工廠(chǎng)化農(nóng)業(yè)概念是1994年原國(guó)家科委啟動(dòng)工廠(chǎng)化高效農(nóng)業(yè)重大科技產(chǎn)業(yè)工程立項(xiàng)工作時(shí)首次提出,在此之前,農(nóng)業(yè)專(zhuān)家通常把用人工設(shè)施控制環(huán)境因素使植物獲得最適宜的生長(zhǎng)條件,從而延長(zhǎng)生產(chǎn)季節(jié),獲得最佳產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式稱(chēng)為設(shè)施農(nóng)業(yè),園藝專(zhuān)家稱(chēng)之為設(shè)施園藝。由于現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)設(shè)施以溫室為主要類(lèi)型,美國(guó)等國(guó)家提出了“溫室產(chǎn)業(yè)”概念,隨著工廠(chǎng)化高效農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的實(shí)施,工廠(chǎng)化農(nóng)業(yè)概念(含義)在我國(guó)已被廣泛接受,但目前學(xué)術(shù)界和經(jīng)濟(jì)界還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的權(quán)威的定義。

1.世界工廠(chǎng)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷程與基本現(xiàn)狀

世界農(nóng)業(yè)設(shè)施大體上經(jīng)歷了保護(hù)地栽培(陽(yáng)畦、小棚、中棚)、塑料大棚、普通溫室、現(xiàn)代溫室、植物工廠(chǎng)——由低水平到高科技含量的發(fā)展階段,最初期的農(nóng)業(yè)設(shè)施只是為了春提早和秋延后栽培,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上工廠(chǎng)化,現(xiàn)代的植物工廠(chǎng)能在完全密閉、智能化控制條件下實(shí)現(xiàn)按設(shè)計(jì)工藝流程全天候生產(chǎn),真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工業(yè)化。

1.1溫室類(lèi)型與生產(chǎn)方式 目前大多數(shù)國(guó)家生產(chǎn)上應(yīng)用的以塑料溫室為主,荷蘭以玻璃溫室為主。荷蘭、日本、美國(guó)、以色列、法國(guó)是世界溫室應(yīng)用最廣泛的國(guó)家,英國(guó)、丹麥等北歐國(guó)家氣候寒冷,冬季不能生產(chǎn),溫室應(yīng)用并不太多,但研究水平很高。德國(guó)的溫室主要用于育苗和特種植物的生產(chǎn)。大多數(shù)國(guó)家的溫室,骨架材料為鋼材和鋁合金屋頂。覆蓋材料分外覆蓋率材料與內(nèi)覆蓋材料,外覆蓋材料為各種塑料薄膜、玻璃、玻璃纖維加強(qiáng)聚酯板,美國(guó)近年開(kāi)發(fā)出聚碳酸酯板作為覆蓋材料;內(nèi)覆蓋材料有保溫幕簾(冬季或夜間保溫)、遮陽(yáng)網(wǎng)或各種降溫材料(夏降溫降濕)。國(guó)外溫室的覆蓋材料都有高透光、保溫性好、防塵、無(wú)滴、抗老化、使用期長(zhǎng)等特點(diǎn),近年來(lái),日本、美國(guó)開(kāi)發(fā)的功能膜具有光譜選擇、降溫、殺菌、防蟲(chóng)等特性。目前溫室用能源基本以燃油為主,少數(shù)用天然氣。

1.2溫室種植品種概況世界各國(guó)的溫室主要用于園藝植物的生產(chǎn),主要種植品種是蔬菜、花卉,其次是特種水果,蔬菜品種中又以果菜類(lèi)為主,少量以水培方式生產(chǎn)的溫室和植物工廠(chǎng)種植葉類(lèi)蔬菜。溫室種植產(chǎn)量最高的每畝可產(chǎn)黃瓜4萬(wàn)公斤,相當(dāng)于露地生產(chǎn)的8倍。

2. 世界工廠(chǎng)化農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)

2.1溫室向大型化方向發(fā)展80年代末以來(lái),各國(guó)新建溫室都是大型現(xiàn)代溫室。荷蘭提出溫室最適宜的面積大小,按每3人單元計(jì)算面積為1公頃;日本提出發(fā)展單棟面積達(dá)5000平方以上的溫室,其單棟面積約5000平方米左右的大型溫室1977~1988年只有7座,從1988年開(kāi)始的8年間新建38座,其中玻璃溫室24座;美國(guó)1994年以來(lái)在南部新建多處大型溫室,單棟面積為20公頃;其他國(guó)家溫室也呈現(xiàn)面積擴(kuò)大的趁勢(shì)。

2.2栽培產(chǎn)品多樣化 除蔬菜、水果和花卉外,一些能產(chǎn)生高附加值的植物如香料、特種植物、工業(yè)用原料植物、藥用植物、食用菌、其他觀賞植物已成為溫室栽培的主要品種。

