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1設(shè)施農(nóng)業(yè)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

在國外,20世紀(jì)下半葉設(shè)施農(nóng)業(yè)作為一種產(chǎn)業(yè)開始得到大規(guī)模、迅猛的發(fā)展,美國、以色列、荷蘭、澳大利亞、日本等一些發(fā)達(dá)國家在設(shè)施農(nóng)業(yè)和節(jié)水技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。近幾年各種新型建筑材料的應(yīng)用給溫室創(chuàng)造了有利條件,作物生產(chǎn)管理技術(shù)大大提高,溫室面積和產(chǎn)量迅速增加。發(fā)達(dá)國家已形成了成套的技術(shù)、完整的設(shè)施設(shè)備和生產(chǎn)規(guī)范,并在向高層次、高科技、高度自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展,將形成完全擺脫自然條件的全新技術(shù)體系。如美國、荷蘭、日本等發(fā)達(dá)國家的設(shè)施化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)已形成完整的技術(shù)體系,部分現(xiàn)代化設(shè)施能根據(jù)植物對(duì)環(huán)境的不同需要,由計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)施內(nèi)的溫、光、水、氣、肥等因子進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)控,生產(chǎn)的管理和作業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化,部分達(dá)到了自動(dòng)化和智能化。遠(yuǎn)程控制技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,如溫室群的管理技術(shù)、溫室環(huán)境的自動(dòng)控制技術(shù)。智能管理技術(shù)正在得到應(yīng)用,并向無人化方向發(fā)展。

美國GreenAir公司生產(chǎn)的GHC100型6溫室控制器為設(shè)施農(nóng)業(yè)提供了全方位的控制能力,可實(shí)現(xiàn)從簡單的低成本通風(fēng)控制到全方位的溫室控制,為植物提供最優(yōu)的生長環(huán)境;日本開發(fā)了適合雙方向的遠(yuǎn)程監(jiān)視控制系統(tǒng)“OpenPLANET(簡稱OP)”,不分時(shí)間、地點(diǎn),只要機(jī)網(wǎng)相聯(lián),便能實(shí)現(xiàn)自如遙控;英國的無線系統(tǒng)公司開發(fā)了一系列無線通迅設(shè)備,如適合于分布廣泛的花園溫室或儲(chǔ)藏室的無線霜凍和入侵報(bào)警系統(tǒng)、便攜式無線電視系統(tǒng)、遠(yuǎn)程無線灑水系統(tǒng)、加熱和通風(fēng)控制系統(tǒng)等;美國Electrodepot公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制系統(tǒng),能讓人們?cè)诘赇伝蚪ㄖ镏袑?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,包含溫度、濕度、流量、CO2含量、電能、開關(guān)態(tài)或任意物理量的控制。應(yīng)用計(jì)算機(jī)集散控制原理,采用新型的數(shù)字式溫濕度一體化傳感器和一線結(jié)構(gòu)組成的溫室群溫濕度全數(shù)字自動(dòng)巡回檢測系統(tǒng)已在溫室群中得到應(yīng)用。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)過20年的發(fā)展,有了長足進(jìn)步,但與發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距。科技含量和總體水平低,從設(shè)施設(shè)備到栽培技術(shù)管理不規(guī)范、不配套,難以形成較大規(guī)模商品生產(chǎn)。在產(chǎn)品的多品種、高品質(zhì)和均衡上市等方面,與發(fā)達(dá)國家和市場需求差距較大。

