设施园艺技术进展与趋势
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世界温室大型化趋势日益明显。荷兰1975年单栋1.0 公顷以下温室占90%，到2005年单栋2公顷以上已占 60%以上（> 1.0公顷占90%)。
温室单体面积不断增加，甚至出现单栋超过10公顷 以上。大型化、规模化、连片化趋势日益明显。
1）温室日趋大型化与规模化
2000 1000 0000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
太阳总辐射强度（MJ/m2·月）
荷兰
800
北京 荷兰（阿姆斯特丹）
600
连续通风
400
间歇通风
200
封闭
0 -10
平均温度（℃）
加0 温(白天 10加温 不2加0温
30
／夜晚) （夜晚）
结构特点：骨架材料尽可能减少遮光；覆盖材
料应具有一定的保温性能-玻璃（保温＋透光）
带防虫网的天窗
温室光照重要性：1%原则（荷兰）
0
< 0.1 ha
0.1-0.25 0.25 -0.5 0.5 -0.75 0.75 -1 1-1.5 1.5 -2 2-3 > 3 ha
荷兰单体温室面积变化趋势（1970-2005）
早期（20世纪50年代以前）双坡面与 单坡面玻璃温室
（单体面积小，环境控制与栽培技术落后）
早期的连栋玻璃温室（1950年代）
地中海沿岸国家（以色
太阳总辐射强度（MJ/m2·月）列、西班牙、土耳其等)
1000
北京
800
以色列（特拉维夫） 西班牙（阿尔梅里亚）
600 连续通风
400 间歇通风
200
降温
0 平均温度（℃）
-10
0
10
20
30
加温 不加温
（夜晚）
结构特点：结构高大，适宜于自然通风，覆盖
材料以塑料膜为主（通风＋降温）
主要技术进展
设施（温室）结构逐渐形成与其所在区域气候 特征相适应的型式；
设施单体大型化趋势日益明显，单栋温室规模 不断增大；
机械化、自动化与智能化配套技术广泛应用， 劳动生产效率显著提升；
植物工厂高技术产业逐渐得到重视，正成为都 市蔬菜生产的重要手段。
荷兰1 、设北施京结、构西与班区牙域三地气气候候相比适较应
Greenhouse (210 times)
设施园艺的高效生产特征，使其已经成 为当今世界各国现代农业的重要标志，是农 业发展中最具有活力的新兴产业之一。由于 设施园艺能大幅度地提高单产、增加总产， 并能从根本上提高农产品质量，目前已经成 为周年向人们提供大量绿色农产品最为理想 的生产方式。
二、国际技术进展
（结构简陋、低矮，加温方式落后，栽培技术水平低 ，产量不高：番茄仅7.7Kg/m2）
荷兰Westland温室群（小规模逐渐合并扩大）
早期
现在
集中连片的52公顷番茄温室
（荷兰 Royal Pride公司 ）
番茄温室（52公顷）内部
集中连片的沙漠温室
（美国亚利桑那州，140公顷）
亚利桑那温室及其栽培系统（日产番茄600吨）
Canada 2,286 ha
北美
Unites States 8,425 ha
Mexico 11,759 ha
西北欧Holland
10,370 ha
France
Poland
Spain 9,620 ha
7,560 ha
52,170 ha
Italy
26,500 ha
地中海 Greece
Turkey
4,670 haIsrae3l9,284 ha
12,900 ha
Total Greenhouse Areas in Major Greenhouse Production Countries in the World
Japan 49,049 ha
世界设施园艺面积分布 （Murat K.,2014)
China
S. Korea
东亚 3,130,000 ha 57,444 ha (2015)
9:0 0-12:00 Air VPD > 2 kPa 12: 00-15:0 0 Leaf T > 3 4 C
Air VPD > 4 kPa 15: 00-16:0 0 Air VPD > 2 kPa
Test # 1 negativ e
生态系统模型
实测值
对比值
模拟值
数据采集系统
动态数据库
植物对话（SPA, Speak Plant Approach to Environment and Nutrient Control）技术（西 医技术）
技术手段和工业化生产方式，为园艺作物提供适 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。
设施园艺特点
环境相对可控。可进行反季节、周年连续生产；
单位面积产出率高。设施蔬菜单产可达露地2-10倍， 植物工厂甚至达40倍以上；
现代技术高度集成。综合运用材料工程、环境控制、 机械工程、机器人、微电子与互联网等高新技术；
美国从发展都市农业、强调蔬菜本地化（Localization)出 发，把植物工厂作为重点发展，芝加哥、纽约等大城市 建立了多个植物工厂基地。
芝加哥叶菜工厂
纽瓦克Aerofarms
荷兰以LED光源与植物工厂装备为研发重点，尤其是飞利 浦等公司投入大量经费进行植物工厂光源研发，推动了植 物工厂发展。
设施园艺技术进展与趋势
Current situation and development trend of protected horticulture
杨其长 Qichang Yang
中国农业科学院 农业环境与可持续 发展研究所
Institute of Environment and Sustainable Development in
生理诊断（脉搏）与优化管理
