我国现代温室距离世界先进水平还有多远

文/薛 鑫 本刊编辑

温室是人为创造和干预而形成的一个有利于植物生长发育的小环境，也在一定程度上改变了人类“靠天吃饭”的被动局面，也正是因为其可以人为干预的特性，使温室生产更加容易实现智能化甚至是智慧化。现代温室园艺，指利用人工技术手段和辅助措施，通过改变自然光热等条件，进行植物高效生产的一种现代园艺生产方式。现代温室园艺产品的生产完全可以实现按照工业生产方式进行生产和管理，不仅体现在种植过程中有其特定的生产节拍、生产周期，还体现在产品生产之后的包装、销售等方面。现代温室产业中广泛采用现代工业技术，包括机械技术、工程技术、电子技术、计算机管理技术、现代信息技术、生物技术等。这种可采取全封闭生产、完全摆脱自然条件束缚，实现全年均衡生产的现代化农业生产经营方式，带来了全新的理念：使农业生产更加高效，少受限制。而随着人类社会经济水平和科技水平的不断发展，用现代科技支持现代农业，实现科技经济一体化也是农业融入现代经济社会的必然趋势。

如今，各个国家在温室发展方面都有自己的特色和经验，全球范围内也形成了以荷兰、以色列等国家为代表的先进的温室设计和生产模式。回看温室发展的历史，我们可以从中看到很多经验和教训，也为之后温室的发展提供一些思考的方向。

我国的现代温室产业

我国经济不断增长、人口不断增多、环境因素变化多样，对于农业的发展不断提出更高的要求。不断增加的人口需要有限的耕地提供足够多的粮食，不断增长的经济使人们对食品安全和品质更加关注，环境因素的复杂变化则使农业生产环境也相应地需要更多应对的策略；因此，能够被隔绝出并可改变的生产小环境——温室就显得格外重要。我国的现代农业温室在近年来发展迅速，我国的农业市场也十分庞大；因此，我国的现代温室发展也受到了世界范围温室行业的关注，我国的现代温室产业正处在蓬勃发展的阶段。尽管国内外关于现代温室园艺的定义不尽相同，但其核心观点基本一致，主要注重对于自然环境的改变，通过部分甚至完全摆脱对自然环境的依赖，精准地为农业生产提供所需的条件，从而达到高效生产的目的，现代温室是实现这一目标的重要依托，并且现代温室在实现高效自动化和智能化的农业生产方面有更多的探索和可能。我国设施园艺主要分布在环渤海湾及黄淮地区、长江中下游地区、西北地区，占比分别为60%、20%、10%，其中，山东、辽宁、江苏、河北的设施面积较大。截至2017年8月，我国设施园艺总面积已经突破370万hm2，居世界首位，但其中可进行环境调控的现代温室面积却不到1万hm2。我国的温室发展历史悠久，但是我国的温室水平却没有达到世界先进水平。经过多年的发展，较符合我国国情的节能型日光温室（暖棚）在农业生产中应用居多，而高度自动化的现代温室的发展却相对滞后。我国的温室园艺仍存在着设施简陋、机械化程度低、作业强度大、产品质量差、产量低、病虫害严重等问题。我国温室农业生产现状还是以小型个体种植户为主，生产者间缺乏信息共享和沟通，相同气候区域的种植模式差异很大，对现有温室园艺生产装备的标准化也形成挑战。

日光温室是我国独有的温室类型，也是我国温室生产最主要的类型，是目前我国种植业中效益最高的产业。目前我国农业生产中应用的日光温室类型多样，普通日光温室、第一代节能型日光温室、第二代节能型日光温室、第三代节能型日光温室均有；其中，仍以竹木结构的普通日光温室居多，第一代和第二代节能型日光温室占35%～45%，以不加温型温室为主，占比为70%。第二代和第三代节能型日光温室的保温、加温、放风、灌溉、施肥等环境调控装置在不断完善，但仍然只有较少部分的温室采用了热风加温系统、电动卷帘保温系统、灌溉系统等简单的环境自动监控和调节的装置，而这一部分正是实现现代温室智能化的关键。

