§9－1概述
一、设施农业的内涵
1. 设施农业是集生物工程、农业工程、环境工程为一体，跨部门、多学科综合的系统工程，是在外界不适宜季节，通过设施及环境调控，为作物营造较为适宜的生长环境，达到适时成熟、高产、优质、高效的集约化生产方式。 设施农业是通过实施现代农业工程、机械技术和管理技术改善局部环境，为种植业和养殖业、微生物、水产生物以及产品的贮藏保鲜提供相对可控制的最适宜的温度、湿度、光照、水肥、空气等环境条件，充分利用土壤、气候和生物潜能，在有限的土地上使用较少劳动力，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、高效的农产品的新型生产方式。 设施农业是现代农业发展史上的一次革命，是由传统农业向现代化集约型农业转变的有效方式，是实现农业现代化的必由之路。
2. 广义的设施农业主要包括设施栽培和设施养殖两个方面。设施农业从狭义上讲包括塑料大棚、温室、植物工厂三种不同的技术层次。但目前，中国发展和应用较多的主要是塑料大棚、日光温室及连栋温室， 也有少量先进工程技术的智能温室。其中日光温室是中国的独创，由于其能充分利用太阳光热资源、节约燃煤及减少环境污染，已在中国北纬 400以上的高寒地区广泛应用。日光温室在中国发展迅速，其面积已超过温室总面积的60％。
3. 设施农业与传统农业区别
设施农业在生产条件、生产方式、产品供应上都与传统农业不同。区别主要体现在：
(1) 设施农业能充分利用太阳光热能源，减少环境污染。
(2) 设施农业在一定程度上克服了传统农业在外界环境(气候条件)和资源(土地、热、水)等方面难以解决的限制因素，加强了资源的集约高效利用，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增长，提早或推迟产品的上市时间，满足市场均衡供应。
(3) 设施农业打破了传统农业地域和季节的自然限制，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、可持续发展等特点。
由于自动化和智能化高科技的运用，栽培环境不受自然条件影响而得到有效控制，使农产品工厂化生产成为现实，这便是设施农业发展到高级阶段的工厂化农业。这一领域已成为当今世界各国展示农业科技发展水平的重要标志，是农业发展中最具有活力的新兴产业之—，是向人类提供大量无污染绿
农产品最为理想的种植与养殖方式。
设施内生产管理的机械化与设施环境调控自动化是工厂化农业的重要方面，目的是提高作业与控制的精度、作业效率、作业者的安全性与舒适性，实现省力化。设施栽培作业包括耕耘、育苗、定植、管理、病虫害防治、收获、产品包装等，作业项目多，需要大量人力。同时，设施内高温、高湿、通风不良的作业环境非常需要发展自动控制技术(包括机械化育苗技术、机器人移栽、自动喷滴灌与自动施肥技术等)。自动控制技术能充分发挥专家和工程技术人员的智慧，将人工智能、网络高新技术专家系统引人温室内，用于复杂的管理、决策及咨询，有效地提高设施内智能化、自动化、科学化管理水平。
4. 工厂化农业是指在相对可控制环境条件下，采用工厂化生产，实现集约、高效及可持续发展的现代生产方式。其主要功能为：⑴增强环境控制能力；⑵提高工业化生产水平；
⑶实现集约、高效经营；⑷促进可持续发展。
工厂化农业的核心是对设施内栽培环境能有效地控制，进行机械化与自动化生产，营造适于作物生长的最佳环境条件，计算机智能化调控装置系采用不同功能的传感器探测头，准确采集设施内室温、叶温、地温、室内湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风向、风速及作物生育状况等参数，通过数字电路转换后传回计算机，并对数据进行统计分析和智能化处理后显示出来，根据作物生长所
需最佳条件，由计算机智能系统发出指令，使有关系统、装置及设备有规律运作，将室内温、光、水、肥、气等诸因素综合协调到最佳状态，确保一切生产活动科学、有序、规范、持续地进行。计算机有记忆及查询功能、决策功能，为种植者全天候24h提供帮助。采用智能化温室综合环境控制系统可使运作节能15%～50%，节水、节肥、节省农药，提高作物抗病性。