温室温度红外立体监测技术（环境诊断）
智能化综合环境调控
光环境调控 根际环境调控
空气环境调控
单产水平不断提高
番茄产量已达100公斤/平方米以上，黄瓜产量达80-120 公斤/平方米（1950年7.7公斤/平方米；1980年29公斤/ 平方米，荷兰）；中国产量10-30kg/m2
410.9
探索发展阶段
83.81
183.27
274.15
快速发展阶段
12
24.35
1988
1992
1996
2002
2006
2010
2013
年份
2015
30多年间，设施园艺产业取得快速发展，设施面积 从1981年的0.72万公顷发展到2015年的410.9万公顷。 设施蔬菜人均占有量从2.5 Kg（1981）增长到190Kg（ 2015)。
芬洛的BrightBox 研究中心 Priva
Vitro Plus （蕨类）
Philips
Plantlab
荷兰从事植物 工厂的代表性
单位
三、国内技术进展
1、设施园艺产业发展迅速
设施园艺面积（× 104 ha）
500
400
300
200
初级发展10阶0 段
1.03 0 1982
344.33
394.2
连续通60风0
东亚（日本、 韩国等)
400
间歇通风
200
0 -10
降温
平均温度（℃）
0
10
20
30
加温(白天 加温 不加温
／夜晚) （夜晚）
日本温室结构(透光+内部保温）
屋顶全开放 型温室
全開
半開
全閉
2 设施结构日趋大型化,单栋温室规模不断增大
设施结构大型化具有投资省、土地利用率高、环境 稳定、便于机械化作业和规模化经营等优势。
Sh a n y Ra y Tec h n o l o g ies Lt d . DANGER!
26 Oct
27 Oct
28 Oct
29 Oct 30 Oct AALLLL
1 Nov
2 Nov
My Computer
SR
LPS #14
LPS #17
LPS #26
LPS #99
3 Nov
Alarm Diary
采用双层膜+液态泡沫填充进行夜晚保温 （减少能耗50%）
• Liquid foam reduced heat loss during the night (when it was used) by 50%.
• When it is used in summer for shading, it reduced high temperature stress and fruit disorders in greenhouse vegetable production.
3.1 设施作物环境与营养定量需求规律的探 明及控制技术发展，产量大幅度提高
以“矿质营养学说”为理论基础的植物营养需求（16种元素） 及其“营养液栽培技术”应用；
以“人工模拟/创造植物生态环境（温、光、湿、气等）”为理 论基础的“人工模拟环境与控制技术” 的突破。
水
空气
大量元素
必 需
元
水
素
微量 元素
3 机械化、自动化与智能化装备技术广泛 应用，劳动生产率显著提升
设施作物生长发育对环境与营养需求的定量关系 （数字化模型构建）与控制技术取得进展；
温室生产机械化、智能化管理技术快速发展（劳动 生产率较高，人均管理面积达4000-5000m2 ，我国约 为1000m2左右）；
设施栽培管理逐渐走向现代化（营养液栽培、环境 自动控制、计算机管理，甚至机器人得到应用等）。
3.2 机械化、自动化与智能化装备技术广 泛应用，劳动生产率显著提升
蔬菜自动采收系统 （荷兰）
1）育苗产业高度自动化
2）机器人（机械手）广泛应用 移栽机械手
机器人管理
机器人打叶、整枝管理
机械手植保管理（蓟马等去除）
被动式诱虫
主动式诱虫
机器人收获
3）营养液栽培技术得到普及
营养液栽培（无土栽培）技术的广泛应用使作物根际环境与营养管 理由不可控到相对可控，甚至达到水肥管理的精准化调控。
作物
透光减少1%对产量影响
生菜 萝卜 黄瓜 西红柿 玫瑰花 菊花 一品红 垂叶榕
0.8% 1% 0.7-1% 0.7-1% 0.8-1% 0.6% 0.5-0.7% 0.6%
减少透光1%将减少1%的产量
温室覆盖表面清洗机械-增加透光
灰尘往往影响透光10%左 右，清洗机械因此得到 广泛使用。
屋顶清洗机械（飞机）
Integration of high pressure fogging
北美地区（美国、加 太阳总辐射强度（MJ/m2·月） 拿大、墨西哥等）
800
北京 加拿大（安大略地区）
连续6通00风
400 间歇通风
200
0 -20
加热
-10加温(白0天 ／夜晚)
平均温度（℃）
加10温 不加2温0
30
（夜晚）
高投入、高产出。连栋温室投入300-700元/m2 ， 产出黄瓜、西红柿30-120kg/m2 ，玫瑰200-340支 /m2 。
单株遗传潜力不断挖掘
单位土地资源利 用率成倍提高
Vertical farming (>1000 times)
Plant factory with artificial light(>40 times)
Agriculture (IEDA), CAAS Yangqichang@caas.cn
报Leabharlann Baidu提纲
设施园艺概念 国际技术进展 国内技术进展 发展趋势
一、设施园艺概念
What is Protected Horticulture ？
设施园艺概念
设施园艺（Protected Horticulture）：是利用工程
• Funded by OGVG, Sunarc of Canada, Union Gas and AAFC MII program.
