摘要
设施农业的发展是农业现代化的重要标志，也是现代化农业发展的重要建设任务。我国的设施农业较国外起步晚，在设施建设、技术研究、装备研发、资⾦投⼊等⽅⾯都与国外发达国家存在较⼤差距。为了促进我国设施农业的快速发展，推动设施农业领域的技术进步，在综述世界设施农业发展现状的基础上，分别从国外和国内2个⽅⾯总结设施农业发展的特点，剖析我国设施农业存在的不⾜，并提出针对性的对策建议，以期为我国设施农业可持续发展提供⼀些经验和启⽰。
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，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（industrializedagriculture）”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。
01
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。
据2017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，美洲的美国、墨西哥和委内瑞拉，⾮洲的埃塞俄⽐亚和埃及以及地中海沿岸诸国。其中，亚洲是世界设施农业发展最快、⾯积最⼤的地区，仅中国、⽇本和韩国3个国家的设施农业⾯积之和就占世界设施农业总⾯积的
82.90%。
在设施农业体量上，中国设施农业⾯积达370万hm2，居世界第⼀，约占世界设施农业总⾯积的80%，意⼤利紧随其后位于第⼆，第三、第四分别为⼟⽿其和韩国。荷兰在⼈均设施农业温室⾯积上位居世界第⼀。
荷兰番茄⼤世界
1.设施类型
从设施类型上看，有近292万hm2的设施农业类型是塑料⼤棚（含中⼩拱棚），占⽐约为63.5%，主要分布在中国、韩国、⽇本以及地中海延岸诸国；塑料温室类型⾯积达130万hm2左右，占⽐约为28.3%，在中国的江苏省、辽宁省、⼭东省等地被⼴泛使⽤；玻璃温室类型⾯积达6万hm2左右，占⽐约为1.2%，结构⼤多为⽂洛型（venlo）连栋温室，主要集中在亚洲的中国、⾮洲的埃及、地中海沿岸的⼟⽿其、意⼤利和西班⽛、荷兰及北欧⼀些国家；其他类型温室⾯积占⽐约为7%。
2.设施作物
从栽培作物看，蔬菜占设施园艺总⾯积的85%以上，以番茄、黄⽠、茄⼦、甜椒等为主；其次为鲜切花和盆栽花卉。从种植地域分布来看，中国、⽇本和地中海沿岸国家主要种植蔬菜、草莓和葡萄，欧美⼀些发达国家以⾼附加值的鮮切花和盆栽花卉⽣产为主，如荷兰花卉的⽣产全部在温室内进⾏，⽣
产的鲜切花、观赏植物约占世界温室市场的80%，每年出⼝总额占国际市场花卉贸易的60%，占欧洲市场的70%。
3.栽培技术
从栽培技术看，荷兰、美国、⽇本等发达国家的设施农业技术处于领先⽔平。发达国家在设施农业发展过程中⾮常重视环境保护和资源循环利⽤，实现了⽣态循环农业的经营模式；此外，随着温室结构优化、设施配套及栽培技术体系完善，能够⽤计算机对作物⽣长发育的各种环境因⼦进⾏调控，使设施作物⽣长不受或很少受⾃然条件制约，实现作物周年连续⽣产供应，产出的温室产品能获得⾼产量、⾼品质、⾼利润，畅销国际市场。泰国推出无臭榴莲
江苏⾦湖⽔漾年华场馆内
02
国外设施农业发展的特点
1.单体温室⼤型化，温室结构轻简化
建造⼤型化温室有利于提⾼⼟地利⽤率、⽅便机械化作业和产业化⽣产、提升环境控制稳定性以及节
