設施農業現狀與發展評說

文|楊其長

現代農業大棚技術

設施農業的現狀與水平：設施農業，亦稱環境控制農業，是通過一定的工程技術手段，局部改善或完全創造適宜的小氣候環境，實現作物周年連續生產的一種高效農業。設施農業的顯著特征是環境相對可控，受四季氣候影響小，對土地依賴相對較弱，產量高、品質易于控制，并可實現周年連續生產，已經成為保障食物安全，尤其是“菜籃子”有效供給的重要手段，受到世界各國的高度重視。

20世紀80年代以來，我國設施農業得到快速發展。截至2021年底，我國設施農業面積已達286萬公頃，總產值超過1.4萬億元，已經形成了日光溫室81萬公頃、塑料拱棚203萬公頃、大型連棟溫室1.8萬公頃和植物工廠250座的四種結構形態，設施蔬菜人均占有量從1981年的2.5公斤增長到2021年的190多公斤，成功解決了我國蔬菜瓜果的周年均衡供給難題。

在技術進展方面：通過40多年的持續科技創新，我國在節能設施結構、環境調控以及植物工廠等方面取得了重要進展。一是在節能型設施結構方面。通過理論模擬、結構優化與材料創新，節能日光溫室結構、材料、栽培以及配套裝備等關鍵技術不斷取得新進展，實現在北緯34°- 42°區域冬季不加溫條件下也能進行果菜類作物的生產，年節約標準煤7.8億噸以上；二是在設施環控與裝備技術方面。針對不同氣候特征和作物需求，研制成功保溫、遮陽、通風、降溫、主動蓄能調溫等環境調控技術裝備，研發出播種、育苗、肥水一體化等作業機具，保障溫室周年高效生產，番茄、黃瓜畝產可達2萬公斤以上；三是智能植物工廠技術方面。突破植物工廠LED光源創制、光-溫耦合環境調控、營養液循環與控制以及智慧化管控等關鍵技術，實現了植物工廠成套裝備的完全國產化。

在技術與產業瓶頸方面：雖然我國設施農業取得了重要進展，但與發達國家相比，仍有不小差距。一是設施單體規模小、抗逆能力弱、土地利用率低,目前，我國99%的設施為單棟日光溫室和塑料拱棚，缺少有效的環境調控手段，抵御極端天氣的能力弱。土地利用率相對較低，日光溫室占比僅為35%-40%；二是機械化水平和勞動生產率低。設施生產機械化率僅為35%左右，勞動強度大，生產效率較低，人均管理面積僅為荷蘭的1/4；三是產量低，資源利用率不高。設施番茄、黃瓜每平方米產量10-30公斤，僅為荷蘭的1/3-1/4，番茄（黃瓜）每公斤用水量高達40-50升，水肥利用率僅為荷蘭、以色列的1/2-1/3。

在新技術的應用方面：我國設施農業的發展在今后一個時期必將從一個大國不斷向強國邁進，因此，新技術的不斷革新和應用將成為必然趨勢。一是智慧化管控技術快速突破。通過對作物發育與環境、營養定量關系的持續研究，構建了不同作物的環境生物學模型，研發出以環境、營養與生理信息為基礎、以最大生物量為目標函數的智能決策系統，同時通過生物與環境傳感器的檢測與反饋，實現智慧決策與管控；二是機械化與機器人技術快速推進。根據設施生產的特定需求，研制出作物育苗、定植、移栽、收獲、分級包裝等替代人力操作的成套機械，種苗嫁接機器人，水肥一體化智能機械，以及黃瓜、番茄、彩椒等果菜采收機器人等；三是無人植物工廠技術取得重要突破。突破植物工廠多層立體栽培光、溫、濕、氣的均勻調控，以及超過20層的植物工廠定植、移栽、間苗、采收、包裝等操作的無人化作業機械手和機器人成套技術，實現技術全面領先。

在未來農業發展中的意義：設施農業作為現代農業的重要組成部分，必將在未來農業發展中發揮重要作用。一是為保障食物安全提供有效途徑。習近平總書記指出，“要樹立大食物觀”“向設施農業要食物”。黨的二十大報告指出，“發展設施農業，構建多元化食物供給體系?！秉h中央的重大決策部署，為發展設施農業、保障食物安全指明了新的方向。設施農業單位土地產能可達露地2-10倍，植物工廠甚至可達40倍以上，在我國人均耕地極為緊缺的條件下，大力發展設施農業可有效緩解食物供給難題；二是為大幅拓展耕地資源提供技術支撐。我國擁有20多億畝戈壁、沙漠、鹽堿地等非耕地資源，僅新疆就有3.9億畝具有設施農業開發潛力的土地，同時，城市的屋頂、陽臺、地下、樓宇等空閑空間也在5000萬畝以上，這些都是設施農業拓展的空間。近年來，隨著“不與糧爭地”戰略的實施，新疆、甘肅等地積極探索戈壁設施農業，北京、上海、成都等大城市嘗試推廣垂直植物工廠，這些探索為未來設施農業發展提供了新的有效途徑；三是高技術引領的重要方向。設施農業是生物技術、信息技術、新型材料等高新技術集成的產物，一些前沿技術成果，大數據、人工智能、機器人、新能源、新材料等都率先在設施農業領域利用，尤其是植物工廠，更是技術高度密集的產業方向，設施農業的技術進步必將推動農業相關產業的技術進步，進而推進現代農業的發展。因此，設施農業必將在現代農業發展進程中起到重要的引領作用。