壽光種苗產業發展現狀(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 迅速發展，并形成了強大的支柱產業。目前，這些國家在設施農業優良品種的選育、新材料開發、環境控制、高效栽培及其配套系統等方面均形成了完整的技術體系[2]。我國是一個人均資源極度匱乏的國家，資源與人口的現實壓力決定了我國農業的發展必須走資源節約型可持續發展之路。設施農業作為資源高效利用型產業，不但可以充分挖掘作物遺傳潛力，大幅度地提高產量，而且還可實現在鹽堿地、戈壁、沙漠、建筑物屋頂等非可耕地上進行生產，提高土地資源、水資源和光熱資源的利用效率，實現高產、優質、高效和可持續發展。因此，大力發展設施農業對緩解我國人口資源壓力、實現由農業大國向農業強國轉變，是十分必要的。 首先，設施農業的發展有利于我國資源的優化配置和高效利用，緩解由于人口增長、資源短缺與人們消費水平日益增長所產生的供需矛盾。 我國是一個農業大國，人口多，耕地少，人均資源相對不足，農業發展正面臨著耕地日益減少、人口不斷增長和社會總需求不斷增加的嚴峻挑戰。，僅為世界平均水平的1/3，人均水資源也只有世界平均水平的1/4，‰的速度遞增，由于城市化等原因耕地每年以450萬畝遞減，荒漠化以每年2460平方公里擴展[3]。“民以食為天”，要在有限的人均資源條件下，滿足人們日益增長的對農副產品的需求，必須走高效農業的發展之路。由于設施農業是在環境相對可控的條件下進行生產，在一定程度上克服了傳統農業難以解決的限制因素，使資源各要素能得到優化配置和高效利用，單位土地面積的生產能力可得到成倍乃至數十倍的提高。有關資料顯示，我國設施園藝產業以不到3%的種植業土地，獲得了20%左右的種植業總產值[4]。因此，設施農業的發展將是今后解決我國人口增加、資源短缺、人們消費日益增長矛盾的有效途徑。 其次，設施農業的發展有利于我國現代農業整體水平的優化升級和綜合效益的提高。 改革開放以來，我國設施農業取得了長足的發展，居世界首位；但與發達國家相比，我國90%以上的設施仍為簡易型結構，環境調控能力差、綜合配套技術不完善、專用品種缺乏、勞動生產率和土地利用率較低的現象仍較為突出，單位面積產量僅為發達國家的1/2～1/4，勞動生產率按人均管理面積計算也僅相當于發達國家的1/5～1/10。我國雖擁有約3000公頃具有一定環控能力的大型連棟溫室，但有400公頃左右為進口產品,國產溫室的一些關鍵技術與設備，如覆蓋材料、遮陽（防蟲）網、環境控制、節水灌溉以及配套栽培系統等也都部分或全部依賴進口[5]。因此 ，要徹底改變我國設施農業的現狀，必須加大設施農業整體裝備水平與關鍵配套技術的研究與產業化開發力度，形成具有中國特色的設施結構型式和配套技術體系，提升設施農業的綜合效益。 第三，設施農業的發展有利于提升我國溫室產業的自主創新能力，加快國產化進程，帶動現代農業的發展。 近年來，隨著我國設施農業的快速發展，引進國外設施、品種和配套技術的進程也明顯加快。據統計，我國1995以來引進國外的大型連棟溫室數量在360公頃以上，約占全部引進總量的90%以上。實踐證明，引進溫室并不適合我國國情，如從荷蘭引進的玻璃溫室無法滿足全年生產對設施的要求，除降溫性能差外，冬季耗能大、運行費用高等問題也很突出，這是由于荷蘭緯度高、光照弱、冬暖夏涼的氣候特點所決定的，溫室設計主要考慮采光好、封閉嚴和利于自然通風，對保溫性能和機械通風降溫考慮較少，這一特點僅適合于我國極少量地區，絕大部分地區均不適宜；以色列因光照好，氣候溫和，溫室多用單層塑料膜覆蓋，我國北方地區引進后冬季采暖能耗極大，運行費用較高，效益普遍較差。