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§2－2植物环境工程与设施园艺PlantEnvironmentEngineeringandFacility-Horticulture“使用人工设施、人工控制环境因素，使植物获得最适宜的生长条件，从而延长生产季节，获得最佳产出”的农业生产方式称为设施农业栽培，园艺专家称之为设施园艺。1.什么是设施园艺一、设施园艺（Facility-Horticulture）的概念（一）设施园艺的概念设施园艺涵盖了建筑、材料、机械、自动控制、品种、栽培、管理等多种学科和多种系统，因而科技含量高，所以设施园艺的发达程度，往往是一个国家或地区农业现代化水平的重要标志之一。设施园艺生产涉及蔬菜、花卉、高档水果、食用菌。一定的围护结构为了不受四季与地域的限制，设施农业首先必须利用一定的围护结构（如温室、大棚等）把一定的空间与外界环境隔离起来，形成一个半封闭的系统。这是区别于露地生产的先决条件；一定的环境工程措施在一定的建筑设施基础上，通过对半封闭系统的物质交换和能量调节来进一步改善和创造作物适宜的生育环境，实现周年、反季节生产。相应的配套工程与工艺设备满足农业生物从苗期到收获全过程的配套技术装备，如育苗设施、栽培设施、灌溉、施肥、植保等。2.设施园艺的基本构成（二）国内设施园艺现状1.我国的设施园艺产业在很短的时间里取得了显著成就。主要表现在以下几个方面：设施农业产业发展迅速；种子、种苗技术创新显著；蔬菜设施栽培呈现优质高产；设施环境综合调控技术达到国际先进水平；产后处理水平不断提高；设施农业主要支撑技术的研发与应用加快；初步构建了设施农业生产技术体系。1）改革开放以来，我国设施农业面积得到快速增长。1981年为10.8万亩（0.72万公顷）2003年达（720万公顷）22年增长了1000倍2）设施园艺的类型增多除日光温室、塑料大棚外，一批由我国自行设计、制造，具有中国特色的现代化温室设施拔地而起，较国外产品价格降低30-40％，节能30～45％，设施农业工程技术配套逐步完善，同时，也使我国温室类型逐步齐全。3）设施种植品种由单一的蔬菜逐渐向瓜果等众多高附加值产品拓展4）种子种苗技术取得了较快发展在“工厂化高效农业示范工程”实施过程中，自国外引进了大量种质资源，同时筛选和培育了适合我国不同气候区域的蔬菜良种达500多个，使设施栽培专用品种得到更新换代，有的可以取代进口种子。建立了一批现代化育苗工厂，初步实现了蔬菜育苗规范化、良种化、标准化和商品化。通过技术引进，自主创新，我国大型连栋温室的智能化、自动化环境调控系统及配套装置技术的硬件水平基本已达到可与国际接轨，产品性能稳定可靠，并已在我国大型温室中广泛使用。但软件水平尤其是管理模型的开发有待于进一步完善。6）设施环境综合调控技术取得重大进展2.设施园艺对保障我国农产品供应、提高人民生活水平发挥了积极作用设施园艺可实现农产品全年生产或调整、延长生产周期，有效弥补露地生产的不足，在可控环境条件下可以生产出高品质的园艺产品（也称为可控农业）；我国通过设施生产蔬菜，只用20%的菜田面积，提供了40%的蔬菜产量和60%的蔬菜产值。4．农业设施生产行业发展迅速，近5年间，具有一定生产规模的大型温室生产厂家已达50余家，温室制造业年销售额超过10亿元。3.我国各类设施农业栽培面积约占世界设施栽培面积的70％。据测算，我国设施农业栽培吸纳劳动力8000多万人，加上产前、产后共吸纳劳动力近1亿人。设施农业栽培已成为我国具有较大比较优势的劳动密集型产业。1.设施园艺作为现代农业的重要组成部分，已经受到世界各国的高度重视，尤其是经济发达国家更是作为改善生活、提高生活质量的重要农业生产方式而大力发展。上世纪70年代后，园艺设施不断向大型化、固定化、装备化发展，设施园艺生产过程向机械化、规范化、标准化，环境控制自动化、综合化发展，大大推动了设施园艺快速发展。（三）国外设施园艺发展状况发达国家设施农业已向工厂化农业过渡。2.