国外设施园艺发展的特点与经验分享
1、单体温室大型化，温室结构轻简化由于大型温室具有投资省、土地利用率高、室内环境控制相对稳定、节能、便于机械化作业和产业化生产等优点，发达国家在建造园艺作物生产温室时，普遍趋于大型化、规模化。如美国加利福尼亚州在沙漠地区建成的单体温室面积均在 1hm2 以上，主要用于番茄无土栽培生产，产量可达75kg·m-2。荷兰单体温室面积大多在 4～5hm2，最大能达数十公顷，生产温室典型布局方式是平行三段式，温室北侧一般作为办公管理及设备用房区，中间为操作车间区，南侧为作物生产区。温室每个区域之间都通过自动感应门隔断，从办公区进入生产温室，需要对体表进行严格的消毒。温室结构大多采用 Venlo 型，园艺作物栽培模式为立体吊线栽培，为了提高园艺作物长季节高产优质栽培效果，温室结构高度由原来的 4～5m 增加到目前的6.5～7.5m。在温室结构创新方面，发达国家非常注重温室结构轻简化。以荷兰为代表的欧盟，在满足温室荷载的基础上，普遍采用轻质高强度的新型材料，可减少温室支撑结构和构件材料的遮光面积。如温室天沟由传统的单层铁制材质改变为中空铝合金，保温效果更好，且其平面尺寸小，有效增加温室内采光。目前，中空铝合金天沟技术已广泛应用于不同覆盖材料（PC 板、玻璃、塑料薄膜等）的 Venlo型温室和哥特式温室；亦广泛应用于全开启温室和大跨度连栋温室等各种结构类型的温室。
3、低碳节能、环境友好型技术贯穿设施园艺生产过程随着能源危机的不断加剧，加之人们环保意识的不断增强，发达国家在设施园艺低碳、节能技术方面开展了一系列的探究与实践，走出一条资源节约型和环境友好型并重的可持续设施园艺发展道路。在清洁能源利用开发方面，以荷兰、德国为代表的欧洲国家广泛采用地源热泵技术，夏季通过把地层低温冷水源抽到地上，用于温室降温，经过热交换的热量回流到地下，冬季再把高温热水源抽上来，只需要稍微加温就可以用于温室增温，可节约1/3～2/3 的能耗。此外，日本、欧美等国家将光伏发电与设施园艺结合起来，研发出光伏农业技术，在确保温室作物采光的前提下充分利用太阳能进行光伏发电，产生的电能主要用于作物补光，同时解决夏季降温、冬季供暖的用电需求。在多余能量回收和综合利用方面，欧美国家利用锅炉群工作时排放的高温烟气进行收集转换、储存，用于冬季温室作物加温。在探索温室能源高效利用方面，日本、荷兰、美国等发达国家大力发展新型节能 LED 代替普通光源技术，已研制出适合不同作物生长的单色 LED及其组合光源，光能利用率达 75%～90%，节能效果极为显著，已广泛应用于温室补光、育苗、组培、植物工厂以及太空农业等领域。环境友好型技术要求农业的发展与自然和谐一致。近年来，发达国家在探索温室能源高效利用、生态环境保护等方面开展了大量的研究工作。自 2000 年开始，欧盟国家所有温室无土栽培系统营养液必须采用闭路循环系统，通过对营养液的回收、消毒、补充等处理，实现环境废液零排放。以色列通过运用水肥一体化、循环用水、微滴灌精准施肥等技术措施，可实现设施园艺作物节水30%～40%、省肥 35%～40%，同时农产品单产显著提升。在温室病虫害防治方面，采用生物、生态和物理防治相结合的综合防治措施，尽量减少化学药剂的使用。荷兰 Koppert 公司通过释放斑潜蝇天敌潜蝇姬小蜂、蚜虫天敌食蚜瘿蚊、粉虱天敌角蚜小蜂和丽蚜小蜂等，可有效控制温室害虫的发生，蔬菜商品化率达到 80%～90%。为了提高温室番茄、甜椒等蔬菜作物的品质，发达国家一般禁止使用化学生长激素用于作物授粉，而是普遍采用熊蜂授粉方式，可使作物产量提高 15%～20%，品质更优。以色列和日本广泛采用太阳能技术代替溴甲烷等化学药剂进行土壤消毒，翻耕土壤后铺一层塑料薄膜，经过夏季高温处理，可杀死地表 30cm 土层中 90%～100% 的细菌、真菌以及线形蠕虫等，降低了化学农药的使用量。这些技术措施均有效地缓解了设施园艺生产过程对环境的污染和破坏。