20世纪50年代末期，我国开始出现玻璃温室大棚，之后我国不断引进国外先进的温室，并在改革开放时期（20世纪80年代初）开展了一系列符合我国国情的温室相关课题研究。如今，各种类型的现代温室已经在我国的大地上生根发芽，如大型连栋玻璃温室、植物工厂、光伏温室等在我国均有建造，我国在2015年发布的《种植塑料大棚工程技术规范》和2016年发布的《农业温室结构荷载规范》等文件，也有针对性地提出了不同地区的标准规范，对指导不同区域的温室农业高效发展起到了重要的指导作用。我国的温室产业和现代温室研究进入了一个快速发展的时期。可以看出，这几年我国大型连栋玻璃温室如雨后春笋般层出不穷，温室的面积也在不断扩大。我国大型连栋玻璃温室的选址主要集中在土地面积比较广阔的平原地区，靠近大中型城市，较适宜发展蔬菜等园艺作物的生产。

我国大型玻璃温室的分布情况

大型连栋玻璃温室是荷兰特色的玻璃温室，目前国内也有很多地方引进并进行了本土化的改造。我国引进建造大型连栋玻璃温室比较多的省市包括北京、天津、山东、甘肃等地，在现代温室建造生产和管理方面投入比较多的企业包括北京宏福国际农业科技有限公司、北京极星农业有限公司、北京瑞雪环球科技有限公司、北京京鹏环球科技股份有限公司、凯盛浩丰（德州）智慧农业有限公司等。目前这些公司都已经建成了一栋或者多栋大型连栋现代玻璃温室，如位于黑龙江省大庆市大庆宏福科技产业园内12.5 hm2的现代智能大型连栋玻璃温室，位于甘肃省平凉市番茄星球12 hm2的单体连栋全环境系统智能控制玻璃温室，位于天津市东丽区滨海国际花卉科技园内30 hm2的智能玻璃温室，还有目前正在建设中，位于山东省临沂市垦源智慧农业科技示范产业园14.2 hm2的智能化玻璃温室等。可以看出，这几年我国大型连栋玻璃温室如雨后春笋般层出不穷，温室的面积也在不断扩大。

我国一些先进的现代温室及设备

大型连栋玻璃温室

我国现阶段投入使用的温室在建造和控制系统方面主要采用荷兰的一些技术，在生产管理方面也达到了一定的水平。以北京极星农业的温室为例，其坐落于北京市密云区的极星农业科技园，占地18 hm2，已经建成了1座连栋玻璃温室，生产面积为2.2 hm2，主要生产番茄和水培生菜，全套的生产设备和种子均来自荷兰。在这座现代温室里不仅生长着高标准的蔬菜，还有50位职业产业工人在这里工作。这座温室就像是1个现代化的工业厂房，生产车间严格执行无菌化作业，0.2 hm2的水培生菜生产区采用全自动可移动式栽培槽，可以根据生菜的生长情况自动移动，从而为生菜生长留出足够的空间，栽培槽的倾斜设计有助于让每5 min自动喷施1次的营养液顺流至植株根部，每年可收获高品质的生菜70万棵，是普通温室的10倍。这座温室已经基本实现自动化和智能化，除栽苗、绕蔓、修叶、落蔓、采摘外，基本不需要工人。

大型塑料薄膜大棚

在我国海南等地，由于气温较高，台风肆虐，大型连栋玻璃温室不适宜其发展，但是大型连栋薄膜温室却有它的优势。海南润达现代农业集团股份有限公司目前已经建成了一栋占地7 hm2的薄膜连栋温室，并配备了来自荷兰骑士集团的环境控制系统、水肥一体化灌溉系统、作物生长监测系统、劳动力管理系统以及以色列的蔬菜种植系统、地磁式采摘运输系统、全自动包装分选系统和物联网与农产品溯源系统，引进了新加坡先进的垂直旋转耕种系统，其全自动智能控制系统具有抵御高温高湿及抗台风的能力。通过采用“速生叶菜立体旋转式基质栽培”模式，可实现速生叶菜全天候周年生产，单位生产面积是传统平面栽培的5～6倍。