国外设施园艺发展特点主要表现在：设施装备的现代化，大幅度地提高了温室性能和生产能力，从而提高了劳动生产率；生产技术的现代化，使生物生产潜能充分表达，大幅度提高了产品产量和质量，年总产量是露地的数十倍；设施园艺产品产后处理现代化，大幅度提高了产品的商品价值；经营管理的现代化，大幅度提高了生产效益。世界上设施农业搞得最好的国家是荷兰、日本、法国、西班牙、以色列、美国、韩国等。1）育种与种苗业非常发达荷兰、日本、以色列、韩国等非常重视温室专用品种的选育，能为温室提供专用的耐低温、寡照，耐高温、高湿，具有多种抗性、优质高产的种苗。同时，种苗的工厂化生产水平也得到了较快发展。荷兰境内有130个专营种苗公司，有4900个品种，1200公顷生产面积，是世界四大种子出口国之一，种子出口达100多个国家。日本、韩国、以色列的蔬菜种子在我国也有较大面积种植，有良好的表现。2）单产水平和经济效益较高设施园艺是资金、技术密集型产业，同时也是相对高效的产业。荷兰温室番茄年产量达到40～50Kg/m2,黄瓜年产50-70Kg/m2，商品率高达90％以上，86％产品出口销往世界各地。日本、以色列、韩国、西班牙等国单位面积优质蔬菜的产出率亦相当高。因而，能获得较高的经济效益。如荷兰，4200公顷温室蔬菜，以番茄、黄瓜、甜椒为主，产值高达12～14亿美元。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、便于机械化作业和产业化生产等优势，随着世界设施农业的快速发展，温室大型化趋势日益明显。如荷兰自1975年至1995年的二十年间，经营0.01～0.5公顷温室面积的农户由5900户降至1660户，而此期经营大于2公顷的农户由101户增至442户；经营总户数由9770户下降至4690户；平均每户经营面积由0.48公顷增至0.94公顷。4）计算机智能化控制系统得到快速普及与应用设施农业的核心是对设施内环境能进行有效的调控，以营造适宜于作物生长的最佳环境条件。通过选用不同功能的传感器，可以准确采集设施内的温度、湿度、光照、CO2浓度、地温、土壤含水量、溶液浓度以及作物生育状况指标等参数，由计算机系统根据作物生长所需的最佳条件，进行自动控制，使室内温、光、水、肥、气等诸因素综合协调到最佳状态。荷兰15000公顷温室、以色列3000公顷温室基本全部由计算机控制操作。5）无土栽培迅速发展为设施栽培的主要方式目前，一些发达国家设施无土栽培技术发展十分迅速，荷兰、英国、法国、意大利、西班牙、德国大部分设施采用无土栽培，荷兰在15000公顷温室中，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，产量得到了大幅度提高，番茄平均产量40～50Kg/m2，黄瓜50～70Kg/m2。欧共体明确规定，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，而且可以向人们提供健康、营养、无污染的无公害食品。日本50％以上的设施采用无土栽培，其中水气耕也获得了巨大发展。6）植物工厂得到了应用与发展植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年生产的系统。植物工厂是以营养液栽培和自动化综合环境调控为重要标志。能免受外界不良环境的影响，实现一年多茬次栽培，生菜、菠菜栽培期较露地缩短1/4～1/2时间。灌水、施肥以及温、湿度管理全部采用自动化，播种、定植、采收作业全部是操作计算机，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一批植物工厂，用于试验研究和实际生产，为工厂化农业的发展展现了美好前景。二、植物生物环境主要设施——温室(Greenhouse)（一）温室效应能让绝大部分短波辐射进入而阻止绝大部分长波辐射透出以蓄热升温的特点，称为“温室效应”。能产生温室效应的建筑，称为“温室”。辐射收入大于支出使温室升温的贡献约占28%，而密闭性使温室蓄热保温的贡献约占72%。温室建筑就是利用其温室效应，在寒冷的冬季利用太阳能蓄热升温，是提高作物环境温度经济而有效的措施。