荷兰、日本、以列、美国、韩国、西班牙、意大利、法国、加拿大等国设施农业十分发达，其设施的标准化程度、种苗技术及规范化栽培技术、植物保护及采后加工商品化技术、新型覆盖材料开发与应用技术、设施综合环境调控及农业机械化技术等有较高的水平，居世界领先地位。
5. 高产优质高效农业：高产，就是提高资源的产出率。包括提高农林牧副渔等多种农产品的产量，重点是提高单位面积产量；优质，就是追求农产品的使用价值，包括品种改良、产品优质、结构优化等；高效，就是提高农业的综合效益，以提高经济效益为中心，兼顾社会效益和生态效益，实现三个效益的统一。发展高产优质高效农业，就是要遵循价值规律，依靠科技进步，以农林牧副渔全面发展的观点充分合理地开发利用各种农业资源，不仅要生产出产量更高、品质更好的各种农产品，而且要不断提高效益，使农业成为充满生机活力，具有较强的自我发展能力的现代产业。
234mm6. 生态农业：是指在经济和环境协调发展原则下，总结吸收各种农业生产方式的成功经验，按生态学、生态经济学原理，应用系统工程方法建立和发展起来的农业体系。它要求把粮食生产与多种经济
作物生产相结合，把种植业与林、牧、副、渔业相结合，把大农业与二三产业发展相结合，利用我国传统农业的精华和现代科学技术，通过人工设计生态工程，协调经济发展与环境之间、资源利用与保护之间的关系，形成生态和经济的良性循环，实现农业的可持续发展。
7. 物理农业：物理农业是物理技术和农业生产的有机结合，是将电、磁、声、光、热、核等物理学知识和高新技术应用在农业生产中，用特定的技术方法处理农作物，达到增产、优质、抗病和高效的目的。
物理农业是一种新兴的农业生产技术，可有效替代农药、化肥等农业生产资料，对农作物具有增产作用，能保证设施农产品达到高质量、绿、无污染的标准；同时，物理农业技术在畜禽设施养殖方面也有广泛应用，有利于保护生态环境，有益于人体健康和农业可持续发展，经济效益、社会效益非常显著。
其主要技术有：①植物声频控制技术；②种子磁化促生技术；③电子杀虫技术；④空间电场防病促生技术；⑤土壤消毒电处理技术。
设施农业是高科技含量、高投入、高产出、高效益的集约化生产方式，国外发展速度很快。80年代初，我国提出设施农业的概念，主要指塑料大棚、日光温室和连栋温室。
通常，我们把在温室和大棚等保护设施里，利用室内外配备的各种设备调节环境条件和栽培土壤条件下进行的园艺生产叫做设施园艺。
从最简易的阳畦、风障到大型的温室和植物工厂，设施结构种类繁多，形形。从几毫米厚的薄膜到大型锅炉、加温、照明、灌溉设备，包括着成百上千种材料和类型。我们要
把它们合理地利用起来，进行园艺作物生产，概括起来就是设施园艺生产。
二、设施园艺在农业生产上的意义
人类同其他动物一样，为了生存就要采集、猎取和获得粮食，也属于自然生态系中的一员。从刀耕火种的农业出现，人类就开始脱离自然生态系，从自然制约中冲破出来，开始了改造自然，掌握自然的农业生产。随后逐步发展到有畜农业和机械农业，使粮食产量飞跃增加。这些农业技术变革的不同特征就是因为向耕地投入的能量形态不同，是投入更多的能量技术的开发过程。只有大量向耕地投入能量，才会使耕地更进一步从自然生态系统中解脱出来，创造耕地生态系，使植物增强生产能力。
设施农业耕种就是一种具有新能源形态的农业耕种形式。它是在人为的设备条件下，调节土地和大气的环境条件，进行作物栽培，无疑向耕地投人了较大的能量，必然带来高的生产能力。
设施园艺不仅是一种最新能源的投入形态，而且是能够调节地上和地下环境条件进行生产的，其本质
是将农业从自然生态中脱离出来，产生更高的生产能力，这就是设施园艺在农业生产上的最大意义。
三、设施园艺的发展简史
世界设施园艺的发展大体上分三个阶段：
第一，原始阶段：约2000多年前，我国使用透明度高的桐油纸作覆盖物，建造温室。
古代的罗马是在地中挖成长壕或坑，上面覆盖透光性好的云母板，并使用铜的烟管进行加温，此时可以说是温室的原始阶段。
第二，发展阶段：主要是二次世界大战后，玻璃温室和塑料大棚等真正发展起来，尤其以荷兰、日本为首的国家发展迅速，而且附加设备增多起来。
第三，飞跃阶段：70年代后，大型钢架温室出现，自动控制室内环境条件已成现实，世界各国覆盖面积迅速增加，室内加温、灌水、换气等附加设备广泛运用，甚至出现了植物工厂，完全由人类控制作物生产。今后将向着节能、高效率、自动管理的方向发展。