Liquid foam insulated Greenhouse
Control greenhouse
双层充气保温
太阳总辐射强度（MJ/m2·月）
800
北京
日本（东京）
自然通风（辅助强制通风）+喷雾降温
• Use less energy (Natural Ventilation)
• Limitation > Hard to control
Ventilation alone is not sufficient for maintaining desired greenhouse climate year round
基质的工业化与标准化生产，以及水肥一体化是 营养液栽培技术突破关键。
岩棉
工厂化与标准化栽培系统
工厂化水耕栽 培系统
叶菜多层立体栽培技术创新
4 植物工厂高技术产业得到重视
日本从耕地、劳动力、食物安全等战略需求出发， 大力发展植物工厂，目前规模已达250座以上。
18 layers
15 layers
矿质营养学说
人工模拟环境与控制
基于模型的温室智能化控制技术的应用
以作物群落最大生产量为目标函数，构建环境与营养需求模 型，实现温室智能化控制与管理。（荷兰TOMSIM，以色列TOMGRO 模型）
温室作物
Stress Detector # 17 on Duty!
Number of days analyzed: 7 Number of alarms: 4
温室单体面积不断增加，甚至出现单栋超过10公顷 以上。大型化、规模化、连片化趋势日益明显。
1）温室日趋大型化与规模化
2000 1000 0000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
太阳总辐射强度（MJ/m2·月）
荷兰
800
北京 荷兰（阿姆斯特丹）
600
连续通风
400
间歇通风
200
封闭
0 -10
平均温度（℃）
加0 温(白天 10加温 不2加0温
30
／夜晚) （夜晚）
结构特点：骨架材料尽可能减少遮光；覆盖材
料应具有一定的保温性能-玻璃（保温＋透光）
带防虫网的天窗
温室光照重要性：1%原则（荷兰）
0
< 0.1 ha
0.1-0.25 0.25 -0.5 0.5 -0.75 0.75 -1 1-1.5 1.5 -2 2-3 > 3 ha
荷兰单体温室面积变化趋势（1970-2005）
早期（20世纪50年代以前）双坡面与 单坡面玻璃温室
（单体面积小，环境控制与栽培技术落后）
早期的连栋玻璃温室（1950年代）
地中海沿岸国家（以色
太阳总辐射强度（MJ/m2·月）列、西班牙、土耳其等)
1000
北京
800
以色列（特拉维夫） 西班牙（阿尔梅里亚）
600 连续通风
400 间歇通风
200
降温
0 平均温度（℃）
-10
0
10
20
30
加温 不加温
（夜晚）
结构特点：结构高大，适宜于自然通风，覆盖
材料以塑料膜为主（通风＋降温）
主要技术进展
设施（温室）结构逐渐形成与其所在区域气候 特征相适应的型式；
设施单体大型化趋势日益明显，单栋温室规模 不断增大；
机械化、自动化与智能化配套技术广泛应用， 劳动生产效率显著提升；
植物工厂高技术产业逐渐得到重视，正成为都 市蔬菜生产的重要手段。
荷兰1 、设北施京结、构西与班区牙域三地气气候候相比适较应
Greenhouse (210 times)
设施园艺的高效生产特征，使其已经成 为当今世界各国现代农业的重要标志，是农 业发展中最具有活力的新兴产业之一。由于 设施园艺能大幅度地提高单产、增加总产， 并能从根本上提高农产品质量，目前已经成 为周年向人们提供大量绿色农产品最为理想 的生产方式。
二、国际技术进展
（结构简陋、低矮，加温方式落后，栽培技术水平低 ，产量不高：番茄仅7.7Kg/m2）
荷兰Westland温室群（小规模逐渐合并扩大）
早期
现在
集中连片的52公顷番茄温室
（荷兰 Royal Pride公司 ）
番茄温室（52公顷）内部
集中连片的沙漠温室
（美国亚利桑那州，140公顷）
亚利桑那温室及其栽培系统（日产番茄600吨）
Canada 2,286 ha
北美
Unites States 8,425 ha
Mexico 11,759 ha
