农业生物环境工程之--植物环境工程与设施园艺

1）改革开放以来，我国设施农业面积得到快速增长。
1981年为10.8万亩（0.72万公顷） 2003年达（720万公顷）22年增长了1000倍 2）设施园艺的类型增多 除日光温室、塑料大棚外，一批由我国自行设计、制
造，具有中国特色的现代化温室设施拔地而起，较国外产
品价格降低 30-40％，节能 30 ～45％，设施农业工程技术 配套逐步完善，同时，也使我国温室类型逐步齐全。 3）设施种植品种由单一的蔬菜逐渐向瓜果等众多高 附加值产品拓展
2．昼夜间的变温管理
3．采暖与保温 一般有热水采暖、热风采暖和电热采暖几种采暖方式。 再好的采暖也需要良好的保温，因此温室一般会采用各 种保温方式。
（二）温室通风换气、降温设施与设施
1．自然通风换气
利用温室内外温差造成内外空气压差的换气，称
为热压换气；利用风力作用造成内外压差的换气，称 为风压换气。热压换气与风压换气统称为自然换气。 2．强制换气。温室安置风机后进行强制换气
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。
五、温室的发展趋势
当前国际上温室植物生产有三个明显的发展趋势， 即大型化、现代化和工厂化： 1．温室的大型化 由于有室内温度稳定，日温差较小， 便于机械化操作，造价低等优点，温室建筑有向大型化、 超大型化发展的趋势，小则一幢一公顷，大则一幢几公
顷以上。但是大型温室常有日照较差、空气流通不畅等
缺点。
高品质的园艺产品（也称为可控农业）；
我国通过设施生产蔬菜，只用20%的菜田面积，提供了40
%的蔬菜产量和60%的蔬菜产值。
3.我国各类设施农业栽培面积约占世界设施栽培面
积的70％。据测算，我国设施农业栽培吸纳劳动力8
000多万人，加上产前、产后共吸纳劳动力近1亿人。 设施农业栽培已成为我国具有较大比较优势的劳动 密集型产业。 4．农业设施生产行业发展迅速，近5年间，具有一定 生产规模的大型温室生产厂家已达50余家，温室
4）种子种苗技术取得了较快发展 在“工厂化高效农业示范工程”实施过程中，自国
外引进了大量种质资源，同时筛选和培育了适合我国
不同气候区域的蔬菜良种达500多个，使设施栽培专用 品种得到更新换代，有的可以取代进口种子。
建立了一批现代化育苗工厂，初步实现了蔬菜育苗
规范化、良种化、标准化和商品化。
6）设施环境综合调控技术取得重大进展 通过技术引进，自主创新，我国大型连栋温室的
6）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。
特点：
（1）主要用于春提前、秋 延后作物的栽培，冬季叶菜 类作物（南方）； （2）跨度6-12m，长度30-6 0m，脊高1.8-3.0m；
（3）适宜于南方地区，北 方春秋季节的设施栽培。
3.连栋温室 特点： （1）环境调控能力强，通风、 降温、遮阳、保温、加热、 灌溉、补光、植保设施等均 可配置； （2）土地利用率高，达90% 以上； （3）自动化程度较高，可实 现周年生产； （4）投入大、运行成本高。
制造业年销售额超过10亿元。
（三）国外设施园艺发展状况 1. 设施园艺作为现代农业的重要组成部分，已经受到世界各 国的高度重视，尤其是经济发达国家更是作为改善生活、提
高生活质量的重要农业生产方式而大力发展。上世纪70 年代
后，园艺设施不断向大型化、固定化、装备化发展，设施园 艺生产过程向机械化、规范化、标准化，环境控制自动化、 综合化发展，大大推动了设施园艺快速发展。
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 设施园艺是资金、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40～50 Kg/m2,
2．温室的现代化
①温室结构标准化 根据当地的自然条件，栽培制度、
资源情况等因素，设计适合当地条件，能充分利用太
阳辐射能的一种至数种标准型温室，构件由工厂进行
专业化配套生产。
②温室环境调节自动化 根据植物种类在一天中不同时 间或不同条件下的温度、湿度及光照的要求，定时、 定量地进行调节，保证职务有最适合的生长发育条件。 现在世界上发达国家的温室植物生产，温室内环境的 调节与控制已经由一般的机械化发展为由计算机控制，
（二）国内设施园艺现状
1. 我国的设施园艺产业在很短的时间里取得了显著成 就。主要表现在以下几个方面： 设施农业产业发展迅速； 种子、种苗技术创新显著；
蔬菜设施栽培呈现优质高产；
设施环境综合调控技术达到国际先进水平； 产后处理水平不断提高； 设施农业主要支撑技术的研发与应用加快； 初步构建了设施农业生产技术体系。
3．按覆盖材料分。可分为：玻璃温室、硬质塑料或聚酯 板温室、塑料薄膜温室(又称塑料大棚等)。
