世界工厂化农业的基本现状

世界工厂化农业的基本现状1、发展历程与基本现状世界农业设施大体上经历了保护地栽培（阳畦、小棚、中棚）、塑料大棚、普通温室、现代温室、植物工厂――由低水平到高科技含量――的发展阶段，最初期的农业设施只是为了春提早和秋延后栽培，还远谈不到＂工厂化＂，现代的植物工厂能在完全密闭、智能化控制条件下实现按设计工艺流程全天候生产真正实现生产工业化。1．1主要国家温室类型与生产方式目前大多国家生产上应用的以塑料温室为主，荷兰以玻璃温室为主。荷兰、日本、美国、以色列、法国是世界温室应用最广泛的国家，英国、丹麦等北欧国家气候寒冷，冬季不能生产，生产上温室应用并不太多，但研究水平很高。德国的温室主要用于育苗和特种用途植物的生产。大多数国家的温室，骨架材料为钢材和铝合金屋顶。覆盖材料分外覆盖率材料与内覆盖材料，外覆盖材料为各种塑料薄膜、玻璃、玻璃纤维加强聚酯板，美国近年开发出聚碳酸酯板作为覆盖材料；内覆盖材料有保温幕帘（冬季或夜间保温）、遮阳网或各种降温材料（夏降温降湿）。国外温室的覆盖材料都有高透光、保温性好、防尘、无滴、抗老化、使用期长等特点，近年来日本、美国开发的功能膜具有光谱选择、降温、杀菌、防虫等特性。目前温室用能源基本以燃油为主，少数用天然气。1．2主要国家温室种植品种概况世界各国的温室主要用于园艺植物的生产，主要种植品种是蔬菜、花卉，其次是特种水果，蔬菜品种中又以果菜类为主，少量以水培方式生产的温室和植物工厂种植叶类蔬菜。温室种植产量最高的每亩可产黄瓜4万公斤，相当于露地生产产量的8倍，以色列创造出每公顷温室每季收获300万支玫瑰的高产量（表2列出主要国家温室栽培面积、品种与产量水平）。2、生产发展趋势2．1随着温室技术的发展，温室向大型化方向发展，面积呈扩大趋势，80年代末以来，各国新建温室都是大型现代温室。荷兰提出温室最适宜的面积大小，按每3人单元计算面积为1公顷；日本提出发展单栋面积达5000平方以上的温室，其单栋面积约5000平方米左右的大型温室1977－1988年只有7座，从1988年开始的8年间新建38座，其中玻璃温室24座；美国1994年以来在南部新建多处大型温室，单栋面积为20公顷；其他国家温室也呈现面积扩大的趁势。2．2栽培产品多样化除蔬菜、水果和花卉外，一些能产生高附加值的植物如香料、特种植物、工业用原料植物、药用植物、食用菌、其它观赏植物已成为温室栽培的主要品种。2．3温室产业向节省能源的地区转移随着市场的一体化和交通运输业的发达，农产品的异地销售十分便利，由于能源成本的不断上升，温室生产很难与露地生产竞争，温室产业向节省能源的地区转移。如在美国，能源危机后，温室发展中心转移到南方，北方只保留了冬季不加温的塑料大棚。1965年俄亥俄洲有240多公顷的温室进行蔬菜生产，占美国温室蔬菜生产的75％，但到1982年仅25％的蔬菜温室保存下来，一共只有64公顷。因此，南方地区生产新鲜农产品供应北方就成为主要来源，冬季50％以上的蔬菜从墨西哥进口。2．4温室产品特色化以花卉生产为例，由于国际花卉生产布局基本形成，世界各国纷纷走特色和规模化的道路。荷兰凭借其悠久的花卉发展历史，逐渐在花卉种苗、球根、鲜切花、自动化生产方面占有绝对优势，尤其以郁金香为代表的球根花卉，已成为荷兰的象征，切花出口量占世界切花出口量的70％；美国在草花及花坛植物育种、盆花、观叶植物生产方面处于世界领先地位；日本在水气耕技术上占有绝对优势；丹麦盆花自动化生产和成为荷兰的象征，切花出口量占世界切花出口量的70%，美国在草花及花坛植物育种、盆花、观叶植物生产方面处于世界领先地位；日本在水气耕技术上占有绝对优势;丹麦盆花自动化生产和运输方面处于世界领先地位;其他如以色列、西班牙、意大利、哥伦比亚、肯尼亚则在温带切花生产方面实现了专业化、规模化;泰国的兰花实现了工厂生产，每年大约有1.2亿株兰花销往日本，在日本的兰花市场中占有80％的份额。2．