西北欧Holland
10,370 ha
France
Poland
Spain 9,620 ha
7,560 ha
52,170 ha
Italy
26,500 ha
地中海 Greece
Turkey
4,670 haIsrae3l9,284 ha
12,900 ha
Total Greenhouse Areas in Major Greenhouse Production Countries in the World
Japan 49,049 ha
世界设施园艺面积分布 （Murat K.,2014)
China
S. Korea
东亚 3,130,000 ha 57,444 ha (2015)
9:0 0-12:00 Air VPD > 2 kPa 12: 00-15:0 0 Leaf T > 3 4 C
Air VPD > 4 kPa 15: 00-16:0 0 Air VPD > 2 kPa
Test # 1 negativ e
生态系统模型
实测值
对比值
模拟值
数据采集系统
动态数据库
植物对话（SPA, Speak Plant Approach to Environment and Nutrient Control）技术（西 医技术）
技术手段和工业化生产方式，为园艺作物提供适 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。
设施园艺特点
环境相对可控。可进行反季节、周年连续生产；
单位面积产出率高。设施蔬菜单产可达露地2-10倍， 植物工厂甚至达40倍以上；
现代技术高度集成。综合运用材料工程、环境控制、 机械工程、机器人、微电子与互联网等高新技术；
美国从发展都市农业、强调蔬菜本地化（Localization)出 发，把植物工厂作为重点发展，芝加哥、纽约等大城市 建立了多个植物工厂基地。
芝加哥叶菜工厂
纽瓦克Aerofarms
荷兰以LED光源与植物工厂装备为研发重点，尤其是飞利 浦等公司投入大量经费进行植物工厂光源研发，推动了植 物工厂发展。
设施园艺技术进展与趋势
Current situation and development trend of protected horticulture
杨其长 Qichang Yang
中国农业科学院 农业环境与可持续 发展研究所
Institute of Environment and Sustainable Development in
生理诊断（脉搏）与优化管理
温室温度红外立体监测技术（环境诊断）
智能化综合环境调控
光环境调控 根际环境调控
空气环境调控
单产水平不断提高
番茄产量已达100公斤/平方米以上，黄瓜产量达80-120 公斤/平方米（1950年7.7公斤/平方米；1980年29公斤/ 平方米，荷兰）；中国产量10-30kg/m2
410.9
探索发展阶段
83.81
183.27
274.15
快速发展阶段
12
24.35
1988
1992
1996
2002
2006
2010
2013
年份
2015
30多年间，设施园艺产业取得快速发展，设施面积 从1981年的0.72万公顷发展到2015年的410.9万公顷。 设施蔬菜人均占有量从2.5 Kg（1981）增长到190Kg（ 2015)。
芬洛的BrightBox 研究中心 Priva
Vitro Plus （蕨类）
Philips
Plantlab
荷兰从事植物 工厂的代表性
单位
三、国内技术进展
1、设施园艺产业发展迅速
设施园艺面积（× 104 ha）
500
400
300
200
初级发展10阶0 段
1.03 0 1982
344.33
394.2
连续通60风0
东亚（日本、 韩国等)
400
间歇通风
200
0 -10
降温
平均温度（℃）
0
10
20
30
加温(白天 加温 不加温
／夜晚) （夜晚）
日本温室结构(透光+内部保温）
屋顶全开放 型温室
全開
半開
全閉
2 设施结构日趋大型化,单栋温室规模不断增大
设施结构大型化具有投资省、土地利用率高、环境 稳定、便于机械化作业和规模化经营等优势。
Sh a n y Ra y Tec h n o l o g ies Lt d . DANGER!