由于基礎(chǔ)差、起步晚,受經(jīng)濟(jì)實(shí)力影響,雖然進(jìn)行了研究和開發(fā),也形成了一些符合國情的適用技術(shù),但綜合應(yīng)用研究還不夠深入,技術(shù)的綜合性、配套性和規(guī)范化還有待進(jìn)一步完善和提高。因而,加強(qiáng)設(shè)施農(nóng)業(yè)的科研、生產(chǎn)、應(yīng)用的有機(jī)聯(lián)系,研究和開發(fā)科技含量高的實(shí)用技術(shù),提高設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、商品化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)水平,是今后一個(gè)時(shí)期我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。目前,電子與空間技術(shù)以及光、機(jī)、電一體化技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中備受重視,蔬菜和花卉品種實(shí)現(xiàn)了育苗、定植、采收到包裝上市的專業(yè)化生產(chǎn)和流水線作業(yè)。計(jì)算機(jī)技術(shù)已開始應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,生物技術(shù)、圖像處理技術(shù)、核技術(shù)和因特網(wǎng)技術(shù)等高新技術(shù)將不斷引入并應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)踐中。

2設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要設(shè)備與發(fā)展

將各種動(dòng)力機(jī)械及作業(yè)機(jī)械應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,完成各項(xiàng)設(shè)施生產(chǎn)管理,成為設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式。目前設(shè)施農(nóng)業(yè)配套的機(jī)械及設(shè)備主要有卷簾和開窗機(jī)械、田間耕作機(jī)械、施肥裝置、播種育苗及栽植機(jī)械、植保機(jī)械、灌溉系統(tǒng)、溫濕度控制技術(shù)及設(shè)備,還有運(yùn)輸采摘、自動(dòng)嫁接、地膜覆蓋機(jī)械及自動(dòng)控制系統(tǒng)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,上述設(shè)備的應(yīng)用使設(shè)施農(nóng)業(yè)有了飛速的發(fā)展。美國、加拿大等國開發(fā)了多種小型、輕便、多功能的設(shè)施園藝耕作機(jī)具、播種育苗裝置、灌水施肥裝置、通風(fēng)窗自動(dòng)開閉及溫濕度調(diào)節(jié)裝置等;日本、韓國已研制出蔬菜嫁接機(jī)器人、無人行走車、施肥機(jī)器人等,實(shí)現(xiàn)了管理機(jī)械化和自動(dòng)化。法國、意大利、日本、德國等大多采用營養(yǎng)液栽培,因其可向人們提供營養(yǎng)、無公害、無污染的有機(jī)食品,營養(yǎng)液重復(fù)利用可節(jié)省投資、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。在我國計(jì)算機(jī)智能化溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)開始應(yīng)用,利用該系統(tǒng)可準(zhǔn)確采集室溫、葉溫、地溫、濕度、溶液濃度、二氧化碳濃度、土壤含水量、風(fēng)速、風(fēng)向及作物生長狀況等參數(shù),將室內(nèi)溫、光、水、氣、肥等諸多因素直接協(xié)調(diào)到最佳狀態(tài),可節(jié)能、節(jié)藥、節(jié)肥、節(jié)水并增產(chǎn)。

3我國設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)存在的問題

我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)由于發(fā)展較晚,大多是在參考借鑒國外技術(shù)的基礎(chǔ)上自行開發(fā)的,設(shè)施模式和種類雜,缺乏完整和系統(tǒng)的深入研究,沒有統(tǒng)一的、科學(xué)的設(shè)施規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),各種設(shè)施之間互不配套,配套裝置與部件的生產(chǎn)制造之間缺乏有機(jī)的分工與合作,難以實(shí)現(xiàn)成果的合理組轉(zhuǎn)配套,制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。歸納問題如下:

(1)設(shè)施水平低,抗自然災(zāi)害能力差。沒有適用的溫室設(shè)計(jì)、制造和施工標(biāo)準(zhǔn),無質(zhì)量保證。絕大部分是結(jié)構(gòu)簡單的塑料大棚和日光溫室,只能起一定的保溫作用,對(duì)光、溫、氣、濕等環(huán)境因子的調(diào)控能力差。有些溫室遇有大風(fēng)、雨雪災(zāi)害,甚至出現(xiàn)倒塌、壓垮和變形現(xiàn)象,導(dǎo)致產(chǎn)量低、品質(zhì)差,經(jīng)濟(jì)損失大。

