工廠化農(nóng)業(yè)概念是1994年原國家科委啟動工廠化高效農(nóng)業(yè)重大科技產(chǎn)業(yè)工程立項工作時首次提出,在此之前,農(nóng)業(yè)專家通常把用人工設(shè)施控制環(huán)境因素使植物獲得最適宜的生長條件,從而延長生產(chǎn)季節(jié),獲得最佳產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式稱為設(shè)施農(nóng)業(yè),園藝專家稱之為設(shè)施園藝。由于現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)設(shè)施以溫室為主要類型,美國等國家提出了“溫室產(chǎn)業(yè)”概念,隨著工廠化高效農(nóng)業(yè)項目的實施,工廠化農(nóng)業(yè)概念(含義)在我國已被廣泛接受,但目前學(xué)術(shù)界和經(jīng)濟界還沒有一個統(tǒng)一的權(quán)威的定義。

1.世界工廠化農(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)歷了保護地栽培(陽畦、小棚、中棚)、塑料大棚、普通溫室、現(xiàn)代溫室、植物工廠——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)談不上工廠化,現(xiàn)代的植物工廠能在完全密閉、智能化控制條件下實現(xiàn)按設(shè)計工藝流程全天候生產(chǎn),真正實現(xiàn)生產(chǎn)工業(yè)化。

1.1溫室類型與生產(chǎn)方式 目前大多數(shù)國家生產(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、以色列、法國是世界溫室應(yīng)用最廣泛的國家,英國、丹麥等北歐國家氣候寒冷,冬季不能生產(chǎn),溫室應(yīng)用并不太多,但研究水平很高。德國的溫室主要用于育苗和特種植物的生產(chǎn)。大多數(shù)國家的溫室,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、玻璃纖維加強聚酯板,美國近年開發(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)、遮陽網(wǎng)或各種降溫材料(夏降溫降濕)。國外溫室的覆蓋材料都有高透光、保溫性好、防塵、無滴、抗老化、使用期長等特點,近年來,日本、美國開發(fā)的功能膜具有光譜選擇、降溫、殺菌、防蟲等特性。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為主,少量以水培方式生產(chǎn)的溫室和植物工廠種植葉類蔬菜。溫室種植產(chǎn)量最高的每畝可產(chǎn)黃瓜4萬公斤,相當(dāng)于露地生產(chǎn)的8倍。

2. 世界工廠化農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展趨勢

2.1溫室向大型化方向發(fā)展80年代末以來,各國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人單元計算面積為1公頃;日本提出發(fā)展單棟面積達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年開始的8年間新建38座,其中玻璃溫室24座;美國1994年以來在南部新建多處大型溫室,單棟面積為20公頃;其他國家溫室也呈現(xiàn)面積擴大的趁勢。

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 隨著市場的一體化和交通運輸業(yè)的發(fā)達,農(nóng)產(chǎn)品的異地銷售十分便利,由于能源成本的不斷上升,溫室生產(chǎn)很難與露地生產(chǎn)競爭,溫室產(chǎn)業(yè)向節(jié)省能源的地區(qū)轉(zhuǎn)移。如在美國,能源危機后,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多公頃的溫室進行蔬菜生產(chǎn),占美國溫室蔬菜生產(chǎn)的75%,但到1982年僅25%的蔬菜溫室保存下來,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)北方就成為主要來源,冬季50%以上的蔬菜從墨西哥進口。

2.4溫室產(chǎn)品特色化 以花卉生產(chǎn)為例,由于國際花卉生產(chǎn)布局基本形成,世界各國紛紛走特色和規(guī)?；牡缆贰：商m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、自動化生產(chǎn)方面占有絕對優(yōu)勢,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)上占有絕對優(yōu)勢;丹麥盆花自動化生產(chǎn)和運輸方面處于世界領(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)方面實現(xiàn)了專業(yè)化、規(guī)模化;泰國的蘭花實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn),每年大約有1.2億株蘭花銷往日本,在日本的蘭花市場中占有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)濟發(fā)達的國家,如今已轉(zhuǎn)移到氣候條件優(yōu)越,土地和勞動力等成本低,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家和地區(qū)。

3.工廠化農(nóng)業(yè)的主要支撐技術(shù)

