1、高级设施农业环境工程学高级设施农业环境工程学 设施农业环境工程学是设施园艺工程专业的一门重要课程。设施农业环境工程学是在研究温室各种环境因素变化规律与基本特征的基础上，结合植物对环境要求的特点，研究如何采用经济和有效的环境调控工程技术与设施，创造适合植物生长发育的环境条件，获得较高的生产效率的一门学科。设施农业包括设施种植和设施养殖两部分，根据我国设施农业的发展现状，设施种植占较大的比重，所以本教材侧重于设施园艺作物对环境条件的要求及调控技术的阐述。本教材共分八章，主要包括绪论、设施的光环境及其调控、设施热环境及其调控、设施水环境及其调控、设施气体环境及其调控、设施土壤环境及其调控、设施环境自
2、动调控系统和能源及其利用等内容第一章 绪言第二章 设施光环境调控技术研究第三章 设施温度环境调控与能源利用技术第四章 设施灌溉技术研究进展第五章 设施气体环境研究现状与进展第六章 设施农业机械化设备研究方向第七章 设施栽培基质与土壤环境研究方向第八章 设施环境自动化控制技术研究进展 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 设施农业在国民经济中的意义和作用设施农业在国民经济中的意义和作用 设施农业是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产与管理方式，实现高效可持续发展的现代超前农业生产方式，具有标准化的技术规范，集约化、规模化的生产经营管理方式。它集成现代生物技术、农业工程、环境控制、管理、信息技
3、术等学科，以现代化农业设施为依托，具有科技含量高，产品附加值高，土地产出率高和劳动生产率高的特点，是我国农业新技术革命的跨世纪工程。设施农业是面对多变的自然气候条件，为作物的生命活动创造一个优化的生长、发育、储存环境，既要兼顾生产率、高产出、高品质、低成本、高效益、环境良好等可持续性发展目标，还须顾及产品的市场需求、市场竞争的压力。设施园艺研究领域取得了越来越多的进展，不仅试验研究出比较适合我国气候条件与国情的园艺设施，而且在保护地栽培、节水灌溉、机械化育苗以及蔬菜、花卉无土栽培等方面的研究也取得了一些成就，研究成果已逐步在生产实践中得到广泛应用与推广。特别是“九五”“十五”期间，我国研制开发
4、了华北型、东北型、西北型、华东型、华南型以及东南沿海等不同生态类型区和气候条件的新型、适用的温室及配套设施，提高整体园艺设施水平。同时，我们又自建或引进了一批荷兰型温室，日本及美国型塑料温室，开展了工厂化育苗的技术研究，大面积采用了薄壁镀锌钢管装配骨架的塑料大棚，使我国保护地生产以塑料大棚为主体的体系发挥着更高的生产效益。第二节第二节 设施园艺生产的现状与展望设施园艺生产的现状与展望从设施总面积上看，中国据世界第一，荷兰位于第二。但从玻璃温室和人均温室面积上看，荷兰占据世界第一。从设施内栽培的作物来看，蔬菜生产占到总生产面积的80%左右，其中果菜类可占90%左右，果菜中最多的是草莓、黄瓜、甜瓜
5、、番茄、西瓜等蔬菜，而我国西甜瓜在温室内生产较少，剩余20%是花卉和果树，又以花卉为主。花卉生产主要是切花类、钵物类和花坛用苗类。果树生产，主要栽培葡萄、桃、柑桔、梨等。国外设施农业发展现状与趋势国外设施农业发展现状与趋势以荷兰、以色列、西班牙、美国、日本、法国等国家为代表，其明显的特征是设施结构多样化，生产管理自动化，生产操作机械化，生产方式集约化，是以现代工业装备农业，现代科技武装农业，现代管理经营农业。1.设施结构的创新与发展欧共体国家温室结构可以分为两大气候类型：是北中欧气候型，依据该地区的气候特点，该类型温室抗风雪冰雹的稳定性好，设置有高效的加温系统，覆盖材料具有高的透光率、良好的隔
