国内外设施园艺产业状况和发展

国内外设施园艺产业状况和发展一、设施农业概念•设施农业（ControlledEnvironmentalAgriculture，CEA）亦称环境控制农业或工厂化农业，是利用工程技术手段和工业化生产方式，为农业生物提供适宜的生长环境，使其在最经济的生长空间内，获得最高的产量、品质和经济效益的一种高效农业。设施农业的基本构成•一定的围护结构为了不受四季与地域的限制，设施农业首先必须利用一定的围护结构（如温室、大棚等）把一定的空间与外界环境隔离起来，形成一个半封闭的系统。这是区别于露地生产的先决条件；•一定的环境工程措施在一定的建筑设施基础上，通过对半封闭系统的物质交换和能量调节来进一步改善和创造作物适宜的生育环境，实现周年、反季节生产。•相应的配套工程与工艺设备满足农业生物从苗期到收获全过程的配套技术装备，如育苗设施、栽培设施、灌溉、施肥、植保、收获加工等。设施农业主要特点•环境相对可控，适宜进行反季节、周年生产；•单位土地产出率高，产量一般为露地生产的5-10倍，甚至数十倍（植物工厂）；•技术与劳动密集型产业（人均管理面积我国为1000m2左右，发达国家为4000-5000m2）；•现代技术高度集成（设施工程、生物技术、微电子技术、环境控制技术等综合应用）的产业；•高投入、高技术、高产出投入：连栋温室300-700元/m2，日光温室20-100元/m2，拱棚10-50元/m2。产出：黄瓜、西红柿20-60kg/m2二、世界设施农业发展现状与技术进展发达国家设施农业的技术特点•温室机械化、智能化管理水平较高（劳动生产较率高，人均管理面积发达国家为4000-5000m2，我国仅为1000m2左右）•高新技术得到普及与推广（无土栽培、环境控制技术、机械化操作、计算机管理等）•形成了规范化、标准化的技术规程，产品质量易于控制•HACCP标准、生物农药、熊蜂授粉、检测技术以及产品品质与国际市场接轨1.育种与种苗业非常发达荷兰、日本、以色列、韩国等非常重视温室专用品种的选育，能为温室提供专用的耐低温、寡照，耐高温、高湿，具有多种抗性、优质高产的种苗。同时，种苗的工厂化生产水平也得到了较快发展。荷兰境内有130个专营种苗公司，有4900个品种，1200公顷生产面积，是世界四大种子出口国之一，种子出口达100多个国家。日本、韩国、以色列的蔬菜种子在我国也有较大面积种植，有良好的表现。2.单产水平和经济效益较高设施农业是资金、技术密集型产业，同时也是相对高效的产业。荷兰温室番茄年产量达到40～50Kg/m2,黄瓜年产50-70Kg/m2，商品率高达90％以上，86％产品出口销往世界各地。日本、以色列、韩国、西班牙等国单位面积优质蔬菜的产出率亦相当高。因而，能获得较高的经济效益。如荷兰，4200公顷温室蔬菜，以番茄、黄瓜、甜椒为主，产值高达12～14亿美元。3.温室日趋大型化大型温室设施具有投资省、土地利用率高、室内环境相对稳定、节能、便于机械化作业和产业化生产等优势，随着世界设施农业的快速发展，温室大型化趋势日益明显。如荷兰自1975年至1995年的二十年间，经营0.01～0.5公顷温室面积的农户由5900户降至1660户；而此期经营大于2公顷的农户由101户增至442户；经营总户数由9770户下降至4690户；平均每户经营面积由0.48公顷增至0.94公顷。经营农户逐渐减少，单体面积不断增加，日趋向大型化、规模化、连片化方向发展。荷兰玻璃温室+无土栽培（3公顷）4.计算机智能化控制系统得到快速普及与应用设施农业的核心是对设施内环境能进行有效的调控，以营造适宜于作物生长的最佳环境条件。通过选用不同功能的传感器，可以准确采集设施内的温度、湿度、光照、CO2浓度、地温、土壤含水量、溶液浓度以及作物生育状况指标等参数，由计算机系统根据作物生长所需的最佳条件，进行自动控制，使室内温、光、水、肥、气等诸因素综合协调到最佳状态。荷兰15000公顷温室、以色列3000公顷温室基本全部由计算机控制操作。