2016设施园艺学术年会主题报告精编

张瑜

随着科学技术的进步和农业工程技术的发展，集园艺科学、环境调控、栽培管理、景观规划、现代装备等技术为一体的设施园艺内涵更加丰富。我国设施园艺的发展呈现温室建设大型化、装备技术集成化、操作技术机械化、设施品种多样化、栽培技术无土化等多种趋势。本刊编辑部对部分专家的主题报告做了编辑整理，以飨读者。

我国蔬菜产业及对机械化的需求

中国园艺学会理事长、中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员 杜永臣

蔬菜产业现状与发展趋势

蔬菜产业现状

中国2015年蔬菜播种面积为3.3亿亩（0.2亿hm2），比2014年增加3.4%；蔬菜的总产量约7.85亿t，比2013年增长3%。产值约1.5亿元，为全国农民人均纯收入贡献1000多元。约9000万人直接从事蔬菜生产。

2014年中国蔬菜出口量为976万t，比2013年增长1.5%。出口额125.0亿美元，比2013年增7.9%，贸易顺差119.9亿美元，增长7.3%。 2014年世界蔬菜进出口贸易总量约为1.54亿t，进出口总额约为1750亿美元。出口额排名前十位的国家依次为荷兰、中国、西班牙、美国、墨西哥、比利时、意大利、法国、加拿大、德国；进口额排名前十位的国家依次为美国、德国、英国、法国、荷兰、日本、俄罗斯、加拿大、比利时和意大利。

全国分布广泛，优势区域明显

近几年，蔬菜生产的优势区域在扩展。中国六大蔬菜优势区域：黄淮海与环渤海设施蔬菜优势区域、长江流域冬春蔬菜优势区域、北部高纬度夏秋蔬菜优势区域、黄土高原夏秋蔬菜优势区域、云贵高原夏秋蔬菜优势区域、华南与西南热区冬春蔬菜优势区域。

2014年中国蔬菜播种面积前十位的省份分别为：山东、江苏、河南、四川、广东、贵州、湖南、河北、湖北、广西。

面积增幅减小，生产规模趋稳

通过分析1978～2014年的蔬菜生产面积情况发现，全国生产面积增幅减小，生产规模趋于平稳（图1）。

东部面积稳定，中西部持续增加

从蔬菜农情监测网统计的数据来看，近年来东部地区的蔬菜生产面积增长很小，或是没有增长；中西部地区的蔬菜生产面积增长幅度相对较大（图2）。

设施栽培持续增长，高山蔬菜稳步发展

设施蔬菜的生产面积增加较多，设施蔬菜占总产业的比例越来越大。过去5年每年全国增加各种设施大约超过100万亩（6.7万hm2）。增加高山、高原蔬菜50～80万亩（3.3～5.3万hm2）（图3）。

设施建设进入了新的改良优化探索阶段。不仅设施生产基地的建设规模越来越大，设施本身也有大型化的发展倾向。原来的日光温室跨度大都在10 m以下，近年来新建成的日光温室跨度大部分都超过10 m，甚至达到16 m以上。除了河北青县已有10多年的巨型大棚生产实例外，最近寿光，以及陕西、江苏的个别地区都相继建成了一些大跨度、大面积的塑料大棚。

栽培种类丰富，地域特色鲜明

中国是世界上蔬菜栽培种类最丰富的国家。常年栽培的蔬菜有70多种。根据最新统计，辣椒（包括甜椒）成为生产面积最大的蔬菜作物，传统的大白菜生产面积退居第二位。截至2013年农业部批准344个产品通过农业部地理标志农产品（蔬菜）认证，其中大部分为传统产品、有机产品和新奇特产品。

价格稳中有升，周年波动明显

中国的蔬菜价格波动依然明显。一是年份之间有波动，近几年来总体上看年份之间是稳中有升。二是周年季节之间有波动。从近几年的情况，特别是2016年的情况来看，周年价格的波动明显大于年份之间的波动。

多种经营主体并存，组织化程度有所提高

农民合作社发展迅速 中国蔬菜专业合作社大约超过6万个。

专业企业迅速增加 企业通过土地流转建立生产基地，雇佣农工生产，产销一体经营，规模从几百亩到数千亩不等。东南沿海一带发展较早。近年来内地一些从事房地产业、矿业企业纷纷投资蔬菜产业。其中部分企业由于市场定位不准，管理不当，导致效益不佳，甚至亏损。

