一、設(shè)施園藝行業(yè)發(fā)展概況
設(shè)施園藝( protected horticulture)是指在不適宜露地種植的季節(jié)或地區(qū),利用溫室、塑料大棚等保護(hù)設(shè)施栽培蔬菜、果樹、花卉等園藝作物的生產(chǎn)方式。設(shè)施園藝作為專業(yè)術(shù)語源于日本的“施設(shè)園藝”,歐美稱為溫室栽培。設(shè)施園藝原本特指溫室、塑料大棚,以及后來發(fā)展的工程技術(shù)集成度和智能調(diào)控水平更高的植物工廠等大型保護(hù)設(shè)施栽培方式。我國(guó)則把具有固定保護(hù)設(shè)施的生產(chǎn)方式叫做保護(hù)地栽培,且一直延續(xù)到 20 世紀(jì) 80 年代初期。
設(shè)施園藝具有悠久的發(fā)展歷史，早在兩千多年前，中國(guó)就使用透明度高的桐油紙作覆蓋物，開始建造簡(jiǎn)易的溫室進(jìn)行時(shí)令蔬菜的栽培。此后，世界各國(guó)雖有各種各樣的保溫技術(shù)用來栽培園藝作物，但限于當(dāng)時(shí)的社會(huì)條件和科技水平，設(shè)施園藝栽培一直處于原始階段或初級(jí)階段，直到第二次世界大戰(zhàn)后，隨著塑料薄膜的出現(xiàn)和玻璃工藝技術(shù)的改進(jìn)，設(shè)施園藝才得到快速的發(fā)展。
英國(guó)、荷蘭在 18 世紀(jì)已經(jīng)出現(xiàn)玻璃溫室；美國(guó)、加拿大于 20 世紀(jì) 50 至60 年代，設(shè)施園藝發(fā)展達(dá)到高峰；同期的荷蘭和德國(guó)，工業(yè)化的溫室生產(chǎn)業(yè)已興起。由于設(shè)施園藝具有技術(shù)和資本集約的特點(diǎn)，可以大大提高農(nóng)業(yè)資源的利用率及農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，獲得高的產(chǎn)出率，不僅使單位面積產(chǎn)量大幅度增高，而且保證了園藝產(chǎn)品尤其是蔬菜、瓜果的全年均衡供應(yīng)，是解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、資源及環(huán)境三大基本問題的重要途徑。因此，設(shè)施園藝受到世界各國(guó)的重視，并得到迅速發(fā)展，已成為許多國(guó)家或地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。
截至 2010 年底，世界設(shè)施園藝總面積約為 406 萬公頃，主要分布在遠(yuǎn)東的中國(guó)、日本和韓國(guó)以及地中海沿岸諸國(guó)，其中，遠(yuǎn)東 3 國(guó)約占世界設(shè)施園藝總面積的 88%，地中海地區(qū)諸國(guó)約占 8%，其他地區(qū)占 4%。從設(shè)施園藝總面積上看，中國(guó)設(shè)施園藝面積居世界第一，意大利位于第二，其次分別為西班牙和韓國(guó)。從人均溫室面積上看，荷蘭占據(jù)世界第一。
從設(shè)施形態(tài)上看，塑料溫室（含大棚、中小拱棚）面積將近 317 萬公頃，占 77.3%，這類設(shè)施在中國(guó)、日本、韓國(guó)和地中海地區(qū)使用最為廣泛；日光溫室面積將近 80 萬公頃，占 19.5%，主要分布于中國(guó)的北方地區(qū)；玻璃溫室面積約為 4.1 萬公頃，占 1.0%，主要集中在荷蘭及北歐一些國(guó)家；其他類型溫室面積約占 2.2%。從設(shè)施內(nèi)栽培的作物來看，蔬菜生產(chǎn)占到總生產(chǎn)面積 90%以上，蔬菜中果菜類占 95%左右，果菜中最多的是黃瓜、甜瓜、番茄、西瓜、茄子、甜椒等。從種植作物地域分布來看，中國(guó)、日本和地中海國(guó)家主要種植蔬菜、草莓和葡萄，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家主要生產(chǎn)高附加值的鮮花及觀賞植物。
二、設(shè)施園藝全球各國(guó)發(fā)展
1、荷蘭
荷蘭設(shè)施園藝實(shí)行專業(yè)化集約生產(chǎn)，培育出溫室長(zhǎng)季節(jié)栽培的蔬菜、花卉專用品種，并形成各種蔬菜及花卉的標(biāo)準(zhǔn)栽培模式，從而獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的園藝產(chǎn)品。截至 2010 年底，荷蘭已建成 10,800 h㎡的玻璃溫室，約占荷蘭國(guó)土面積的 0.5%，占世界玻璃溫室面積的 26.3% ，主要以文洛( Venlo) 型連棟溫室為主，溫室高度一般在 4 ～5.5 m，專門用于種植蔬菜和鮮花，生產(chǎn)效率較高，
