农业工程导论—设施农业工程技术发展
设施农业技术
第１讲设施农业的概况一、设施农业的基本概念设施农业是采用一定设施和工程技术手段，按照动植物生长发育要求，通过在局部范围改善或创造环境气象因素，为动植物生长发育提供良好的环境条件，从而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业。
是依靠科技进步形成的高新技术产业，是当今世界最具活力的产业之一，也是世界各国用以提供新鲜农产品的主要技术措施。
设施农业包括的内容主要有：①设施栽培。
主要是蔬菜、花卉、瓜果类的设施栽培，主要设施有各类塑料棚、各类温室、人工气候及配套设备。
②设施养殖。
主要是畜禽、水产品和特种动物的设施养殖，主要设施有各类保温、遮荫棚舍和现代集约化饲养的畜禽舍及配套设施设备。
③设施林业。
主要有林业育苗。
二、设施农业在国际上的应用情况设施农业是世界上很多国家重要的农业生产方式，主要种植蔬菜、花卉和特种水果。
在蔬菜品种中又以果菜类为主，少量以水培方式生产的温室和植物工厂种植叶类蔬菜。
目前，发达国家设施农业的设施设备、专用品种、栽培和管理技术已形成完整的技术体系，产量的可靠性与质量的保证性强，并在向高层次、高科技和自动化、智能化方向发展；设施栽培实现了周年生产、均衡上市，产品产量、品质大幅度提高；设施养殖实现了集约化、大规模、工厂化生产。
１．设施农业在一些国家的发展现状荷兰是土地资源非常紧缺的国家，有１３０００多公顷玻璃温室。
设施园艺已成为国民经济的支柱产业，并大力发展设施养殖和畜产品加工，使农业迅猛发展。
荷兰是世界第一大花卉出口国，是世界花卉贸易中心，花卉产业主要靠设施栽培。
日本从２０世纪６０年代以来，高速发展设施园艺生产，实现了产品的高品质、多样化和周年均衡上市。
日本的设施栽培主要是塑料棚和临时采暖的塑料温室，也有部分玻璃温室。
日本的设施栽培主要是蔬菜和花卉以及瓜果类。
以色列主要发展大型塑料温室，全自动控制。
全国有１８００公顷温室，主要生产花卉。
美国的指导思想是搞适地栽培，对设施栽培尖端技术的研究很重视，已有成套的全自动设施栽培技术。
我国设施农业发展现状、存在不足及对策
我国设施农业发展现状、存在不足及对策设施农业（protected agriculture）是指利用新型生产设备、现代农业工程技术、管理技术调控温室、塑料大棚等保护设施内蔬菜、果树、花卉、鸡鸭、猪牛等动植物生长的温、光、水、土、气、肥等环境参数因子，对动植物的生长发育环境进行整体或局部范围的改善，使动植物生长不受或很少受自然条件制约，在有限的土地上投入较少的劳动力，建立动植物周年连续生产系统，实现动植物高效优质生产的一种现代农业生产方式[1-3]，是属于生产可反时令性、生产可类型多样化的高投入、高产出、高效益产业。
美国称“设施农业”为“可控环境农业（controlled environmental agriculture）”，在欧洲及日本等则称为“设施农业（protected agriculture）”，而在我国曾使用过“工厂化农业（industrialized agriculture）”的概念，这些名称只是在文字表达上有所不同，但其实质内涵是一致的。
随着传感器技术、通信技术、计算机技术的不断发展，云计算、大数据、人工智能、物联网等技术在农业生产中得到越来越多的应用。
温室大棚可以通过人工的手段构建出适宜农作物生长的生产环境，隔绝外部气候变化的影响，实现农作物的全天候生长。
国内外相关企业与科研机构纷纷投入大量的人力、物力，通过研发智能温室环境监控系统，降低温室的运营成本，进而提高温室的综合经济效益。