省投⼊资⾦。因此，国外的温室普遍趋向温室⼤型化、⼯⼚化，温室结构的轻简化，温室材料的研究热点也集中于以下5个⽅⾯：降低设施结构的遮光⾯积；提升结构材料的隔热性能；提⾼温室和连接部件的密闭性；延长设施温室墙的使⽤寿命；便于温室的安装和拆修。美国加利福尼亚州新建造温室的单体⾯积都在1 hm2以上，采⽤⽆⼟栽培技术⽣产的番茄产量可达75
kg/m2。荷兰设施类型⼤多选⽤⽂洛型连栋温室，布局采⽤平⾏三段式结构，单体温室⾯积在4～5 hm2（图1）。温室的北⾯为办公管理区，中间区域为操作车间区，南⾯为作物栽培区，在每个温室通道安装⾃动玻璃感应门进⾏隔断，并对进出⼈员执⾏严格的消毒管理，以预防和控制病⾍害的发⽣。此外，因铁天沟散热约占温室散热的16%，荷兰、以⾊列等普遍采⽤中空铝合⾦⾻架代替传统温室的单层铁材质天沟，不仅减少了设施温室的⽀撑结构，也降低了⽀撑结构的遮光⾯积，还有效增加了设施温室的采光，提升了保温效果。
2.温室⽣产引⼊⼯业技术，设施农业⾃动机械化
美国、荷兰、以⾊列等发达国家将⼯业领域的先进技术嫁接到设施农业⽣产管理中，使设施农业被赋予了“⼯⼚化+农业”的内涵，温室⽣产进⼊⾼投⼊、⾼产出、⾼效率管理模式，并实现了将温室各环境因⼦调控成作物⽣长发育最适宜的条件，基本摆脱或免受外界环境因素对作物⽣长的⼲扰，达到作物周年⽣产和均衡上市的⽬的。⽬前，以美国、⽇本、荷兰、以⾊列为代表的发达国家已具备了设施农
业设备完善、技术规范、产量稳定、质量安全可靠等特点，也形成了温室研究制造、⽣产要素聚集、⽣产资料配套、储藏运输等为⼀体的设施农业产业体系。如荷兰研制出温室清洗装置，⽤于清洗温室屋⾯的落灰来提⾼温室的透光率。⽤智能机器⼈取代⼈⼯⽣产管理来改善设施环境，以提升劳动⽣产率和保证设施作业的均⼀性和⼀致性。
3.设施农业转向低碳节能、绿⾊环保
国外在发展设施农业过程中，以保护环境、低碳节能作为前提条件，在探索温室能源⾼效利⽤、保护⽣态环境等⽅⾯进⾏了⼤量的研究⼯作。节能新材料、新技术和新能源的利⽤是温室领域研究的热点和难点，其中相变储热技术和太阳能的有效利⽤是最具发展前景的节能技术。⼀些国家通过对温室的覆盖材料进⾏镀膜处理来改变材料特性，使其具有阻⽌长波向外辐射⽽减少热损耗的特性来实现节能效果。荷兰⽡赫宁根⼤学研制出⼀种可应⽤于温室加热降温的太阳能集热器，该集热器可将储存的多余太阳能转换成电能，从⽽进⾏冬季供暖与夏季降温，节省能源消耗。欧盟明确要求温室作物⽣产全部采⽤⽆⼟栽培，替代费⽔、费肥、费⼯的传统种植⽅式，可避免⼟壤连作障碍，⽣产出健康安全的农产品。还有⼀些国家采⽤营养液闭路循环系统代替传统的营养液⽆⼟栽培技术，通过对营养液的回收、过滤、消毒等技术⼿段，实现节⽔30%～40%、节肥35%～40%，⼤⼤提⾼了营养液的利⽤效率，也减少了营养液过剩外排造成的⾯源污染。此外，探索温室新型补光光源LED也是节能设备研制的热点之⼀。
4.物联⽹与农业深度融合，助推“智慧农业”
随着互联⽹、⼤数据、云平台等技术的普及，温室环境控制逐步实现智能化、⽹络化管理。荷兰已将环境智能控制系统应⽤于现代设施花卉⽣产中，可以依据花卉⽣长阶段对于不同环境因⼦的需求，利⽤物联⽹技术对包括温度、光照、空⽓、湿度、化肥等环境因⼦的多维调控，并结合遥感技术、管理专家系统、地理信息系统等⾼新技术对鲜花从移栽、⽣长、采收、包装储运、⾃检⾃控等流程中的信息、图像进⾏信息化管理，实现了鲜花⽣产的⾼度⾃动化。美国、⽇本、以⾊列等通过研究温室作物⽣长发育与环境、营养之间的定量关系，构建作物⽣长发育模型和环境控制信息化模型应⽤到温室⽣产管理中，进⼀步降低了温室系统能耗和运⾏成本。⽇本⼤⼒发展植物⼯⼚系统，利⽤传感器对温室内的环境因⼦进⾏⾃动化采集和校验，将数据传输⾄计算机、⼿机等终端，实现了⽣产过程的⾃动化、智能化和可视化。截⾄2016年底，⽇本拥有254家植物⼯⼚，其中超过200家都为密闭空间的“⼈⼯光型”及“⼈⼯光与太阳光并⽤型”植物⼯⼚，
