1设施农业在国内外的发展现状

在国外,20世纪下半叶设施农业作为一种产业开始得到大规模、迅猛的发展,美国、以色列、荷兰、澳大利亚、日本等一些发达国家在设施农业和节水技术方面处于领先地位。近几年各种新型建筑材料的应用给温室创造了有利条件,作物生产管理技术大大提高,温室面积和产量迅速增加。发达国家已形成了成套的技术、完整的设施设备和生产规范,并在向高层次、高科技、高度自动化、智能化方向发展,将形成完全摆脱自然条件的全新技术体系。如美国、荷兰、日本等发达国家的设施化农业生产技术已形成完整的技术体系,部分现代化设施能根据植物对环境的不同需要,由计算机对设施内的温、光、水、气、肥等因子进行监测和调控,生产的管理和作业实现了机械化,部分达到了自动化和智能化。远程控制技术在设施农业中得到了广泛的应用,如温室群的管理技术、温室环境的自动控制技术。智能管理技术正在得到应用,并向无人化方向发展。

美国GreenAir公司生产的GHC100型6温室控制器为设施农业提供了全方位的控制能力,可实现从简单的低成本通风控制到全方位的温室控制,为植物提供最优的生长环境;日本开发了适合双方向的远程监视控制系统“OpenPLANET(简称OP)”,不分时间、地点,只要机网相联,便能实现自如遥控;英国的无线系统公司开发了一系列无线通迅设备,如适合于分布广泛的花园温室或储藏室的无线霜冻和入侵报警系统、便携式无线电视系统、远程无线洒水系统、加热和通风控制系统等;美国Electrodepot公司生产的远程监测与控制系统,能让人们在店铺或建筑物中实现远程监控,包含温度、湿度、流量、CO2含量、电能、开关态或任意物理量的控制。应用计算机集散控制原理,采用新型的数字式温湿度一体化传感器和一线结构组成的温室群温湿度全数字自动巡回检测系统已在温室群中得到应用。我国设施农业经过20年的发展,有了长足进步,但与发达国家相比还有很大差距。科技含量和总体水平低,从设施设备到栽培技术管理不规范、不配套,难以形成较大规模商品生产。在产品的多品种、高品质和均衡上市等方面,与发达国家和市场需求差距较大。

由于基础差、起步晚,受经济实力影响,虽然进行了研究和开发,也形成了一些符合国情的适用技术,但综合应用研究还不够深入,技术的综合性、配套性和规范化还有待进一步完善和提高。因而,加强设施农业的科研、生产、应用的有机联系,研究和开发科技含量高的实用技术,提高设施农业规模化、商品化、系列化、标准化生产水平,是今后一个时期我国设施农业发展的重点。目前,电子与空间技术以及光、机、电一体化技术在设施农业生产中备受重视,蔬菜和花卉品种实现了育苗、定植、采收到包装上市的专业化生产和流水线作业。计算机技术已开始应用于设施农业生产中,生物技术、图像处理技术、核技术和因特网技术等高新技术将不断引入并应用生产实践中。

2设施农业的主要设备与发展

将各种动力机械及作业机械应用于设施农业生产过程中,完成各项设施生产管理,成为设施农业的生产方式。目前设施农业配套的机械及设备主要有卷帘和开窗机械、田间耕作机械、施肥装置、播种育苗及栽植机械、植保机械、灌溉系统、温湿度控制技术及设备,还有运输采摘、自动嫁接、地膜覆盖机械及自动控制系统。在实际生产过程中,上述设备的应用使设施农业有了飞速的发展。美国、加拿大等国开发了多种小型、轻便、多功能的设施园艺耕作机具、播种育苗装置、灌水施肥装置、通风窗自动开闭及温湿度调节装置等;日本、韩国已研制出蔬菜嫁接机器人、无人行走车、施肥机器人等,实现了管理机械化和自动化。法国、意大利、日本、德国等大多采用营养液栽培,因其可向人们提供营养、无公害、无污染的有机食品,营养液重复利用可节省投资、保护生态环境。在我国计算机智能化温室综合环境控制系统开始应用,利用该系统可准确采集室温、叶温、地温、湿度、溶液浓度、二氧化碳浓度、土壤含水量、风速、风向及作物生长状况等参数,将室内温、光、水、气、肥等诸多因素直接协调到最佳状态,可节能、节药、节肥、节水并增产。

