2016設施園藝學術年會主題報告精編

張瑜

隨著科學技術的進步和農業工程技術的發展，集園藝科學、環境調控、栽培管理、景觀規劃、現代裝備等技術為一體的設施園藝內涵更加豐富。我國設施園藝的發展呈現溫室建設大型化、裝備技術集成化、操作技術機械化、設施品種多樣化、栽培技術無土化等多種趨勢。本刊編輯部對部分專家的主題報告做了編輯整理，以饗讀者。

我國蔬菜產業及對機械化的需求

中國園藝學會理事長、中國農業科學院蔬菜花卉研究所研究員 杜永臣

蔬菜產業現狀與發展趨勢

蔬菜產業現狀

中國2015年蔬菜播種面積為3.3億畝（0.2億hm2），比2014年增加3.4%；蔬菜的總產量約7.85億t，比2013年增長3%。產值約1.5億元，為全國農民人均純收入貢獻1000多元。約9000萬人直接從事蔬菜生產。

2014年中國蔬菜出口量為976萬t，比2013年增長1.5%。出口額125.0億美元，比2013年增7.9%，貿易順差119.9億美元，增長7.3%。 2014年世界蔬菜進出口貿易總量約為1.54億t，進出口總額約為1750億美元。出口額排名前十位的國家依次為荷蘭、中國、西班牙、美國、墨西哥、比利時、意大利、法國、加拿大、德國；進口額排名前十位的國家依次為美國、德國、英國、法國、荷蘭、日本、俄羅斯、加拿大、比利時和意大利。

全國分布廣泛，優勢區域明顯

近幾年，蔬菜生產的優勢區域在擴展。中國六大蔬菜優勢區域：黃淮海與環渤海設施蔬菜優勢區域、長江流域冬春蔬菜優勢區域、北部高緯度夏秋蔬菜優勢區域、黃土高原夏秋蔬菜優勢區域、云貴高原夏秋蔬菜優勢區域、華南與西南熱區冬春蔬菜優勢區域。

2014年中國蔬菜播種面積前十位的省份分別為：山東、江蘇、河南、四川、廣東、貴州、湖南、河北、湖北、廣西。

面積增幅減小，生產規模趨穩

通過分析1978～2014年的蔬菜生產面積情況發現，全國生產面積增幅減小，生產規模趨于平穩（圖1）。

東部面積穩定，中西部持續增加

從蔬菜農情監測網統計的數據來看，近年來東部地區的蔬菜生產面積增長很小，或是沒有增長；中西部地區的蔬菜生產面積增長幅度相對較大（圖2）。

設施栽培持續增長，高山蔬菜穩步發展

設施蔬菜的生產面積增加較多，設施蔬菜占總產業的比例越來越大。過去5年每年全國增加各種設施大約超過100萬畝（6.7萬hm2）。增加高山、高原蔬菜50～80萬畝（3.3～5.3萬hm2）（圖3）。

設施建設進入了新的改良優化探索階段。不僅設施生產基地的建設規模越來越大，設施本身也有大型化的發展傾向。原來的日光溫室跨度大都在10 m以下，近年來新建成的日光溫室跨度大部分都超過10 m，甚至達到16 m以上。除了河北青縣已有10多年的巨型大棚生產實例外，最近壽光，以及陜西、江蘇的個別地區都相繼建成了一些大跨度、大面積的塑料大棚。

栽培種類豐富，地域特色鮮明

中國是世界上蔬菜栽培種類最豐富的國家。常年栽培的蔬菜有70多種。根據最新統計，辣椒（包括甜椒）成為生產面積最大的蔬菜作物，傳統的大白菜生產面積退居第二位。截至2013年農業部批準344個產品通過農業部地理標志農產品（蔬菜）認證，其中大部分為傳統產品、有機產品和新奇特產品。

價格穩中有升，周年波動明顯

中國的蔬菜價格波動依然明顯。一是年份之間有波動，近幾年來總體上看年份之間是穩中有升。二是周年季節之間有波動。從近幾年的情況，特別是2016年的情況來看，周年價格的波動明顯大于年份之間的波動。

多種經營主體并存，組織化程度有所提高

農民合作社發展迅速 中國蔬菜專業合作社大約超過6萬個。

專業企業迅速增加 企業通過土地流轉建立生產基地，雇傭農工生產，產銷一體經營，規模從幾百畝到數千畝不等。東南沿海一帶發展較早。近年來內地一些從事房地產業、礦業企業紛紛投資蔬菜產業。其中部分企業由于市場定位不準，管理不當，導致效益不佳，甚至虧損。