衣藻2016年底，⽇本拥有254家植物⼯⼚，其中超过200家都为密闭空间的“⼈⼯光型”及“⼈⼯光与太阳光并⽤型”植物⼯⼚，建⽴起農作物周年连续产出。
03
我国设施农业发展的特点
1.因地制宜开发地域性鲜明的设施类型
我国温室结构的发展经过了4个时期：20世纪30年代的雏形时期，其结构的典型特征为⼀⾯坡加⽴窗;20世纪50年代的改良时期，⼀⾯坡⽇光温室结构，取消了前⽴窗，采光⾓增⾄30°，后墙⾼度降⾄0.7～0.8 m，使后屋⾯坡⾓增⾄26°以上;20世纪70年代⾄90年代的发展时期，开展了基于温室的采光理论对不同纬度地区采光屋⾯形状和采光⾯⾓度进⾏优化设计，从⽽确定温室的建筑参数，代表性的温室结构有“感王式”和“鞍⼭Ⅰ型”;21世纪初⾄今的升级时期，我国各地结合区域、资源特点因地制宜地对设施农业温室⼤棚的结构进⾏改造升级，形成具有鲜明特征的结构类型，如蓟春型、连栋型、阴阳型、寿光7代等新型温室。
⼴西⽟林“五彩⽥园”农业嘉年华
纸片胎国模杨玉玲2.设施农业⽣产规模逐年扩⼤
我国是⼀个农业⼤国和⼈⼝⼤国，由于⼈均⼟地资源的⽇益匮乏和对农产品的数量与质量的需求，我国就必须坚定不移地⾛“设施强农”之路。20世纪70年代，我国设施农业⾯积仅为0.7万hm2，到20世纪90年代末，我国设施农业⾯积达到86.7万hm2，绝对⾯积跃居世界第⼀。随着适合不同地区、不同⾃然条件的设施技术不断提升，财政资⾦及外界资本的持续投⼊，我国设施农业⽣产规模逐年扩⼤。截⾄2017年底，我国设施农业⾯积突破了370万hm2，在短短20年间体量翻了4～5倍，已成为世界设施
农业⽣产⼤国，⾯积和产量都居世界第⼀。
开封爱思嘉农业嘉年华
3.设施农业技术装备从引进⾛向⾃主研发
20世纪70年代，我国从荷兰、⽇本、美国、以⾊列等国家引进先进的设施装备和配套的环境监控技术。到20世纪90年代，我国学者在对国外设施装备和技术引进、消化、吸收的基础上进⾏集成创新，逐步形成了⼀些⾃主知识产权的装备技术，并应⽤到不同的设施作物⽣产中，创造了良好的经济效益。⽑罕平等成功设计了植物⼯⼚系统，该系统由温湿度⼦系统、光照⼦系统、加热⼦系统、灌溉⼦系统等多个系统组成，是我国典型的国产化温室测控系统。将互联⽹、移动通信和嵌⼊式等技术引⼊到设施农业监控系统中，解决了我国地域⼴阔、⽓候复杂等因素带来的农业多样性问题，并克服了农业“最后⼀公⾥”的问题。我国设施农业从单⼀环境因⼦的控制研究转向相互作⽤耦合的多元变量调节，控制技术从定值开关控制转向多种智能控制技术（模糊控制技术、神经⽹络控制、遗传算法、专家控制系统、⽆线传感及物联⽹等）的集成融合。国内⾃主研发的信息管理系统可以实现数据存储和访问的统⼀管理、系统的可伸缩性、温室设备的模块化和产前产中产后管理。
中国南和设施农业产业集地⾯潮汐式育苗技术
4.农业公司和公司化的实体发挥带头作⽤
