一 设施农业发展历程及国外发展研究

（一）设施农业发展历程

“设施农业”是借用的外来（日本）语词汇，^［1］与国际上提出的“Controlled Environment Agriculture”（ECA）在含义上基本相近。

设施栽培历史久远。在国外，公元前4世纪已有著作记述植物被种在保护地上生长。到公元初期的罗马时代，已利用透明的云母片覆盖黄瓜，使之提早成熟；15～16世纪，英国、荷兰、法国和日本等国家开始搭建简易温室，栽培时令蔬菜或小水果；17～18世纪，法国、英国、荷兰等国家已出现简易玻璃温室；至19世纪，玻璃温室以及双屋面玻璃温室相继出现，^［2］英国开始研究温室加温设备；20世纪60年代，美国成功研制无土栽培技术，使温室栽培技术产生一次大变革，从此设施栽培逐步走向机械化、工厂化、智能化。

在我国，最早的文字记载见于西汉（公元前206～公元23年）的《汉书补遗》中：“大官园种冬生葱韭菜茹，覆以屋庑，昼夜燃蕴火，得温气乃生……”到了唐代，已利用天然温泉水在早春季节种植瓜类，明朝期间温室暖窖栽培已具相当水平。^［3］而果树的设施栽培开始于18世纪。目前，世界各国设施栽培的果树主要是落叶果树。其中以葡萄最多，另外还有草莓、桃、苹果、樱桃、梨、李、杏、无花果等。^［4］

设施养殖相对发展较晚。自20世纪30年代人工合成维生素的成功、蛋白质工业的出现以及40年代饲料添加剂问世后，畜牧养殖业向现代化、集约化方向发展，相继出现工厂化养鸡、养猪和养牛。经过多年实践发展，设施养殖的生产方式及工程配套技术逐步成熟。

在水产养殖方面，许多国家自20世纪60年代起探索建造养鱼车间，进行封闭式循环流水养鱼或利用地热和工厂余热开展温流水工厂化养鱼。^［5］美国于1964年首次引进网箱养殖技术，德国于1983年研发出一种全封闭循环温流水设施——施泰勒马蒂克养鱼系统进行工厂化养鱼，日本利用封闭式循环流水鱼类养殖车间从养殖鲤鱼开始逐渐发展到养殖鳗鱼等珍贵鱼类。

图1 设施农业发展历程及各阶段主要特征

（二）国外设施农业发展的趋势与最新成就

1.设施建设标准化、大型化、节能化

为适应不同类型的自然资源条件与不同农作物的栽培特点，充分利用太阳辐射，发达国家实现了农业设施的系列化和标准化。同时，为了节省材料、降低成本，提高采光率、栽培效益及经济效益，生产型温室不断向大型化方向发展，温室高达到4.5米以上。大型的温室空间有利于开展立体栽培，便于机械化作业。再者，采用发展风能、太阳能、地热资源及工业余热利用技术，改善温室结构与覆盖材料、开发节能光源、小气候控制等提高能源利用效率的措施，以及对大型温室结构进行分析，开发通风换气效率高的温室，解决夏季室温过高的问题。^［6］

温室节能技术：

（1）覆盖材料透光技术。

荷兰瓦赫宁根大学发明了一种叫Zigzag的板材，利用反射光的二次利用，透光率最高可达93%～95%。还有温室屋顶清洗机械装置，以及对温室覆盖材料的内侧进行镀膜处理，可阻止温室内部长波向外辐射，可节能25%以上。

（2）热能的多用途利用和余热回收技术。

国外温室锅炉的烟筒普遍装有余热回收系统，热回收效率达75%以上。利用土壤作为蓄热源，节能幅度达65%～70%。

（3）温室优化结构技术。

通过缩小屋脊和扩大温室单栋面积来合理采光和减少热损失，温室结构向高大发展，有利于温度稳定及提高光合利用率。荷兰还对屋顶铝材结构进行了较大改进，增加了密封胶条，有效减少玻璃由于热胀冷缩发生的破损。

（4）节能光源LED技术。

目前已研制出针对植物需求的单色LED及其组合光源，光能利用率达80%～90%，并已实现在温室补光、组培、育苗以及植物工厂等领域的应用。

2.设施环境监控自动化、智能化、网络化

3S（GIS、GPS、RS）技术、无线传感器网络技术、现代通信技术、智能控制技术、计算机视觉技术以及计算机自动控制技术等高科技被引入设施农业，使设施内温度，湿度，光照，营养等综合环境自动控制，以达到作物所需的最佳状态，^［7］推动设施农业环境监控系统朝着自动化、智能化和网络化方向发展。

（1）自动控制技术。

自动控制技术是指对设施内温度、湿度、光照、水分、营养、CO₂浓度等综合环境因子的自动监测与调控。如温室作物高效生产管理模型的研究，通过对温室作物生理信息与环境、