生态系统模型数据采集系统智能化控制系统在温室生产与管理中得到广泛应用动态数据库实测值期望值对比值作物27Oct26Oct28Oct29Oct30Oct1Nov2Nov3NovALLALLALLStressDetector#17#17onDuty!ShanyRayTechnologiesLtd.Numberofdaysanalyzed:7Numberofalarms:4DANGER!DANGER!MyComputerLPS#14LPS#17LPS#26LPS#99AlarmDiary9:00-12:00AirVPD2kPa12:00-15:00LeafT34CAirVPD4kPa15:00-16:00AirVPD2kPaTest#1negativeSSRR以作物群落最大生产量为目标函数，应用人工智能技术实现的温室智能化控制系统。（荷兰HOTSIM，以色列TOMGRO模拟控制系统）荷兰温室数据采集与控制系统数据采集与智能控制系统广泛用于温室管理以色列温室数据采集系统Eldar-shany5.管理机械化、自动化程度不断提高•在日本、韩国等，根据资源短缺、从农人员减少、老龄化等现实，为提高管理水平和劳动生产率，实现省力化操作，研究开发了多种小型、轻便、多功能、高性能的设施园艺耕作机具、播种育苗装置、灌水施肥装置以及自动嫁接装置等。•机器人的研究、开发应用已被广泛重视，并取得初步成果。如日本、韩国研究开发了瓜类、茄果类蔬菜嫁接机器人，以色列还研制了遥控运输机器人。日本研制了可行走的耕耘、施肥机器人；能在设施内完成各项作业的无人行走车。随着科技的进步以及国外劳动力成本的不断提高，设施农业生产越来越向机械化、自动化方向发展。温室农产品自动传送系统（以色列）温室遥控运输车（以色列）自动运输机器人熊蜂授粉技术广泛用于设施栽培生产，大大减轻了人工授粉劳动强度6.无土栽培迅速发展为设施栽培的主要方式•目前，一些发达国家设施无土栽培技术发展十分迅速，荷兰、英国、法国、意大利、西班牙、德国大部分设施采用无土栽培，荷兰在15000公顷温室中，64％采用基质培（岩棉培），果菜类全部采用基质培，实施精确控制根际环境，克服连作障碍，产量得到了大幅度提高，番茄平均产量40～50Kg/m2，黄瓜50～70Kg/m2。•欧共体明确规定，21世纪所有欧共体国家园艺作物要全部实现无土栽培。无土栽培不仅高产，而且可以向人们提供健康、营养、无污染的无公害食品。•日本50％以上的设施采用无土栽培，其中水气耕也获得了巨大发展。瑞典岩棉基质无土栽培瑞典岩棉+基质无土栽培7.植物工厂得到了应用与发展•植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年生产的系统。植物工厂是以营养液栽培和自动化综合环境调控为重要标志。能免受外界不良环境的影响，实现一年多茬次栽培，生菜、菠菜栽培期较露地缩短1/4～1/2时间。灌水、施肥以及温、湿度管理全部采用自动化，播种、定植、采收作业全部是操作计算机，作业变得轻松舒适。•奥地利、丹麦、美国、英国、日本等国都先后建立一批植物工厂，用于试验研究和实际生产，为工厂化农业的发展展现了美好前景。人工光植物工厂“桑秋”生菜生产光源为萤光灯太阳光利用型植物工厂“沙拉达娜”生菜生产机器人移栽、收获机太阳光温室人工光温室荷兰荷兰温室补光荷兰现代化温室配套设施•计算机管理系统•温室加温系统•营养液循环系统•CO2补给系统•灌溉水收集、储存与水处理系统•产品采摘与传送系统•产品采后包装与预冷系统•保温防寒设备•温室补光设备人工补光是温室高产栽培的一项重要技术措施，采用人工补光的主要目的是弥补一定条件下温室光照的不足，以便有效地维持温室作物的正常生长发育或者促进作物生长，提高作物的产量与质量。