家庭农场开始涌现 家庭农场是以家庭成员为主要劳动力，从事农业规模化、集约化、商品化生产经营，并以农业收入为家庭主要收入来源的新型农业经营主体，规模可达几十亩至数百亩。

流通格局基本形成，多种流通主体、流通形式交叉并存

中国有大量的产地和消费地批发市场，全国从事蔬菜流通的批发市场3000多个，批发量占蔬菜销售总量的70%以上。但中国批发市场在规范化和标准化方面亟待进行改進。中国蔬菜的流通渠道复杂，超过70%的产品是生产者通过经纪人到产地批发市场、消费地批发市场，再到零售市场，环节多，造成流通损耗大，流通成本大。应该通过政策的调整、技术的研究，尽量减少产品在产地的流通环节，推进流通过程扁平化。

产品安全品质持续改善，质量追溯体系开始建立

近年来，中国蔬菜农残检测合格率一直保持在96%以上。农业部和地方都在推进“菜篮子”产品质量安全追溯信息平台的建设。

生产成本不断上升，但农民收入看好

虽然近年来蔬菜生产的成本不断增加，成本利润率不断下降，但依然是农业产业中效益较好的产业之一。例如，今年寿光日光温室果菜类蔬菜生产全年纯利润平均达到5万元/667m2以上。据了解，全国许多地方依然将蔬菜列为“十三五”期间农业优先发展的产业。

蔬菜产业发展趋势

蔬菜产业存在的问题：价格波动大，效益不稳定；资源利用率低，过度使用化肥，大水漫灌依然较普遍；产品质量安全的潜在风险依然存在；组织化程度低，盲目种植较普遍；机械化程度低，人力成本高；标准化程度低，产量、质量不稳定。

近期蔬菜产业发展总的趋势是，规模进一步趋稳，优势区域范围向中西部延伸；价格进一步趋稳；设施面积增幅逐步趋稳，设施结构更新优化步伐加快；尽管近期内个体户依然是生产的主力，但新型经营主体将进一步增加；单位面积效益提升空间进一步缩小，适度规模经营成为今后提高生产效益的主要途径。

加快机械化的迫切性

加快蔬菜生产机械化是节约人工成本、提高生产效益的迫切要求，是降低劳动强度、改善劳动环境的迫切要求，是适应城镇化、解决劳动力短缺的迫切要求，是提高作业效率、发展新型经营主体的迫切要求，也是改变传统作业、实现产业信息化、智能化的迫切要求。机械化是蔬菜产业实现现代化的首要条件和重要基础。没有机械化、自动化的基础，信息化、智能化、物联网就不可能真正实现，也就无从谈蔬菜产业的现代化。

蔬菜机械化特点与具体需求

蔬菜机械化特点

多样 蔬菜生产种类多、栽培方式多、地貌类型多。

小型 规模面积小，设施空间小，丘陵山地多，间作、套作多。

精巧 蔬菜生产高度集约化，要求精准程度高；蔬菜多为幼苗定植，产品多为鲜嫩的果实、叶球、叶片和根、茎等，操作过程中容易产生机械损伤，所以蔬菜机械一定要精巧。

目前蔬菜生产上急需的作业机械

播种育苗环节 适合多类种子（包括非丸粒化）的高效精量播种机，适合像大蒜这样的营养体繁殖的作物的播种机。

田间整地与定植环节 畦高与宽幅可调的作畦机械；适合白菜类、甘蓝类、茄果类、瓜类、大葱、洋葱等的各类定植机（适合不同土壤和铺膜后定植）。

收获环节 绿合菠菜、不结球白菜、大葱、韭菜等有序收获，适合根茎类（胡萝卜、洋葱、大蒜、生姜）产品收获，适合莲藕、荸荠等水生蔬菜收获的各类收获机械。

采后处理 分级、分选、清洗及自动包装设备。

智能监测控制技术与现代设施农业生产

南京农业大学工学院院长 汪小旵

现代温室工程技术的两大任务：满足作物高产对环境的要求；降低能耗以节省生产成本。

环境可控是满足作物高产最基本的要求，但在温室中，仅环境可控是远远不够的，设施内的温度、湿度、CO2浓度的均匀性、一致性也对作物产量起到重要的影响。随着温室面积的增加，大型温室的均匀性、一致性优于小型温室。

