溫室技術的現狀及發展趨勢

    溫室是利用人工建筑的設施，通過可以調控的技術手段，實施高產、高效的現代農業生產方式。它是改變植物生長的外部環境、為植物生長發育創造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候對其生長發育產生影響的場所。現代化溫室一般可分為玻璃溫室和塑料溫室兩大類。除此之外，還有兩種比較特殊的溫室，即小型人工氣候室和植物工廠。
1 溫室技術的現狀
1.1 國內溫室發展現狀
    我國溫室從兩千年前的漢朝就已經開始，然而真正意義上的溫室技術，則始于20 世紀80 年代初，到20 世紀80 年代中后期，在引進、消化和創新的基礎上，才逐漸形成了國產設施園藝的技術體系。20 世紀90 年代，是我國溫室工程的快速發展時期。日光溫室是我國改革開放后大面積快速發展起來的設施農業，現已成為農業產業結構調整的重要內容。20 年來，我國的設施園藝栽培面積已突破210 萬hm2，與1980 年相比增長了近300 倍，總面積達世界第一，成為世界上最大的蔬菜保護地生產地區，年人均消費蔬菜量的20%由此提供。目前， 我國發展和應用較多的主要是塑料大棚、日光溫室及連棟溫室，也有少量先進的智能溫室。其中，節能型日光溫室、普通日光溫室和塑料大棚發展最快。日光溫室是一種具有中國特色的一面坡溫室型式，是我國北方地區越冬生產園藝產品的主要溫室型式。日光溫室近10 年來發展十分迅猛，形成了一定的產業規模。全自控現代化溫室自改革開放的20 世紀80 年代初開始逐步引進至今，我國的現代化連棟溫室是在引進和自我開發并進的過程中發展起來的，目前我國已能夠設計生產各種現代化連棟溫室。我國現代化溫室除智能化控制系統外，硬件系統基本達到與國際同步的水平，但品種和栽培管理方面的技術與發達國家還存在著較大的差距。資料顯示，在所有的設施栽培技術中，大型現代化溫室的增長速度最快，并正在成為中國設施農業中最具熱點的產業之一。工廠化農業是設施農業的高級發展階段，它是利用高科技設施材料，運用先進的工程技術手段，構建與田間傳統農業截然不同的生產環境，如同在工廠中進行農業生產。它屬于集約型高效農業，在我國尚處于實驗階段，但它代表我國設施農業的發展方向。在溫室控制方面，我國對于溫室控制技術的研究較晚，始于20 世紀80 年代。我國工程技術人員在吸收發達國家溫室控制技術的基礎上，掌握了人工氣候室內微機控制技術，但該技術僅限于溫度、濕度和CO2 濃度等單項環境因子的控制。在溫室結構和設施方面，目前我國溫室的骨架多采用熱鍍鋅管（板），覆蓋材料多為玻璃、雙層充氣膜、PC 板等；對于無土栽培、優良品種選育的研究已達到國際領先水平，但是成果的應用還很有限；在溫室機械耕種方面，只有少量的育苗、移植等設備；溫室節水灌溉技術和設備在我國還處于研究和待開發階段，系統的成套性還較差，主要部件品種少，質量不穩定。目前市場上使用的溫室灌溉關鍵設備基本上都是引進的國外產品，設備價格昂貴，有些產品也不適合我國的國情。因此，加速開發適合國情的成套、適用、可靠、先進的溫室灌溉系統是我國今后節水灌溉設備發展的主要方向。我國設施農業存在的問題主要有：現代化水平不高、調控功能不齊全、同一地區采用的設施結構參差不齊、缺乏統一規格、盲目擴大設施栽培面積、多年連作、土傳染病嚴重、育苗技術落后等。同時，還存在著土地利用率低、能源浪費嚴重、管理技術水平低、勞動生產率低等諸多問題。總的來說，針對我國溫室的設備比較落后的現狀，鞏固兩千多年傳統的栽培管理技術，很好地利用現有條件，學習引進國外先進設備和管理技術，并結合我國實際，因地制宜地進行研究和改造，相信在不久的將來，我國現代化溫室必然會有更快的發展。
1.2 國外溫室發展現狀
    國外設施農業發展速度較快，目前全世界有大型現代化玻璃溫室約3 萬hm2，主要集中在歐洲；普通塑料溫室約有35 萬hm2，主要集中在東亞及環地中海等國家，如荷蘭、日本、以色列、美國等國家。這些國家設施農業十分發達，設備標準化程度、種苗技術及規范化栽培技術、植物保護及新型覆蓋材料開發、設施綜合環境調控等都有較高的水平，居世界領先地位。世界各國發展設施農業涉及以下幾個領域：1) 農作物保護地栽培技術。包括地膜覆蓋栽培和園藝作物溫室栽培、溫室無土栽培技術、畜禽環境工程和設施技術。2) 無土栽培技術。美國、荷蘭、日本等國家大部分設施農業均可進行無土栽培。美國在20 世紀50 年代就用無土栽培方法生產蔬菜。20 世紀70 年代中期，無土栽培已形成相當大規模，在新建的溫室里均已采用無土栽培的生產模式，20 世紀80 年代以來，溫室里幾乎都采用了無土栽培。美國目前無土栽培的蔬菜溫室面積約有2000hm2 多，主要采用袋培方式。荷蘭全國無土栽培面積約3500hm2，主要栽培方式為巖棉栽培。日本無土栽培面積約為245hm2，目前正在擴大基質栽培面積和發展巖棉栽培。英國近年研究出一種新型水培系統，可以自動調節營養液濃度。
