溫室變遷史

文/陳紅新 本刊編輯

園藝設施是一種特殊的農業生產性建筑，是指利用專門的保溫防寒或降溫放熱材料、設備，創造具備適合作物生長發育的小氣候條件，性能比較穩定，可以進行園藝作物生產的結構或建筑。園藝設施的發展歷史可分為原始時期、發展時期和現代化時期，我國最早可以追溯到秦始皇時期，自漢至唐，溫室栽培技術僅供皇室貴族使用；在國外，古羅馬帝國最先出現簡易圍護栽培，到了17世紀，法國、英國、日本和德國等相繼出現簡易的園藝設施。第二次世界大戰后，世界各地的園藝設施迅速發展，面積不斷擴大，栽培水平進入高投入、高產出和高技術階段。20世紀70年代后，大型鋼架溫室出現，室內加溫、灌溉、換氣等附加設備廣泛運用，溫室面積迅速增加。目前，設施園藝面積在5 000 hm2以上的設施農業大國共有11個，分別為中國、韓國、西班牙、日本、土耳其、意大利、墨西哥、荷蘭、法國、美國和波蘭。溫室在解決蔬菜供應、增加農民收入、促進農業產業結構調整等方面發揮著重要作用，具有廣闊的市場空間與發展前景。

國外主要農業國家溫室發展概況

從資源利用效率、生產效率及技術集成方面，我國與荷蘭、日本、西班牙、以色列、美國等設施園藝大國還存在一定差距，回顧及分析這些國家的溫室發展歷程對于我國溫室產業的發展具有一定的借鑒和指導意義。

荷蘭

荷蘭位于東經3°21′—7°13′、北緯50°45′—53°52′，國土面積41 864 km2。溫帶海洋性氣候，年溫差小，全年有雨，冬雨較多。光照不足，5月份日照時數最高，約為220 h，12月份最低，約為39 h。

荷蘭是世界設施園藝強國，園藝產值占全國農業產值的39%。荷蘭的玻璃溫室是世界設施農業技術體系最重要的分支之一。2014年，荷蘭玻璃溫室總面積為9 488 hm2，約占世界玻璃溫室總面積的20%，其中43.6%用于種植花卉，50.9%種植蔬菜，苗圃和盆栽占4.95%；溫室每平方米產出高達66.3歐元[1]。荷蘭人充分發揮當地氣候溫和的優勢，克服光照資源的不足，把溫室園藝產業做到了世界最好，其100年來的溫室發展史大致分3個主要階段（表1），即初級階段、快速發展階段和穩定成熟階段。

荷蘭溫室結構較單一，90%以上的溫室為Venlo溫室，主要特點為鋼材用量極少，透光率高，抗風能力強，光照均勻。荷蘭堅持以種植為核心，從溫室設計（如結構參數、結構承載力確定）、環境（如溫度、濕度、光照、CO2濃度）調控設備配套以及生產過程的管理等入手，強調為種植服務，因此生產效率極高[2]。

日本

日本在小型溫室機械、植物工廠精密控制等方面的技術居于世界領先地位。日本發展設施農業主要是為了緩解農業勞動人口數量減少及日趨老齡化的沖擊，與此同時開發出與大都市空間相適應的新鮮農產品供應體系。因此日本設施農業總體量不大但特色鮮明：一是更注重開發節省人力的小型溫室機械，發展利益化種植等技術；二是更重視運用高附加值、緊湊型、全程精細控制的植物工廠技術。

表1 荷蘭溫室發展歷程

1960年之前，日本主要應用簡易拱棚做育種育苗。1960—1980年，設施農業迅速發展，溫室大棚面積從1 707 hm2增加到3.17萬hm2；玻璃溫室從296 hm2增加到1 501 hm2；塑料大棚從1 411 hm2增加到3.02萬hm2。1980年以后，大型溫室、連棟大棚、植物工廠等新一代設施農業技術在日本得到更多重視和推廣。據日本農林水產省統計，截至2009年，日本玻璃溫室面積為2 039 hm2，占設施總面積的4.2%，塑料溫室和塑料大棚面積為47 010 hm2，占設施總面積的95.8%。2013年初的數據顯示，日本共有211家植物工廠[1]。