荷兰是世界著名的设施园艺发达国家，荷兰温室已有100多年历史，目前温室结构及生产管理水平都处于世纪领先地位。荷兰农民从19世纪末就开始把玻璃盆覆盖在植物上用于透光和保温，后来采用不
足0.5M高的玻璃温箱种植作物，这是温室农业的最初形式。20世纪50年代初建起了木质结构的人字形玻璃温室，开始了保护地规模化生产。荷兰温室结构主要选用铝合金框架和玻璃覆盖材料，也有少部分PC板材温室，温室生产基本实现了光、温、水、肥、气全面自动化控制。
该国大规模种植温室鲜花、蔬菜，温室运作全部由计算机控制操作。荷兰有5大温室制造公司，不仅在结构、机械化、自动化、产品采后加工处理设备技术水平高，而且在计算机智能化、温室环境调控方面也居世界领先地位。配套温室设施出口额占世界贸易额的80%。
以列利用温室冬季生产花卉、蔬菜大量出口创汇，享有“欧洲冬季的厨房”美称。其温室结构先进，装有幕帘、天窗及遮阳网，可根据光照强度自动移动调节，温室温度、湿度、通风、施肥、灌水实行自动化、机械化控制。最新开发弥雾气候控制技术，使温室降温需能减小。
战术防身笔
我国的设施园艺虽然开始较早，但真正大面积运用于生产是从70年代初开始的，至1978年，我国塑料大棚的面积已达8万亩。1982年塑料薄膜地面覆盖已达31万亩。2000年已突破2000万亩。特别是“九五”期间，我国研制开发了华北型、东北型、西北型、华东型、华南型以及东南沿海等不同生态类型区和气候条件的新型、适用的温室及配套设施，提高整
瓶装水包装体园艺设施水平。同时，我们又自建或引进了一批荷兰型温室，日本及美国型塑料温室，开展了工厂化育苗的技术研究，大面积采用了薄壁镀锌钢管装配骨架的塑料大棚，使我国保护地生产以塑料大棚
为主体的体系发挥着更高的生产效益。
从设施总面积上看，中国居世界第一，日本位于第二。但从玻璃温室和人均温室面积上看，荷兰居世界第一。从设施内栽培的作物来看，蔬菜生产占到总生产面积的80%左右，其中果菜类可占90%左右，果菜中最多的是草萄、黄瓜、甜瓜、番茄、西瓜、茄子、甜椒等蔬菜，而我国西甜瓜在温室内生产较少，剩余20%是花卉和果树，又以花卉为主。花卉生产主要是切花类、钵物类和花坛用苗类。果树生产，主要栽培葡萄、桃、柑橘、梨等。
四、国外设施农业发展现状与趋势
荷兰、美国、日本、法国、以列等国家为代表，其设施农业的明显特征是设施结构多样化，生产管理自动化，生产操作机械化，生产方式集约化，是以现代工业装备农业代科技武装农业，现代管理经营农业。
(一)设施面积较大，发展程度不同
世界设施农业比较发达的国家有：北美的加拿大和美国；西欧的英国、法国、荷兰、意大利和西班牙；中东的以列、土耳其；亚洲、大洋洲的日本、韩国、澳大利亚等国家。据不完全统计，世界上温室和大棚的面积大约有1645840公顷。其中西北欧国家由于常年天气较冷，夏季短，气温不高，以玻璃温室为主，而亚洲、南欧、北美以塑料温室为主。
(二)设施结构与建筑材料多样化
1．设施结构的多样化 纵观国外设施农业，其结构主要有三种类型：
(1) 小拱棚 用支撑物托住塑料薄膜，高度在1米左右，两侧薄膜埋入土中，方法简便。
（2）塑料大棚 外型有篷型、屋顶型、以塑料膜为覆盖物，内部设施较少，主要用于春、夏、秋季生产。
(3) 温室 大约有三个等级：第一是初级温室，指一般小型温室，不具备调温、通风等设备。第二是现代化温室，指联栋大型温室，可以实行耕种机械化，管理自动化。第三是工厂化温室，它是一座比较完善的工厂，其中有各种工序所需要的厂房、车间，按工序进行流水作业，即每天按同一规格和一定数量进行播种，育苗，促其生长和收获，它不需要土壤，作物也不一定固定生长，而可以随机械转动进行移动生长，它的栽培是高度密集化的，操作是高度机械化的，经营是高度集约化的，它的生长时间短，采收时间长，年产量比露天作物高10倍，比现有的塑料大棚、普通温室高5倍。
钢丝生产
植物工厂是在全封闭的设施内周年生产园艺作物的高度自动化控制生产体系，可分别称之为“蔬菜工厂”、“花卉工厂”、“苗木工厂”等。植物工厂内以采用营养液栽培(无土栽培)和自动化综合环境调控为重要标志，为使植物工厂内栽培环境达到高度自动化调控，设备建造及运转费用很高。植物工厂能免受
