<p>2018 年01 月 &nbsp;總第272 期 37設(shè)施園藝（Protected Horticulture）是通過一定的工程技術(shù)手段，局部改善或創(chuàng)造作物生長發(fā)育的適宜環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的一種高效農(nóng)業(yè)。設(shè)施園藝的顯著特征是以現(xiàn)代裝備為支撐，作物生長的溫度、濕度、光照、CO2以及營養(yǎng)液等環(huán)境要素均可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化管控，作物生產(chǎn)管理過程也可由相應(yīng)的智能機(jī)械裝備進(jìn)行省力化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。國際智能設(shè)施園藝技術(shù)進(jìn)展20世紀(jì)70年代以來，隨著現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透，荷蘭、以色列、美國和日本等國設(shè)施園藝技術(shù)不斷創(chuàng)新，智能化管控水平不斷提升，黃瓜、西紅柿單產(chǎn)已達(dá) 60-120kg/m2。文 | 楊其長 &nbsp;中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 &nbsp;研究員 我國智能設(shè)施園藝技術(shù)突破之路在何方？設(shè)施園藝的顯著特征是以現(xiàn)代裝備為支撐，作物生長的溫度、濕度、光照、CO2以及營養(yǎng)液等環(huán)境要素均可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化管控，作物生產(chǎn)管理過程也可由相應(yīng)的智能機(jī)械裝備進(jìn)行省力化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。近些年來雖然我國智能設(shè)施園藝技術(shù)取得了快速發(fā)展，但與荷蘭、日本、以色列等發(fā)達(dá)國家相比，仍有較大差距。必須加大研發(fā)力度，迎頭趕上。PART04中國農(nóng)村科技 CHINA RURAL SCIENCE &amp; TECHNOLOGY38/ 封面專題COVER REPORT可與植物對話技術(shù)快速發(fā)展。 多年來，荷蘭、以色列和美國等國積極探索設(shè)施園藝的智能化管控，通過對作物發(fā)育與環(huán)境、營養(yǎng)定量關(guān)系的長期研究，構(gòu)建了番茄、黃瓜等作物模型TOMSIM、TOMGRO等，荷蘭、以色列等國相繼開發(fā)出以環(huán)境、營養(yǎng)與生理信息為基礎(chǔ)、以最大生物量為目標(biāo)函數(shù)的智能決策系統(tǒng)，美國還率先提出可與植物對話的技術(shù) SPA(Speak Plant Approach to Environment Control)，通過生物與環(huán)境傳感器進(jìn)行植物生理生態(tài)信息的獲取，并與各種決策模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對植物生產(chǎn)過程的智能化管控。節(jié)能與新能源技術(shù)創(chuàng)新備受關(guān)注。 對化石能源的依賴是發(fā)達(dá)國家設(shè)施園藝的重要特征，荷蘭全國12%的天然氣、日本每年100萬噸石油用于溫室增溫，節(jié)能需求迫切。荷蘭以大幅提高覆蓋材料透光率和太陽能利用為目標(biāo)，研發(fā)出一種叫zigzag的板材，利用反射光的二次利用，透光率達(dá)93%95%；開發(fā)出屋頂清洗機(jī)械以增加透光率；荷蘭、德國等積極探索淺層地能調(diào)溫技術(shù)，利用土壤作為冷熱源，與熱泵結(jié)合進(jìn)行夏季降溫、冬季采暖，節(jié)能達(dá) 65% 70%；為減少人工補(bǔ)光能耗，歐美、日本等采用 LED 替代高壓鈉燈，節(jié)能 50% 以上。智能機(jī)械與機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速。 隨著溫室單體規(guī)模的不斷擴(kuò)大、勞動(dòng)力成本的持續(xù)上升，機(jī)械化與自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速。美國最早開發(fā)出育苗穴盤播種一體化裝備，荷蘭、丹麥等研發(fā)出以巖棉基質(zhì)為核心的營養(yǎng)液栽培技術(shù)，日本、荷蘭等開發(fā)出蔬菜定植、移栽、收獲、分級(jí)包裝等工廠化成套機(jī)械。近年來，溫室管理機(jī)器人研發(fā)極為活躍，黃瓜與番茄采收機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、種苗嫁接機(jī)器人、植保機(jī)器人、種苗移栽與整枝機(jī)械手等不斷推出，機(jī)器人正進(jìn)入應(yīng)用階段。植物工廠技術(shù)創(chuàng)新深受關(guān)注。 植物工廠作為環(huán)境高度可控、產(chǎn)能倍增的高效生產(chǎn)方式，受到世界各國的廣泛關(guān)注。