)展趨勢20 世紀 60 年代以來，隨著現代工程、新型材料和微電子技術向農業(yè)的滲透，設施農業(yè)在荷蘭、以色列和日本等一些發(fā)達國家得到迅速發(fā)展。目前，這些國家在設施農業(yè)裝備和配套技術方面均形成了完整的體系，

14、其現代化溫室能根據作物對環(huán)境的不同需要，由計算機對設施內的溫、光、水、氣、肥等因子進行自動監(jiān)測和調控，并可實現溫室作物全天候、周年性的高效生產， 荷蘭溫室西紅柿的產量達到了 50 70kg/m2 ，黃瓜產量達 80 100kg/m2 ，玫瑰產量達 320 340 枝/m2 。同時，在設施農業(yè)高效生產的綜合配套技術方面也得到了快速發(fā)展，無土栽培技術已被廣泛使用，溫室節(jié)能技術、環(huán)境監(jiān)測與控制技術、 CO2 施肥技術、熊蜂授粉技術、病蟲害綜合防治技術、節(jié)水灌溉技術以及智能化管理與網絡技術等方面也得到了快速發(fā)展 8-11 。主要技術發(fā)展趨勢如下：（ 1）溫室管理的數字化、智能化是目前國際設施農業(yè)研究與

15、產業(yè)化開發(fā)的主要方向。在詳盡研究作物生理與環(huán)境互作關系的基礎上，形成作物從苗期到成熟階段不同生育時期與環(huán)境關系的量化指標體系和控制模型，實現對設施內溫度、濕度、光照、水分、營養(yǎng)、 CO2 濃度等綜合環(huán)境因子的自動監(jiān)測與調控，已經成為當前國際上設施農業(yè)研究的熱點。目前，有兩個主要研究方向值得關注：一是溫室作物高效生產管理模型的研究。通過多年對溫室作物生理信息與環(huán)境、營養(yǎng)之間定量規(guī)律的研究，建立作物數字化模型，為溫室精準化管理提供理論依據12 ，13 。如荷蘭通過多年的研究，開發(fā)出了Tomsim （番茄）、Hotsim （黃瓜） 等模型， 對包括整枝方式、栽培密度、基于天氣和植株生育狀況的環(huán)境管理

16、指標、不同生育階段的水肥管理指標、病蟲害預防和控制技術等進行了量化；美國和荷蘭專家共同推出的Tomgro 番茄管理模型，也已得到廣泛應用 14 。日本農業(yè)研究中心開發(fā)出的MetBroker系統(tǒng)和山武股份公司開發(fā)的拓撲案例模型法(TopologicalCase-Based Modeling:簡稱 TCBM) ，形成的作物模型已成功用于溫室番茄的管理；二是基于Web 的溫室數據采集與控制系統(tǒng)軟硬件的開發(fā)。通過環(huán)境、生理、營養(yǎng)等生物物理傳感器的開發(fā)，以及人工神經網絡、遺傳算法、模糊控制策略等智能控制技術、Internet 在數據傳輸與控制方面的應用等，開發(fā)出基于Web 的溫室數據采集與控制系統(tǒng)。荷蘭

17、瓦赫寧根大學通過將作物管理模型與環(huán)境控制模型相結合，實現溫室的智能化管理，大幅度降低了系統(tǒng)能耗和運行費用6 。日本千葉大學利用遙感技術和圖象檢測裝置測定植物群落的生長狀況，從而實現溫室的智能化管理與控制。以色列ELDAR GAL 公司研制出了能同時采集數十個植物生理和環(huán)境信息的監(jiān)測儀，通過與專家系統(tǒng)結合實現對植物環(huán)境的精確調控。隨著網絡技術的普及，溫室的智能化、網絡化管理技術也得到了較快的發(fā)展。倫敦大學農學院研制的溫室計算機遙控技術， 可以觀察、遙控 50km 以外溫室內的溫、 光、氣、水等環(huán)境因子狀況。日本明星電氣公司開發(fā)的農業(yè)氣象信息網絡系統(tǒng)可同時連續(xù)檢測15 種環(huán)境要素 ,并將測量數據實

