集约化栽培方式。荷兰温室番茄年产量达到40~50kg/m2,黄瓜产年60 kg/m2,商品率高达90%以上,86%的产品销往世界各地。日本、以色列、韩国、西班牙等国单位面积优质蔬菜产出率亦相当高,因而农户收入水平高。如荷兰,420ha蔬菜温室,以生产番茄、黄瓜、甜椒为主,产值高达12亿~14亿美元。
1.2.3温室日趋大型化 大型温室设施具有投资省、土地利用率高、室内环境相对稳定、节能、便于作业和产业化生产等优点。如荷兰1975年~1995年间,经营0.01~0.5ha温室面积的农户由5900户降至1660户;而经营大于2公顷的农户由101户增至442户;经营总户数9770户下降至4690户;平均每户经营面积由0.48ha增至0.9ha。表现出经营农户减减少,面积增加,设施日趋大型化、规模化、连片产业化生产的趋势。
1.2.4 计算机智能化温室综合环境控制系统开始普及 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臵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、CO2浓度、风向、风速以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、装臵及设备有规律运作,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
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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。
荷兰是世界著名的设施园艺发达国家,该国大规模发展配套,种植温室鲜花、蔬菜,总面积1.1万ha。温室 运作基本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、产品采后处理方面设备技术水平高,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的80%。
英国西尔索农业工程研究院在温室生产中大量采用计算机管理来调控温度、湿度、光照、通风、CO2补给,营养液供给及pH值、EC值等。伦敦大学农学院开发的温室计算机遥控技术,可以观察遥控50km以外温室 内的环境诸要素,使栽培条件达到最适宜水平。 未来的计算机人工智能系统还要和气象站、种苗公司、生产资料、病虫害测报,市场营销、有关研究机关、大学、金融机构以及相关的农业团体,周边专业农户联网,不仅做到栽培环境全自动控制,而且可综合分析农资市场、气象、种苗、病虫害发生,进行产量、产值的预测,为生产者提供更为广泛的信息情报和确切的决策依据。但是,这种智能化专家系统造价昂贵,主要用于高产值园艺作物的周年生产。
1.2.5管理机械化、自动化程度高 在日本、韩国等根据资源短缺、
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从农人员减少、老龄化等现实,提高管理水平和劳动生产率,实现省力化,研究开发了多种小型、轻便、多功能、高性能的设施园艺耕作机具;播种育苗装臵;灌水施肥装臵;通风窗自动开闭温湿度调节装臵;CO2施肥装臵以及自动嫁接装臵等。以色列利用温室冬季生产花卉、蔬菜大量出口创汇,享有“冬季欧洲厨房”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、每公顷年产玫瑰花300万支、可产番茄500t。最新开发弥雾气候控制技术,使温室降温需能减小。以色列温室设施由20世纪80年代到90年代已更新3代,面积由当时的900ha扩展到今天的3000ha,促进了工厂化农业大发展。
在国外,机器人的研究、开发应用已被广泛重视,并取得初步成果。日本、韩国研究开发了瓜类、茄果类蔬菜嫁接机器人。日本开发了育苗移栽机器人,有触觉和视觉,能将苗盘小苗孔中的幼苗移栽到了大苗孔的苗盘中去,每1.2s移栽1株,辨别力很强,能把坏苗扔到一边。移栽几十万株苗的繁重作业,对机器人而言非常轻松。机器人能指挥灌溉,可根据光反射和折射原理准确测定出苗盘基质的含水量,根据需要适量灌溉,达到节水、防病、保持环境整洁的目的。日本研制了可行走的耕耘、施肥机器人;可完成多项作业的机器人;能在设施内完成各项作业的无人行走车;用于组织培养作业的机器人;柑桔、葡萄收获机器人。
1.2.6无土栽培发展迅速,成为主要栽培方式 欧共体明确规定,
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进入21世纪,所有欧共体国家园艺作物要全部实现无土栽培。无土栽培不仅高产,而且可向人们提供健康、营养、无公害、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,保护生态环境作用强。西方发达国家近些年设施内,无土栽培技术发展十分迅速。荷兰、英国、法国、意大利、西班牙、德国大部分设施内均进行无土栽培。荷兰在11000ha温室中,64%采用基质培(岩棉培),果菜类全部采用基质培,实施精确控制根际环境,克服连作障碍。日本研究试验的水气耕番茄,单株结果12000个,根茎粗达到20cm:单株黄瓜结果3300条:单株甜瓜结瓜90个,表现了作物强大的生命力和巨大的增产潜力。
1.2.7 植物工厂 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,还可分别称之为“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、定值、采收作业全部由计算机控制,作业变得轻松舒适。奥地利、丹麦、美国、英国、日本等国都先后建立了一批植物工厂,用于试验研究和示范,为工厂化农业发展展现了美好前景。 2 我国设施园艺的发展与工厂化农业科技创新
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2.1 我国设施园艺发展态势
我国由于改革开放,农业种植结构调整和优化,有力地促进了设施农业的发展。据有关部门统计,我国设施园艺栽培面积在1996年69.91万ha基础上,1999年猛增至140余万ha,3年间增长1倍,平均年递增23万ha。其中高效节能型日光温室是我国独创,是适于我国当前农村经济技术水平、具有我国自主知识产权的简易、节能、高效的蔬菜生产设施,1985年仅有0.03万ha,1995年增至7.84万ha,增长260倍,1999年达到35万ha。比1995年又增长3.5倍。还有1.5亿m2的塑料遮阳网和300多万m2防虫网覆盖,覆盖面积达1.5万ha,预计2010~2011年度设施栽培面积将达到167万ha,2030~2031年将增至200万ha以上。我国蔬菜人均占有量由1985年的119kg/年,到1998年达到253kg/年,目前人均占有量已达近300kg/年,为世界人均占有量102kg/年的2.9倍。
但是,应该看到,我国目前除一些大城市近效外,蔬菜设施一般都是因地制宜、就地取材建立的简易保护设施,抵御自然灾害能力和耐久性差,在低温、霜冻、台风、高温期间栽培作物常受伤害,安全性、增产、增收的稳定性得不到保障。设施内作业以手工为主,按照传统的作业方式和经验进行管理。一些自动化、机械化、智能化环境调控技术等现代高新技术还是空白,工作效率低,作业环境差,产量水平低,产品质量满足不了市场的需求。在设施园艺、设施装备及栽培技术的研究开发特别是工厂化高效农业设施技术的发达国家相比还有很大差距。
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