日本現有玻璃溫室主要為雙面坡溫室和Venlo連棟溫室；塑料溫室有鋼結構塑料溫室和低成本全天候塑料溫室；塑料大棚有埋地式管架大棚和鋼結構增強管架大棚（圖1—3）。

美國

美國的溫室演變與工業材料的發展密切相關。大體上可以分為3個階段：第一階段（1950—1969年），溫室以木結構為主，覆蓋材料幾乎都是玻璃，室內以土壤栽培為主，自動化設備極少；第二階段（1970—1989年），金屬骨架溫室逐步增加，出現了玻璃鋼和雙層充氣薄膜等覆蓋材料，滴灌及無土栽培等技術普遍應用；第三階段（1990年到現在），PC板投入使用，屋頂可以全部啟閉的現代溫室成為主流[3]。

西班牙

西班牙的溫室農業主要集中于享有“歐洲蔬菜之都”的阿爾梅利亞省，其與山東壽光處于同一緯度，在北緯37°左右。當地溫室面積集中，產量大，輻射面廣，每天平均向歐洲國家運送400個冷藏集裝箱的新鮮蔬菜，一年四季都不間斷。阿爾梅利亞發達的設施農業不僅得益于得天獨厚的地中海氣候，更依賴于全面完善的農業生產體系和先進的農業生產技術。

阿爾梅利亞的溫室結構類型較單一，主要分為Parral Plano型溫室和Rapsa and Amagado型溫室。從1963年到2010年，阿爾梅利亞平均每年設施面積增加約600 hm2。目前，該地區設施農業總規模接近3.0萬hm2，其中玻璃溫室不到100 hm2，主要用于育苗和科技展示，其余均為塑料鋼架大棚，集中分布在阿爾梅利亞沿海的西部一帶，密度居世界第一。當地政府和技術部門高度重視溫室的規模化建設，逐步以大面積的溫室代替小型溫室，生產用溫室的面積從1 hm2到20 hm2不等，溫室分布地帶的土地利用率在85%以上。

小 結

荷蘭、日本等國通過強化政策支持、科技支撐、產業配套、利益連接等舉措，加快發展以玻璃溫室、植物工廠、微滴灌等設施園藝技術為重點方向的現代設施農業，主要發展趨勢有：溫室建設大型化、室內技術集成化、產品種類多樣化、操作流程機械化、生產技術工廠化、覆蓋材料多樣化、栽培技術無土化、防治技術生物化。在產業政策制定、技術裝備研發推廣和產品路線設計等方面為我國設施園藝的發展提供了寶貴經驗。

圖1 雙面坡玻璃溫室結構

圖2 單棟鋼結構塑料溫室結構

圖3 埋地式塑料大棚結構

我國溫室發展歷程

我國的園藝設施發展歷史悠久，在不斷的發展過程中，已經形成了類型多樣化、結構科學化、功能齊全化、應用廣泛化的態勢。我國的溫室經歷了由簡單到復雜、由低級到高級的發展階段，結構類型主要包括簡易保護設施（風障畦、陽畦、溫床、防雨棚等）、塑料拱棚、日光溫室、現代化溫室（文洛型溫室、里歇爾溫室、卷膜式全開放型塑料溫室、屋頂全開啟型溫室），由于各地區生產狀況、經濟條件和應用目的等差異，至今各階段不同類型的溫室依然并存[4]。