18、時連接到計算機或因特網上，進行遠程監(jiān)測和調控。美國加里福尼亞大學和康奈爾大學還研制出了溫室生產SPA(Speak Plant Approach to Environment Control)智能化技術，即將進入實際應用階段14-15 。（ 2）溫室節(jié)能與新能源應用研究受到普遍重視?；诨茉慈找婵萁摺厥覛怏w（CO2 ）限制排放等原因，歐美等發(fā)達國家目前在溫室領域最重要的研究課題是節(jié)能。多年來，這些國家的溫室產業(yè)對化石燃料（天然氣和石油等）的依賴較大，在日本每生產一根黃瓜需耗燃油60ml ，一個（型200 ）番茄需耗油85ml ，荷蘭每年1.1 萬公頃溫室消耗的天然氣約占全國總用氣量的12%

19、 。近年來， 隨著京都議定書的執(zhí)行，一些發(fā)達國家正在積極研究溫室產業(yè)具體的CO2 減排措施。如荷蘭規(guī)定，到2010 年，將以1980 年（100% ）為參照減少溫室行業(yè)65% 化石燃料的使用，到 2020 年，將基本不用化石燃料。因此，這些國家紛紛投入大量的科研經費用于節(jié)能和新能源技術的研究。其主要進展包括：第一，大幅度提高覆蓋材料的透光率、增加太陽能的入射量。例如，荷蘭瓦赫寧根大學開發(fā)了一種叫Zigzag 的板材，利用反射光的二次利用，透光率可達89% ，最高達到93% 95%17 。一些國家還開發(fā)出了溫室屋頂清洗機械裝置，用于清洗屋頂的灰塵，增加溫室的透光率；第二，在防止溫室內部長波向外輻

20、射方面，對溫室覆蓋材料的內側進行鍍膜處理，以阻止長波向外輻射，減少熱損耗，可以實現節(jié)能 25% 以上；第三，在熱能的多用途利用和余熱回收方面，盡可能減少熱損耗。如溫室鍋爐的煙筒普遍裝有余熱回收系統(tǒng)，熱回收效率可達 75% 以上 18 ；第四，淺層地能的利用。利用土壤作為蓄熱源，夏季把低溫冷源抽到地上，用于溫室降溫，把經過熱交換的熱量打到地下，貯存起來；冬季把貯存的高溫熱源抽上來，在熱泵作用下，升溫至 45 50，這樣只需要稍許加溫就可以用于溫室采暖，節(jié)能幅度達 65% 70% ；第五，節(jié)能光源 LED 的應用。植物并非利用太陽光的全部成分來進行光合作用， 而是以波長 610 720nm 的紅、

21、橙光以及波長 400 510nm 的藍、紫光為主要吸收峰值區(qū)域。以往的人工光源，如高壓鈉燈、金屬鹵素燈和熒光燈等，因含有紅外和遠紅外等發(fā)熱光譜成分，能耗大，運行成本高。近年來，隨著發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode, LED）技術的發(fā)展，研制出了針對植物需求的單色LED （如波峰為450nm 的藍光、波峰為 660nm 的紅光等）及其組合光源，光能利用率可達 80 90 ，節(jié)能效果極為顯著，并已經實現了在溫室補光、組培、育苗以及植物工廠等領域的應用19 。（ 3）溫室環(huán)境友好、 資源高效利用技術得到廣泛關注。由于對資源高效利用和環(huán)境保護的關注，一些發(fā)達國家近年來投入大量的精力

22、進行溫室精確施肥、雨水收集、水資源和營養(yǎng)液的循環(huán)利用以及對土壤、大氣的保護等相關技術的研究，盡量減少資源的浪費和對環(huán)境的破壞。在無土栽培營養(yǎng)液的閉路循環(huán)技術方面，歐盟規(guī)定 2000 年以后所有的溫室無土栽培必須采用 Closed System （閉路循環(huán)系統(tǒng)） ，通過對栽培系統(tǒng)末端營養(yǎng)液的回收、過濾和消毒，再經過對營養(yǎng)液成分的檢測與補充，又重新回到溫室循環(huán)使用。目前，荷蘭 Venlo 型溫室的閉路循環(huán)系統(tǒng)不僅能實現節(jié)水21% 、節(jié)肥 34% ，而且還大幅度地減少了溫室生產對周邊環(huán)境的污染；在雨水收集利用方面，通過溫室天溝與輸水管路的連接，將雨水收集到溫室附近的蓄水池中， 再通過過濾、 凈化等措