26 Oct
27 Oct
28 Oct
29 Oct 30 Oct AALLLL
1 Nov
2 Nov
My Computer
SR
LPS #14
LPS #17
LPS #26
LPS #99
3 Nov
Alarm Diary
采用双层膜+液态泡沫填充进行夜晚保温 （减少能耗50%）
• Liquid foam reduced heat loss during the night (when it was used) by 50%.
• When it is used in summer for shading, it reduced high temperature stress and fruit disorders in greenhouse vegetable production.
3.1 设施作物环境与营养定量需求规律的探 明及控制技术发展，产量大幅度提高
以“矿质营养学说”为理论基础的植物营养需求（16种元素） 及其“营养液栽培技术”应用；
以“人工模拟/创造植物生态环境（温、光、湿、气等）”为理 论基础的“人工模拟环境与控制技术” 的突破。
水
空气
大量元素
必 需
元
水
素
微量 元素
3 机械化、自动化与智能化装备技术广泛 应用，劳动生产率显著提升
设施作物生长发育对环境与营养需求的定量关系 （数字化模型构建）与控制技术取得进展；
温室生产机械化、智能化管理技术快速发展（劳动 生产率较高，人均管理面积达4000-5000m2 ，我国约 为1000m2左右）；
设施栽培管理逐渐走向现代化（营养液栽培、环境 自动控制、计算机管理，甚至机器人得到应用等）。
3.2 机械化、自动化与智能化装备技术广 泛应用，劳动生产率显著提升
蔬菜自动采收系统 （荷兰）
1）育苗产业高度自动化
2）机器人（机械手）广泛应用 移栽机械手
机器人管理
机器人打叶、整枝管理
机械手植保管理（蓟马等去除）
被动式诱虫
主动式诱虫
机器人收获
3）营养液栽培技术得到普及
营养液栽培（无土栽培）技术的广泛应用使作物根际环境与营养管 理由不可控到相对可控，甚至达到水肥管理的精准化调控。
作物
透光减少1%对产量影响
生菜 萝卜 黄瓜 西红柿 玫瑰花 菊花 一品红 垂叶榕
0.8% 1% 0.7-1% 0.7-1% 0.8-1% 0.6% 0.5-0.7% 0.6%
减少透光1%将减少1%的产量
温室覆盖表面清洗机械-增加透光
灰尘往往影响透光10%左 右，清洗机械因此得到 广泛使用。
屋顶清洗机械（飞机）
Integration of high pressure fogging
北美地区（美国、加 太阳总辐射强度（MJ/m2·月） 拿大、墨西哥等）
800
北京 加拿大（安大略地区）
连续6通00风
400 间歇通风
200
0 -20
加热
-10加温(白0天 ／夜晚)
平均温度（℃）
加10温 不加2温0
30
（夜晚）
高投入、高产出。连栋温室投入300-700元/m2 ， 产出黄瓜、西红柿30-120kg/m2 ，玫瑰200-340支 /m2 。
单株遗传潜力不断挖掘
单位土地资源利 用率成倍提高
Vertical farming (>1000 times)
Plant factory with artificial light(>40 times)
Agriculture (IEDA), CAAS Yangqichang@caas.cn
报Leabharlann Baidu提纲
设施园艺概念 国际技术进展 国内技术进展 发展趋势
一、设施园艺概念
What is Protected Horticulture ？
设施园艺概念
设施园艺（Protected Horticulture）：是利用工程
• Funded by OGVG, Sunarc of Canada, Union Gas and AAFC MII program.
Liquid foam insulated Greenhouse
Control greenhouse
双层充气保温
太阳总辐射强度（MJ/m2·月）
800
北京
日本（东京）
自然通风（辅助强制通风）+喷雾降温
• Use less energy (Natural Ventilation)
• Limitation > Hard to control
Ventilation alone is not sufficient for maintaining desired greenhouse climate year round
基质的工业化与标准化生产，以及水肥一体化是 营养液栽培技术突破关键。
岩棉
工厂化与标准化栽培系统
工厂化水耕栽 培系统
叶菜多层立体栽培技术创新
4 植物工厂高技术产业得到重视
日本从耕地、劳动力、食物安全等战略需求出发， 大力发展植物工厂，目前规模已达250座以上。
18 layers
15 layers
矿质营养学说
人工模拟环境与控制
基于模型的温室智能化控制技术的应用
以作物群落最大生产量为目标函数，构建环境与营养需求模 型，实现温室智能化控制与管理。（荷兰TOMSIM，以色列TOMGRO 模型）
温室作物
Stress Detector # 17 on Duty!
Number of days analyzed: 7 Number of alarms: 4