国内外设施园艺产业状况和发展

害
• 图省钱穷凑活
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
（四）我国设施园艺研究状况
（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
• 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。
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20100元/m2，拱棚10-50元/m2。 产出：黄瓜、西红柿20-60kg/ m2
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（Controlled Environmental Agriculture ，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。
• 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。
光源为萤光灯
人工光植物工厂“桑秋” 生菜生产
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
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
• 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。
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
提高作物的产量与质量。
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
智能化控制系统在温室生产与管理中得到 广泛应用
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）
作物
Stress Detector # 17 on Duty!
Number of days analyzed: 7 Number of alarms: 4
（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
——结构性能不佳，生产安全隐患大
– 生产安全隐患
2008
• 风雪灾害 • 冷害冻害 • 低温高湿病害 • 高温热害
– 主要成因
年
• 缺乏统筹规划
南
– 可地扣棚
方
– 棚间距太小
冰
• 设计建造不科学
雪
• 盲目标新立异
灾
• 盲目追捧“巨型”化
设施农业的基本构成
• 一定的围护结构 为了不受四护结构（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。
一、数字传感、信息采集、自动控制技术
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。
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。
• 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
植物补光的作用
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，
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。
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
叶片温度传感器
传感器示意图
传感器实物图
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
荷兰温室数据采 集与控制系统
5.管理机械化、自动化程度不断提高
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。
• 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。
一、数字传感、信息采集、自动控制技
土壤湿度传感器
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 RS-232通 器 讯口 同步发 生器 脉冲发 生器
土壤
探 头
A L
B
土壤湿度传感器原理图
土壤湿度传感器测试样品
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。
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。
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。
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
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。
• 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
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40005000m2 ，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
• 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。
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 40～50 Kg/m2,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。
（五）设施园艺硬件研究
一 数字传感、信息采集、自动控制技术 二 精准灌溉与施肥技术
三 安全生产技术 四 清洁节能技术 五 生产高效（过程自动化技术） 六 成果展示 七 应用示例—植物工厂
一、数字传感、信息采集、自动控制技术
• 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
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
期望值
数据采集系统
动态数据库
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-shany