中共中央连续15年（2004—2018年）的“⼀号⽂件”都以发展农业为主题。在现有的⾼度⾏政、放任市场2种农业发展模式下，提出了别的模式如专业合作社、家庭农场、龙头企业等。农业公司和公司化的实体是实现与农民共赢的⼀种农业发展模式，其与农民有着共同的发展⽬的，以利益为纽带，提⾼设施农业的效益，以获得更⾼的经济效益。要想在国际上与⼟地资源禀赋丰富和农业⾼度机械化的国家竞争，我国必须同样依赖规模农业经济效益。⽬前，国家政策确实把对未来的主要希望寄予农业规模化，积极⽀持家庭农场、专业⼤户、专业合作社、农业产业化龙头企业等新型农业经营主体，以及⾼标准农⽥建设等现代农业项⽬。近年来，随着我国设施农业的发展，农民企业逐步壮⼤，出现了越来越多的家庭农场、专业合作社乃⾄重点龙头企业。
中国南和设施农业产业集⽔果黄⽠采摘
中国南和设施农业产业集⽔果黄⽠采摘
04
我国设施农业不⾜之处
1.设施投⼊与国外相⽐有差距，设施⽔平有待提⾼
从数据统计来看，我国多数⽇光温室为使⽤者⼟法上马建造⽽成，缺乏科学的理论指导，其投资不⾼
于100元/m2。以⾊列现代化塑料温室须投资500元/m2，美国设施温室仅覆盖的聚碳酸酯硬质塑料板就须要投资190元/m2。虽然我国已经出现⼀些投⼊使⽤的设施环境监控系统，但因国内缺乏相关的技术规范，各个⼚家的产品往往⾃成⼀家，相互之间并不兼容，且⼤多存在价格⾼、可靠性差、地域匹配率低等弊病，导致设施环境监控系统难以在全国范围内进⾏⼤⾯积推⼴。虽然国外发达国家的温室及环境监控系统⾃动化与智能化程度较⾼，具备先进的科技和完备的⽣产⼯艺，也拥有很⾼的可靠性，但从国外引进其价格昂贵，后期维护成本也⾼，难以在我国市场进⾏⼤规模推⼴应⽤。对⽐国外，我国设施配套投⼊低，⽇光温室多与⼟墙结合，费⼯费⼒，不利于机械化作业，但是符合我国的基本国情和⽬前⼴⼤农村地区的⽣产⼒⽔平。
2.设施栽培⼟壤质量低，⽆⼟栽培推⼴应⽤难
我国⼀些农业设施温室⼤棚经过多年耕种后，⼟壤质量问题已经明显显现，⼟壤中的亚硝酸盐含量严重超标，不溶于⽔的矿物质（如钙、镁等）在⼟壤中聚集，从⽽造成⼟质变硬板结，农药残留问题突出，致使微⽣物含量减少。⼟壤质量的下降，直接影响到设施农业作物的产量和品质。⽆⼟栽培挣脱了⼟地的束缚，相较于传统⼟壤种植优势明显，但因⽬前⽆⼟栽培⽣产成本较⾼，配套设施不健全，经济效益不显著，尚未被农民接受。⽆⼟栽培技术尽管较成熟，但主要还是⽤在观光农业⽰范园以及科学研究上。
3.设施农业⼈才流⼊较少，涉农⼈员⽔平有待提⾼
刘瑞龙
⽬前，我国设施农业主要分布在远离城市中⼼的农村，这些地区⽣活和医疗条件较差、交通不便利、教育资源稀缺。农业⽣产相对艰苦，⼯作强度较⼤，农业⾏业利润较低，经营主体前期基于成本压⼒也难以承担较⾼的待遇⽀付，难以与其他⾏业竞争，⽆法吸引⼈才就业。年轻⼈特别是⼤学毕业⽣经过10多年的寒窗苦读，再回家去种地或多或少都有⼀些不⽢⼼，他们更希望到⼤城市⽣活⼯作，经营主体只能降低招⼯的要求。此外，设施农业监控系统⼤多都是基于计算机开发设计的，对于从业⼈员的专业知识和系统的操作使⽤有较⾼的要求，⼈员技能⽋缺就很难充分发挥农业设施的⽣产作⽤。因此，普遍存在⽤⼈难、留⼈难、⼈才培养成本⾼等问题，特别是管理⼈才、经营⼈才和技术⼈才的缺乏，直接制约着设施农业的建设和发展。
05
对策与建议
1.设施农业技术装备优化升级
虽然设施⽣产作业的机械化、环境调控的⾃动化及⽣产过程的低碳节能是世界范围内设施农业的发展⽅向，但是我国现有的设施农业产业应分成2个部分发展，⼀部分是对低档设施温室⼤棚进⾏改造、提档升级，研发特定设施作物种类的专家系统，并结合物联⽹技术实现单个温室⼤棚个性化控制；另⼀部分设施产业向国外发达国家学习，尤其是在我国西北地区拥有⼴阔的地域、充⾜的光照资源，如