家庭農場開始涌現 家庭農場是以家庭成員為主要勞動力，從事農業規?；?、集約化、商品化生產經營，并以農業收入為家庭主要收入來源的新型農業經營主體，規?？蛇_幾十畝至數百畝。

流通格局基本形成，多種流通主體、流通形式交叉并存

中國有大量的產地和消費地批發市場，全國從事蔬菜流通的批發市場3000多個，批發量占蔬菜銷售總量的70%以上。但中國批發市場在規范化和標準化方面亟待進行改進。中國蔬菜的流通渠道復雜，超過70%的產品是生產者通過經紀人到產地批發市場、消費地批發市場，再到零售市場，環節多，造成流通損耗大，流通成本大。應該通過政策的調整、技術的研究，盡量減少產品在產地的流通環節，推進流通過程扁平化。

產品安全品質持續改善，質量追溯體系開始建立

近年來，中國蔬菜農殘檢測合格率一直保持在96%以上。農業部和地方都在推進“菜籃子”產品質量安全追溯信息平臺的建設。

生產成本不斷上升，但農民收入看好

雖然近年來蔬菜生產的成本不斷增加，成本利潤率不斷下降，但依然是農業產業中效益較好的產業之一。例如，今年壽光日光溫室果菜類蔬菜生產全年純利潤平均達到5萬元/667m2以上。據了解，全國許多地方依然將蔬菜列為“十三五”期間農業優先發展的產業。

蔬菜產業發展趨勢

蔬菜產業存在的問題：價格波動大，效益不穩定；資源利用率低，過度使用化肥，大水漫灌依然較普遍；產品質量安全的潛在風險依然存在；組織化程度低，盲目種植較普遍；機械化程度低，人力成本高；標準化程度低，產量、質量不穩定。

近期蔬菜產業發展總的趨勢是，規模進一步趨穩，優勢區域范圍向中西部延伸；價格進一步趨穩；設施面積增幅逐步趨穩，設施結構更新優化步伐加快；盡管近期內個體戶依然是生產的主力，但新型經營主體將進一步增加；單位面積效益提升空間進一步縮小，適度規模經營成為今后提高生產效益的主要途徑。

加快機械化的迫切性

加快蔬菜生產機械化是節約人工成本、提高生產效益的迫切要求，是降低勞動強度、改善勞動環境的迫切要求，是適應城鎮化、解決勞動力短缺的迫切要求，是提高作業效率、發展新型經營主體的迫切要求，也是改變傳統作業、實現產業信息化、智能化的迫切要求。機械化是蔬菜產業實現現代化的首要條件和重要基礎。沒有機械化、自動化的基礎，信息化、智能化、物聯網就不可能真正實現，也就無從談蔬菜產業的現代化。

蔬菜機械化特點與具體需求

蔬菜機械化特點

多樣 蔬菜生產種類多、栽培方式多、地貌類型多。

小型 規模面積小，設施空間小，丘陵山地多，間作、套作多。

精巧 蔬菜生產高度集約化，要求精準程度高；蔬菜多為幼苗定植，產品多為鮮嫩的果實、葉球、葉片和根、莖等，操作過程中容易產生機械損傷，所以蔬菜機械一定要精巧。

目前蔬菜生產上急需的作業機械

播種育苗環節 適合多類種子（包括非丸?；┑母咝Ь坎シN機，適合像大蒜這樣的營養體繁殖的作物的播種機。

田間整地與定植環節 畦高與寬幅可調的作畦機械；適合白菜類、甘藍類、茄果類、瓜類、大蔥、洋蔥等的各類定植機（適合不同土壤和鋪膜后定植）。

收獲環節 綠合菠菜、不結球白菜、大蔥、韭菜等有序收獲，適合根莖類（胡蘿卜、洋蔥、大蒜、生姜）產品收獲，適合蓮藕、荸薺等水生蔬菜收獲的各類收獲機械。

采后處理 分級、分選、清洗及自動包裝設備。

智能監測控制技術與現代設施農業生產

南京農業大學工學院院長 汪小旵

現代溫室工程技術的兩大任務：滿足作物高產對環境的要求；降低能耗以節省生產成本。

環境可控是滿足作物高產最基本的要求，但在溫室中，僅環境可控是遠遠不夠的，設施內的溫度、濕度、CO2濃度的均勻性、一致性也對作物產量起到重要的影響。隨著溫室面積的增加，大型溫室的均勻性、一致性優于小型溫室。