植物工厂

目前我国已建成了最大的一座植物工厂，位于福建省安溪县，由中科院植物所于福建三安集团共同建造，建筑面积70 hm2，这座植物工厂中使用的蔬菜育苗灯、栽培灯等多种类型的LED灯具都是科学家们自主研发出来的产品，栽培的生菜品种也是从200多种品种中优选出的。在产业园内还有一座早期建成的植物工厂实验室，是集植物工厂生产技术、植物工厂配套设备、植物化合物创新药物3个方向研发于一体的植物工厂研发实验室，目前生产温室里用到的产品都是在这座温室中研发出的。这些我国科学家自主研发的植物工厂模块化成套设备已经实现出口创汇。

京东与日本三菱合作在北京通州建成了目前最大的太阳光与人工光混合使用的植物工厂，并且已经投入使用，其生产效率高，依托京东强大的电商平台和物流系统，投入生产和商用之后的成就值得期待。

植物工厂的出现和发展为现代温室发展提供了新的方向，我国在植物工厂的建造和技术方面也有很多研究，植物工厂会是我国现代温室发展的方向吗？让我们拭目以待吧。

世界温室园艺“擂主”——荷兰的现代温室智能化之路

如果把世界范围内农业生产比作一场比赛，每个国家都是参赛选手，那么就目前而言，温室园艺生产这项分赛的擂主，非荷兰莫属。

荷兰因其高效的现代温室园艺而闻名世界，这个欧洲小国的国土总面积仅为10万hm2，其中，温室建筑面积就有1.1万hm2，占国土总面积的1/10，占全世界玻璃温室面积的1/4，主要用来种植鲜花和蔬菜。其中0.47万hm2用于蔬菜生产，主要有番茄、辣椒和黄瓜。种植户平均每户拥有温室面积0.85 hm2[2]。那么荷兰是如何一步一步发展到今天的规模和成就的呢？纵观荷兰温室的发展，可以看出其有一条清晰的主线，即充分利用科学技术，通过不断地创新最大限度地提高单位面积产出率和劳动生产率[3]。

荷兰玻璃温室的建造成本投入较高，不仅仅体现在其建造材料的选购方面，更主要的是内部安装使用的各种科学管理系统、提高农业生产率和食品安全的生产材料方面；因此其产出也十分可观。在这样的背景下，荷兰的温室逐渐向着不断聚集、扩大面积的方向发展。2007年，荷兰Royal Pride Holland公司率先在北荷兰省建造了单体超过45 hm2的大型番茄连栋温室并成功运营。在接下来的10年间，迁往该区域的大型种植企业已达9家，总面积达到376 hm2，该区域也成为了荷兰继Westland地区之后又一重要温室生产聚集区。大型玻璃连栋温室的优势在于生产效率极高，番茄产量可达90 kg/m2；同时，由于面积增大了很多，其单位面积的成本也降低了；因此，越来越受到种植者的支持。在荷兰，单体面积10 hm2以上的温室正逐渐替代小规模的玻璃连栋温室，温室规模正朝着大型和超大型化方向发展；不加温的温室逐渐减少，加温型温室不断增加，2000年，荷兰不加温型温室面积已经下降到不足300 hm2；每个种植户经营的温室面积在不断扩大，即每个种植户的规模不断扩大，相应的企业的数量在不断减少。

荷兰的温室园艺之所以能够发展到如此自动化和智能化的程度，最主要的依托就是其在基础研究方面不断深耕探索积累的多种数据模型，及各种高科技与种植技术的结合。荷兰有多家历史悠久的公司从事温室设备研发创造方面的工作，每年都有很多新的产品推出，荷兰的温室设备公司都有自己擅长的领域，并大力投入研发。