果能充分利⽤这些优势，借助相变储热新材料、热泵-⽔罐储热、地下空间储热等技术，将设施农业⽣产与可再⽣能源（太阳能、风能等）⽣产有效地结合起来，开发出适宜⾮耕地⽣产的设施农业结构类型，低成本、⼩型化、稳定可靠的环境控制系统以及智能决策⽣产管理平台，推动设施农业技术进⼀步优化升级，达到设施动植物的种养要求控制满⾜最佳⽣产环境和⾼产、优质、⾼效、安全、周年⽣产的⽬的，实现集约化、商品化、产业化，进⽽有⼒地推动我国农业现代化进程。
中农富通智能⽔肥⼀体化系统
2.因地制宜发展简易实⽤的⽆⼟栽培
烯碳新材
⽆⼟栽培虽然具有⼗分诱⼈的⼴阔发展前景，但不能全盘照搬某⼀国家或某⼀区域的⽣产模式，要考虑到各地⽅⾃然资源、⽣产技术、市场环境等因素，尽量简化⽣产技术，降低⽣产成本，向着实⽤、有效、简易的⽅向发展，便于推⼴应⽤。如栽培基质的选择，应在作⼤量研究的基础上，探索本地资源的充分利⽤。因各地区⽓候环境差异和居住⼈饮⾷
⽤。如栽培基质的选择，应在作⼤量研究的基础上，探索本地资源的充分利⽤。因各地区⽓候环境差异和居住⼈饮⾷习惯不同，⽆⼟栽培的作物种类和安排作物⽣产上市的时间不同；因各地区的⽔体质量、施⽤肥料种类等因素影响，制定的⽆⼟栽培营养液配⽅也应有所不同。因此，研制配套专⽤化栽培槽、商品化基质和营养液的⾃动检测等专⽤设施、设备，将特定设施作物品种的⽆⼟栽培技术编
制成操作⼿册，各操作步骤均有“指导”可循，⽽农民只须按此“指导”操作即可。
3.培育新型职业农民和建设⼈才团队
加⼤设施农业从业⼈员培训是提⾼设施农业管理⽔平和技术应⽤的重要途径。坚持把科教兴农、⼈才强农作为⽀撑设施农业发展的重⼤战略，⿎励各类涉农科研⾼校、职业教育学校⼤⼒培养设施农业⼈才，吸引⿎励⼴⼤青年报考设施农业相关的院校，并以培育和建设技术创新、应⽤推⼴、⽣产管理的⼈才团队为重点，按照现代设施农业⽣产经营要求，建⽴设施农业技术装备⽰范基地、⽣产管理和系统操作实训基地、委托培养或联合培养⼈才孵化基地，构建⼀⽀有⽂化、懂技术、善经营、会管理的专业型⼈才、复合型设施农业经营⼈才队伍，破解⼈才缺乏问题，为建⽴和完善设施农业新技术、新装备推⼴服务体系提供⼈才基础。此外，政府部门要结合当地农业特点、⼯资⽔平研究出台政策，对新型农业经营主体给予⼀定的资⾦补贴，形成“经营主体+政府”的⼯资⽀付模式，提⾼设施农业从业⼈员的收⼊⽔平，让从业者进得来、留得下、⼲得久。
在中国南和设施农业产业集举办设施蔬菜绿⾊⾼效⽣产技术培训会
4.加强政策扶持，引导和监管投⼊资⾦的使⽤
政策扶持是设施农业的根本保证。加快设施农业发展，必须出台强有⼒的法规政策加以引导和推动，
逐步建⽴起设施农业管理制度和政策扶持措施，如设施⽤地、财政投⼊、信贷、保险、应急救助等政策。同时，加⼤财政资⾦投⼊⼒度，尤其要引导和撬动⾦融资⾦和社会资本进⼊，充分调动起不同层次、不同市场主体投⾝发展设施农业的积极性，建⽴和完善资⾦投⼊保障制度，从⽽形成多渠道、多元化、多层次的投⼊格局和保障机制。此外，还要加强对资⾦投⼊的引导和监管，确保资⾦使⽤的质量、效率、安全。加⼤科技创新投⼊⼒度，重点⽀持重⼤关键技术课题研究，特别是政府资⾦要向技术含量⾼、⽣产效果好、种养殖户亟需的设施农业装备倾斜
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