在物聯網的監控中發現，環境參數與作物生理、生態參數的關系密切。假設溫室中傳感器的溫度是25℃，并不代表溫室中的每個位置的溫度都是25℃，也不代表植株生長的環境溫度是25℃，植株不同部位（冠層、中部、底部、根）的溫度也不一樣。所以，作物感知物聯網技術是非常重要的。

設施溫室環境信息檢測與控制系統

溫室環境信息控制器的研究方案有①方案1：基于ZigBee和FPGA的溫室作物及環境信息監控系統（早期）。②方案2：網絡型溫室環境信息監控系統（后期）。③方案3：綜合型溫室環境信息監控系統（近期）：集成了室內環境參數、室外環境參數、植物生理生態信息的監控系統；信息采集：室外環境、室內環境、作物個體信息、作物群體；控制器：FPGA控制器、ARM控制器、PLC控制器、MCU控制器、網絡型控制器；遠程監控系統研發的不同版本：WEB版、WEBACCESS版、Android版。

項目實例：南京林大農業生態園溫室智能控制系統。課題組研制的基于ZigBee與FPGA的溫室環境控制系統，在林大公司的農業生態園內進行示范應用，示范應用主要包括：溫室環境監控與大田灌溉監控，從而不斷優化監控系統的軟硬件方案。

設施溫室植物表型信息檢測

通過激光掃描系統，得到線椒三維點云模型，對作物整體不同時期掃描，還可得到辣椒的外形變化信息（株高和幅寬），甚至可以提取辣椒的骨架。通過作物細節掃描，可得到植株的莖粗、果實長度等數據。激光視覺量測葉片長度與莖桿直徑的準確率分別為95.39%

對于群體作物，利用一個位于溫室上方的攝像頭，獲取溫室的圖像，通過這個圖像可以獲取群體生長參數，可對圖像進行分割，對特殊圖像進行提取，然后進行反演，得到作物的莖稈高度、莖稈直徑、葉面數量、坐果數量等。

設施溫室植物生理信息檢測

作物莖流速率測量與預測

莖流速率傳感器特點：采用莖熱平衡原理SGB9-WS型號包裹式莖流傳感器。

傳感器包裹在莖稈的根部，通過熱平衡算法，可以獲得這一株植物的實時蒸騰速率。植物蒸騰速率與溫室環境參數間非線性耦合時延性關系。通過多時間尺度分析結果，表明可以以短時間內的環境參數和蒸騰速率序列預測后續序列。

智能滴灌控制系統

智能滴灌控制系統不需人工干預，能夠較精確地控制灌水量，把水和養分直接輸送到作物根部附近的土壤中，通過計算作物蒸發蒸騰量來確定灌溉量。

植物熒光圖像采集與分析系統

為了在溫室中能夠快速、便捷地獲取植物生理生態信息，研究人員設計了一套基于LabVIEW和MATLAB的葉綠素熒光圖像采集分析系統。在PC上位機端，通過LabVIEW軟件及VISA、VDM、VAS等組件實現了基于虛擬儀器的儀器控制和機器視覺功能。并選定適合本項目的LabVIEW和MATLAB軟件混合編程方式，根據應用需求設計了基于MATLAB的圖像處理軟件。在控制器下位機端，使用Keil uVision5軟件進行程序設計，實現了動作機構的控制。植物熒光圖像采集與分析系統通過配有460～480 nm濾光片的CCD相機獲取熒光圖像，激發光源為473 nm LED的藍紫光，激發強度為9.5 mW，相機的曝光時間為200 ms，相機與光源距離載物臺的高度為20 cm。

基于葉綠素熒光動力學參數的作物生理信息診斷

針對江蘇省設施蔬菜夏季生產所面臨的高溫和Ca（NO3）2雙重逆境導致的蔬菜產量銳減和食品安全問題，結合葉綠素熒光檢測技術，以開花期甜椒為試材，研究了溫室內高溫環境下不同鹽分處理對甜椒生長、前期產量和光合能力的影響。

基于CFD非穩態模型的溫室環境模擬與控制

基于CFD非穩態模型的溫室環境模擬與控制可實現“點”控制到“場”控制突破，綜合環境場的空間變異特征。CFD模型優勢是模型綜合度高、模型具有普適性、算法高效準確、輸出結果豐富。