5温室生产由成本高的地区向成本低的地区转移90年代以前，世界温室生产的花卉主要集中在欧美及日本等经济发达的国家，如今已转移到气候条件优越，土地和劳动力等成本低，受到产业政策扶持的地区，如南美洲的哥伦比亚、厄瓜多尔，非洲的肯尼亚、津巴布韦以及东南亚等国家和地区。3、工厂化农业的主要支撑技术3．1无土栽培技术日前美国、日本基本全面普及营养液无土栽培技术，欧共体规定到2000年温室全部使用无土栽培技术。日本大面积推广水培和水气耕(无基质)，其它国家普遍采用基质栽培(以基质固定根系，营养液循环使用)。各国使用的基质主要是椰子壳、草炭、珍珠岩、岩棉、蛭石等。基质栽培方式多种多样，如日本的深液流循环式水耕，栽培糟中营养液深l0cn，糟上放置岩棉板块，岩棉板上定植植物，植物根系在可调温的流动循环的营养液中生长;美国的基质袋培，植物栽种在栽培袋中，栽培袋浮于循环流动的营养液中;以色列的蔬菜和花卉生产，采用的是营养液循环滴灌栽培，基质铺于水泥槽中或铺有薄膜的栽培畦上，营养液通过滴灌系统进入植物根系周围，再通过特定的装置回收而循环使用。3．2营养液调配技术营养液调配是无土栽培技术的基础。在美国，营养液供给系统是按照每一种化合物单独装在一个营养液罐内，用计算机统一指挥，按照不同比例溶在水中，再输送到作物种植床上。营养液的调整是根据一天中几次抽取回流的营养液，自动分析，然后根据分析结果，由计算机下达新的营养液修正的配方指令，混合成新的营养液，供给植物根系吸收，其主要根据是依太阳辐射强度而改变，夜间没有太阳辐射，营养液配方就不改变了；在以色列，营养液是通过滴灌系统与灌溉水一起供给植物根系，称为水肥灌溉＂，营养液的调配和供给由计算机控制。有的国家，已有为温室种植者提供营养液服务的专业技术机构。3．3环境监测控制技术环境控制技术是温室技术的核心。现代大型温室中，所有环境因子如室内温、光、气、湿、热、营养液养分状况与温度、植物根部环境温湿度等因子的监测、传感、调节，都由计算机进行综合管理，实行自动控制。国外先进温室，对室内外气温、风力、降雨等气象情况，室内空气温湿度、土壤温度和含水量、光照强度、CO2浓度、营养液的酸碱度(pH值)、导电率(EC)和温度等环境参数，可利用计算机自动进行检测并实施控制。有的系统还可监测叶面积指数、叶温、蒸腾量和长势等生物活体信息，对生物体的重量、大小、形态等进行非接触式和非破坏性监测，从而对温室灌溉、施肥、加热、降温、补光、保温、遮阳、CO2浓度、加湿、除湿等作业进行综合控制。还有人根据产品市场价格变化的规律和作物生长规律，对作物的光合作用条件进行优化控制，以期获得最好的经济效益。3．4CO2施肥技术由于温室生产的封闭性，CO2施肥技术是温室生产必不可少的。荷兰在60年代初就开始使用CO2施肥技术。近20年来美国温室内已普及增施二氧化碳的技术，增施的浓度达到空气二氧化碳的三倍量，即1000bpm，主要是采用燃烧碳氢化合物的方法。3．5熊蜂授粉技术目前，荷兰、日本、美国普遍应用熊蜂授粉技术。英国从1991年开始，把过去用震荡授粉、人工授粉的方法，改为熊蜂授粉。熊蜂比普通蜜蜂个头大，身体强壮，而且不伤人。因此温室工人也乐于使用这种蜂。一般采用这种方法能使作物产量提高20%左右。熊蜂的工作时间是日出授粉，日落休息。熊蜂由专业户饲养，可以租用，每个蜂箱80只蜂，能保证1500平米面积的授粉效果。平均每头蜂授粉面积为20平米，蜂箱每月更换一次。3．6基质消毒技术多数采用基质栽培方式，基质的消毒成为温室技术中很关键的环节。在美国，为降低成本、减少环境污染。正在将蒸汽消毒和化学消毒改为太阳能消毒。3．7机械化作业技术国外由于劳动力成本高，温室内机械化作业技术十分发达。美国南北各地，都有许多专门生产蔬菜、花卉和观赏植物的苗木农场，穴盘育苗全国各地普遍应用。由于育苗中移苗工作需要很多人工，因此应用机器人移苗技术就应运而生。移苗机器人能辨别苗的好坏，把不好的苗抛到一边，只移栽好苗。