2 溫室的發展趨勢
2.1 我國溫室的發展趨勢
    隨著國民經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，溫室的發展趨勢是提高水平、檔次，逐步實現規范化、標準化、系統化，形成具有我國特色的設施體系。我國溫室設施的發展有6 大趨勢：
1) 大型溫室設施的比重明顯加大。1999 年，各種溫室和大中棚的比重分別達到26%和34%，與1982 年相比，分別上升了12%和17%，而小拱棚的比重則下降了29%。
2) 節能日光溫室發展迅速。節能日光溫室從無到有，在溫室面積中的比重增至61%。
3) 以遮陽網覆蓋栽培為主的夏季設施園藝快速發展。1999 年，我國遮陽網覆蓋栽培面積已達13.7 萬hm2。
    4) 設施農業產品生產向標準化發展。包括溫室及配套設施性能、結構、設計、安裝、設施栽培工藝與生產技術規程標準，質量與監測技術標準等。
5) 現代化連棟溫室發展迅速， 溫室設施向低成本、高效益方向發展。溫室環境自動控制和溫室灌溉自動控制已經逐漸成為溫室建設的基本配置，溫室管理向人工智能化方向發展，因此節省了運行成本、實現了高效益。
6) “生態溫室” 逐漸成為我國現代農業發展新模式。現代農業必須從生態環境建設和治理環境污染兩方面考慮，而生態溫室則是一種集棚—菜—畜（禽）—沼氣為一體的生態設施，是“日光溫室與沼氣互作”的新模式。
2.2 國外溫室發展趨勢
當前國際上溫室生產有4 個明顯的發展趨勢，即大型化、現代化、工廠化、高新技術化。1) 溫室的大型化。由于溫室內溫度穩定， 日溫差較小，便于機械化操作且造價低，溫室建筑有向大型化、超大型化發展的趨勢。
2) 溫室的現代化、智能化。計算機智能化溫室綜合環境控制系統開始普及，現在世界上發達國家的溫室生產，溫室內環境的調節與控制已由一般的機械化發展為由計算機控制，實現光照、溫度、濕度、氣體等因素的自動化監控，一些國家在實現自動化的基礎上正向完全自動化、無人化的方向發展。溫室環境控制朝著基于作物生長模型、溫室綜合環境因子分析模型和農業專家系統的溫室信息自動采集及智能控制趨勢發展。
3) 溫室的工廠化。植物工廠是在全封閉的設施內，周年生產園藝作物的高度自動化控制生產體系。植物工廠內以采用營養液栽培和自動化綜合環境調控為重要標志，植物工廠能免受外界不良環境影響，實現高技術密集型省力化作業，生菜、菠菜栽培期較露地縮短1/4～1/2 時間，可1 年多茬次連續生產。目前，高效益的植物工廠在某些發達國家發展迅速，實現了工廠化生產蔬菜、食用菌和名貴花木等。美國現在正在研究利用“植物工廠”種植小麥、水稻以及進行植物組織培養和快繁、脫毒。據報道，近年來日本已有企業建立了面積為1500m2的植物工廠，并安裝有農用機器人，從播種、培育到收獲實現了機械化、電氣化。
4) 高新技術化。發達國家應用于設施農業的高新技術主要有：無土栽培技術、營養液調配技術、環境監測調控技術、二氧化碳施肥技術、蜜蜂授粉(生物)技術、基質消毒技術、機械化作業技術、產品采后處理技術、新能源技術和激光技術等現代化技術。
3 發展我國溫室技術的建議
    為了加速我國農業現代化進程，應本著立足國內目前生產上存在的問題，總結提高，引進國外先進技術，消化、吸收、創新、發展，形成有中國特色的工廠化高效農業體系。要促進我國現代農業發展，同時引導我國農業從目前粗放型、傳統型經營模式向現代化集約型高效農業轉變。在溫室產前、產中、產后關鍵技術與設備方面，如苗木移栽設備、果菜自動采摘、分級設備、無土栽培裝備的開發、溫室屋頂清洗設備、花卉采后處理設備、太陽能利用技術、地熱利用技術等方面，國外應用已十分成熟或正在嘗試，國內卻是空白。我國應結合國情，組織專門力量進行研發，爭取在某些方面有所突破。同時，應立足國情，加強標準化、系列化研究，積極參加國內相關溫室產品標準的制訂工作，提升產品的國際競爭力；加強橫向聯合與國際合作，進行采收機器人、新型覆蓋材料等新技術新產品的開發。面對充滿挑戰的21 世紀，今后設施園藝應從生物—環境—工程3 方面，將單項技術進行綜合配套、規范化和系統化。未來的計算機人工智能系統不僅做到栽培環境全自動控制，而且還要與網絡信息技術相結合，建立起以產品、技術和市場等為主要內容的網絡化管理、實現遠程服務等；與生物技術結合，開發出抗病蟲害、耐貯藏和產量高的溫室作物新品種，為社會提供更加豐富的無污染、安全、優質的綠色健康食品。