設施溫室植物肥水一體化灌溉系統

多通道肥水一體化灌溉施肥機

為了多通道營養液與水源在線高效精準混合，實現肥水灌溉量與電導率精準控制，為肥水一體化灌溉施肥智能調控系統提供硬件平臺，設計了肥水灌溉施肥精準混肥系統。

HMI控制界面

HMI控制界面包括HMI控制器登入頁面、肥水灌溉機控制主頁、混肥參數設置頁面、混肥參數設置頁面、系統化工作狀態頁面、肥水灌溉機歷史數據查詢頁面。

營養液配方參數

在配制營養液時，由于蔬菜的種類不同，所選擇的營養液配方也有所不同，表1是以溫室黃瓜為例的營養液配方。

表1 溫室黃瓜營養液配方參數/（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

輕簡式智能灌溉施肥機

該裝置以TEFEN-MixRite比例施肥泵為基礎，進行機身結構設計與系統軟硬件設計；系統下位機以STM32F103ZET6模塊為核心，結合多通道傳感器信號采集及繼電器驅動板，實現對電導率、酸堿度、土壤濕度等6個肥水信息的在線監測和對執行機構（電磁閥、隔膜泵）的實時控制；上位機以WQT-T8060-104型HMI觸控屏為平臺，實現觸控和智能決策控制于一體的灌溉施肥管理。

基于觸壓擾動信號的蟲情預警系統

雙層殺蟲燈：防雨蓋、光源燈體、雙層高壓電網、接蟲裝置、電路控制箱、接蟲口。

在傳統殺蟲燈的基礎上，增加感應裝置，當蟲在電網中被電死后，系統獲取電網的信號，把電信號轉化為被電蟲的數量，來預測蟲情，信息也可以發送到手機中。

莖葉類蔬菜有序收獲機

⑴ 以蘆蒿、芹菜為例，根據其根莖生理形態特征，設計根莖切割刀臺機構、刀臺材料、驅動方式和根莖切割方式等。

⑵ 根據莖葉類蔬菜的莖葉生物學特征，設計可調式攪龍機構、柔性夾緊機構和有序傳輸機構、有序裝載臺架機構等。

⑶ 根據中國設施蔬菜生產中典型設施結構，設計莖葉類蔬菜有序收獲配套小車結構和傳動機構。

省力化田間物流運輸平臺研發

運輸功能：運載平臺前部為控制前臺，內部搭載了運載平臺的控制系統和其他部件。運載平臺后部搭載了由鋁型材與合頁組成的鋁架框架。

升舉功能：為了更便于工作人員控制升降臺的升降高度，升降臺表面安裝有兩個控制電動推桿的腳踏板開關，分別控制升降臺的升降。利用電動推桿自帶的自鎖功能，即可實現在電動推桿行程范圍之內，任意高度的停留，方便工作人員作業。

跟隨功能：平臺設置人形跟隨功能，人在前方作業，運輸車和人之間保持20～50 cm的可調節距離。

天津市設施蔬菜產業發展現狀及對策

天津市農業局蔬菜管理處副處長 郭向華

天津市概況

天津市常住人口1546.95萬人，其中鄉村人口260.7萬人。

2015年天津市農業總產值467.44億元，占全市GDP的2.8%，其中種植業產值240.74億元。農民人均可支配收入18482元。2015年農作物總面積（50.2萬hm2），2015年農作物總產量687萬t。

蔬菜產業發展概況

2015年，天津市菜田面積6.0萬hm2，其中設施占地面積3.4萬hm2。蔬菜播種面積8.6萬hm2，產量441萬t，產值93億元。設施蔬菜產量320萬t，產值70億元。

蔬菜產業發展特點：生產能力穩定；自給能力提升；區域布局合理；產業升級加快。

目前，天津市全年蔬菜上市品種達十幾個大類，150多個品種，年人均蔬菜占有量為285 kg，全市蔬菜產品自給率達到110%。

產業布局合理

蔬菜產業區域布局按照產業集群、生產集中、發展集約、品牌集合的總體思路，重點打造“三區五帶”的發展格局。“三區五帶”分別為：北部遠郊縣設施蔬果聚集區、武清北部“京津鮮菜園”聚集區、寧河薊運河東外向型蔬菜產業聚集區、潮白河沿岸設施蔬果菜產業帶、環城休閑觀光蔬菜產業帶、南部設施瓜菜產業帶、龍海都市型農業產業帶、津西常年蔬菜產業帶。