Hoogendorn公司最新的isii系统采用模块化设计，具有方便灵活、安装快速、系统稳定性强的特点，不但可以直观了解温室环境参数，还可以监测植物生理参数，例如监测径流与茎秆直径的关系。Isogroup公司推出了目前最先进的嫁接设备，可以完成单人操作，实现1 000株/h的作业效率，成功率达到99%，高速扦插设备可以达到4 000株/h，通过室内物流串联和缓存，1人可同时管理12台设备；针对基础研究数据的采集，有幼苗数据采集系统，通过弧形背光源和8台摄像头构建3D建模系统，可以快速建立幼苗的3D模型，并准确提取幼苗的苗径、苗高、子叶面积、角度等参数，用于表型组学研究；针对不同规格幼苗的移栽需求，有基于2维俯拍图像识别的幼苗分级移栽设备，分级效率为7 000株/h。

我国现代温室距离世界先进水平还有多远

现代温室的建造规模

在温室建造方面，我国的温室目前仍存在着单个温室面积较小，生产效率较低的情况，因此，发展大型和超大型温室是我国部分地区现代温室发展的必经之路。在温室类型上，我国的温室也有一些符合自身国情的优势，如节能型日光温室（暖棚），有效地提高了生产效率，但和目前世界范围内经济效益较高的大面积集约化生产相比，我国温室类型的生产效率仍然较低，在单位面积产量及单位面积投入产出比方面都没有什么优势。目前的调查显示，在荷兰造价最高的日光温室其收益也最高，反之，造价最低的日光温室，其收益也最低，由此，也印证了荷兰温室模式高投入高产出的特点。温室结构优化，配备的硬件更加先进，从而提高温室的产出效益是温室发展的必然趋势。

现代温室的环境调控

荷兰在环境调控方面有很多经验值得我们学习和采纳，由于荷兰的日照时间较短，而园艺作物的生长对光照的需求较大，尤其是番茄等作物，因此荷兰采取人工补光的方式来满足作物对光照的需求，并给温室安装了隔板，一方面防止光照在夜间流出温室，另一方面这些隔板还具有储蓄能量和遮阴隔热的功效，在冬季和夏季都可以很好地发挥作用。现有的研究已经能够证明光照对番茄产量的影响很大，尤其在生殖生长阶段，光照充足对番茄果实的生长非常重要。我国的光照水平较荷兰来说有很大的优势，但仍无法完全满足作物的生长需求，以9月到10月初定植，每平方米定植2.5株的牛肉番茄为例，在52周成株时期对外界光照的需求上升到1 400 J/cm2左右，此时北京外界的周平均光照只有500～600 J/cm2（温室透光率为70%）。如若没有很好的补光手段，种植者则需要优先考虑作物营养部位的正常生长，选择安全的起始定植密度，减少留果量来尽量降低寡照时期的风险，这样一来就降低了产量。温室在建造之初就需要考虑到补光的问题；目前，国内的温室由于补光成本和使用成本的限制，在补光装置的安装选择方面仍然比较保守。大多温室在建造之初或者没有考虑到补光的问题，或者因为成本限制没有安装补光装置。此外，光对温室作物的影响很大程度上取决于栽培技术，我国的栽培管理技术尚且不过关，光质对作物的影响方面也缺乏系统性的研究，不同补光条件对作物生长发育机理的研究也不充分，因而，实现补光甚至是智能补光对于目前我国温室园艺来说还有一定的距离。

在环境监测方面，荷兰通过建立温室气候复合式控制模拟模型和不同作物生长发育规律与环境因子的模拟模型对蔬菜、花卉作物进行光合作用、干物质分配规律和不同栽培方式的研究，并同时建立模拟模型，以此得出一些数据，用于验证分析。通过对作物生理基础规律进行数据采集，并分析研究，从而建立起能指导实际生产的软件系统，实现通过计算机进行调控的自动化调节。所有这些基础的研究得到的数据，再进一步深化研究，进而用于指导生产，逐步向实用化方向发展。荷兰同一地区相近的种植户会彼此分享相关的数据，以加强对区域整体情况的了解。我国在温室环境调控方面，目前市面上也有一些基于环境数据采集和分析的设备，如土壤环境监测传感器等，但由于我国在这方面的起步较晚，在环境监测和作物生理方面的基础研究还有待加强，经过一段时间的数据积累，并通过建模和计算机软件处理等形式进行分析研究，不断总结得出较完备的操作模型和软件系统，才能真正地实现智能化的操作。