在物联网的监控中发现，环境参数与作物生理、生态参数的关系密切。假设温室中传感器的温度是25℃，并不代表温室中的每个位置的温度都是25℃，也不代表植株生长的环境温度是25℃，植株不同部位（冠层、中部、底部、根）的溫度也不一样。所以，作物感知物联网技术是非常重要的。

设施温室环境信息检测与控制系统

温室环境信息控制器的研究方案有①方案1：基于ZigBee和FPGA的温室作物及环境信息监控系统（早期）。②方案2：网络型温室环境信息监控系统（后期）。③方案3：综合型温室环境信息监控系统（近期）：集成了室内环境参数、室外环境参数、植物生理生态信息的监控系统；信息采集：室外环境、室内环境、作物个体信息、作物群体；控制器：FPGA控制器、ARM控制器、PLC控制器、MCU控制器、网络型控制器；远程监控系统研发的不同版本：WEB版、WEBACCESS版、Android版。

项目实例：南京林大农业生态园温室智能控制系统。课题组研制的基于ZigBee与FPGA的温室环境控制系统，在林大公司的农业生态园内进行示范应用，示范应用主要包括：温室环境监控与大田灌溉监控，从而不断优化监控系统的软硬件方案。

设施温室植物表型信息检测

通过激光扫描系统，得到线椒三维点云模型，对作物整体不同时期扫描，还可得到辣椒的外形变化信息（株高和幅宽），甚至可以提取辣椒的骨架。通过作物细节扫描，可得到植株的茎粗、果实长度等数据。激光视觉量测叶片长度与茎杆直径的准确率分别为95.39%

对于群体作物，利用一个位于温室上方的摄像头，获取温室的图像，通过这个图像可以获取群体生长参数，可对图像进行分割，对特殊图像进行提取，然后进行反演，得到作物的茎秆高度、茎秆直径、叶面数量、坐果数量等。

设施温室植物生理信息检测

作物茎流速率测量与预测

茎流速率传感器特点：采用茎热平衡原理SGB9-WS型号包裹式茎流传感器。

传感器包裹在茎秆的根部，通过热平衡算法，可以获得这一株植物的实时蒸腾速率。植物蒸腾速率与温室环境参数间非线性耦合时延性关系。通过多时间尺度分析结果，表明可以以短时间内的环境参数和蒸腾速率序列预测后续序列。

智能滴灌控制系统

智能滴灌控制系统不需人工干预，能够较精确地控制灌水量，把水和养分直接输送到作物根部附近的土壤中，通过计算作物蒸发蒸腾量来确定灌溉量。

植物荧光图像采集与分析系统

为了在温室中能够快速、便捷地获取植物生理生态信息，研究人员设计了一套基于LabVIEW和MATLAB的叶绿素荧光图像采集分析系统。在PC上位机端，通过LabVIEW软件及VISA、VDM、VAS等组件实现了基于虚拟仪器的仪器控制和机器视觉功能。并选定适合本项目的LabVIEW和MATLAB软件混合编程方式，根据应用需求设计了基于MATLAB的图像处理软件。在控制器下位机端，使用Keil uVision5软件进行程序设计，实现了动作机构的控制。植物荧光图像采集与分析系统通过配有460～480 nm滤光片的CCD相机获取荧光图像，激发光源为473 nm LED的蓝紫光，激发强度为9.5 mW，相机的曝光时间为200 ms，相机与光源距离载物台的高度为20 cm。

基于叶绿素荧光动力学参数的作物生理信息诊断

针对江苏省设施蔬菜夏季生产所面临的高温和Ca（NO3）2双重逆境导致的蔬菜产量锐减和食品安全问题，结合叶绿素荧光检测技术，以开花期甜椒为试材，研究了温室内高温环境下不同盐分处理对甜椒生长、前期产量和光合能力的影响。

基于CFD非稳态模型的温室环境模拟与控制

基于CFD非稳态模型的温室环境模拟与控制可实现“点”控制到“场”控制突破，综合环境场的空间变异特征。CFD模型优势是模型综合度高、模型具有普适性、算法高效准确、输出结果丰富。