由于氣候適用性差，許多地方引進的溫室成為無法使用的“超級塑料大棚”[6]。因此，我國應在引進消化國外先進溫室技術的基礎上，著力加強自主創新能力的建設，針對不同氣候區的特點，研究開發出能耗低、環境控制水平高、配套設施完善、適宜我國經濟發展水平的國產化溫室設施，同時結合育種及栽培管理技術的研究與開發，逐步使我國設施農業形成完善的配套技術體系，實現設施農業技術的全面國產化。 綜上所述，大力開展自主創新研究，提升我國設施農業裝備和配套技術水平，不僅有利于提高我國有限資源的利用效率，緩解由于人口增長、資源短缺和消費日益增長的矛盾；而且對我國設施農業整體水平的提高、國產化進程的加快以及國民經濟的持續高效發展都具有十分重要的意義[7]。 2國際發展趨勢 20世紀60年代以來，隨著現代工程、新型材料和微電子技術向農業的滲透，設施農業在荷蘭、以色列和日本等一些發達國家得到迅速發展。目前，這些國家在設施農業裝備和配套技術方面均形成了完整的體系，其現代化溫室能根據作物對環境的不同需要，由計算機對設施內的溫、光、水、氣、肥等因子進行自動監測和調控，并可實現溫室作物全天候、周年性的高效生產，荷蘭溫室西紅柿的產量達到了50～70kg/m2，黃瓜產量達80～100kg/m2，玫瑰產量達320～340枝/m2。同時，在設施農業高效生產的綜合配套技術方面也得到了快速發展，無土栽培技術已被廣泛使用，溫室節能技術、環境監測與控制技術、CO2施肥技術、熊蜂授粉技術、病蟲害綜合防治技術、節水灌溉技術以及智能化管理與網絡技術等方面也得到了快速發展[811]。主要技術發展趨勢如下： （1）溫室管理的數字化、智能化是目前國際設施農業研究與產業化開發的主要方向。 在詳盡研究作物生理與環境互作關系的基礎上，形成作物從苗期到成熟階段不同生育時期與環境關系的量化指標體系和控制模型，實現對設施內溫度、濕度、光照、水分、營養、CO2濃度等綜合環境因子的自動監測與調控，已經成為當前國際上設施農業研究的熱點。目前，有兩個主要研究方向值得關注：一是溫室作物高效生產管理模型的研究。通過多年對溫室作物生理信息與環境、營養之間定量規律的研究，建立作物數字化模型，為溫室精準化管理提供理論依據 [12，13]。如荷蘭通過多年的研究，開發出了Tomsim（番茄）、Hotsim（黃瓜）等模型，對包括整枝方式、栽培密度、基于天氣和植株生育狀況的環境管理指標、不同生育階段的水肥管理指標、病蟲害預防和控制技術等進行了量化；美國和荷蘭專家共同推出的Tomgro番茄管理模型，也已得到廣泛應用[14]。日本農業研究中心開發出的MetBroker系統和山武股份公司開發的拓撲案例模型法(Topological CaseBased Modeling: 簡稱TCBM)，形成的作物模型已成功用于溫室番茄的管理；二是基于Web的溫室數據采集與控制系統軟硬件的開發。通過環境、生理、營養等生物物理傳感器的開發，以及人工神經網絡、遺傳算法、模糊控制策略等智能控制技術、Internet在數據傳輸與控制方面的應用等，開發出基于Web的溫室數據采集與控制系統。荷蘭瓦赫寧根大學通過將作物管理模型與環境控制模型相結合，實現溫室的智能化管理，大幅度降低了系統能耗和運行費用[6]。日本千葉大學利用遙感技術和圖象檢測裝置測定植物群落的生長狀況，從而實現溫室的智能化管理與控制。