外界不良环境影响，实现高技术密集型省力化作业，生菜、菠菜栽培期较露地缩短1/4～1/2时间，可一年多茬次连续生产。采用水栽培、立体栽培、多段化及移动床栽培可提高栽培面积效率2～4倍。灌水、施肥、温湿度管理自动化，播种、定植、采收作业全部由计算机控制，作业变得轻松舒适。发达国家近些年无土栽培技术发展十分迅速，奥地利、丹麦、美国、英国、日本等国都先后建立了—批植物工厂，用于试验研究和示范，为工厂化农业发展展现了美好前景。无土栽培不仅高产，而且可向人们提供健康、营养、无污染的有机食品，能够充分注意营养液循环利用、节省投资、保护生态环境。
2．建筑材料的多样化 在建筑材料上，国外温室建筑与工业材料的发展密切相关，是随着建筑材料发展而变化的。如美国温室建筑大体可分为3个阶段：
第一阶段(1950～1969年) 当时建筑的温室以木结构为主，覆盖材料几乎全部用玻璃，温室的数量不少，但面积很少有超过1.5公顷的．有加温设备和自然通风，室内以土壤栽培为主，自动化设备很少应用。
第二阶段(1970～1989年) 金属骨架温室逐步增加，20世纪80年代以后建的温室，几乎全部用镀锌钢、镀锌管和铝合金的屋顶，覆盖材料除了玻璃以外，出现了玻璃钢，FRP板和双层充气薄膜温室，这样可以减轻屋架的重量，降低建筑成本。80年代中期，二氧化碳施肥技术、应用计算机控制温室环境及滴灌技术、无土栽培技术已普遍应用，温室降温采用电扇强力通风，用冷水墙加强通风的技术也比较普及。
喇叭网罩
第三阶段(1990年到现在) 聚碳酸酯板(PC)已进入实用阶段，该板透光与保温性能好，耐用，不易破损，防火性能强，可制成三层的中空板，保温性能更佳。另外，光谱选择薄膜发展很快，如在塑料薄膜中加入类似硫酸铜的染料，就可降低远红外光的透射率，使温室内温度降低o
(三)温室管理向电子化、机械化、专业化发展，基本实现自动化管理
温室管理主要由于采用了电子计算机控制环境和无土栽培技术，使植物在最佳小气候条件和根系环境中生长，产量水平得以突破。荷兰的温室面积中的70%以上已采用无土栽培，其中绝大部分采用岩棉栽培，微电脑控制温室的生产达90%以上，使作物栽培向自动化、工厂化发展。加拿大温室的一半以上采用无土栽培，90年代与80年代相比，户均经营面积增加了70%，产值增加了144%，总雇工减少了10．9%，总能源消耗减少了35%，双层充气塑料温室面积增加了66%，每平米番茄产量平均达35～40公斤，最高达到48～50公斤。黄瓜达到每平米50～70公斤。
计算机在温室中调控的环境因素除了空气温度、相对湿度、二氧化碳和光照外，还有定时定量灌水以及营养液的精确注入、空气流速等。以加拿大不列颠哥伦比亚省制作的Argus 软件系列为例，其与IBM兼容，可以从16个不同的方面考虑同一因子的控制。比如降温，首先控制冷热水交换阀，减少热水进入温室的流量，减少锅炉燃料供应量，若温度仍高，再启动开天窗、遮阴、喷雾或水帘等降温设施。所有程序按照顺序运行，如果阴天光照极弱，温度极低，可覆盖保温幕保温并开灯补光，以节约在线预约系统
燃料能源。因此，节能效果极好。日本除了温室内安装计算机控制系统，把工程技术作为一个专家系统(咨询系统)已引入设施园艺栽培中，温室控制的管理规则，正在向可以通过一系列的正规控制指令来实现的方向发展。
(四)温室的科研成果不断转化，推动着生产迅逮发展
针对温室的研究目的明确，新技术、新成果推广应用迅速，并且相关产业的发展也得到应有的重视。温室的结构建造、病虫害综合防治技术、节能技术和品种的改良，也对温室的高产优质管理技术起到重要作用。
日本对温室的科学研究一直比较重视，据《日本农业新闻》报道，一种利用气压支撑的塑料大棚温室，目前在日本农村已经广为使用。这种气压式塑料大棚，比传统的和钢架支撑的塑料大棚价格便宜，而且透光性好，可控制温度，因此受到欢迎。对温室的废旧塑料的处理方法已研制成功。
美国在温室研究中推出了以下新技术：
1．太阳能水墙温室
美国东北部已开发成功一种能独立解决能源问题的太阳能温室，该温室分两层，第一层
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