主要設施類型

天津市的設施類型：智能連棟溫室（400 hm2，占溫室面積的2%）；厚保溫墻體溫室（山東壽光類型溫室，0.6萬hm2，占溫室面積的30%）；節能型日光溫室（1.1萬hm2，占溫室面積的60%）；簡易溫室（1533 hm2，占溫室面積8%）；鋼（復合材料）骨架塑料大中棚（8000 hm2，占大中棚面積的60%）；塑料大中棚（5333 hm2，占大中棚面積的40%）；小拱棚（1667hm2，占總設施面積的5%）。

特色設施蔬菜

西青沙窩蘿卜、武清田水浦蘿卜、津南葛沽蘿卜統稱為衛青蘿卜，在天津有300年種植歷史。全市種植面積3萬畝。秋延反季節栽培：8月底-翌年2月底；茬口安排：果菜-蘿卜、甜瓜～蘿卜、蘿卜套豇豆（水果玉米）-蘿卜；畝年收益4萬元左右。最大特點是播種時露地栽培，11月初霜凍前扣棚膜，根據市場價格隨采隨賣，若大棚栽培采收期可延長至11月底，溫室栽培采收期可延長至2月底。

天津沙窩蘿卜已漸成產業化，如天津市曙光沙窩蘿卜專業合作社已經形成了從品種選育、等級分類、品牌包裝到產品開發全鏈條的產業化運行模式。

政策介紹

近年來，天津市為推進設施農業的發展，出臺了幾項重點政策：“4412”工程、種植業設施提升工程、放心菜基地建設工程、集約化育苗補貼、標準化設施改造補貼。

“4412”工程 2008～2011年，用4年的時間在全市建設40萬畝（2.67萬hm2）的高標準設施農業，12個區縣每個區縣至少建設一個農業現代園區。到2011年“4412”工程結束，全市設施農業建設共投入資金119億元，其中市財政補貼10.6億元。市財政對示范園區也給予大力支持，為每個設施農業示范園發放了3000萬元扶持資金，每年1000萬元，連續3年，區縣按相同比例配套。全市共建成了22個現代農業示范園區，吸引企業40余家。

設施農業提升工程 2012～2015年，重點對20萬畝以新型節能日光溫室為重點的設施基地提升。重點提升：基礎設施、科技支撐、質量安全、產業帶動、配套設施。市級財政補貼標準：基礎設施每667 m2不超過2000元，物化技術配套每667 m2不超過1000元、田間學校建設每個不超過5萬元。同時，對使用銀行貸款建設的工廠化育苗基地和儲藏保鮮設施給予貼息補助。其中：貯藏保鮮加工設施每個不超過28萬元、育苗工廠建設每個不超過280萬元。貼息期限最長為2年。提升成果：基礎設施條件改善、科技支撐能力增強、配套設施健全。

“放心菜”基地建設工程 2012～2015年，建設規模化種植、標準化生產、制度化管理和信息化監管的放心菜基地40萬畝（2.67萬hm2），年產優質“放心菜”240萬t。按“五個一”（一個企業、一個標識、一套設備、一套制度、一名監管員）標準建設，重點是給每個基點配套建設農殘檢測室。全市共建成234家放心菜基地，同時對10個區級質量安全監管機構、90家鄉鎮級站進行了建設。4年期間市級財政共投入扶持資金1.18億元。

集約化育苗補貼 2015年9月出臺，對全市所有合作社、農業企業或種植大戶購買使用集約化蔬菜苗給予果菜類每株苗0.15元、葉菜類每株苗0.08元的補助。2015年全市共認定了15家育苗單位，年育苗能力達到2億株。

標準化設施改造 2015年9月出臺，重點對傳統蔬菜產區的老舊溫室墻體、棚架、保溫增光設備、自動卷簾機及配電設施等進行標準化改造，補貼標準為每畝2萬元。

存在問題

天津市蔬菜產業存在的問題：特色化不明顯、基礎設施仍然薄弱、社會化服務滯后、從業人員年齡老化。

發展對策

可持續發展蔬菜產業的對策：劃定基本菜田，加強基礎設施建設；培育蔬菜品牌，走特色化發展道路；扶持服務組織發展，提升服務水平；推進標準化，提高質量安全水平；強化技術服務，提升科技保障能力；緊抓京津冀協同發展契機，促進產業提檔升級。