2.3向節(jié)省能源的地區(qū)轉(zhuǎn)移 隨著市場(chǎng)的一體化和交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)達(dá),農(nóng)產(chǎn)品的異地銷(xiāo)售十分便利,由于能源成本的不斷上升,溫室生產(chǎn)很難與露地生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng),溫室產(chǎn)業(yè)向節(jié)省能源的地區(qū)轉(zhuǎn)移。如在美國(guó),能源危機(jī)后,溫室發(fā)展中心轉(zhuǎn)移到南方,北方只保留了冬季不加溫的塑料大棚。1965年俄亥俄洲有240多公頃的溫室進(jìn)行蔬菜生產(chǎn),占美國(guó)溫室蔬菜生產(chǎn)的75%,但到1982年僅25%的蔬菜溫室保存下來(lái),一共只有64公頃。因此,南方地區(qū)生產(chǎn)新鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)北方就成為主要來(lái)源,冬季50%以上的蔬菜從墨西哥進(jìn)口。

2.4溫室產(chǎn)品特色化 以花卉生產(chǎn)為例,由于國(guó)際花卉生產(chǎn)布局基本形成,世界各國(guó)紛紛走特色和規(guī)模化的道路。荷蘭憑借其悠久的花卉發(fā)展歷史,逐漸在花卉種苗、球根、鮮切花、自動(dòng)化生產(chǎn)方面占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),尤其以郁金香為代表的球根花卉,已成為荷蘭的象征,切花出口量占世界切花出口量的70%;美國(guó)在草花及花壇植物育種、盆花、觀葉植物生產(chǎn)方面處于世界領(lǐng)先地位;日本在水氣耕技術(shù)上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì);丹麥盆花自動(dòng)化生產(chǎn)和運(yùn)輸方面處于世界領(lǐng)先地位;其他如以色列、西班牙、意大利、哥倫比亞、肯尼亞則在溫帶切花生產(chǎn)方面實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)化、規(guī)?；?泰國(guó)的蘭花實(shí)現(xiàn)了工廠(chǎng)化生產(chǎn),每年大約有1.2億株蘭花銷(xiāo)往日本,在日本的蘭花市場(chǎng)中占有80%的份額。

2.5溫室生產(chǎn)由成本高的地區(qū)向成本低的地區(qū)轉(zhuǎn)移 90年代以前,世界溫室生產(chǎn)的花卉主要集中在歐美及日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家,如今已轉(zhuǎn)移到氣候條件優(yōu)越,土地和勞動(dòng)力等成本低,受產(chǎn)業(yè)政策扶持的地區(qū),如南美洲的哥倫比亞、厄瓜多爾,非洲的肯尼亞、津巴布韋以及東南亞等國(guó)家和地區(qū)。

3.工廠(chǎng)化農(nóng)業(yè)的主要支撐技術(shù)

3.1無(wú)土栽培技術(shù) 日前美國(guó)、日本基本全面普及營(yíng)養(yǎng)液無(wú)土栽培技術(shù),日本大面積推廣水培和水氣耕(無(wú)基質(zhì)),其他國(guó)家普遍采用基質(zhì)栽培(以基質(zhì)固定根系,營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)使用)。各國(guó)使用的基質(zhì)主要是椰子殼、草炭、珍珠巖、巖棉、蛭石等。基質(zhì)栽培方式多種多樣,如日本的深液流循環(huán)式水耕,栽培糟中營(yíng)養(yǎng)液深10厘米,糟上放置巖棉板塊,巖棉板上定植植物,植物根系在可調(diào)溫的流動(dòng)循環(huán)的營(yíng)養(yǎng)液中生長(zhǎng);美國(guó)的基質(zhì)袋培,植物栽種在栽培袋中,栽培袋浮于循環(huán)流動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)液中;以色列的蔬菜和花卉生產(chǎn),采用的是營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)滴灌栽培,基質(zhì)鋪于水泥槽中或鋪有薄膜的栽培畦上,營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)滴灌系統(tǒng)進(jìn)入植物根系周?chē)?再通過(guò)特定的裝置回收而循環(huán)使用。

3.2營(yíng)養(yǎng)液調(diào)配技術(shù) 營(yíng)養(yǎng)液調(diào)配是無(wú)土栽培技術(shù)的基礎(chǔ)。在美國(guó),營(yíng)養(yǎng)液供給系統(tǒng)是按照每一種化合物單獨(dú)裝在一個(gè)營(yíng)養(yǎng)液罐內(nèi),用計(jì)算機(jī)統(tǒng)一指揮,按照不同比例溶在水中,再輸送到作物種植床上。營(yíng)養(yǎng)液的調(diào)整是根據(jù)一天中幾次抽取回流的營(yíng)養(yǎng)液,自動(dòng)分析,然后根據(jù)分析結(jié)果,由計(jì)算機(jī)下達(dá)新的營(yíng)養(yǎng)液修正的配方指令,混合成新的營(yíng)養(yǎng)液,供給植物根系吸收,其主要根據(jù)是依太陽(yáng)輻射強(qiáng)度而改變,夜間沒(méi)有太陽(yáng)輻射,營(yíng)養(yǎng)液配方就不改變了;在以色列,營(yíng)養(yǎng)液是通過(guò)滴灌系統(tǒng)與灌溉水一起供給植物根系,稱(chēng)為“水肥灌溉”,營(yíng)養(yǎng)液的調(diào)配和供給由計(jì)算機(jī)控制。有的國(guó)家,已有為溫室種植者提供營(yíng)養(yǎng)液服務(wù)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)機(jī)構(gòu)。

