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。

日本提出：发展单栋面积达5000m 2以上的大型温室。

2. 品种多样化：除园艺作物外，能产生高附加值的香料作物、工业用原料植物、药用植物等也已成为温室栽培的主要品种。

3. 产品特色化以花卉生产为例荷兰：在花卉种苗、球根花卉、鲜切花方面占有绝对优势，其切花出口量占世界切花出口总量的71%；美国：盆花、观叶植物生产方面领先世界。

以色列、西班牙、意大利等国：温带切花方面实现专业化、规模化生产。

4. 布局区域化由于能源、土地和劳动力成本的不断提高，温室产业逐步向气候条件优越、生产成本低的地区转移。

20世纪90年代前，世界花卉温室生产主要集中在欧美、日本等经济发达国家，而今逐步转移到南美洲的哥伦比亚、厄瓜多尔，非洲的肯尼亚、津巴布韦以及东南亚等国家和地区。

三、我国设施农业主要研究课题1.经济实用性棚室结构。

2.环境调控技术与设备。

3.多功能覆盖材料（长寿、防雾滴、保温、高透光、抗农药）4.抗病、优质、高产专用型品种的选育5.连作障碍克服对策研究（尤其土壤次生盐渍化）6.节能技术（新能源应用：太阳能、地热等）7.无土栽培技术8.立体栽培技术9.病虫害综合防治技术（无公害）10.高新技术的应用（计算机技术、生物技术等）第二节新技术开发与应用一、信息技术的开发应用(一)农业自动控制1. 环境自动控制应用人工智能、神经网络等高新技术,将专家系统引入管理环节，实现小气候条件的计算机自动监测控制。

环境控制技术是设施农业的核心技术。

环境自动控制类型：（1）单因子控制（主要是温度、其次是湿度）（2）多因素综合控制：一般以光照为始变条件，温度、湿度和CO2浓度为随变条件，使四个主要因素随时都处于最佳配合状态。

伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观察、遥控50 km以外温室内的温度、湿度等环境状况。

2. 生产作业和管理自动化生产作业：包括育苗、定植、收获、包装等。

其中在自动化作业方面，国外已开发出机器人移苗机、自动喷（滴）灌设备等。

在我国，中国农业大学率先研究蔬菜自动嫁接机器人技术。

嫁接速度600棵/h，成功率95%以上，可大大促进蔬菜生产规模化、产业化。

（二）因特网应用1.情报查询（1）购销情报：了解国内外市场园艺产品的品种、规格、交易量、成交价格。

（2）技术情报：园艺植物的种类、品种数据库；研究课题概要；农业气象信息（如气象卫星云图、台风路线）（3）资料情报：设施农业统计数据；病虫害预测预报资料等。

2. 远距离诊断：利用电视摄像机，拍摄植物的生长状态，通过因特网传送、诊断。

日本M 式水培研究所已开展此项服务。

3. 网上直销通过因特网进行农业生产资料、园艺产品交易者，可以进行登记，将来可实现交易电子化。

二、生物技术的开发应用(一) 脱毒快繁1.日本：香石竹、唐菖蒲、杜鹃花、菊花、草莓、葡萄、苹果等20多种。

2.荷兰：各种花卉种苗5000万株/年。

3.美国：建有10多个兰花工业中心年产值6000万美元。

4.我国：马铃薯、苹果、香石竹、菊花等脱毒苗；香蕉、月季等快繁苗（其中香蕉苗年生产能力500-600万株）（二）转基因作物我国已批准商品化生产转基因蔬菜：耐贮藏番茄、抗病毒番茄、抗病毒甜椒。

其中转基因番茄可延缓成熟变软，延长保藏期，其货架期长达152天。

美国自1994年批准生产以来，市场销售额每年高达3—5亿美元。

为加强农业转基因生物安全管理，国务院于2001年5月23日颁布了《农业转基因生物安全管理条例》。

农业部：于2002年1月5日发布了3个配套规章：《农业转基因生物安全评价管理办法》【2002年第8号令】《农业转基因生物进口安全管理办法》【2002年第9号令】《农业转基因生物标识管理办法》【2002年第10号令】自2002年3月20日起施行。

三、植物工厂：设施农业的最高水平（一）植物工厂（Plant factory）植物工厂：指在全封闭、智能化控制条件下，实现按设计工艺流程全天候生产或周年均衡生产作物的设施。

植物工厂内从播种到采收的全过程实行高度自动化、流水化作业。

其面积一般为900—1500m2。

目前主要生产：生菜、菠菜、莴苣、番茄等。

叶菜秧苗移栽后2周即可收获，一年可收获20茬以上，年总产量是露地的数十倍。

从生产功能上划分：①种苗植物工厂；②商品菜（果、花）植物工厂从光能的利用方式上划分：①人工光利用型；②太阳光利用型；③太阳光和人工光并用型●1957年世界上第一家植物工厂诞生在丹麦。