23、施，用于溫室的灌溉。 據荷蘭統(tǒng)計， 每公頃溫室配備的貯水罐 （池）容積約 1500m3 ，可解決 75% 溫室作物的灌溉用水；在病蟲害防治方面，通過采用生物防治和物理防治手段相結合的方式進行綜合防控，盡量減少化學藥劑的使用，實現蔬菜自身的品質安全和對環(huán)境的零污染。（ 4）植物工廠高技術研究逐漸受到重視。植物工廠是通過設施內的高精度控制實現作物周年連續(xù)生產的高效農業(yè)系統(tǒng)，是一種由計算機對植物生育過程的溫度、濕度、光照、 CO2 濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境要素進行全天候控制，不受或很少受自然條件制約的省力型生產方式。植物工廠可實現一年多茬次栽培，生菜、菠菜等葉菜類作物的栽培周期較露地可縮短 1/41/2

24、 ，產量可達 150t/1000m2 ，為露地栽培的 1020 倍。近年來， 由于土地資源的限制以及人類開發(fā)太空的考慮，日本、美國、以色列、荷蘭等國積極進行植物工廠高技術的研究與探索， 美國 NASA 甚至研究在太空采用人工光植物生產技術實現宇航員食物的自給。日本政府基于本國農業(yè)勞動力老齡化、生產成本的急劇上升以及人們對安全食品需求的考慮，多年來積極開展節(jié)能、環(huán)保、安全型植物工廠的研究與開發(fā)，并通過政策與資金扶持，大大地推動了植物工廠高技術的發(fā)展 20 。（ 5）溫室管理機器人研究已經進入中試階段。20 世紀 80 年代中期以來 , 隨著電子技術和計算機的發(fā)展 , 特別是工業(yè)機器人、計算機圖像

25、處理技術和人工智能技術的日益成熟 , 以日本、荷蘭、英國和美國為代表的一些西方發(fā)達國家，在溫室管理機器人的研究方面進行了大量的探索 , 試驗成功了多種具有人工智能的機器人 , 如番茄采摘機器人、葡萄采摘機器人、黃瓜收獲機器人、西瓜收獲機器人、甘藍采摘機器人、蘑菇采摘機器人以及噴藥、嫁接、搬運機器人等， 一批溫室管理機器人已經進入中試階段21-24 。3 國內研究現狀及存在的問題我國設施農業(yè)科研工作起步于20 世紀 80 年代初的“六五”期間，經過 30 多年的發(fā)展，取得了數百項國家級和省部級科研成果，為進一步發(fā)展積累了豐富的成果和人才隊伍?！傲濉逼陂g，由農業(yè)部開始立項設立“熱浸鍍鋅鋼管裝配式

26、塑料大棚研究設計”和“自然光照人工氣候室研究”兩個課題，分別對塑料大棚的骨架結構與定型化設計、自然光照人工氣候室環(huán)境機理與調控技術進行了探索，并對半可控環(huán)境下蔬菜育苗技術改革進行了系統(tǒng)研究，初步探討了工廠化育苗的可行性。“七五”期間，農業(yè)部設立了“設施農業(yè)栽培技術研究”研究項目，分別對“塑料大棚高產栽培技術”、 “地熱溫室栽培技術”、“無土栽培設施及配套技術”三個專題進行了深入研究。 “八五”期間，農業(yè)部繼續(xù)設立“設施農業(yè)栽培技術研究”項目，分別就“日光溫室結構性能優(yōu)化及高產栽培技術”、“工廠化育苗設施及配套技術”和“高產優(yōu)質低成本的蔬菜無土栽培技術”等三個方面進行了重點研究。“九五”期間，由

27、前國家科委批準啟動的“工廠化高效農業(yè)示范工程”項目，第一次正式提出了“工廠化農業(yè)”的概念。該項目分別在北京、上海、廣東、遼寧、浙江等地實施，在不同類型區(qū)國產化溫室的研制與開發(fā)、溫室高產綜合配套技術的研究與設備開發(fā)、新品種選育、種植工藝、采后處理加工及產品檢測等方面取得了較大的進展。同時，通過規(guī)范化栽培技術的攻關研究， 高效節(jié)能溫室番茄、 黃瓜單產取得了 1.8 萬公斤以上的水平 25 ，26 ?！笆濉逼陂g，可控環(huán)境農業(yè)生產技術研究正式列入國家“ 863”計劃，成為“現代農業(yè)技術”主題中的重要專題，相繼開展了“可控環(huán)境下主要蔬菜作物優(yōu)質高效和無公害全季節(jié)生產技術”、“可控環(huán)境農業(yè)數據采集與自動