1 世界设施农业发展概况依据自然气候条件、地理位置、经济水平和饮食文化等因素，可将世界设施园艺大致划分为亚洲、地中海沿岸、欧洲、美洲、大洋洲和非洲六大区域。
随着社会经济的不断发展，设施农业整体上呈现蓬勃发展的趋势[5-7]。
据2021年调查数据显示，全世界设施农业总面积达到460万hm2，主要分布在亚洲的中国、韩国和日本，欧洲的荷兰和阿尔巴利亚[7-8]，美洲的美国、墨西哥和委内瑞拉[6，9]，非洲的埃塞俄比亚和埃及[9-10]以及地中海沿岸诸国。
设施农业定义及其技术分类
设施农业定义及其技术分类引言农业现代化是中国社会经济发展的一项长期战略任务，发展设施农业则是实现这一战略任务的重要内容和途径，也具有长期性和艰巨性的特点。
作为中国农业工程技术发展战略的重要组成部分1，设施农业技术是产业最有效的生产要素和实现农业现代化的重要技术手段。
以中国设施园艺为例，30多年来，技术进步已经获得了全面突破，正在进行和已经完成的科研项目及成果数量近700项2，一个庞大、独立、融合了多学科、多门类科学和知识的技术体系正在发展中形成，并越来越体现出动态性、开放性、自组织性等复杂系统的特征，有必要建立技术分类的理论和方法，从更加系统、科学的角度对技术进行分类，以指导中国设施农业技术的战略、研发、选择和应用。
虽然中国学者对设施农业技术进行了一些综合研究和归纳3-7，但在对设施农业技术全貌的把握上还比较模糊，对体系的揭示还不够完整、深入和科学，专门针对技术分类的研究还处于空白。
科学发展的现实证明，给对象以准确的分类，把握不同类对象的特殊矛盾和特殊运动规律，是科学研究取得成功的关键，完备的分类是建立完备学科体系的前提8和技术进步的基础性工作，在宏观、微观上都具有理论和现实意义，不仅对推动科技进步具有重要指导作用，对设施农业技术发展战略制订、学科建设、工程集成应用、标准体系建设、人才培养乃至设施农业产品结构、产业结构的调整都具有重要的借鉴和参考价值。
1技术分类的范畴总体上，设施农业工程技术主要由生物技术、环境技术和工程技术9三大多数组成，这是其宏观层面的共性特征，还不足以体现设施农业技术的层次结构、专业特点和时代特征，在当前以可持续为总要求的现代农业发展阶段下，需要在广义设施农业概念的基础上，对其技术所涉及的要素进行科学分析，从而确定技术分类的范畴。
1.1设施农业的广义概念与定义从生产对象和外延方面看，广义的设施农业主要包括设施栽培和设施养殖2个方面10。
传统设施农业的概念和定义往往局限于生产过程11-13。
设施农业概论
第一章绪论【本章要点】1.国内外设施农业进展2.我国设施农业急需研究的课题设施农业：是指具有相应设施，能在局部范围改善环境因素，为动植物生长发育提供良好的环境条件，从而进行高效生产的现代农业。
设施农业是农业工程学科最具典型的分支学科领域，属于高投入高产出，资金、技术、劳动力密集型的产业，是当今世界最具活力的高新技术产业之一。
设施农业包括两大类：1.设施栽培——主要是园艺植物的设施栽培，主要设施有塑料棚、温室等。
2.设施养殖——主要是畜禽、水产品和特种动物的设施养殖，主要设施有集约化饲养畜禽舍及配套设施设备等。
第一节国内外设施农业进展一、设施农业的现状1.生产规模：全世界温室面积超过60万公顷,其中：大型现代化的玻璃温室面积约5万多公顷大部分建在西欧国家。
(1) 荷兰世界上温室生产最发达的国家。
现有大型连栋玻璃温室面积1.2万公顷，约占世界玻璃温室的1/4，居世界第一位。
(2) 中国设施栽培面积居世界第一位，达200多万公顷，但人均占有设施栽培面积仅达到发达国家80年代水平。