其中溫室內(nèi)蔬菜種植面積 4200 h㎡，以生產(chǎn)番茄、辣椒和黃瓜為主；切花面積5400 h㎡，主要以月季、菊花、香石竹、百合、蘭花為主；盆栽植物 1200 h㎡，以榕樹、朱蕉類、秋海棠等為主。荷蘭設(shè)施園藝專用品種的配套栽培技術(shù)非常完善，利用高新技術(shù)創(chuàng)造出理想的環(huán)境條件和封閉循環(huán)式無土栽培系統(tǒng)，使設(shè)施內(nèi)的光照、溫度、濕度、空氣、水肥各個(gè)環(huán)境因子完美結(jié)合，為作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供保證。無土栽培的番茄年產(chǎn)量可達(dá)到 80 kg·m－ 2 ，黃瓜的產(chǎn)量達(dá)到 100 kg·m － 2 ，是我國(guó)的 6～8 倍。荷蘭的花卉在世界上享有盛譽(yù)，其花卉的生產(chǎn)全部在溫室內(nèi)進(jìn)行，每年生產(chǎn)的鮮切花、觀賞植物出口總額達(dá) 60 億美元，其中鮮切花為 35億美元，占國(guó)際市場(chǎng)花卉貿(mào)易的 60% ，占?xì)W洲市場(chǎng)的 70%。隨著世界石油危機(jī)不斷加劇和歐共體市場(chǎng)勞動(dòng)力短缺，更多的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到溫室中，包括環(huán)境調(diào)控設(shè)備、機(jī)器人等機(jī)械化和智能化裝備。荷蘭政府投入大量的經(jīng)費(fèi)用于節(jié)能技術(shù)和新能源技術(shù)的創(chuàng)新研究，包括大幅度提高覆蓋材料的透光率、增加太陽能的入射量，如普遍使用大塊玻璃覆蓋，以減少骨架遮光；對(duì)溫室覆蓋材料的內(nèi)側(cè)進(jìn)行鍍膜處理，阻止長(zhǎng)波向外輻射，減少熱損耗；采用節(jié)能高效的 LED 冷光源，對(duì)園藝作物進(jìn)行不同高度、位置補(bǔ)光等。
2、英國(guó)
英國(guó)在設(shè)施園藝發(fā)展過程中，非常重視溫室自動(dòng)化控制的研究與應(yīng)用。目前，英國(guó)溫室自動(dòng)化控制程度非常高，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)、CO 2 施肥、營(yíng)養(yǎng)液供給及 pH 值、EC 值等，并且利用計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)的溫度、濕度等環(huán)境狀況，并進(jìn)行遙控。CO 2 施肥技術(shù)在英國(guó)溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用占 30% ～40%，為保證 CO 2 氣體在溫室內(nèi)分布均勻，溫室內(nèi)通常安裝內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)，攪動(dòng)空氣使溫室中的 CO 2 均勻分布。英國(guó)也非常重視溫室節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用。能源危機(jī)發(fā)生之后，英國(guó)溫室加熱改為燃煤加溫，部分地區(qū)也采用燃?xì)忮仩t和利用工廠余熱加溫。2009 年英國(guó)商家推出一款家用電動(dòng)無土栽培機(jī)，利用航空航天新技術(shù)研制而成，使用這種設(shè)備不但一年四季都能在室內(nèi)種植作物，而且清潔、無污染，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
3、以色列
以色列土地貧瘠，水資源短缺，通過大力發(fā)展高效、集約型的現(xiàn)代設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造了輝煌的“沙漠奇跡”。近年來，以色列設(shè)施園藝面積取得了飛速發(fā)展，從 20 世紀(jì) 90 年代的 3,000 h㎡發(fā)展到 2010 年的 2.6 萬 h㎡，20 年內(nèi)增加了 8 倍。其中溫室面積約 1.1 萬 h㎡，主要用來生產(chǎn)鮮切花；大棚面積 1.5 萬h㎡，用于種植番茄、黃瓜和甜椒等蔬菜作物。以色列設(shè)施園藝產(chǎn)品如花卉、蔬菜和水果除了滿足國(guó)內(nèi)需要外，還大量出口歐洲、美國(guó)和日本，年產(chǎn)值增長(zhǎng)率在15%以上。