现代温室的种植技术

荷兰和以色列的无土栽培在全世界范围都是非常先进的，目前先进的现代温室都是采用无土栽培进行生产，无土栽培技术是现代温室农业高效稳定发展最好的选择，采用无土栽培可以有效改善土壤连作带来的诸多问题，可以保证连续生产，更便于计算机系统进行自动化操作，生产效率高，生产出的农产品也更加安全。通过使用无土栽培及配套管理技术，荷兰温室的产量在不断攀升，其中，黄瓜、番茄和甜椒的年产量从1980年的44.5、24.0、14.0 kg/m2分别增长到2004年的70.0、50.0、26.0 kg/m2，增长了1倍左右，而我国的生产水平基本为7.4、7.7、4.2 kg/m2，差距非常明显[3]。我国对于无土栽培应用的起步不算晚，但发展不是很快，由于我国国情的限制，目前无土栽培技术的应用仍存在着一些问题。我国幅员辽阔，气候及环境多样，不同地区对于无土栽培发展的要求也不相同，目前我国无土栽培的种类繁多，水培、固体基质栽培均有，针对不同的环境特点，需要因地制宜发展适合的无土栽培技术，如何平衡投入成本高和产出较低的问题，实现可持续发展也是我国无土栽培面临的重大课题。

现代温室的生产运营

我国温室生产目前还主要以一家一户的小规模种植经营为主，规模化和产业化较难实现，由此带来的问题不仅体现在生产效益低下，更体现在产品商品化程度参差不齐、产销对接无法规模化等方面。在荷兰，不仅种植规模化程度高，且产销一体化完备，最著名的例子就是荷兰的鲜花植物拍卖行。鲜花拍卖行有效地保护了农户的利益，为生产提供了参考，有助于稳定市场，不至于出现某种产品极度紧俏、市场价格极高的情况，而且非常高效地实现交易。这一切都与荷兰规模化种植，稳定的产出和稳定的品质密不可分。

我国现代温室产业如何发展

加强人才管理

从人的层面上，现代温室未来的发展是需要在极大程度上解放人力，提高生产力，增加效益，但对经营管理者的要求是更高的，需要经营管理者拥有较高的知识文化水平和学习能力，同时具有接受新事物的能力。经营者不仅需要拥有高水平的种植知识，更需要拥有操控计算机系统的能力。我国普通生产者对于新装备新技术的接受意愿和接受能力还很有限，需要各级农业单位做好农技推广工作，并加快新型职业农民的培养，为新一轮现代温室农业技术发展高潮做好准备[4]。

产业调整，控制面积，发展适度经营

适度规模经营也是助力我国现代温室发展的一个重要因素。适度规模经营对我国目前的情况而言就是改变现有一家一户小面积经营的现状，使每户经营面积适度扩大，使农业生产成为种植者的主要或者全部经济来源，从而提高农业经营者的内生动力。通过适度扩大经营规模，可以调动农民应用科技成果的积极性、提升农业品牌意识、提高农业的科技水平、降低经营成本、增强市场竞争力，实现农业的可持续发展。

创新推动设备发展

国内外温室环境控制系统都经历了“手动—自动机械—分散电动—集中电子—计算机集成”5个阶段。荷兰的计算机集成控制系统具有世界先进的水平，但其内部模型更多是基于荷兰模式创建的，全套引进到国内，适应性方面仍存在着一些问题。我国发展适合自己国情的现代温室计算机，需要根据自身的特点，结合自身的发展情况进行装备设计。目前，我国的设备已经实现了综合利用多传感器数据融合、远程无线数据传输、ZigBee组网、移动终端控制等关键技术融合，允许授权用户通过多种移动终端（手机、平板电脑等）随时掌握实时数据，实现远程控制目的；采用多传感器融合技术，对温室内的二氧化碳、温度、湿度、光强值数据进行多角度、全方位搜集。