2. 设施类型国外大多数国家以温室为主我国以日光温室和塑料大棚为主；世界上温室应用最广泛的国家有荷兰、美国、以色列和法国等。
表1 主要国家农业设施的主要类型北京植物园展览温室：温室分为热带雨林室、沙漠植物室、兰花、凤梨及食虫植物室和四季花园等，展示热带、亚热带植物3100余种。
展览温室建筑面积9800平方米，占地5.5公顷，是目前亚洲最大，世界单体温室面积最大的展览温室。
3.品种结构：大多栽培园艺作物。
主要种植品种为:蔬菜（以果菜类、叶菜类为主）、花卉、特种水果（1）荷兰：花卉占60%，蔬菜占40%；（2）日本：蔬菜占72%，花卉占15%，果树占13%；（3）以色列：花卉占40%，蔬菜和香料占60%；（4）中国：以生产蔬菜为主，部分现代温室生产种苗和花卉。
二、发展趋势1.设施大型化温室面积呈扩大趋势。
20世纪80年代末以来，各国新建温室多为大型现代温室。
浅谈现代设施农业技术的发展
文章 编号 ： ７ — ８ Ｘ ２ １ ）６ ０ ２ — ２ １ ３ ８ ７ （０ ０ — ０ ０ ０ ６ １
浅谈现代设施农业技术的发展
黑龙江 省 五常市 常堡 乡农机 服务 中心 曲永梅
黑龙江省五常市农机管业发展的基本理论 ， 认识 国内外发展的概 况， 展望县 乡设施农业发
数发展中国家应用地膜覆盖的农 田面积和种植范 围不断
扩大 。应用地膜覆盖栽培技术可以使喜温作物 向＝ 推移 ｊ Ｅ 种植 ２ ４ ～ 个纬度 ， 即延长无霜期 ｌ～ ５ ， ０ １ 提高旱地水分利 ｄ 用率 ３ ％～ ０ ０ ５ 口。在 中轻度盐碱地上 ， 配合使用营养钵育 苗移栽技术 ， 使棉花 、 玉米保苗率达 ８ ％～ ０ ０ ９ ％。此外 ， 为 配合地膜覆盖栽培技术而研制 出的各种型号的覆 盖农业 装备也相继问世 。
氧化 碳 浓 度 和 光 照 ， ｍ 温 室一 季 可 产 番 茄 ３ ～０ｋ ， １ ０ ５ ｇ黄
自动化 、 机械化 、 农业电子智能化等高科技术 ， 使温度 、 湿 度、 光照和营养等组合的综合环境 自动控制 ， 以达到作物
生长所需的最佳状态 ，生产作业程序 自动化和机械化 ， 达
１４ 植物 工厂 ．
物工厂。在具有高附加值 、 高效益和高科技含量的设施 园 艺领域 中， 设施农业发展最为迅速 ， 主要栽培对象为蔬 其 菜、 花卉和果树 ； 近几年来 ， 设施 养殖畜牧业 也在逐渐兴
起。
植物工厂是继温室栽培之后发展 的又一种高度专业 化、 现代化的设施农业。 它与温室生产 的不同点在于 ， 完全
瓜 ４ ｇ 当于栽培产量的 １ 倍 以上 。目前 ， ０ ， ｋ相 ０ 世界上玻璃 房温室面积荷兰发展最大 ，０ ２ 世纪 ８ 年代末 期玻璃房温 ０ 室面积达 ｌ ０ｈ １ ｍ 。当前玻璃房温室发展的主要问题是 Ｘ 能源消耗大 、 成本高， 因此 ， 近十年来一些 国家大力研究节 能措施 ， 如室内采用保温帘、 双层玻璃 、 多层覆盖和利用 太
开发设施农业的意义以及措施
设施农业的发展趋势与前景
发展趋势
设施农业将向规模化、集约化、智能化方向发展，通过提高技术装备水平、优化农业生产结构、加强科技创新等 措施，进一步提高农业生产效率和农产品质量。
前景展望
随着科技的不断进步和人们对食品安全、环境保护等方面的要求不断提高，设施农业将在未来发挥更加重要的作 用。同时，随着全球人口的增长和资源环境压力的加大，设施农业也将成为解决全球粮食安全问题的重要途径之 一。
设施农业能够提供良好的生长 环境，使得农作物不易受到自 然环境和病虫害的影响，有利 于提高农产品的质量。