日本的温室栽培从整地施肥、育苗移植、中耕除草、防病管理、收获加工等全部或部分实现了机械化或半机械化，如穴盘育苗播种机、定植机、整地与土壤消毒机、整地作畦覆膜机、嫁接机器人、全自动移栽机，中耕管理机、植保机具、各种作物收获机具、采后清选、分级、加工包装机具等成龙配套，可供农户选择。3．8产品采后处理技术产品采后的商品化处理技术是温室技术中十分重要的一环，它关系到产品能否实现商品价值。国外设施栽培的果菜产品一般全部进行清选、整理、称重、分级、包装并贴上商标，注明产地、日期等，可全部净菜上市。为使果蔬新鲜，除了要经过低温预冷外，自采收到加工――运往批发市场――零售店的时间要求在24小时内完成，以此确保果蔬鲜嫩、卫生、无污染。叶菜通过机器自动包裹塑料薄膜、切割、称重、分级、入箱后进入预冷库，运往批发市场。所有这些环节实现机械化作业。在美国和日本，有的温室产品经机械采收后导入流动的水道流向预冷间进行处理，在此过程中就完成了清选分级。4、工厂化农业的主要装备4．1温室骨架结构国外的玻璃温室（包括部分聚碳酸酯硬板，玻璃纤维增强塑料板即FRP板温室）的骨架，均采用双屋而钢骨架，塑料薄膜温室则多采用圆弧拱顶结构。为了改善通风条件，有的骨架将部分拱顶开作天窗。法国瑞奇公司甚至将半个拱顶开作天窗。除日本塑料温室骨架比较低矮外，其他国家的温室骨架顶高多在5－6.5m之间。由于温室几乎常年在高湿环境下工作，骨架材料不仅要有足够的强度，还要有较强的耐腐蚀能力。因此，发达国家的温室骨架一般都有较大的断面尺寸，直径和厚度都较大。主拱架和立柱直径多在50－75mm之间。壁厚一般为3mm以上。而且结构件均要进行很好的防腐处理。美国胖龙公司的温室骨架钢管有三层防护层（镀锌、铬化和高分子涂层），因而有较长的使用寿命，可达30年法国瑞奇公司宣称他们的温室使用寿命为40－50年。4．2覆盖材料荷兰多为玻璃温室，美国除玻璃温室外常用覆盖材料还有玻璃纤维增强塑料板和聚碳酸酯硬板。日本、以色列、西班牙等国则主要使用塑料薄膜为覆盖材料，材质包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和聚酯复合材料(PO)。塑料薄膜的透光能力比玻璃稍差，而且随着时间的推移，透光率还会逐渐降低。但它具有保温好、重量轻、容易施工、价格便宜等诸多优点，因而这类覆盖材料得到了广泛非应用，发展非常快。用于现代温室的塑料薄膜一般都比较厚，多为0.12-0.2mm。为了加强其抗拉强度，还在薄膜中加入增强纤维。为了延长使用寿命，还要加入适当的抗老化剂，为了减少冬季温室内侧薄膜表面结露，影响透光(水滴还会给作物带来危害)，还要加防滴剂(流滴剂)。近几年，为了改进温室的保温性能，节约能源，美、法等国的塑料温室常采用双层充气薄膜覆盖。除了透明覆盖材料外，国外还广泛使用了各种遮阳网和保温的幕(帘)，其中有不同颜色和不同遮光率的塑料薄膜遮阳网、缀铝反光遮阳保温膜，还有棚顶可卷放的遮阳帘等。各国广泛使用尼龙防虫网，阻止有害昆虫侵入温室内部。4．3加热设备加热方式有散热器加温和热风直接加温两种。近年来各国都采用燃油(气)热风机加热，各国的燃油热风机均采用高效热交换介质换热，烟气外排，避免污染室内空气。他们将燃烧器、换热梢、风机和控制器组合在一起，做成落地柜式、移动式或悬挂式等几种。热风机的燃料可直接用柴油或煤油，无需调整，并备有丙烷、天然气点火器，供不同用户选用。美国、法国、以色列等国均有成系列的燃油热风机产品。4．4通风及降温设备(1)最简单的降温措施是通风，有自然通风和机械通风两种。所谓自然通风就是打开侧窗或天窗，让室内外的空气在重力和风力的作用下进行交换，以达到降低室内温度的目的。对于薄膜温室，可采用卷膜机构启闭回转式侧窗和天窗。(2)机械通风。使用动力风扇。常用的有排气扇和循环风扇。前者用于向室外排气，后者用于温室内部空气流通。到了高温季节，单靠天窗、侧窗和排气扇换气的方法降温，效果仍不理想。国外用得最多的降温装置是湿帘风机降温系统和喷雾降温装置。(3)湿帘风机降温系统，一般由湿帘箱、水循环管路和排气扇等组成。通常将排气扇装在温室的一端，湿帘箱