3.3環(huán)境監(jiān)測(cè)控制技術(shù) 環(huán)境控制技術(shù)是溫室技術(shù)的核心?，F(xiàn)代大型溫室中,所有環(huán)境因子如室內(nèi)溫、光、氣、濕、熱、營(yíng)養(yǎng)液養(yǎng)分狀況與溫度、植物根部環(huán)境溫濕度等因子的監(jiān)測(cè)、傳感、調(diào)節(jié),都由計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合管理,實(shí)行自動(dòng)控制。國(guó)外先進(jìn)溫室,對(duì)室內(nèi)外氣溫、風(fēng)力、降雨等氣象情況,室內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫度和含水量、光照強(qiáng)度、CO2濃度、營(yíng)養(yǎng)液的酸堿度(pH值)、導(dǎo)電率(EC)和溫度等環(huán)境參數(shù),利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)施控制。有的系統(tǒng)還可監(jiān)測(cè)葉面積指數(shù)、葉溫、蒸騰量和長(zhǎng)勢(shì)等生物活體信息,對(duì)生物體的重量、大小、形態(tài)等進(jìn)行非接觸式和非破壞性監(jiān)測(cè),從而對(duì)溫室灌溉、施肥、加熱、降溫、補(bǔ)光、保溫、遮陽(yáng)、CO2濃度、加濕、除濕等作業(yè)進(jìn)行綜合控制。還有人根據(jù)產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格變化的規(guī)律和作物生長(zhǎng)規(guī)律,對(duì)作物的光合作用條件進(jìn)行優(yōu)化控制,以期獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 CO2施肥技術(shù) 由于溫室生產(chǎn)的封閉性,CO2施肥技術(shù)是溫室生產(chǎn)必不可少的。荷蘭在60年代初就開(kāi)始使用CO2施肥技術(shù)。近年來(lái)美國(guó)溫室內(nèi)已普及增施二氧化碳的技術(shù),增施的濃度達(dá)到空氣二氧化碳的三倍量,主要是采用燃燒碳?xì)浠衔锏姆椒ā?/p>

3.5熊蜂授粉技術(shù) 目前,荷蘭、日本、美國(guó)普遍應(yīng)用熊蜂授粉技術(shù)。英國(guó)從1991年開(kāi)始,把過(guò)去用震蕩授粉、人工授粉的方法,改為熊蜂授粉。熊蜂比普通蜜蜂個(gè)頭大,身體強(qiáng)壯,而且不傷人。因此溫室工人也樂(lè)于使用這種蜂。一般采用這種方法能使作物產(chǎn)量提高20%左右。熊蜂的工作時(shí)間是日出授粉,日落休息。熊蜂由專(zhuān)業(yè)戶(hù)飼養(yǎng),可以租用,每個(gè)蜂箱80只蜂,能保證1500平方米面積的授粉效果。平均每頭蜂授粉面積為20平方米,蜂箱每月更換一次。

3.6基質(zhì)消毒技術(shù) 多數(shù)采用基質(zhì)栽培方式,基質(zhì)的消毒成為溫室技術(shù)中很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在美國(guó),為降低成本、減少環(huán)境污染,正在將蒸汽消毒和化學(xué)消毒改為太陽(yáng)能消毒。

3.7機(jī)械化作業(yè)技術(shù) 國(guó)外由于勞動(dòng)力成本高,溫室內(nèi)機(jī)械化作業(yè)技術(shù)十分發(fā)達(dá)。美國(guó)南北各地都有許多專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)蔬菜、花卉和觀賞植物的苗木農(nóng)場(chǎng),穴盤(pán)育苗在全國(guó)各地普遍應(yīng)用。由于育苗中移苗工作需要很多人工,因此應(yīng)用機(jī)器人移苗技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。移苗機(jī)器人能辨別苗的好壞,把不好的苗拋到一邊,只移栽好苗。 日本的溫室栽培從整地施肥、育苗移植、中耕除草、防病管理、收獲加工等全部或部分實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化或半機(jī)械化,如穴盤(pán)育苗播種機(jī)、定植機(jī)、整地與土壤消毒機(jī)、整地作畦覆膜機(jī)、嫁接機(jī)器人、全自動(dòng)移栽機(jī),中耕管理機(jī)、植保機(jī)具、各種作物收獲機(jī)具、采后清選、分級(jí)、加工包裝機(jī)具等成龍配套,可供農(nóng)戶(hù)選擇。 摘自《機(jī)電信息》