4 ．按建筑分结构形式。可分
为单坡面温室、双坡面温室、 连栋温室、拱型温室等。 1）单坡面温室 2）双坡面温室 3）连栋温室。 4）用塑料薄膜覆盖的拱型 简易温室称为塑料大棚。
三、温室环境因子控制设施与设备
智能化、自动化环境调控系统及配套装置技术的硬件
水平基本已达到可与国际接轨，产品性能稳定可靠， 并已在我国大型温室中广泛使用。但软件水平尤其是 管理模型的开发有待于进一步完善。
2. 设施园艺对保障我国农产品供应、提高人民生活水平 发挥了积极作用 设施园艺可实现农产品全年生产或调整、延长生产周期， 有效弥补露地生产的不足，在可控环境条件下可以生产出
3．湿帘风机降温
由湿帘、风机组成的降温系
统是一项经济有效的降温技术。 湿帘风机安装在密闭房舍的两端 相对的墙上，可将室内温度降到 室外温度以下，而设备安装与运 行费仅为空调机组制冷降温的十 分之一。
（三）温室的光照与光能应用
（四）温室施肥与给水设备 （五）其它设施农业装备
四、我国主要温室的特点
黄瓜年产50-70 Kg/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
§2－2 植物环境工程与设施园艺
Plant Environment Engineering and Facility- Horticulture
一、设施园艺（Facility- Horticulture）的概念
（一）设施园艺的概念 1.什么是设施园艺 “使用人工设施、人工控制环境因素，使植物获 得最适宜的生长条件，从而延长生产季节，获得最佳
光、水、肥、气等诸因素综合协调到最佳状态。荷兰1
5000公顷温室、以色列3000公顷温室基本全部由计算 机控制操作。
5）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。
二、植物生物环境主要设施——温室(Green house )
（一） 温室效应 能让绝大部分短波辐射进入而阻止绝大部分长波辐射
透出以蓄热升温的特点，称为“温室效应”。
能产生温室效应的建筑，称为“温室”。 辐射收入大于支出使温室升温的贡献约占28%，而密闭 性使温室蓄热保温的贡献约占72%。 温室建筑就是利用其温室效应，在寒冷的冬季利用太 阳能蓄热升温，是提高作物环境温度经济而有效的措施。
2．按室内的环境温度分
高温温室：冬季温度保持在18－33℃间，主要用于喜温植物， 如热带植物；
中温温室：冬季一般保持在 15 — 25 ℃间，适于种植茄果类 等作物； 低温温室：冬季一般保持在5－18℃间，主要用于种植叶菜 类植物；
冷室：冬季一般保持在。 0 一 5 ℃间，一般仅用于贮存暖温 带及盆栽植物越冬之用。
发达国家"设施农业"已向"工厂化农业"过渡。
2. 国外设施园艺发展特点主要表现在： 设施装备的现代化，大幅度地提高了温室性能和生产
能力，从而提高了劳动生产率；
生产技术的现代化，使生物生产潜能充分表达，大幅 度提高了产品产量和质量，年总产量是露地的数十倍； 设施园艺产品产后处理现代化，大幅度提高了产品的 商品价值；
1.高效节能日光温室 特点： （1）集采光、保温、蓄热于一体，最大限度地利用太阳 能进行设施生产； （2）适宜于进行蔬菜、瓜果、花卉、食用菌等多种作物 的反季节栽培； （3）跨度6.0-9.0m，长度40-120m，墙体厚度0.6-1.5m； （4）适宜区域主要为华北东北西北等地区
2.塑料大棚
以塑料薄膜为覆盖材料的 不加温单拱屋面结构温室。
经营管理的现代化，大幅度提高了生产效益。
世界上设施农业搞得最好的国家是荷兰、日本、法国、 西班牙、以色列、美国、韩国等。
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
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、
（一）温室采暖、保温源自文库施与设备 每一种作物在其生育过程中都存在有最低、最高 和最适宜的温度界限。在温室栽培中，按作物生理 活动随生育阶段与昼夜间的不断转移而采用相应的 适温管理，称为变温管理。
1．生育阶段的变温管理 在生育前期，偏高温度有助长叶面积的扩展。叶面积扩 展速度越快，物质再生产也就越旺盛。 生育中后期，叶面积指数已达相当程度，采用适当的偏 低温度，可增加净光合产物的积累和贮藏。
产出”的农业生产方式称为设施农业栽培，园艺专家
称之为设施园艺。
设施园艺涵盖了建筑、材料、机械、自动控制、
品种、栽培、管理等多种学科和多种系统，因而科技 含量高，所以设施园艺的发达程度，往往是一个国家 或地区农业现代化水平的重要标志之一。
设施园艺生产涉及蔬菜、花卉、高档水果、食用菌。
2.设施园艺的基本构成 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、植保等 。