我国的温室现代园艺市场有很大的潜力，荷兰为开发中国现代温室园艺市场，对中国的保温节能型温室展开针对性的研究和提升，试建了一栋中国式日光温室，于2017年4月开始运营，以期使荷兰的温室环控和生产管理技术与中国温室相适应，提高种植产量和作物品质。温室内配备了荷兰温室常用的技术装备，如保温幕布、无土栽培、灌溉单元和气候计算机，包含了Hoogendoorn的生长管理系统，斯文森的温室保温膜，RIDDER的通风和内保温驱动系统以及HORTIMAX的灌溉系统，温室由瓦格宁根大学运营管理，主要进行黄瓜、番茄的相关种植试验。对此我国应该进一步推动产学研结合，加大温室园艺生产装备的科研支持力度，同时适当调整设施农业相关农机购置补贴扶持政策，从而进一步推进现代温室智能装备的科技转化和推广应用[5]。

我国现代温室设备生产企业大多比较“年轻”，在企业发展发面，可以参照荷兰和以色列等国的成功经验。荷兰的设备生产企业很多是经营多年的家族企业，坚持产品专业化，大多数专注于单类设备产品经营，通过多年积累的生产流程经验和与客户的沟通交流，形成了不同客户需求的成套解决方案。这些企业服务的客户数量并不大，但非常注重售后服务，同时注重创新，不断结合先进技术进行产品升级，因此发展比较稳定。以色列的农业科技创业氛围是全世界最热烈的，这里的企业家们往往会在很短的时间内专注于一个新技术的研发，成功之后将这些技术卖给大型的农业公司，然后再投入到新的创业项目中。

总结

解放劳动力，提高劳动效率是现代温室农业发展不断追求的目标。随着人工成本的不断升高，提高机械化程度，解放人力是有效的解决途径。纵观荷兰温室发展，可以发现，荷兰温室面积在一段时间的不断增长之后基本稳定下来，这也是我国未来需要经历的一个过程。目前，我国的温室面积还在不断扩大，但是未来一定会稳定在一个合理的范围内，这个范围目前还没有确定。确定发展规模，协调发展速度是温室园艺从业者必须考虑的问题。规模化经营是实现温室园艺高效生产的必经之路，因此单个主体的经营面积势必扩大，而在总量基本稳定的前提下，设施园艺经营者的数量则势必减少。随着规模化的实现以及人工成本的不断攀升，现代温室园艺生产的机械化程度势必会不断提高，很多机械化设备就会在温室中应用，如穴盘播种机、移动喷灌机、自动卷帘机、机动喷雾机、旋耕机等。在作物种植方面，由倒茬轮作向单一作物周年生产发展，随着无土栽培和温室环境调控技术的不断应用，单一作物周年生产也会更加高效，生产经营分工也将会不断完善。

我国的现代温室类型几乎包括了世界上最先进的温室类型，同时，我国还有符合自身国情的特色温室。近年来我国连栋温室种植面积不断扩大,对以荷兰为代表的欧洲先进技术非常渴望,引进国外先进的温室和技术可以帮助我国现代温室园艺发展，但是在引进来的过程中也需要考虑到这些是否都符合自身的特点和需求。如我国从荷兰引进了很多温室和生产设备，但很多技术仅限于并只能在荷兰应用，这是因为荷兰的很多技术都是为了解决自身发展过程中存在的问题而被发明的，不一定完全适合我国的情况。因此，我国的温室发展也需要针队自身存在的问题进行自我的发明创造。

致谢：

特此衷心感谢海南润达现代农业集团股份有限公司的白会超先生和荷兰骑士集团亚洲分公司的郑凯先生为文章提供了素材。