設施温室植物肥水一体化灌溉系统

多通道肥水一体化灌溉施肥机

为了多通道营养液与水源在线高效精准混合，实现肥水灌溉量与电导率精准控制，为肥水一体化灌溉施肥智能调控系统提供硬件平台，设计了肥水灌溉施肥精准混肥系统。

HMI控制界面

HMI控制界面包括HMI控制器登入页面、肥水灌溉机控制主页、混肥参数设置页面、混肥参数设置页面、系统化工作状态页面、肥水灌溉机历史数据查询页面。

营养液配方参数

在配制营养液时，由于蔬菜的种类不同，所选择的营养液配方也有所不同，表1是以温室黄瓜为例的营养液配方。

表1 温室黄瓜营养液配方参数/（mmol/L）

元素 用量 元素 用量

NH4+ 1.25 K+ 8.0

Mg2+ 1.37 NO3- 16.0

H2PO4- 1.25 Si 0.75

Mn2+ 10 Zn2+ 5.0

Cu2+ 0.75 Mo 0.5

Ca2+ 4.0 Fe2+ 15.0

SO42- 1.37 B 25.0

轻简式智能灌溉施肥机

该装置以TEFEN-MixRite比例施肥泵为基础，进行机身结构设计与系统软硬件设计；系统下位机以STM32F103ZET6模块为核心，结合多通道传感器信号采集及继电器驱动板，实现对电导率、酸碱度、土壤湿度等6个肥水信息的在线监测和对执行机构（电磁阀、隔膜泵）的实时控制；上位机以WQT-T8060-104型HMI触控屏为平台，实现触控和智能决策控制于一体的灌溉施肥管理。

基于触压扰动信号的虫情预警系统

双层杀虫灯：防雨盖、光源灯体、双层高压电网、接虫装置、电路控制箱、接虫口。

在传统杀虫灯的基础上，增加感应装置，当虫在电网中被电死后，系统获取电网的信号，把电信号转化为被电虫的数量，来预测虫情，信息也可以发送到手机中。

茎叶类蔬菜有序收获机

⑴ 以芦蒿、芹菜为例，根据其根茎生理形态特征，设计根茎切割刀台机构、刀台材料、驱动方式和根茎切割方式等。

⑵ 根据茎叶类蔬菜的茎叶生物学特征，设计可调式搅龙机构、柔性夹紧机构和有序传输机构、有序装载台架机构等。

⑶ 根据中国设施蔬菜生产中典型设施结构，设计茎叶类蔬菜有序收获配套小车结构和传动机构。

省力化田间物流运输平台研发

运输功能：运载平台前部为控制前台，内部搭载了运载平台的控制系统和其他部件。运载平台后部搭载了由铝型材与合页组成的铝架框架。

升举功能：为了更便于工作人员控制升降台的升降高度，升降台表面安装有两个控制电动推杆的脚踏板开关，分别控制升降台的升降。利用电动推杆自带的自锁功能，即可实现在电动推杆行程范围之内，任意高度的停留，方便工作人员作业。

跟随功能：平台设置人形跟随功能，人在前方作业，运输车和人之间保持20～50 cm的可调节距离。

天津市设施蔬菜产业发展现状及对策

天津市农业局蔬菜管理处副处长 郭向华

天津市概况

天津市常住人口1546.95万人，其中乡村人口260.7万人。

2015年天津市农业总产值467.44亿元，占全市GDP的2.8%，其中种植业产值240.74亿元。农民人均可支配收入18482元。2015年农作物总面积（50.2万hm2），2015年农作物总产量687万t。

蔬菜产业发展概况

2015年，天津市菜田面积6.0万hm2，其中设施占地面积3.4万hm2。蔬菜播种面积8.6万hm2，产量441万t，产值93亿元。设施蔬菜产量320万t，产值70亿元。

蔬菜产业发展特点：生产能力稳定；自给能力提升；区域布局合理；产业升级加快。

目前，天津市全年蔬菜上市品种达十几个大类，150多个品种，年人均蔬菜占有量为285 kg，全市蔬菜产品自给率达到110%。

产业布局合理

蔬菜产业区域布局按照产业集群、生产集中、发展集约、品牌集合的总体思路，重点打造“三区五带”的发展格局。“三区五带”分别为：北部远郊县设施蔬果聚集区、武清北部“京津鲜菜园”聚集区、宁河蓟运河东外向型蔬菜产业聚集区、潮白河沿岸设施蔬果菜产业带、环城休闲观光蔬菜产业带、南部设施瓜菜产业带、龙海都市型农业产业带、津西常年蔬菜产业带。