6、热性能，并针对夏季的高温期具有良好的通风遮阳设施。是南欧地中海气候型，这一类型的温室特点是适当的加温设施和抗风雪稳定性，具有高效的通风设计和排水与集水节水灌溉系统，具有良好的防虫遮阳设备。内部空间较大，热容量较大。亚洲国家的大型现代化温室发展以日本、韩国、以色列及中国为代表。当前,国外温室产业发展呈以下态势。温室建筑面积呈扩大化趋势；覆盖材料向多功能、系列化方向发展；无土栽培技术迅速发展；设施内部环境因素(如温度、湿度、光照、CO2 浓度等)的调控由过去单因素控制向利用环境计算机多因子动态控制系统发展；温室环境控制和作物栽培管理向智能化、网络化方向发展,而且温室产业向节约能源、低成本的地区转移
7、,节能技术成为研究的重点；广泛建立和应用喷灌、滴灌系统。2.温室环境控制与自动控制技术创新。先进的传感技术创新，主要包括温度、湿度光照和设备状况监测传感器的发明与应用。实现了对环境条件的监测与快速反应和综合分析利用，基本实现了智能化水平。先进的控制技术和控制器的开发与创新。3.生物技术的研究创新。设施农业生产专用品种的创新为设施农业生产的高效奠定了基础；对作物生长发育过程的研究更为深入，由此建立作物生长的模型；生物工程技术在设施农业中得到了应用，例如组培技术与无土栽培技术的结合，使脱毒马铃薯的生产产量提高了一倍，效益提高了4倍。4.生产技术与产业发展 十七世纪玻璃在欧洲的问世，荷兰便有了最早的
8、玻璃温室；二战后塑料薄膜在美国的发明及其后来在现代温室上的应用带来了世界范围内设施农业的一场革命。目前，荷兰拥有现代化玻璃温室约1.5万公顷，占世界玻璃温室的1/4，其每年在蔬菜、花卉等高档农产品方面的出口总额达450亿美元。以色列拥有各类温室3000多公顷，年产鲜花10亿支以上，花卉出口占世界前三位。现在，这些国家的设施农业均已形成了完整的技术体系，其现代化温室已达到能根据植物对环境的不同需要，由计算机对设施内的温、光、水、气、肥等因子进行自动监测和调控。同时，部分蔬菜和花卉品种还实现了从育苗、定植、采收到包装上市的专业化生产和流水线作业。美国经济发达，科技水平高，因而温室发展很快，对设施栽
9、培尖端技术如太空设施生产技术的研究已形成成套的、全自动设施栽培技术体系，尽管温室种植面积并不大，但温室技术、无土栽培的研究工作在世界居领先地位。美国的温室主要集中在南部气候温和地区，以周年生产高品质的新鲜花卉为主，盆花和切花销售量最大，而蔬菜很少，蔬菜栽培面积大约只有400 hm2左右。玻璃、薄膜、塑料板材都应用的也很普遍，温室骨架一般都经过很好的防腐处理，寿命长达20 30年。日本设施农业技术居世界前列，是设施农业技术强国。日本温室中的绝大多数为塑料温室，占温室总面积的95.6%，塑料温室以种菜为主，而玻璃温室以种花居多。日本已经实现了“植物工厂”的实用化，能够完全不受自然条件的限制。三、国
10、内设施农业发展概况与趋势三、国内设施农业发展概况与趋势近年来，设施农业面积有了更快的发展，到2008年底，全国设施农业总面积达到5020万亩。我国设施栽培面积最大的省份是山东、河北、河南、辽宁、江苏和陕西，而高效节能日光温室面积最大的省份为山东、河北、辽宁。2008年全国主要省市设施农业总面积 万亩（万公顷）我国设施农业发展的趋势我国设施农业发展的趋势1.新设施、新技术应用发展趋势目前国外设施农业的发展呈现以下的趋势:温室建筑面积增大。大型化扩大每栋温室的面积,有利于节省材料、降低成本、提高采光率和提高栽培效益。机械化、自动化。内部环境因素(如温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等)的调控技术应用