3我国设施农业技术存在的问题

我国的设施农业技术由于发展较晚,大多是在参考借鉴国外技术的基础上自行开发的,设施模式和种类杂,缺乏完整和系统的深入研究,没有统一的、科学的设施规范和标准,各种设施之间互不配套,配套装置与部件的生产制造之间缺乏有机的分工与合作,难以实现成果的合理组转配套,制约了设施农业的健康发展。归纳问题如下:

(1)设施水平低,抗自然灾害能力差。没有适用的温室设计、制造和施工标准,无质量保证。绝大部分是结构简单的塑料大棚和日光温室,只能起一定的保温作用,对光、温、气、湿等环境因子的调控能力差。有些温室遇有大风、雨雪灾害,甚至出现倒塌、压垮和变形现象,导致产量低、品质差,经济损失大。

(2)栽培机械化程度低,自动控制设备不配套,生产过程中的土壤耕作、播种、微量灌溉、施肥、环境监控等绝大部分靠人工进行,作业环境差、生产效率低、劳动强度大。设施农业装备是综合设施技术中的薄弱环节,对设施技术的进一步发展已形成制约。虽然研究开发了一些设施装备,但生产率低、适应性差,在作业性能、可行性和使用寿命等方面大都存在问题。

(3)缺乏设施栽培品种,无栽培优良品种意识,对科技含量高的名优特稀品种栽培、营养液栽培、无污染蔬菜生产经验不足,导致产品质量差、产量低。

(4)规模小,效益差。设施农业只有形成规模,建立相应的市场运营体系,建成有地方特色的蔬菜、花卉市场,才能取得好的经济效益和社会效益。我国设施农业的技术含量近几年有了新的突破,符合中国国情的节能型日光温室的采光、保温性能达到了国际先进水平。从日本、以色列、荷兰、法国等设施农业发达国家引进的温室,基本属于轻质耐腐蚀金属材料的基础结构,自动化程度高、技术先进,数据采集和调节控制实现了计算机智能化,对尽快提高我国的设施化农业生产技术水平起着借鉴和促进作用。

4设施农业的发展趋势

4.1向结构标准化、管理科学化、监控智能化发展

根据当地的自然条件、栽培制度、资源情况等因素,设计适合当地条件,能充分利用太阳辐射能的标准型设施、装置及构件,实现工厂专业化生产。设施的生产过程可根据生物体一天中不同时间或条件下的温度、湿度及光照的要求,定时、定量地自动调节,并由计算机实现室内环境的调节与控制,做到精确管理,创造更稳定、更理想的环境条件。可根据生物体在不同季节、不同发育阶段、不同气候条件下对各种生态因子的要求,制定一整套具体指标,温度、光照、水分、养分及增浓二氧化碳等依据测定的数据并均按生物的生理指标进行生产全过程管理。

4.2向设施大型化发展

由于室内温度稳定,日温差较小,单位面积造价低,容易实现机械化操作管理,设计建造趋向大型化、超大型化方向发展,但是大型设施有日照较差、空气流通不畅等缺点。

4.3向工厂化发展

从1964年维也纳建成世界上第一个种植花卉为主的绿色工厂以来,“植物工厂”在科技和工业化发达的国家进入高速发展阶段,工业化连续生产线的植物工厂也由采用三维式人工光照系统、营养液为基质、机械化措施调控室内的温度、湿度、水分和二氧化碳、添注营养成份等第二代人工气候室向采用低能耗的自然光照系统、环境与气象因子智能调控、无土化循环液体基质为表征的第三代人工气候室方向发展。