●1964年，奥地利开始试验一种塔式植物工厂（高30米、面积5000平方米）。

该国鲁斯纳公司的塔式植物工厂已在北欧、俄罗斯、中东国家采用。

●1971年，丹麦建成绿叶菜工厂●1974年，日本建成花卉蔬菜工厂。

该厂由1栋2层的楼房（830平方米）和两栋栽培温室（每栋800平方米）构成，周年生产郁金香和番茄（5茬）。

目前日本已有植物工厂近40个，其中生产用植物工厂有17个。

美国、英国、荷兰等国的蘑菇工厂，每个在1万m2以上，年栽培6个周期以上，每个周期20d左右，蘑菇产量达到27kg/ m2。

奥地利的一家番茄工厂，工作人员仅30人，平均日产番茄13.7吨，生产1公斤番茄耗电9－10kw.h，成本只有露地的60％。

此外，英国达雷卡得设施农业工程公司，发明了工厂化栽培果树的方法。

即将果树枝条插在树枝形的橡胶管上，吸收营养液开花结果。

一年可收获3-5次。

目前已建立苹果枝、梨枝、桃枝实验线。

（二）航天植物（Space plant）航天植物生产亦已获得成功。

美国宇航中心已采取最先进的无土栽培技术，生产人类在太空生活所必需的食物。

目前满足1个人在太空生活所需的菜、薯等食物，只需6 m2即可。

每m2面积可种植番茄100-120株。

作物的生长期仅为50—60d。

美国还计划在2020年将“生物圈5号”（模拟地球环境的设施）发射到月球，将使人类在月球上种植植物成为可能。

太空番茄：单果重1～2公斤，一粒種子40元一般的雜交種子，種植兩三代就退化；而太空種子種10代也不會退化。

总之，设施农业是一项跨学科的综合技术系统工程，必须强化生物技术、信息技术、计算机技术等高新技术的研究与应用。

设施农业已成为当今世界农业新技术革命的重点，并将成为21世纪最具活力的高新技术产业之一。

第三节设施栽培方式一、促成栽培（Forcing culture）在寒冷季节中，使园艺作物生长发育全过程都在保护设施内完成的一种栽培方式。

促成栽培必须在生产设施比较完善（特别是有加温设备）的设施内进行，如塑料棚、温室等。

二、早熟栽培（Early maturing culture）促使蔬菜等提早成熟的栽培方式，又称半促成栽培。

即园艺作物生长的前期（早春）在保护设施内生长，后期在露地生长。

早熟栽培必须采用抗寒性强、低温条件下座果率高的品种，并根据园艺作物的生物特性及适宜苗龄，确定播种适期。

三、越夏栽培（Over summer culture）在炎热多雨的夏季，采用遮荫降温、防雨等设施，使园艺作物正常生长发育的保护栽培方式。

越夏栽培多用于秋菜的育苗以及8、9月份蔬菜供应淡季生产新鲜蔬菜。

四、延后栽培（Prolonged culture）在秋季延长园艺作物收获期的保护栽培方式。

通常夏末秋初育苗，秋末降霜前进行覆盖保温，使产品在冬季供应市场。

如秋延番茄、辣椒等。

五、软化栽培（Blanching culture）将某一生长阶段的园艺作物栽植在黑暗（或弱光）和温暖潮湿的环境中，生长出具有独特风味产品的保护栽培方式。

软化栽培的产品叶绿素含量低、组织柔嫩、具有较高的商品价值。

适宜软化栽培的蔬菜主要有：葱蒜类（韭菜、大蒜、葱等）、豆类（豌豆、绿豆、大豆）、叶菜类（芹菜）等。

六、无土栽培（Soilless culture）：不用天然土壤而采用营养液或（和）基质栽培作物的方法。

无土栽培的优点是：1.栽培地点的选择受土壤、地形的局限小，空闲荒地、盐碱地以及城市楼顶、阳台均可用来进行栽培；2. 防止土传病害及土壤盐类聚集造成的生理障碍；3. 有利于保护栽培向机械化、自动化方向发展；4. 省水、省肥；5. 产量高，产品清洁卫生、无污染。

应用无土栽培时，需考虑其设备与技术条件。

第二章农业设施的设计与建造【本章要点】●农业设施的类型、结构●塑料大棚的规划与建造●新型、实用覆盖材料第一节农业设施的类型与结构一、农业设施的主要类型根据结构、规模和技术水平，农业设施可分为4个层次：1.简易覆盖设施：包括各种温床、冷床、小拱棚、遮阳覆盖等简易设施，主要用于育苗和矮秆作物的季节性生产。

2.普通保护设施：通常是指塑料棚和日光温室。

多为永久性或半永久性设施，是我国现阶段主要农业设施。

3.现代温室：通常指能够进行环境条件自动控制的大型单栋或连栋温室。

4.植物工厂（一）塑料棚：按棚高、跨度大小，分为大棚、中棚和小棚。