(2)栽培機(jī)械化程度低,自動(dòng)控制設(shè)備不配套,生產(chǎn)過程中的土壤耕作、播種、微量灌溉、施肥、環(huán)境監(jiān)控等絕大部分靠人工進(jìn)行,作業(yè)環(huán)境差、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備是綜合設(shè)施技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié),對(duì)設(shè)施技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展已形成制約。雖然研究開發(fā)了一些設(shè)施裝備,但生產(chǎn)率低、適應(yīng)性差,在作業(yè)性能、可行性和使用壽命等方面大都存在問題。

(3)缺乏設(shè)施栽培品種,無栽培優(yōu)良品種意識(shí),對(duì)科技含量高的名優(yōu)特稀品種栽培、營養(yǎng)液栽培、無污染蔬菜生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不足,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差、產(chǎn)量低。

(4)規(guī)模小,效益差。設(shè)施農(nóng)業(yè)只有形成規(guī)模,建立相應(yīng)的市場運(yùn)營體系,建成有地方特色的蔬菜、花卉市場,才能取得好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的技術(shù)含量近幾年有了新的突破,符合中國國情的節(jié)能型日光溫室的采光、保溫性能達(dá)到了國際先進(jìn)水平。從日本、以色列、荷蘭、法國等設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家引進(jìn)的溫室,基本屬于輕質(zhì)耐腐蝕金屬材料的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),自動(dòng)化程度高、技術(shù)先進(jìn),數(shù)據(jù)采集和調(diào)節(jié)控制實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)智能化,對(duì)盡快提高我國的設(shè)施化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平起著借鑒和促進(jìn)作用。

4設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢

4.1向結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、管理科學(xué)化、監(jiān)控智能化發(fā)展

根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、栽培制度、資源情況等因素,設(shè)計(jì)適合當(dāng)?shù)貤l件,能充分利用太陽輻射能的標(biāo)準(zhǔn)型設(shè)施、裝置及構(gòu)件,實(shí)現(xiàn)工廠專業(yè)化生產(chǎn)。設(shè)施的生產(chǎn)過程可根據(jù)生物體一天中不同時(shí)間或條件下的溫度、濕度及光照的要求,定時(shí)、定量地自動(dòng)調(diào)節(jié),并由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)與控制,做到精確管理,創(chuàng)造更穩(wěn)定、更理想的環(huán)境條件。可根據(jù)生物體在不同季節(jié)、不同發(fā)育階段、不同氣候條件下對(duì)各種生態(tài)因子的要求,制定一整套具體指標(biāo),溫度、光照、水分、養(yǎng)分及增濃二氧化碳等依據(jù)測定的數(shù)據(jù)并均按生物的生理指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)全過程管理。

4.2向設(shè)施大型化發(fā)展

由于室內(nèi)溫度穩(wěn)定,日溫差較小,單位面積造價(jià)低,容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作管理,設(shè)計(jì)建造趨向大型化、超大型化方向發(fā)展,但是大型設(shè)施有日照較差、空氣流通不暢等缺點(diǎn)。

4.3向工廠化發(fā)展

從1964年維也納建成世界上第一個(gè)種植花卉為主的綠色工廠以來,“植物工廠”在科技和工業(yè)化發(fā)達(dá)的國家進(jìn)入高速發(fā)展階段,工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)線的植物工廠也由采用三維式人工光照系統(tǒng)、營養(yǎng)液為基質(zhì)、機(jī)械化措施調(diào)控室內(nèi)的溫度、濕度、水分和二氧化碳、添注營養(yǎng)成份等第二代人工氣候室向采用低能耗的自然光照系統(tǒng)、環(huán)境與氣象因子智能調(diào)控、無土化循環(huán)液體基質(zhì)為表征的第三代人工氣候室方向發(fā)展。