植物补光的作用人工补光，可使温室增产量约为9%三、我国设施园艺产业的状况(一）发展规模（二）主要特色——追求低成本，简易设施为主——多层覆盖，节能栽培——茬口类型多，复种指数高–早春栽培：深冬定植、早春上市的茬口–秋冬栽培：秋季定植、初冬上市的茬口–冬春栽培：初冬定植、春节前后上市的茬口–春提早栽培：早春定植、初夏上市的茬口–秋延后栽培：夏末初秋定植，国庆节前后上市的茬口–长季节栽培：晚秋或早春定值，采收期8个月以上的茬口（三）发展中的主要问题与对策——结构性能不优生产安全隐患大–生产安全隐患•风雪灾害•冷害冻害•低温高湿病害•高温热害–主要成因•缺乏统筹规划–可地扣棚–棚间距太小•设计建造不科学•盲目标新立异•盲目追捧“巨型”化•图省钱穷凑活2008年南方冰雪灾害——结构性能不佳，生产安全隐患大温室的采光保温性能显著降低耕地破坏严重、利用率低室内地面过度下沉巨型大棚超长巨型大棚超宽棚间距过小棚体方位大小各异拱间距过大、拱曲率偏小，天沟设计不合理，导致大量水兜（1）近30年的主要研究项目我国自“六五”开始就注意加强设施农业高效节能栽培技术研究，仅30年来已取得百余项国家级和省部级科研成果。“九五”以来，我国进入了现代设施园艺研究阶段，取得了一大批科研成果。（四）我国设施园艺研究状况黄瓜、西瓜、青椒、番茄和西兰花等9种蔬菜低成本工厂化育苗技术规程。开发了蝴蝶兰、红掌、大花惠兰3种名贵花卉组培快繁技术提出四季海棠等15种花卉的工厂化育苗技术规程。（五）设施园艺硬件研究精准灌溉与施肥技术一清洁节能技术二安全生产技术三生产高效（过程自动化技术）四五数字传感、信息采集、自动控制技术成果展示六应用示例—植物工厂七•新型植物生理生态智能无线传感器及其系统集成研发•研究开发了新型植物生理生态智能无线传感器的硬件结构和软件架构，构建一个低能耗、低成本的无线传感器网络并开发了专用信息采集程序，使其成为一个能实现无线通信的植物生理生态监测系统。一、数字传感、信息采集、自动控制技术叶片温度传感器采用Pt合金作为敏感元件，对温度变化的灵敏度高，适合于精确记录温度变化；使用温度范围0～50℃，分辨率0.1℃，线性输出范围0～5V，负载电流4～20mA；传感器采用探头与变送器相分离的结构。传感器实物图传感器示意图一、数字传感、信息采集、自动控制技土壤温度传感器用于土壤的温度测量，输出稳定，适合长时间在潮湿或干燥的环境中测量；采用Pt合金作为敏感元件，对温度变化的灵敏度高，适合精确记录温度变化；使用温度范围0～50℃，分辨率0.1℃，线性输出范围0～5V，负载电流4～20mA；传感器采用探头与变送器相分离的结构。一、数字传感、信息采集、自动控制技该土壤湿度传感器是基于介电理论并运用频域测量技术研制开发的，能够测量土壤/基质等多孔介质的含水率，进行土壤/基质水分的实时监测。采样示波器RS-232通讯口土壤脉冲发生器同步发生器探头ABL土壤湿度传感器原理图土壤湿度传感器土壤湿度传感器测试样品一、数字传感、信息采集、自动控制技温室环境综合监控系统主界面监控画面一、数字传感、信息采集、自动控制技术计算机环境控制系统采用分布式控制模式，能进行理想的通风、加温、降温、排湿、遮光、补光等环境控制。人机界面友好、操作方便，控制精度高和稳定性好。可进行多个时间段的控制，相邻目标值间软性过渡，防止温室环境参数的突变给作物生长带来的不利影响。控制系统主画面多时段控制曲线一、数字传感、信息采集、自动控制技术专家控制系统数据库基于某一地区一定的气候特点和土壤情况，建立一适合作物最佳的生长数据库，根据作物的不同生长时期自动设定其环境参数，自动灌溉时间和灌溉量等。不以人的主观判断或经验来设定温室各环境参数。一、数字传感、信息采集、自动控制技术施肥机汲取国外设施农业发达国家先进的灌溉施肥与植物营养检测技术，充分利用我国生产实际中的现有技术，密切结合用户的要求，结合自身优势，开发出了具有我国自主知识产权的植物精密施肥机。第一代智能控制施肥系统第二代智能控制施肥系统二、精密灌溉与施肥技术精密施肥机配备高精度的EC、PH传感器，同时配备液压水表阀门、压力调节阀、用于检测压力的电子恒定水压继电器、压力计、叠片式过滤器、肥料泵等元件