5、引入物联网和大数据技术，实现生产过程智能化管理基于计算机技术、传感技术和互联网技术的快速发展，物联网技术不断成熟，逐渐应用于现代设施园艺作物生产中。国外设施园艺发达国家以物联网技术为核心，集传感器技术、计算机网络和移动网络技术，设计了一套温室智能控制系统，实现了对温室内温度、光照、水分、营养和 CO2 浓度及设施装备的自动化控制。美国、英国和法国等国家基于物联网技术，整合机器与机器（M2M）和人机界面形成了低投入的传感器 / 执行器网络平台，研发了对温室内温度、空气湿度、土壤水分和营养状况、广角光照、温室气体等参数进行自动采集，自动控制温室的加热降温设施、灌溉系统和补光系统等温室环境控制系统，使温室内的环境因子满足植物生长的需要，实现农业生产过程中的精确控制。基于传感器网络监控系统和物联网远程控制技术，西班牙研发了温室水培作物自动化生产系统。以色列通过传感器测定温室内的温度、湿度和 CO2 浓度等环境因子，利用计算机水肥分析系统进行分析，研发了现代化水肥一体化滴灌和喷灌系统，实现了灌溉系统的智能化控制，该系统减少了灌溉过程中水分的渗漏和蒸发，减少水肥的使用。基于大数据技术和云技术的发展，设施园艺发达国家利用传感器对温室内的环境因子自动化采集和校验，将数据传输至手机端 APP，实现了远程、实时观看温室数据，实现了手机对温室的智能化调控。农业物联网和大数据技术应用于现代温室生产中，实现了设施园艺作物生产过程的自动化、智能化和可视化，降低了劳动成本、提高了资源利用率和农产品产量，有利于推进精准农业的发展，是未来农业的发展方向。
7、植物工厂精准化、智能化程度不断提升植物工厂是由计算机对植物生长发育过程中的温度、湿度、光照、CO2 浓度以及营养液等环境要素进行精确自动控制，不受或很少受自然条件制约的全新生产方式。植物工厂因综合运用了无土栽培技术、生物技术、计算机技术和信息技术等手段，被认为是设施农业发展的最高级形式，具有土地利用率高、省时省力、机械化程度高和生产周期短等优点。近年来，植物工厂得到了快速发展，设施装备和环境控制系统不断完善，尤其是人工光源的植物工厂受到全球的广泛关注。LED 具有单色光可组合、能耗低、产热少、寿命长及无污染等优点，逐渐应用于植物工厂中。更为重要的是，与高压钠灯相比，LED 光源可以减少 50% 的能耗。在 LED 调控园艺植物生长发育和品质方面的深入研究，为植物工厂灯具的开发和环境调控提供了重要的理论依据。LED 补光可提高草莓的光合速率，缩短开花时间，并增加花朵数量。不同的补光方式对作物的生长具有一定的影响。番茄第 1 穗花开花后，对下部叶片用 LED 光源进行夜间补光，不仅增加了产量，而且提高了可溶性糖和 VC 的含量；对水培生菜下部叶片向上补光减缓了下部叶片的衰老，提高了作物产量；此外，当红蓝光的照射时间均为 14 小时，红光比蓝光延迟 4 小时或 7 小时打开显著增加了生菜的叶面积和产量。美国利用 CFD 模型研发了一套植物工厂空气循环流动系统，极大地提高了不同高度、不同区域室内环境因子的均一性，有效降低了生菜顶部灼伤的概率。基于物联网技术的应用和普及，国外发达国家的植物工厂实现了作物自动化生产和环境因素的智能化控制，从播种、育苗、定植、灌溉、施肥、病虫害防治和采收全部实现了自动化控制。植物工厂内的温度、空气湿度、光照、CO2浓度和营养液等环境因子通过传感器进行感知，数据传输至计算机控制系统，通过控制系统进行分析后发出指令，实现对植物工厂各个系统的智能化控制。