11、。由过去单因子控制向利用环境计算机多因子动态控制系统发展。无土栽培。无土栽培具有节水、节能、省工、省肥、减轻土壤污染、防止连作障碍、减轻土壤传播病虫害等多方面优点。覆盖材料多样化。发展温室生物防治。温室内部广泛使用喷灌或滴灌等节水灌溉系统。2、以农业园区建设为核心的辐射发展模式、以农业园区建设为核心的辐射发展模式 为推动我国设施农业生产的发展步伐，国家科技部、农业部及个地方政府把设施农业技术研究和示范项目列入农业产业，1996年在上海、北京、沈阳、浙江、广东等地建立了蔬菜和苗木工厂化高效生产示范区，近年来，各地方依据当地环境与生产需要，全国大部分县市。（1）上海蔬菜高科技推广中心（2）沈阳市蔬
12、菜科技示范区（3）北京蔬菜高科技示范园 陕西省在杨凌投资2亿元建立了现代农业示范园，主要展示现代化温室生产技术和进行人才培训。3.我国设施农业面临的问题及对策我国设施农业面临的问题及对策（1）数量较大，质量较差（2）设施种类齐全，内部功能较差（3）机械化程度低，劳动强度大（4）生产技术不规范，产量较低4.设施栽培的发展趋势设施栽培的发展趋势针对我国设施栽培发展的大好形势，今后一段时间的发展重点应该是，大力发展以高效节能型日光温室为龙头的设施栽培，要制定各种类型的设施标准，建立低成本、低能耗的设施设备成套技术体系，高效设施栽培管理体系和设施生产产业化体系，从机械化、电气化、专业化着手，提高设施结
13、构与设备档次，进一步发展为工厂化高效农业。要集成国内外农业高新技术，以市场为导向，科技为先导，大幅度提高单位面积产量与效益，走出一条适合我国国情的，并与世界先进农业生产方式接轨的农业新兴模式。（1）开发新型温室结构，制定设施标准体系（2）开发设施内环境控制技术与设备（3）新品种引进与配套栽培技术研究（4）开发与应用设施生产机械作业技术（5）开展设施生产产业化体系及经营管理模式的研究（6）开展无公害蔬菜生产技术的研究（7）培养设施农业管理的专门人才第三节第三节 设施园艺生产技术变革设施园艺生产技术变革 一、技术革新一、技术革新 1.开发和改良设施构造和覆盖材料 2.育苗技术工厂化，省力化 3.调
14、节环境条件，适应作物生长。4.防止连作障害，推广无土栽培技术。二、今后的展望 1.需要研究的主要问题 适宜于不同地区、不同生态类型的新型系列温室及相关设施的研究开发，提高我国自主创新能力和设施环境的自动化控制技术水平。设施配套技术与装备的研究开发，包括温室用新材料、小型农机具和温室传动机构、自动控制系统等关键配套产品，提高机械化作业水平和劳动生产率。温室资源高效利用技术研究开发，如节水节肥技术、增温降温节能技术、补光技术、隔热保温技术等，降低消耗，提高资源利用率设施栽培高产优质栽培技术研究，特别是依据节能日光温室环境特点的水分管理技术研究。实用无栽培技术研究。特别是沙化地栽培技术研究。自主知识
15、产权的品种选育研究，改变我国设施园艺主栽品种长期依赖国外进口的局面。设施农业生产安全技术研究，如绿色产品生产技术、环境控制与污染治理技术、土壤和水资源保护技术等。2.中国设施农业的发展前景展望 设施农业作为一个新兴产业，在技术和资金将会得到进一步扶持，使其向规模化、专业化和产业化方向发展。设施农业的结构将进一步趋于合理，设施内配套技术、操作机械、环境调控设施将进一步完善，并实现可持续发展,在引进、消化、吸收发达国家温室生产技术的基础上，开发出具有集热、蓄热和保温、调温能力的大型智能化连栋温室；开发出透光保温合一型材料、遮光保温合一型材料、光调节薄膜和生物可降解薄膜等新型复合材料；研究温室微环境内的生态循环过程，减少化肥和农药的投入，控制最佳灌溉，实现设施农业的可持续生产。一大批高产、优质、抗劣性强适宜于设施农业生产的品种将会得到进一步开发和应用设施农业的区域辐射面积将进一步扩大.中国的设施农业区域将从目前的华北、东北和沿海地区向西北地区和一些欠发达地区辐射。