日本、荷蘭、美國等從戰(zhàn)略需求出發(fā)積極開展植物工廠技術(shù)創(chuàng)新，在植物 LED 光源創(chuàng)制、立體栽培以及智能化管控等方面取得了重要進(jìn)展。荷蘭飛利浦公司開發(fā)出多款植物 LED 光源，美國 Aerofarms 公司研發(fā)出霧培植物工廠，日本松下、三菱等探索完全由機(jī)械手操作的植物工廠，美國 NASA 甚至研究在太空采用植物工廠技術(shù)實(shí)現(xiàn)宇航員食物的自給。我國智能設(shè)施園藝技術(shù)發(fā)展經(jīng)過 30 多年的快速發(fā)展，尤其是“九五”以來通過國家一系列重大項(xiàng)目的立項(xiàng)支持，我國智能設(shè)施園藝技術(shù)不斷取得突破。節(jié)能型設(shè)施結(jié)構(gòu)創(chuàng)新取得重要進(jìn)展。 通過引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，智能連棟溫室研發(fā)制造能力得到顯著提升，溫室各項(xiàng)環(huán)境與營養(yǎng)要素可以實(shí)現(xiàn)智能化管控；節(jié)能日光溫室結(jié)構(gòu)、材料、栽培以及配套裝備等關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破，實(shí)現(xiàn)了在北緯34-42度區(qū)域冬季不加溫條件下進(jìn)行果菜類作物的生產(chǎn)，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 4 億噸以上。智能環(huán)控與裝備水平不斷提升。 針對不同氣候特征和作物需求，成功研制出溫室濕簾風(fēng)機(jī)降溫、遮陽保溫、采暖通風(fēng)等環(huán)控技術(shù)裝備及其智能化管控系統(tǒng)，研發(fā)出播種、育苗、嫁接、肥水一體化管控等作業(yè)機(jī)具，并突破了日光溫室熱能主動(dòng)蓄放與控制等新技術(shù)，設(shè)施智能環(huán)控與裝備技術(shù)水平2018 年01 月 &nbsp;總第272 期 39經(jīng)過30多年的快速發(fā)展，尤其是“九五”以來通過國家一系列重大項(xiàng)目的立項(xiàng)支持，我國智能設(shè)施園藝技術(shù)不斷取得突破。進(jìn)一步提升。智能植物工廠技術(shù)取得重要突破。 通過自主創(chuàng)新，先后突破植物工廠 LED 光源創(chuàng)制、光溫耦合環(huán)境調(diào)控、營養(yǎng)液循環(huán)與控制以及基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化管控等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了植物工廠成套裝備的完全國產(chǎn)化，顯著提升我國在該領(lǐng)域的國際地位。國內(nèi)外差距及突破重點(diǎn)何在雖然中國智能設(shè)施園藝技術(shù)取得了快速發(fā)展，但與荷蘭、日本、以色列等發(fā)達(dá)國家相比，仍有較大差距。具體表現(xiàn)：一是設(shè)施單體規(guī)模小。 我國 98% 以上的設(shè)施仍是面積僅為 300m2-600m2的日光溫室或中小拱棚，具有自主產(chǎn)權(quán)的大型化智能溫室技術(shù)亟待突破。二是機(jī)械化、智能化水平仍較低。 我國設(shè)施園藝機(jī)械化率僅為30%左右，無土栽培占比不到1%，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。三是產(chǎn)量低、品質(zhì)難以保障。 黃瓜、番茄產(chǎn)量一般僅為10-15kg/m2，藥肥用量大、品質(zhì)不易保障；四是智能植物工廠產(chǎn)業(yè)化水平仍較低，智慧化管控、智能裝備技術(shù)亟待突破。為加快我國智能設(shè)施園藝發(fā)展，進(jìn)一步縮小與發(fā)達(dá)國家技術(shù)差距。今后一段時(shí)期，我們需緊緊圍繞設(shè)施園藝對智能化技術(shù)的迫切需求，重點(diǎn)在以下幾個(gè)方向率先突破：一是中國特色的節(jié)能大溫室創(chuàng)制。 智能化設(shè)施園藝的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸是溫室的大型化。因此，亟待開展基于我國氣候特征的大型連棟溫室保溫與蓄熱等關(guān)鍵技術(shù)研究，創(chuàng)制出低成本、零化石能耗的大型智能連棟溫室。二是基于模型的溫室 SPA 智能管控技術(shù)研究。以作物最大生產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建環(huán)境與營養(yǎng)管理模型，研發(fā)出溫室 SPA 智能化控制技術(shù)裝備。三是設(shè)施園藝智能機(jī)械與裝備研發(fā)。 突破設(shè)施園藝全程機(jī)械化及其智能裝備技術(shù)，重點(diǎn)攻克種苗嫁接機(jī)器人、移栽機(jī)械手、栽培管理機(jī)械手以及水肥智能管控等關(guān)鍵技術(shù)。四是垂直智慧植物工廠關(guān)鍵技術(shù)研究。 攻克超高層（20層以上）垂直智慧植物工廠關(guān)鍵技術(shù)裝備，研發(fā)植物工廠智慧管控機(jī)械手、機(jī)器人等。</p>