28、控制系統(tǒng)研究”、 “可控環(huán)境下蔬菜生育障礙防治技術與配套產品”、“可控環(huán)境園藝作物動態(tài)生長模擬與優(yōu)質高效生產技術”等方面的研究， 并獲得了一批具有我國知識產權的新技術和新產品?！笆晃濉逼陂g，國家設立了科技支撐計劃“綠色環(huán)控設施農業(yè)關鍵技術研究和產業(yè)化示范”、“現代高效設施農業(yè)工程技術研究與示范”、“設施農業(yè)配套關鍵技術裝備研究開發(fā)”、863“基于模型的日光溫室結構優(yōu)化與數字化設計”、 973“設施農業(yè)的基礎研究”等一系列項目， 目前正在進行具體實施過程中。所有這些，為我國設施農業(yè)的進一步發(fā)展奠定了人才、技術、基地與物質儲備。但是，隨著我國設施農業(yè)的進一步發(fā)展，所面臨的問題也極為突出，主要表現

29、為：(1) 連作障礙已經成為影響我國設施農業(yè)土壤資源持續(xù)高效利用的重要瓶頸。隨著設施作物栽培年限的增加，由于大量使用化肥以及重茬栽培，加上土壤管理措施不當，常引起土壤微生物種群的改變、土壤結構的破壞和次生鹽漬化以及養(yǎng)分障礙的發(fā)生，造成土壤質量退化、病蟲害頻繁發(fā)生以及藥劑的過量施用，嚴重影響了產地環(huán)境和園藝產品的質量33 ；(2) 設施資源利用率不高，嚴重影響我國設施農業(yè)的持續(xù)高效發(fā)展。與設施農業(yè)密切相關的資源要素包括土地、水和能源，這些都是我國的緊缺資源，長期以來設施農業(yè)生產多偏重于獲得高產、高效，不惜投入大量的資源，肥料、能源和水資源浪費嚴重，我國設施農業(yè)單位面積水資源的利用率僅為以色列的

30、1/51/6 ，而且肥料利用率更低，不僅造成資源浪費，還會引起面源污染，嚴重影響我國設施農業(yè)的持續(xù)高效發(fā)展34 ；(3) 設施作物與環(huán)境之間的交互作用機理研究薄弱，影響智能化管理與控制技術在設施農業(yè)上的應用效果。由于在環(huán)境因子對作物生理生化、生長發(fā)育的影響、作物生長模型等方面研究不夠深入，缺乏有效的環(huán)境管理模型，環(huán)境控制技術智能化水平低，嚴重影響現代信息與控制技術在設施農業(yè)上的應用效果和管理水平；(4) 設施無土栽培技術研究薄弱，影響我國設施作物生產管理技術水平的提高。荷蘭等發(fā)達國家通常采用無土栽培技術來克服溫室土壤栽培的連作障礙。由于我國無土栽培起步較晚，相關的基礎研究不夠深入，無土栽培在作

31、物產量上的優(yōu)勢不明顯，導致目前我國無土栽培面積僅占溫室大棚面積的千分之一，設施無土栽培基礎研究薄弱以及配套裝備缺乏，嚴重影響了我國設施作物生產管理技術水平的提高35 。(5) 設施園藝作物病蟲害發(fā)生頻繁，防治藥劑的施用不盡合理，園藝產出品和環(huán)境污染嚴重。與露地生態(tài)系統(tǒng)相比，棚室環(huán)境中具有溫差大、高濕和弱光等特點，我國的節(jié)能型日光溫室和塑料大棚，棚室優(yōu)化環(huán)境能力有限，病蟲害易于發(fā)生。據估計，我國常年發(fā)生的重要設施園藝作物病蟲害多達百種以上，而造成嚴重危害的約 50 余種，產量損失超過 25 ，防治設施園藝作物病蟲害藥劑的不合理施用，也嚴重污染了園藝產出品和生態(tài)環(huán)境。（ 6）智能化水平低，限制了我