科技密集型是以色列設(shè)施園藝的顯著特征，表現(xiàn)在將現(xiàn)代科技滲透到溫室工程、新品種培育、栽培管理和節(jié)水灌溉等生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中。首先，以色列是世界微灌技術(shù)發(fā)展最有代表性的國(guó)家，灌溉技術(shù)和設(shè)備都居世界領(lǐng)先水平，其溫室種植全部采用微灌（以滴灌為主）。其次，重視園藝作物新品種選育，利用生物技術(shù)培育品質(zhì)優(yōu)良、抗病抗蟲、適應(yīng)性強(qiáng)的作物新品種，在園藝作物生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。第三，在溫室設(shè)施和裝備方面，匯集了許多科技創(chuàng)新成果，如：在光照控制方面，利用光轉(zhuǎn)換膜和光控制膜，對(duì)透過的太陽光進(jìn)行光譜轉(zhuǎn)換，以滿足作物對(duì)不同光質(zhì)的需求；在溫度控制方面，利用溫差轉(zhuǎn)化技術(shù)，來滿足觀賞植物較小的溫度變化和較大的濕度需求；在病蟲害控制方面，利用能屏蔽紫外線的塑料覆膜，來減少室內(nèi)害蟲的活動(dòng)，利用有色覆膜將害蟲驅(qū)逐出溫室，從而減輕害蟲危害；溫室配套設(shè)施方面，溫室大都裝有天幕、簾幕、天窗及遮陽網(wǎng)，高度高、跨度大、耐久性長(zhǎng)，抗風(fēng)力強(qiáng)，可抵御時(shí)速 150 km 及更大的強(qiáng)風(fēng)襲擊，保障了溫室的安全性。第四，對(duì)不同作物所需的環(huán)境條件和預(yù)期產(chǎn)量做了大量系統(tǒng)的研究，并建立了作物生長(zhǎng)發(fā)育模型和專家系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行精確控制，提高了水肥利用率，不僅使作物產(chǎn)量成倍增加，還顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量，如溫室栽培的普通番茄產(chǎn)量高達(dá) 480 t·hm－ 2 ，櫻桃番茄產(chǎn)量也可達(dá) 120 t·hm － 2 ，而溫室種植玫瑰花最高產(chǎn)量達(dá) 320 萬株·hm－ 2 。
4、日本
根據(jù)日本農(nóng)林水產(chǎn)省統(tǒng)計(jì)，截至 2010 年底，日本設(shè)施園藝總面積為 4.9 萬h㎡，主要以塑料溫室為主，面積約 4.48 萬 h㎡，占溫室總面積的 95.3%；玻璃溫室面積為 2,200 h㎡，只占溫室總面積的 4.7%。溫室總面積中，蔬菜栽培面積為 3.39 萬 h㎡，花卉栽培面積為 7,745 h㎡，果樹面積為 7,414 h㎡，分別占溫室總面積的 69.1%、15.7%、15.2%。 17 由于日本國(guó)土大部分為丘陵和山區(qū)，且資源貧乏，在發(fā)展設(shè)施園藝過程中非常注重集約化、產(chǎn)業(yè)化、自動(dòng)化以及土地節(jié)約化，因此逐漸淘汰單棟面積較小的溫室，大面積推廣大型雙屋面溫室及連棟塑料大棚，這種大型溫室骨架采用熱鍍鋅組裝式鋼管，溫室高度一般 4～6 m，寬度 10 m以上，天窗、側(cè)窗可自動(dòng)啟閉通風(fēng)，并且可通過對(duì)設(shè)施內(nèi)部通風(fēng)降溫設(shè)備、保溫和加溫設(shè)備、灌水施肥裝置、溫濕度調(diào)控進(jìn)行自動(dòng)化和智能化的管理，為作物生育創(chuàng)造最佳的環(huán)境，主要種植高檔園藝作物如草莓、番茄、黃瓜、甜瓜、西瓜等瓜果菜類以及桃、葡萄、無花果等多種果樹，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，周年供應(yīng)。日本無土栽培技術(shù)發(fā)達(dá)，發(fā)展了多種無土栽培方式，包括深液流水培、營(yíng)養(yǎng)液膜栽培、滴灌巖棉培等營(yíng)養(yǎng)液栽培，如日本協(xié)和（株）會(huì)社采用全新的無土栽培環(huán)境控制系統(tǒng)，使水、肥、光、氣等環(huán)境因子最大限度滿足作物生長(zhǎng)需求，番茄根莖粗可達(dá) 20 cm 以上，一株番茄生產(chǎn) 13,000 個(gè)果實(shí)，一株黃瓜生產(chǎn) 3,300 條黃瓜，一株甜瓜生產(chǎn) 90 個(gè)甜瓜。日本采后、貯藏技術(shù)非常先進(jìn)，農(nóng)產(chǎn)品精選、分級(jí)、清洗、包裝、預(yù)冷等作業(yè)過程全部實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化或半自動(dòng)化。日本的“植物工廠”也很發(fā)達(dá)，應(yīng)用發(fā)光二極管（LED）照明、太陽能電池板發(fā)電等工業(yè)技術(shù)建造“植物工廠”，不受地域和環(huán)境的影響，用于葉菜工廠化生產(chǎn)、蔬菜全封閉工廠化高效育苗，一年四季可以穩(wěn)定生產(chǎn)，已經(jīng)能夠利用“植物工廠”生產(chǎn)豆芽菜、蘑菇、鴨兒芹、白蘿卜和生菜等蔬菜。據(jù)日本農(nóng)林水產(chǎn)省統(tǒng)計(jì)，2010 年日本已有 50 家“植物工廠”，估計(jì)到目前已超過 150 家。近年來，隨著日本老齡化社會(huì)問題的日益加劇，勞動(dòng)力不足使日本設(shè)施園藝受到嚴(yán)重沖擊，因此研究開發(fā)了多種小型、輕便、多功能、高性能的設(shè)施園藝耕作機(jī)具和機(jī)器人，促進(jìn)設(shè)施園藝向機(jī)械化、工業(yè)化方向發(fā)展。