设施农业能够提高农作物的产 量和品质，使得农民的收入得 到显著增加。同时，设施农业 还能够提供更多的就业机会， 帮助农民实现多元化收入。
设施农业的发展能够带动农村 经济的发展，促进农村产业升 级和结构调整。同时，设施农 业还能够吸引城市资本和人才 进入农村，推动城乡一体化发 展。
土壤改良技术
通过科学施肥、土壤改良剂等手段 ，改善土壤结构，提高土壤肥力， 为作物生长提供良好的土壤环境。
设施农业的管理技术
作物生长监测技术
利用现代科技手段，实时监测作物的生长状况，为管理决策提供 科学依据。
智能化管理技术
通过物联网、大数据等技术手段，实现设施农业的智能化管理，提 高管理效率。
农业废弃物资源化利用技术
促进农业现代化
设施农业是农业现代化的重要 标志，通过推广设施农业技术 ，可以促进农业现代化进程。
设施农业的社会效益分析
保障食品安全
设施农业通过提供适宜的环境条件， 使作物生长不受自然环境的影响，从 而保障食品安全。
促进农村经济发展
设施农业可以带动农村经济的发展， 提高农民的收入水平。
改善农村环境
设施农业讲义
设施农业栽培技术第一章设施农业的概念、特征及发展趋势1、设施农业的概念所谓设施农业，是通过采用现代农业工程技术，利用人工建造的设施，通过人工调控，改变自然环境，为种植业和养殖业、微生物（食用菌）、水产生物以及产品的储藏保鲜等提供相对可控制，甚至最适宜的温度、湿度、光照、水肥等环境条件，而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业，以获得速生、高产、优质、高效的农产品(资讯行情论坛)的新型农作方式。
设施农业有广义的设施农业和狭义的设施农业，广义的设施农业包括设施栽培和设施养殖，狭义的设施农业一般指的是设施栽培。
2、设施农业的特征设施农业的特征是现代农业技术与工程技术的集成（主要设施以塑料大棚、中棚及日光温室为主要的设施结构类型），涉及建筑、材料、机械、环境、自动控制、品种、栽培、管理等多种学科和多种系统，是农业现代化的重要组成部分。
目前已由简易塑料大棚、温室发展到具有人工环境控制设施的自动化、机械化程度极高的现代化大型温室和植物工厂。
它具有两大优势，一是能充分利用太阳光热资源，减少环境污染。
由农业部联合有关部门试验推广的新一代节能型日光温室，每年每亩可节约燃煤约20吨。
采用单层薄膜或双层冲气薄膜、PC板、玻璃为覆盖材料的大型现代化连栋温室，具有土地利用率高、环境控制自动化程度高和便于机械化操作等特点。
二是在一定程度克服了传统农业在外界环境（主要是气候条件）和资源（土地、水、热）等方面难以解决的限制因素，加强了资源的集约高效利用，从而大幅度提高了农业系统的生产力，使单位面积产出成倍乃至数十倍地增长。
设施农业打破了传统农业地域和时季的“自然限制”，具有高附加值、高投入、高技术含量、高品质、高产量、高效益、无污染、可持续发展等特征。
3、设施农业的发展趋势随着社会的进步和科学技术的发展，我县设施农业的发展将向着地域化、节能化、专业化发展，由传统的作坊式生产向高科技、自动化、机械化、规模化、产业化的工厂型农业发展，为我县市场提供更加丰富的无污染、安全、优质的绿色健康食品。
设施农业工程技术
—— 空气环境（温度、湿度、空气组分）
—— 水环境
密闭式植物生产环境控制系统
Discharged air duct Controlled clean air Air outlet Discharged air duct Air flow
Air inlet
水培番茄（13000个/棵）