32、國設施農業(yè)現代化發(fā)展的步伐。我國目前絕大多數溫室設施缺乏自動化監(jiān)控系統(tǒng)，特別是缺乏針對性強、與生產緊密結合的商品化控制管理軟件。另外，數據傳感器類型少，價錢昂貴，且多采用進口產品。上述問題限制了我國設施農業(yè)向現代化發(fā)展的步伐36-38 。4 發(fā)展戰(zhàn)略與優(yōu)先領域（ 1）發(fā)展戰(zhàn)略將緊緊圍繞設施農業(yè)學科發(fā)展和國家需求，以大幅度提高資源利用效率、單位土地產出率和可持續(xù)發(fā)展為目標，在設施新品種選育、新材料開發(fā)、節(jié)能工程、環(huán)境模擬與智能控制、營養(yǎng)液栽培、植物工廠以及管理機器人等關鍵技術領域取得突破，形成具有中國特色的設施結構類型和配套技術體系。在短期內，將在作物與溫、光、水、氣、肥等環(huán)境因子交互作用規(guī)律與

33、仿真模型的研究方面，在以清潔能源為主體的環(huán)境調控裝備研制，溫室自動檢測與控制系統(tǒng)軟硬件開發(fā)，無土栽培營養(yǎng)液循環(huán)與控制系統(tǒng)，溫室管理機器人的試驗研究以及植物工廠的開發(fā)等方面取得重要進展；在中期內，將會在溫室作物新品種的選育，節(jié)能覆蓋新型材料的開發(fā)，淺層地能和太陽能等新型清潔能源的開發(fā)，無土栽培配套系統(tǒng)，基于 WEB 的溫室數據采集與智能控制系統(tǒng)成套裝置，以及溫室管理機器人的應用以及植物工廠的推廣等方面取得重點突破，初步形成我國設施農業(yè)高技術產業(yè)化體系；在中長期階段，將會在溫室結構優(yōu)化，覆蓋材料和關鍵設備的國產化，節(jié)能工程， 無土栽培配套系統(tǒng)， 環(huán)境模擬與控制，機器人技術與植物工廠等領域全面取得突

34、破，形成具有完全自主知識產權的設施農業(yè)技術體系，總體技術達到發(fā)達國家水平。（ 2）優(yōu)先領域針對當前我國設施農業(yè)存在的突出問題，從國家設施農業(yè)的長遠戰(zhàn)略需求出發(fā)，在一些共性和關鍵技術領域率先取得突破。預計在未來一段時期內取得優(yōu)先突破的領域包括： 溫室結構優(yōu)化與新型材料的研究與開發(fā)。針對不同氣候區(qū)（如華北、 華東、東北、西北、華南等）各自的氣候、資源與環(huán)境特點，構建氣候模型，進行不同區(qū)域的國產化溫室結構優(yōu)化研究與配套產品開發(fā)；在新型材料的研究與開發(fā)上，重點攻克塑料薄膜抗老化、防霧滴、長壽和保溫等技術難題；重點開展具有中國特色的節(jié)能日光溫室結構優(yōu)化研究與配套技術開發(fā)，解決土地利用率低、環(huán)境調控能力弱

35、以及栽培系統(tǒng)配套等關鍵問題； 基于作物模型的溫室數據采集與智能化控制系統(tǒng)軟硬件的開發(fā)。重點進行設施環(huán)境下主要作物與溫、光、水、氣、肥等環(huán)境因子交互作用規(guī)律的研究，探索不同作物對環(huán)境響應的定量關系；同時，運用虛擬技術構建主要作物生長發(fā)育的動態(tài)模擬模型，開發(fā)出基于作物模型和環(huán)境模型的溫室計算機控制系統(tǒng)；通過先進適用的溫室無線傳感節(jié)點、無線控制節(jié)點、無線匯聚節(jié)點、優(yōu)化控制站點的建立，以及無線傳感器網絡中間件技術、無線測控網絡系統(tǒng)的開發(fā)，建立基于 WEB 的溫室數據采集、遠程診斷與環(huán)境控制的智能管理系統(tǒng)； 溫室高效生產綜合配套技術關鍵設備的研制與開發(fā)。著重進行溫室專用栽培新品種的選育、無土栽培高效生產

36、關鍵技術與設施的研制、 工廠化育苗配套設施、 微灌施肥技術、病蟲害綜合防治技術、 熊蜂授粉技術、 CO2 施肥和無公害蔬菜采后處理、加工與儲藏保鮮關鍵技術與設備的研制與開發(fā)，使溫室作物產量比現有水平提高 50 80%27-30 ； 溫室節(jié)能與資源高效利用技術的研究。以節(jié)能為目標，研究溫室光溫環(huán)境控制的節(jié)能模式與工程手段，開發(fā)出以淺層地能和太陽能等清潔能源為主體的環(huán)境調控系統(tǒng)；開發(fā)出具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)藥、節(jié)肥功能、具有自主知識產權的溫室配套裝備，如節(jié)能型加溫、降溫設備以及營養(yǎng)液閉路循環(huán)系統(tǒng)等；研究以 LED 為代表的新型節(jié)能人工光源系統(tǒng)等，源源不斷地為我國設施農業(yè)以及相關產業(yè)提供技術支撐； 植物