主要设施类型

天津市的设施类型：智能连栋温室（400 hm2，占温室面积的2%）；厚保温墙体温室（山东寿光类型温室，0.6万hm2，占温室面积的30%）；节能型日光温室（1.1万hm2，占温室面积的60%）；简易温室（1533 hm2，占温室面积8%）；钢（复合材料）骨架塑料大中棚（8000 hm2，占大中棚面积的60%）；塑料大中棚（5333 hm2，占大中棚面积的40%）；小拱棚（1667hm2，占总设施面积的5%）。

特色设施蔬菜

西青沙窝萝卜、武清田水浦萝卜、津南葛沽萝卜统称为卫青萝卜，在天津有300年种植历史。全市种植面积3万亩。秋延反季节栽培：8月底-翌年2月底；茬口安排：果菜-萝卜、甜瓜～萝卜、萝卜套豇豆（水果玉米）-萝卜；亩年收益4万元左右。最大特点是播种时露地栽培，11月初霜冻前扣棚膜，根据市场价格随采随卖，若大棚栽培采收期可延长至11月底，温室栽培采收期可延长至2月底。

天津沙窝萝卜已渐成产业化，如天津市曙光沙窝萝卜专业合作社已经形成了从品种选育、等级分类、品牌包裝到产品开发全链条的产业化运行模式。

政策介绍

近年来，天津市为推进设施农业的发展，出台了几项重点政策：“4412”工程、种植业设施提升工程、放心菜基地建设工程、集约化育苗补贴、标准化设施改造补贴。

“4412”工程 2008～2011年，用4年的时间在全市建设40万亩（2.67万hm2）的高标准设施农业，12个区县每个区县至少建设一个农业现代园区。到2011年“4412”工程结束，全市设施农业建设共投入资金119亿元，其中市财政补贴10.6亿元。市财政对示范园区也给予大力支持，为每个设施农业示范园发放了3000万元扶持资金，每年1000万元，连续3年，区县按相同比例配套。全市共建成了22个现代农业示范园区，吸引企业40余家。

设施农业提升工程 2012～2015年，重点对20万亩以新型节能日光温室为重点的设施基地提升。重点提升：基础设施、科技支撑、质量安全、产业带动、配套设施。市级财政补贴标准：基础设施每667 m2不超过2000元，物化技术配套每667 m2不超过1000元、田间学校建设每个不超过5万元。同时，对使用银行贷款建设的工厂化育苗基地和储藏保鲜设施给予贴息补助。其中：贮藏保鲜加工设施每个不超过28万元、育苗工厂建设每个不超过280万元。贴息期限最长为2年。提升成果：基础设施条件改善、科技支撑能力增强、配套设施健全。

“放心菜”基地建设工程 2012～2015年，建设规模化种植、标准化生产、制度化管理和信息化监管的放心菜基地40万亩（2.67万hm2），年产优质“放心菜”240万t。按“五个一”（一个企业、一个标识、一套设备、一套制度、一名监管员）标准建设，重点是给每个基点配套建设农残检测室。全市共建成234家放心菜基地，同时对10个区级质量安全监管机构、90家乡镇级站进行了建设。4年期间市级财政共投入扶持资金1.18亿元。

集约化育苗补贴 2015年9月出台，对全市所有合作社、农业企业或种植大户购买使用集约化蔬菜苗给予果菜类每株苗0.15元、叶菜类每株苗0.08元的补助。2015年全市共认定了15家育苗单位，年育苗能力达到2亿株。

标准化设施改造 2015年9月出台，重点对传统蔬菜产区的老旧温室墙体、棚架、保温增光设备、自动卷帘机及配电设施等进行标准化改造，补贴标准为每亩2万元。

存在问题

天津市蔬菜产业存在的问题：特色化不明显、基础设施仍然薄弱、社会化服务滞后、从业人员年龄老化。

发展对策

可持续发展蔬菜产业的对策：划定基本菜田，加强基础设施建设；培育蔬菜品牌，走特色化发展道路；扶持服务组织发展，提升服务水平；推进标准化，提高质量安全水平；强化技术服务，提升科技保障能力；紧抓京津冀协同发展契机，促进产业提档升级。