以色列ELDAR－GAL公司研制出了能同時采集數十個植物生理和環境信息的監測儀，通過與專家系統結合實現對植物環境的精確調控。隨著網絡技術的普及，溫室的智能化、網絡化管理技術也得到了較快的發展。倫敦大學農學院研制的溫室計算機遙控技術，可以觀察、遙控50km以外溫室內的溫、光、氣、水等環境因子狀況。日本明星電氣公司開發的農業氣象信息網絡系統可同時連續檢測15種環境要素,并將測量數據實時連接到計算機或因特網上，進行遠程監測和調控。美國加里福尼亞大學和康奈爾大學還研制出了溫室生產SPA(Speak Plant Approach to Environment Control)智能化技術，即將進入實際應用階段[1415]。 （2）溫室節能與新能源應用研究受到普遍重視。 基于化石能源日益枯竭、溫室氣體（CO2）限制排放等原因，歐美等發達國家目前在溫室領域最重要的研究課題是節能。多年來，這些國家的溫室產業對化石燃料（天然氣和石油等）的依賴較大，在日本每生產一根黃瓜需耗燃油60ml，一個（Ｌ型200ｇ）番茄需耗油 85ml，%。近年來，隨著《京都議定書》的執行，一些發達國家正在積極研究溫室產業具體的CO2減排措施。如荷蘭規定，到2010年，將以1980年（100%）為參照減少溫室行業65%化石燃料的使用，到2020年，將基本不用化石燃料。因此，這些國家紛紛投入大量的科研經費用于節能和新能源技術的研究。其主要進展包括： 第一，大幅度提高覆蓋材料的透光率、增加太陽能的入射量。例如，荷蘭瓦赫寧根大學開發了一種叫Zigzag的板材，利用反射光的二次利用，透光率可達89%，最高達到93%～95%[17]。一些國家還開發出了溫室屋頂清洗機械裝置，用于清洗屋頂的灰塵，增加溫室的透光率； 第二，在防止溫室內部長波向外輻射方面，對溫室覆蓋材料的內側進行鍍膜處理，以阻止長波向外輻射，減少熱損耗，可以實現節能25%以上； 第三，在熱能的多用途利用和余熱回收方面，盡可能減少熱損耗。如溫室鍋爐的煙筒普遍裝有余熱回收系統，熱回收效率可達75%以上[18]； 第四，淺層地能的利用。利用土壤作為蓄熱源，夏季把低溫冷源抽到地上，用于溫室降溫，把經過熱交換的熱量打到地下，貯存起來；冬季把貯存的高溫熱源抽上來，在熱泵作用下，升溫至45～50℃，這樣只需要稍許加溫就可以用于溫室采暖，節能幅度達65%～70%； 第五，節能光源LED的應用。植物并非利用太陽光的全部成分來進行光合作用，而是以波長610～720nm的紅、橙光以及波長400～510nm的藍、紫光為主要吸收峰值區域。以往的人工光源，如高壓鈉燈、金屬鹵素燈和熒光燈等，因含有紅外和遠紅外等發熱光譜成分，能耗大，運行成本高。近年來，隨著發光二極管（LightEmitting Diode, LED）技術的發展，研制出了針對植物需求的單色LED（如波峰為450nm的藍光、波峰為660nm的紅光等）及其組合光源，光能利用率可達80％～90％，節能效果極為顯著，并已經實現了在溫室補光、組培、育苗以及植物工廠等領域的應用[19]。 （3）溫室環境友好、資源高效利用技術得到廣泛關注。 由于對資源高效利用和環境保護的關注，一些發達國家近年來投入大量的精力進行溫室精確施肥、雨水收集、水資源和營養液的循環利用以及對土壤、大氣的保護等相關技術的研究，盡量減少資源的浪費和對環境的破壞。