2．按室内的环境温度分高温温室：冬季温度保持在18－33℃间，主要用于喜温植物，如热带植物；中温温室：冬季一般保持在15—25℃间，适于种植茄果类等作物；低温温室：冬季一般保持在5－18℃间，主要用于种植叶菜类植物；冷室：冬季一般保持在。0一5℃间，一般仅用于贮存暖温带及盆栽植物越冬之用。4．按建筑分结构形式。可分为单坡面温室、双坡面温室、连栋温室、拱型温室等。1）单坡面温室3．按覆盖材料分。可分为：玻璃温室、硬质塑料或聚酯板温室、塑料薄膜温室(又称塑料大棚等)。2）双坡面温室3）连栋温室。4）用塑料薄膜覆盖的拱型简易温室称为塑料大棚。三、温室环境因子控制设施与设备每一种作物在其生育过程中都存在有最低、最高和最适宜的温度界限。在温室栽培中，按作物生理活动随生育阶段与昼夜间的不断转移而采用相应的适温管理，称为变温管理。（一）温室采暖、保温设施与设备1．生育阶段的变温管理在生育前期，偏高温度有助长叶面积的扩展。叶面积扩展速度越快，物质再生产也就越旺盛。生育中后期，叶面积指数已达相当程度，采用适当的偏低温度，可增加净光合产物的积累和贮藏。2．昼夜间的变温管理3．采暖与保温一般有热水采暖、热风采暖和电热采暖几种采暖方式。再好的采暖也需要良好的保温，因此温室一般会采用各种保温方式。（二）温室通风换气、降温设施与设施1．自然通风换气利用温室内外温差造成内外空气压差的换气，称为热压换气；利用风力作用造成内外压差的换气，称为风压换气。热压换气与风压换气统称为自然换气。2．强制换气。温室安置风机后进行强制换气3．湿帘风机降温由湿帘、风机组成的降温系统是一项经济有效的降温技术。湿帘风机安装在密闭房舍的两端相对的墙上，可将室内温度降到室外温度以下，而设备安装与运行费仅为空调机组制冷降温的十分之一。（三）温室的光照与光能应用（四）温室施肥与给水设备（五）其它设施农业装备特点：（1）集采光、保温、蓄热于一体，最大限度地利用太阳能进行设施生产；（2）适宜于进行蔬菜、瓜果、花卉、食用菌等多种作物的反季节栽培；（3）跨度6.0-9.0m，长度40-120m，墙体厚度0.6-1.5m；（4）适宜区域主要为华北东北西北等地区1.高效节能日光温室四、我国主要温室的特点2.塑料大棚以塑料薄膜为覆盖材料的不加温单拱屋面结构温室。特点：（1）主要用于春提前、秋延后作物的栽培，冬季叶菜类作物（南方）；（2）跨度6-12m，长度30-60m，脊高1.8-3.0m；（3）适宜于南方地区，北方春秋季节的设施栽培。3.连栋温室特点：（1）环境调控能力强，通风、降温、遮阳、保温、加热、灌溉、补光、植保设施等均可配置；（2）土地利用率高，达90%以上；（3）自动化程度较高，可实现周年生产；（4）投入大、运行成本高。五、温室的发展趋势当前国际上温室植物生产有三个明显的发展趋势，即大型化、现代化和工厂化：1．温室的大型化由于有室内温度稳定，日温差较小，便于机械化操作，造价低等优点，温室建筑有向大型化、超大型化发展的趋势，小则一幢一公顷，大则一幢几公顷以上。但是大型温室常有日照较差、空气流通不畅等缺点。2．温室的现代化①温室结构标准化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一种至数种标准型温室，构件由工厂进行专业化配套生产。②温室环境调节自动化根据植物种类在一天中不同时间或不同条件下的温度、湿度及光照的要求，定时、定量地进行调节，保证职务有最适合的生长发育条件。现在世界上发达国家的温室植物生产，温室内环境的调节与控制已经由一般的机械化发展为由计算机控制，做到及时精确管理，创造更稳定、更理想的栽培环境③栽培管理机械化灌溉、施肥、中耕及运输作业等，都应用机械化操作。④栽培技术科学化首先充分了解和掌握植物在不同季节，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，一切均按栽培生理指标进行栽培管理。温度、光照、水分、养分及co2的补充等措施都根据测定的数据进行科学管理。3．植物生产工厂化1