我國近代的設施農業起步較晚，20世紀30年代，我國遼寧南部和北京地區開始在冬季利用不進行人工加熱的日光溫室生產新鮮蔬菜。60年代開始應用簡易式塑料大棚，到了70年代，節能型日光溫室逐漸投入生產，到1981年，保護地面積為1.6萬hm2，占蔬菜種植面積的4.35%，其中節能型日光溫室僅占0.4%。到80年代初，開始引進荷蘭、美國等國的現代化溫室成套設備。80年代中期，國內開始對原有日光溫室的建筑結構、環境調控技術和栽培技術進行全面改進，實現在完全不加熱或僅有極少量加熱的條件下，在冬季生產喜溫果菜。90年代引進國外大型連棟溫室及配套栽培技術，逐步向規模化、集約化和科學化方向發展。此后溫室數量、面積和內部的設施水平都相繼有了大幅度提高[5]。設施農業的產業規模穩定發展，截至2016年，主要溫室設施面積已突破210萬hm2，連棟溫室面積達到5.18萬hm2，日光溫室和塑料大棚單體面積趨于大型化，以生產工藝環節為目標的擴展式融合、以生產品類專業化服務為目標的延伸式融合、以技術和市場為主線的跨界式融合正成為溫室發展的戰略模式。

溫室結構演變

我國溫室結構的發展歷程主要分為4個階段[6]，即雛形期、改良期、發展期和升級期（表2）。在自建或引進荷蘭溫室的同時，我國相繼研發出華北型、東北型、西北型、華東型、華南型及東南沿海型等不同生態類型的新型、適用的溫室及配套設施。

壽光作為全國設施蔬菜生產和銷售的集散地，是日光溫室技術持續改進和提高的創新園，其溫室建設行業已經成為我國農業工程建筑領域產業化發展的成功典范。分析壽光近代溫室發展歷程[7]可以看出（表3），其溫室更新換代周期較短，溫室跨度、高度不斷增大，結構強度提升，配套設備逐漸完善。此外，壽光溫室建設投資較低，以1989—1991年改進創立的壽光改良式日光溫室為例，該類型溫室采光增溫性能和土地面積利用率均有所提高，棚內空間較大，不僅有利于蔬菜生長發育，同時便于棚內的農事操作。建造面積為667 m2的該類型日光溫室，成本費用為1.0萬～1.2萬元，年經濟效益達1.5萬～3.0萬元。

溫室技術演變

溫室環控技術

溫室內溫度、濕度、光照、氣體等環境因子的合理調控對作物生長至關重要。由最原始的簡易大棚中無環控措施，到現在經過學者們不斷研究，已經在環境因子的響應模型、調控技術及配套設備方面取得了大量研究成果。在控制硬件方面，已從早期使用的基于單片機的控制系統發展到工業控制機（IPC）及可編程邏輯控制器（PLC）的網絡化分布式控制系統[8]。

溫室灌溉及施肥技術

隨著國家倡導節水灌溉理念及對作物與水肥需求關系的研究，傳統的漫灌、管道式灌溉應用越來越少，高效的節水灌溉技術逐漸成為主導。作物需水需肥規律、水肥耦合模型、灌溉制度、平衡施肥、測土配方施肥等研究催生了滴灌、微灌、噴灌及水肥一體化等技術，且智能化決策與控制技術也正成為溫室節水灌溉的一種發展趨勢。

表2 我國溫室結構發展歷程

溫室節能技術

溫室內采暖、通風、照明、灌溉、施肥、自動化控制等環節需要不斷消耗能源，而面對煤炭、石油等不可再生資源的逐漸減少及對環境造成的污染，越來越多的人在溫室節能降耗方面做出了有益的探索。主要體現在改進與優化溫室結構、開發利用可再生能源及太陽能、對溫室進行變溫管理等。

表3 壽光溫室發展歷程

展望

我國溫室已進入鞏固、完善、提高、再發展的成熟階段。溫室總體布局趨于合理，溫室類型逐漸向大型且智能溫室發展。但我國溫室發展較晚，大多數是參考借鑒國外的技術，在環控技術、作物栽培管理、機械化與自動化方面仍有所欠缺，難以最大限度地發揮溫室優勢，導致作物產量和品質并不太理想。

現代化農業是我國農業發展的必由之路，溫室產業具有廣闊的發展前景。“十三五”規劃綱要中首次提出：發展智慧農業，依靠智慧農業，實現農業精細化、高效化、綠色化發展。因此，應加大扶持力度、引進先進設備、農機農藝相結合，通過技術創新，自主研制結構優化、配套齊全、低成本、節能高效、擁有智能化控制手段和中國區域特色的現代化溫室，從而形成具有中國特色的溫室技術和設施體系。