水培番茄根
China Agricultural University
气候环境在农业生产中的作用？
2. 环境在农业生产中的作用
制约现代农业发展的因素可以概括为二个 ——“遗传”与“环境”
“遗传”—决定生产的潜力； “环境”—决定这种潜力能在多大程度发挥
这里的“环境”是广义的环境，不仅是气候环境
China Agricultural University
日本低段栽培开发目标
生产方法 低段密植栽培（４～６批/年）
长季节栽培，夏季高温期难以进行
营养液栽培 全年需要多用苗 利用密闭式育苗设施
China Agricultural University
本专题总结
研究开发适合我国各地区域条件特色的设施
水培黄瓜（3300条/棵）
水培网纹甜瓜（90个/棵）
中国的西红柿树
我国气候特点与设施园艺的问题
中国气候特点：大陆性气候：温度年较差较同纬 度平均高10-120C，冬季严寒，夏季酷暑。（季风 明显：寒潮袭击突出） 设施的地域性研究不到位 设施标准化程度低、成本相对较高 设备不配套，环境可控性差，劳动强度大，生产 效率较低。
热带水果在北方的设施生产
葡 萄
哈密瓜
甜
瓜
我国药用植物设施栽培
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（一）设施农业工程的概念与内容
1．设施农业的概念：
所谓设施农业，是指在设施内进行农业生产； 它是区别于传统的露地农业相比较而言。
包括设施园艺、设施（舍饲）畜禽养殖、设施 水产养殖等
其最大特点是：
可人为地调控动植物生长的气候环境，不受“老天 爷”的影响——摆脱了“靠天吃饭”的被动局面。
气候环境在农业生产中的作用？
2. 环境在农业生产中的作用
制约现代农业发展的因素可以概括为二个 ——“遗传”与“环境”
“遗传”—决定生产的潜力； “环境”—决定这种潜力能在多大程度发挥
这里的“环境”是广义的环境，不仅是气候环境 应是指除生物（自身）以外的所有其它事物的总和
设施农业案例介绍
水培黄瓜（3300条/棵）
水培网纹甜瓜（90个/棵）
中国的西红柿树
我国气候特点与设施园艺的问题
▪ 中国气候特点：大陆性气候：温度年较差较同纬 度平均高10-120C，冬季严寒，夏季酷暑。（季风 明显：寒潮袭击突出）
▪ 设施的地域性研究不到位 ▪ 设施标准化程度低、成本相对较高 ▪ 设备不配套，环境可控性差，劳动强度大，生产
大棚。
大型连栋温室的发展
1978年北京玉渊潭兴建了第一栋大型 钢架连栋玻璃温室。
1979年北京四季青首次引进了连栋温 室，并引发第一次引进温室热潮。
四季青引进温室
具有中国特色日光温室的兴起
第二次引进温室热潮与农业科技园区的兴起
1995年建立中以示范农场，引发第二次引进温室 热潮。
各级农业科技园区建设的兴起。 1997年国家科委启动“工厂化高效农业重大科技
荷兰温室
美国夏普温室
美国胖龙双层充气温室
美国安普双层充气温室温室
以色列温室
法国瑞奇温室
韩国多层覆盖水膜保温温室
加拿大工厂化水培温室
工厂化水培生菜系统
水培生菜、草莓
台湾三易温室
三易温室喷灌、苗床设备
三易温室花卉
设施园艺工程的主要内容
骨架材料与结构形式 覆盖材料 环境调控
（CCTV）走近科学录像片
3．设施农业工程的概念
所谓设施农业工程，是指为设施农业所提 供的有关工程技术、设施设备的总和。
包括：工艺模式、工程配套（建筑设施、设 备）、环境等
是农业设施？还是设施的农用？
与设施农业的关系？
4． 设施农业工程的研究内容