5、加拿大
加拿大依據(jù)自身氣候特點(diǎn)，在西部大力發(fā)展歐洲型的大型玻璃溫室，五大湖周邊地區(qū)以發(fā)展充氣雙層塑料薄膜溫室為主。據(jù)加拿大官方統(tǒng)計(jì)，截至 2010 年底，加拿大的溫室總數(shù)達(dá)到 3,220 座，設(shè)施園藝總面積為 2,300h㎡，其中玻璃溫室有 780 h㎡，占 33.9%，硬質(zhì)塑料（PC 板等）溫室有 110 h㎡，占 4.8%，塑料薄膜溫室有 1,410 h㎡，占 61.3%。在所有溫室中，設(shè)施蔬菜栽培面積約 1,150h㎡，占溫室總面積的 50.0%，蔬菜產(chǎn)值達(dá) 11 億美元，主要種植番茄、黃瓜、甜椒、萵苣等蔬菜作物；溫室花卉和觀賞植物面積約 990h㎡，占溫室總面積的43.0%，產(chǎn)值達(dá) 14 億美元；其他溫室用于果樹栽培，約占 7%。加拿大設(shè)施園藝面積主要分布在安大略省、哥倫比亞省和魁北克省，以上 3 省設(shè)施園藝占全國(guó)總面積的 95.6%，其中僅安大略省就占總面積的 66%。加拿大溫室環(huán)境和栽培管理基本上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制和機(jī)械化操作，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，溫室管理、生產(chǎn)和效益已居世界先進(jìn)水平。加拿大政府非常重視設(shè)施農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，在設(shè)施生產(chǎn)中盡量避免使用農(nóng)藥和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，主要通過調(diào)控設(shè)施內(nèi)溫、光、濕等環(huán)境因子，并與生態(tài)控制和生態(tài)防治相結(jié)合達(dá)到綜合防治病蟲害的目的。 目前，世界設(shè)施園藝技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家當(dāng)數(shù)荷蘭、日本、以色列、加拿大和美國(guó)等。發(fā)達(dá)國(guó)家在發(fā)展設(shè)施園藝過程中，不僅能夠進(jìn)行高水平的設(shè)施建設(shè)和能源投入，而且非常注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)利用，加上配有先進(jìn)的設(shè)施栽培管理技術(shù)，作物幾乎可在全天候下生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了園藝產(chǎn)品的高產(chǎn)量、高品質(zhì)、高利潤(rùn)，并且園藝產(chǎn)品能暢銷國(guó)際市場(chǎng)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
三、中國(guó)設(shè)施園藝行業(yè)概況及發(fā)展前景
由于設(shè)施園藝不斷利用先進(jìn)設(shè)備、儀器、技術(shù)、成果和新材料，逐步體現(xiàn)出環(huán)境可控性、效益高效性和土地高效利用、節(jié)水省力、美化環(huán)境、造富于民等特點(diǎn)，符合我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的基本國(guó)策，改革開放以來我國(guó)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃的發(fā)展，呈現(xiàn)出生產(chǎn)面積快速增加、作物種類逐步增多、地域范圍不斷擴(kuò)大、設(shè)施類型日趨多樣、管理水平逐漸提高的好勢(shì)頭。據(jù)相關(guān)資料分析，1978～2010 年期間，全國(guó)設(shè)施園藝面積由 5,333h㎡劇增至 350 萬 h㎡ ，增長(zhǎng) 655 倍。設(shè)施園藝涉及領(lǐng)域不斷拓展，設(shè)施園藝生產(chǎn)作物已從單一蔬菜拓展到花卉、瓜果、食用菌、中草藥等多種經(jīng)濟(jì)作物領(lǐng)域。