在無土栽培營養液的閉路循環技術方面，歐盟規定2000年以后所有的溫室無土栽培必須采用Closed System（閉路循環系統），通過對栽培系統末端營養液的回收、過濾和消毒，再經過對營養液成分的檢測與補充，又重新回到溫室循環使用。目前，荷蘭Venlo型溫室的閉路循環系統不僅能實現節水21%、節肥34%，而且還大幅度地減少了溫室生產對周邊環境的污染；在雨水收集利用方面，通過溫室天溝與輸水管路的連接，將雨水收集到溫室附近的蓄水池中，再通過過濾、凈化等措施，用于溫室的灌溉。據荷蘭統計，每公頃溫室配備的貯水罐（池）容積約1500m3，可解決75%溫室作物的灌溉用水；在病蟲害防治方面，通過采用生物防治和物理防治手段相結合的方式進行綜合防控，盡量減少化學藥劑的使用，實現蔬菜自身的品質安全和對環境的零污染。 （4）植物工廠高技術研究逐漸受到重視。 植物工廠是通過設施內的高精度控制實現作物周年連續生產的高效農業系統，是一種由計算機對植物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養液等環境要素進行全天候控制，不受或很少受自然條件制約的省力型生產方式。植物工廠可實現一年多茬次栽培，生菜、菠菜等葉菜類作物的栽培周期較露地可縮短1/4~1/2，產量可達150t/1000m2，為露地栽培的10~20倍。近年來，由于土地資源的限制以及人類開發太空的考慮，日本、美國、以色列、荷蘭等國積極進行植物工廠高技術的研究與探索，美國NASA甚至研究在太空采用人工光植物生產技術實現宇航員食物的自給。日本政府基于本國農業勞動力老齡化、生產成本的急劇上升以及人們對安全食品需求的考慮，多年來積極開展節能、環保、安全型植物工廠的研究與開發，并通過政策與資金扶持，大大地推動了植物工廠高技術的發展[20]。 （5）溫室管理機器人研究已經進入中試階段。 20 世紀80 年代中期以來, 隨著電子技術和計算機的發展, 特別是工業機器人、計算機圖像處理技術和人工智能技術的日益成熟, 以日本、荷蘭、英國和美國為代表的一些西方發達國家，在溫室管理機器人的研究方面進行了大量的探索, 試驗成功了多種具有人工智能的機器人, 如番茄采摘機器人、葡萄采摘機器人、黃瓜收獲機器人、西瓜收獲機器人、甘藍采摘機器人、蘑菇采摘機器人以及噴藥、嫁接、搬運機器人等，一批溫室管理機器人已經進入中試階段[2124]。 3國內研究現狀及存在的問題 我國設施農業科研工作起步于20世紀80年代初的“六五”期間，經過30多年的發展，取得了數百項國家級和省部級科研成果，為進一步發展積累了豐富的成果和人才隊伍。 “六五”期間，由農業部開始立項設立“熱浸鍍鋅鋼管裝配式塑料大棚研究設計”和“自然光照人工氣候室研究”兩個課題，分別對塑料大棚的骨架結構與定型化設計、自然光照人工氣候室環境機理與調控技術進行了探索，并對半可控環境下蔬菜育苗技術改革進行了系統研究，初步探討了工廠化育苗的可行性。“七五”期間，農業部設立了“設施農業栽培技術研究”研究項目，分別對“塑料大棚高產栽培技術”、“地熱溫室栽培技術”、“無土栽培設施及配套技術”三個專題進行了深入研究。“八五”期間，農業部繼續設立“設施農業栽培技術研究”項目，分別就“日光溫室結構性能優化及高產栽培技術”、“工廠化育苗設施及配套技術”和“高產優質低成本的蔬菜無土栽培技術”等三個方面進行了重點研究。 “九五”期間，由前國家科委批準啟動的“工廠化高效農業示范工程”項目，第一次正式提出了“工廠化農業”的概念。該項目分別在北京、上海、廣東、遼寧、浙江等地實施，在不同類型區國產化溫室的研制與開發