生产工艺方式的标准化与定型 动植物生长过程的环境要求 建筑设施设计与建造技术 配套设备的开发与应用技术
光环境调控技术发展 热环境调控技术发展 空气质量环境技术发展 水环境调控技术发展
（四）发达国家设施农业工程技术发展
农业生产产量及性能指标 标准化、专业化的生产工艺 建筑设施、设备、环境控制等配套完善 管理水平
（五）我国设施农业工程技术发展的特点？
我国的国情分析（人口、资源、环境） 我国的气候条件分析 产品市场分析
效率较低。
中国设施农业发展的思考
1、市场开拓与宏观调控相结合，根据光热资源与 市场要求，加强规划，合理布局，提高规模。
2、立足国内，引进、消化、吸收与创新相结合， 建立适合中国国情的设施园艺技术体系，尽快消 除与发达国家技术位差，向国际市场接轨。
中国设施农业发展的思考
3、引进，筛选或培育适合中国人口味的优 质，高产，抗逆新品种。
产业示范工程”。 中央决定在沿海发达地区率先实现农业现代化。
日本设施园艺发展概况
面积（万hm2）
中小拱棚 5.00 大棚 4.86 温室 0.27 雨障 1.20 果树设施 0.67 小计 2 人均10 m2/人
特点
单产
镀锌管PVC、PO 机械通风16.5% 加温40% 多层覆盖45%
花15% 菜72% 果13% 番茄40 kg/ m2
—— 光环境 —— 空气环境（温度、湿度、空气组分） —— 水环境
密闭式植物生产环境控制系统
Discharged air duct Controlled clean air
Air outlet Air flow
Air inlet
பைடு நூலகம்
Discharged air duct
水培番茄（13000个/棵）
水培番茄根
CO2施肥17% 智能管理0.8%
美国、荷兰、以色列温室概况
国别 美国
面积（万hm2） 特 点
单产
2.0
全天候、基质 番茄54kg/m2
玻、PC、PE
黄瓜50kg/m2
荷兰
1.2
（人均8 m2）
以色列
0.33
全天候、玻璃 番茄60kg/m2 花60%、菜40% 玫瑰320支/ m2
花40%、菜60% 番茄50kg/m2 玫瑰300支/ m2
中国设施农业工程技术的 发展方向？
我国设施农业发展历史的回顾
中国设施蔬菜、花卉栽培始于两千年前的汉朝。 1599年荷兰建成世界最早的玻璃温室。 1948年美国首次建成了PVC塑料薄膜温室。 1965年长春市郊建成中国第一栋竹木结构、PVC膜塑
料大棚。 1980年，中国引进PE薄膜生产线、钢管装配式塑料
农业工程导论
——设施农业工程技术发展
内容提要
第七讲：设施农业工程技术（1） ——设施生产模式与工程配套
第八讲：设施农业工程技术（2） ——设施农业环境控制技术
一、设施农业的概念与特点
设施农业、设施农业工程的概念与内容 设施农业工程的作用 我国设施农业工程技术发展的现状 发达国家设施农业工程技术的水平与发展
（二）设施农业工程的作用
改变小气候——生物环境的作用 ——高产、优质、高效、安全
农业工业化——工厂化农业的作用 ——标准化、集约化
劳动减量化——降低劳动强度和改善环境 传统产业升级——大幅度提高生产效益
——提供资源利用的效率 ——带动相关产业发展
（三）农业生物环境工程技术发展现状
我国设施农业工程产业面临的新形势
▪ 面积与规模——世界设施农业生产大国
▪ 设施园艺的面积人均超过13m2 ▪ 人均肉、蛋占有量接近发达国家水平
▪ 产量与质量——同时需要提高
▪ 设施产品总量与食品质量安全问题
▪ 肉类产品紧缺、产品质量追溯与过程保障
▪ 设施与设备——呼唤我国特色的标准产品
▪ 基本仿照国外上世纪70年代产品