同時(shí)，設(shè)施園藝栽培地域范圍不斷擴(kuò)大，目前我國(guó)所有的省、自治區(qū)、直轄市都有設(shè)施園藝生產(chǎn)，從我國(guó)南端的海南三沙市永興島到最北端的素有北極之稱的黑龍江漠河縣北極村，從東端的撫遠(yuǎn)縣到最西端的新疆烏恰市都在大力發(fā)展設(shè)施園藝。經(jīng)過了生態(tài)、市場(chǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期綜合選擇發(fā)展，我國(guó)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)主要集中在環(huán)渤海灣及黃淮地區(qū)，約占全國(guó)總面積的 60%；其次是長(zhǎng)江中下游地區(qū)，約占全國(guó)的 20%；第三是西北地區(qū)，約占全國(guó)的 7%。主要集中分布在山東、遼寧、江蘇、河北、浙江、寧夏、內(nèi)蒙古、上海等省、市、自治區(qū)。2014 年，我國(guó)溫室設(shè)施面積達(dá) 410.9 萬公頃，其中日光溫室 101.3 萬公頃，塑料大棚（含中棚）187.5 萬公頃，環(huán)境調(diào)控水平較高的連棟溫室為 7.01 萬公頃。
我國(guó)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，有力地推進(jìn)了設(shè)施園藝科技創(chuàng)新。日光溫室蔬菜高效節(jié)能栽培技術(shù)的研發(fā)，創(chuàng)新了日光溫室采光、保溫設(shè)計(jì)原理，據(jù)此設(shè)計(jì)建造的第 2 代日光溫室，室內(nèi)外最低溫差比第 1 代提高了 5℃以上。塑料棚蔬菜生產(chǎn)配套技術(shù)的集成創(chuàng)新，推出了 13 種優(yōu)化棚室構(gòu)型，15 種綜合利用和立體種植模式，黃瓜、番茄、辣椒、韭菜、芹菜等主要設(shè)施蔬菜作物栽培技術(shù)規(guī)范，以及嫁接育苗、設(shè)施環(huán)境調(diào)控為主的蔬菜病蟲害綜合防治等 9 項(xiàng)新技術(shù)。新型設(shè)施園藝資材的研發(fā)，使我國(guó)的薄型耐候功能膜、遮陽網(wǎng)、防蟲網(wǎng)、穴盤等研制與應(yīng)用技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
2010 年設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值逾 7,400 億元，凈產(chǎn)值逾 5,700 億元，使全國(guó)鄉(xiāng)村人均增收 856.70 元，設(shè)施園藝重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)對(duì)鄉(xiāng)村人均純收入的貢獻(xiàn)額都在2,000 元以上。
十八大以來,國(guó)家高度重視推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,大力推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展,設(shè)施園藝的面積增長(zhǎng)的非?？?現(xiàn)在我們國(guó)家的設(shè)施園藝面積已經(jīng)達(dá)到了410萬公頃,產(chǎn)值也有9800億元,創(chuàng)造了4000多萬個(gè)就業(yè)崗位。在種大棚方面,農(nóng)民增收效果也是很顯著的,農(nóng)民基本上平均增收能夠近2000元左右,設(shè)施園藝為我們國(guó)家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化起到了很大的推動(dòng)作用。
十九大報(bào)告明確提出,要加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家,深化科技體制改革,以企業(yè)為主導(dǎo),市場(chǎng)為導(dǎo)向,把產(chǎn)學(xué)研進(jìn)行深入的融合。在未來的時(shí)間,緊緊依靠中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院這種國(guó)家隊(duì)科研平臺(tái),不斷地加強(qiáng)研發(fā)、創(chuàng)新,搭建我們國(guó)家自主設(shè)施園藝方面的技術(shù)支撐體系,同時(shí)做好成果轉(zhuǎn)化的工作,讓客戶從市場(chǎng)上掙到更多的錢,讓這些資金反過來推動(dòng)研究,取得產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)。
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