37、工廠高技術的研究與開發(fā)。以設施工程、環(huán)境控制以及無土栽培等技術為基礎，研制出一批我國自行設計制造的“低成本、節(jié)能、高效”植物工廠，以滿足國內外市場對高端園藝產品的需求，實現我國設施農業(yè)高技術的國產化2，31 ， 32 ； 溫室管理機器人的研究與開發(fā)。進行溫室管理機器人的關鍵技術，如基于機器視覺的果實圖像信息快速獲取與生物信息模式識別技術、機器人前行路徑的相對導航和已知位置點的絕對導航控制等技術的開發(fā)，逐步使溫室管理機器人進入生產應用。通過上述研究的開展，逐步使我國設施農業(yè)形成完備的技術體系，不僅在高新技術領域擁有自己的自主知識產權，而且在關鍵技術領域形成系統(tǒng)配套的完善體系，實現由設施農業(yè)大國向

38、強國邁進。參考文獻1 汪懋華 .設施農業(yè)的發(fā)展與工程科技創(chuàng)新 .北京：北京出版社， 20002 楊其長，張成波 . 植物工廠概論 . 北京：中國農業(yè)科技出版社， 20053 李天來 .論設施園藝在我國農業(yè)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位及發(fā)展方向 .沈陽：華中農業(yè)大學學報，2004 ，1-44 陳青云 .日光溫室的實踐與理論 .北京：上海交通大學學報， 2008 ， 343-3465 張志斌 .我國設施園藝發(fā)展的思考與建議 .北京：華中農業(yè)大學學報， 2004 ， 5-86 黃丹楓，葛體達 .荷蘭溫室園藝對上海農業(yè)發(fā)展的借鑒.上海：上海交通大學學報， 2008 ， 351-3567 李式軍，郭世榮，羅衛(wèi)紅等

39、.向設施園藝強國戰(zhàn)略轉型的科技創(chuàng)新探討 .南京：華中農業(yè)大學學報， 2004 ，9-138 Fuller R J, Meyer C P, Sale P J M. Validation of a dynamic model for predicting energy use in greenhouses. Journal of Agricultural Engineering Research. 1987, 38:1-149 Trigui M, Barrington S, Gauthier L. A strategy for greenhouse climate control. Journal

40、 of AgriculturalEngineering Research, 2001,78: 407-41310 Dilip J, Tiwari G N. Modeling and optimal designof ground air collector for heating in controlled environment greenhouse. Energy Conversion and Management, 2003,44: 1357-137211 He D X, Hirafuji M, Fukatsu T, Yang Q C. An Environmental Measurem

41、ent System Using Wireless Networks and Web-Server-Embed Technology, The Second International Symposium on Intelligent Information technology in Agriculture, 2003, ISIITA-2003: 513-517.12 Frausto H U, Pieters J G, Deltour J M. Modelling greenhouse temperature by means of auto regressive models. Biosy

42、stems Engineering. Academic Press, London, UK: 2003. 84: 2, 147-157. 20.13 Kurpaska S, Slipek Z, Bozek B, Fraczek J. Simulation of heat and moisture transfer in the greenhouse substrate due to a heating system by buried pipes. Biosystems Engineering, 2005, 90: 63-74.14 Zwart H F D. Analyzing energy-

43、saving options in greenhouse cultivation using a simulation model. Ph.D.Dissertation. Wageningen， IMAG ，1996: 23615 Montero J I, Anton A, Kamaruddin R, Bailey B J. Analysis of thermally driven ventilation in tunnel greenhouses using small scale models. Journal ofAgricultural Engineering Research, 20

44、01, 79: 213-222.16 Li S, Kurata K.; Takakura T. Solar radiation enhancement in a lean-to greenhouse by use of reflection. Journal of Agricultural Engineering Research. 1998, 71: 157-165.17 Kozai T. Light transmission and photosynthesis in greenhouses.Wageningen Centre for Agricultural Publishing and Documentation(