3.1無土栽培技術(shù) 日前美國、日本基本全面普及營養(yǎng)液無土栽培技術(shù),日本大面積推廣水培和水氣耕(無基質(zhì)),其他國家普遍采用基質(zhì)栽培(以基質(zhì)固定根系,營養(yǎng)液循環(huán)使用)。各國使用的基質(zhì)主要是椰子殼、草炭、珍珠巖、巖棉、蛭石等?；|(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)溫的流動循環(huán)的營養(yǎng)液中生長;美國的基質(zhì)袋培,植物栽種在栽培袋中,栽培袋浮于循環(huán)流動的營養(yǎng)液中;以色列的蔬菜和花卉生產(chǎn),采用的是營養(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,營養(yǎng)液通過滴灌系統(tǒng)進入植物根系周圍,再通過特定的裝置回收而循環(huán)使用。

3.2營養(yǎng)液調(diào)配技術(shù) 營養(yǎng)液調(diào)配是無土栽培技術(shù)的基礎(chǔ)。在美國,營養(yǎng)液供給系統(tǒng)是按照每一種化合物單獨裝在一個營養(yǎng)液罐內(nèi),用計算機統(tǒng)一指揮,按照不同比例溶在水中,再輸送到作物種植床上。營養(yǎng)液的調(diào)整是根據(jù)一天中幾次抽取回流的營養(yǎng)液,自動分析,然后根據(jù)分析結(jié)果,由計算機下達新的營養(yǎng)液修正的配方指令,混合成新的營養(yǎng)液,供給植物根系吸收,其主要根據(jù)是依太陽輻射強度而改變,夜間沒有太陽輻射,營養(yǎng)液配方就不改變了;在以色列,營養(yǎng)液是通過滴灌系統(tǒng)與灌溉水一起供給植物根系,稱為“水肥灌溉”,營養(yǎng)液的調(diào)配和供給由計算機控制。有的國家,已有為溫室種植者提供營養(yǎng)液服務(wù)的專業(yè)技術(shù)機構(gòu)。

3.3環(huán)境監(jiān)測控制技術(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、傳感、調(diào)節(jié),都由計算機進行綜合管理,實行自動控制。國外先進溫室,對室內(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、光照強度、CO2濃度、營養(yǎng)液的酸堿度(pH值)、導(dǎo)電率(EC)和溫度等環(huán)境參數(shù),利用計算機自動進行檢測并實施控制。有的系統(tǒng)還可監(jiān)測葉面積指數(shù)、葉溫、蒸騰量和長勢等生物活體信息,對生物體的重量、大小、形態(tài)等進行非接觸式和非破壞性監(jiān)測,從而對溫室灌溉、施肥、加熱、降溫、補光、保溫、遮陽、CO2濃度、加濕、除濕等作業(yè)進行綜合控制。還有人根據(jù)產(chǎn)品市場價格變化的規(guī)律和作物生長規(guī)律,對作物的光合作用條件進行優(yōu)化控制,以期獲得最好的經(jīng)濟效益。

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年代初就開始使用CO2施肥技術(shù)。近年來美國溫室內(nèi)已普及增施二氧化碳的技術(shù),增施的濃度達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、美國普遍應(yīng)用熊蜂授粉技術(shù)。英國從1991年開始,把過去用震蕩授粉、人工授粉的方法,改為熊蜂授粉。熊蜂比普通蜜蜂個頭大,身體強壯,而且不傷人。因此溫室工人也樂于使用這種蜂。一般采用這種方法能使作物產(chǎn)量提高20%左右。熊蜂的工作時間是日出授粉,日落休息。熊蜂由專業(yè)戶飼養(yǎng),可以租用,每個蜂箱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,為降低成本、減少環(huán)境污染,正在將蒸汽消毒和化學(xué)消毒改為太陽能消毒。

3.7機械化作業(yè)技術(shù) 國外由于勞動力成本高,溫室內(nèi)機械化作業(yè)技術(shù)十分發(fā)達。美國南北各地都有許多專門生產(chǎn)蔬菜、花卉和觀賞植物的苗木農(nóng)場,穴盤育苗在全國各地普遍應(yīng)用。由于育苗中移苗工作需要很多人工,因此應(yīng)用機器人移苗技術(shù)應(yīng)運而生。移苗機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現(xiàn)了機械化或半機械化,如穴盤育苗播種機、定植機、整地與土壤消毒機、整地作畦覆膜機、嫁接機器人、全自動移栽機,中耕管理機、植保機具、各種作物收獲機具、采后清選、分級、加工包裝機具等成龍配套,可供農(nóng)戶選擇。 摘自《機電信息》