溫室變遷史

文/陳紅新 本刊編輯

園藝設(shè)施是一種特殊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性建筑，是指利用專門的保溫防寒或降溫放熱材料、設(shè)備，創(chuàng)造具備適合作物生長發(fā)育的小氣候條件，性能比較穩(wěn)定，可以進(jìn)行園藝作物生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)或建筑。園藝設(shè)施的發(fā)展歷史可分為原始時期、發(fā)展時期和現(xiàn)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(shù)僅供皇室貴族使用；在國外，古羅馬帝國最先出現(xiàn)簡易圍護(hù)栽培，到了17世紀(jì)，法國、英國、日本和德國等相繼出現(xiàn)簡易的園藝設(shè)施。第二次世界大戰(zhàn)后，世界各地的園藝設(shè)施迅速發(fā)展，面積不斷擴(kuò)大，栽培水平進(jìn)入高投入、高產(chǎn)出和高技術(shù)階段。20世紀(jì)70年代后，大型鋼架溫室出現(xiàn)，室內(nèi)加溫、灌溉、換氣等附加設(shè)備廣泛運(yùn)用，溫室面積迅速增加。目前，設(shè)施園藝面積在5 000 hm2以上的設(shè)施農(nóng)業(yè)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(yīng)、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面發(fā)揮著重要作用，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。

國外主要農(nóng)業(yè)國家溫室發(fā)展概況

從資源利用效率、生產(chǎn)效率及技術(shù)集成方面，我國與荷蘭、日本、西班牙、以色列、美國等設(shè)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(fā)展歷程對于我國溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

荷蘭

荷蘭位于東經(jīng)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(shù)最高，約為220 h，12月份最低，約為39 h。

荷蘭是世界設(shè)施園藝強(qiáng)國，園藝產(chǎn)值占全國農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的39%。荷蘭的玻璃溫室是世界設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)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(chǎn)出高達(dá)66.3歐元[1]。荷蘭人充分發(fā)揮當(dāng)?shù)貧夂驕睾偷膬?yōu)勢，克服光照資源的不足，把溫室園藝產(chǎn)業(yè)做到了世界最好，其100年來的溫室發(fā)展史大致分3個主要階段（表1），即初級階段、快速發(fā)展階段和穩(wěn)定成熟階段。

荷蘭溫室結(jié)構(gòu)較單一，90%以上的溫室為Venlo溫室，主要特點(diǎn)為鋼材用量極少，透光率高，抗風(fēng)能力強(qiáng)，光照均勻。荷蘭堅(jiān)持以種植為核心，從溫室設(shè)計(jì)（如結(jié)構(gòu)參數(shù)、結(jié)構(gòu)承載力確定）、環(huán)境（如溫度、濕度、光照、CO2濃度）調(diào)控設(shè)備配套以及生產(chǎn)過程的管理等入手，強(qiáng)調(diào)為種植服務(wù)，因此生產(chǎn)效率極高[2]。

日本

日本在小型溫室機(jī)械、植物工廠精密控制等方面的技術(shù)居于世界領(lǐng)先地位。日本發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)主要是為了緩解農(nóng)業(yè)勞動人口數(shù)量減少及日趨老齡化的沖擊，與此同時開發(fā)出與大都市空間相適應(yīng)的新鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)體系。因此日本設(shè)施農(nóng)業(yè)總體量不大但特色鮮明：一是更注重開發(fā)節(jié)省人力的小型溫室機(jī)械，發(fā)展利益化種植等技術(shù)；二是更重視運(yùn)用高附加值、緊湊型、全程精細(xì)控制的植物工廠技術(shù)。

表1 荷蘭溫室發(fā)展歷程

1960年之前，日本主要應(yīng)用簡易拱棚做育種育苗。1960—1980年，設(shè)施農(nóng)業(yè)迅速發(fā)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(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)在日本得到更多重視和推廣。據(jù)日本農(nóng)林水產(chǎn)省統(tǒng)計(jì)，截至2009年，日本玻璃溫室面積為2 039 hm2，占設(shè)施總面積的4.2%，塑料溫室和塑料大棚面積為47 010 hm2，占設(shè)施總面積的95.8%。2013年初的數(shù)據(jù)顯示，日本共有211家植物工廠[1]。

日本現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)增強(qiáng)管架大棚（圖1—3）。

美國

美國的溫室演變與工業(yè)材料的發(fā)展密切相關(guān)。大體上可以分為3個階段：第一階段（1950—1969年），溫室以木結(jié)構(gòu)為主，覆蓋材料幾乎都是玻璃，室內(nèi)以土壤栽培為主，自動化設(shè)備極少；第二階段（1970—1989年），金屬骨架溫室逐步增加，出現(xiàn)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(shù)普遍應(yīng)用；第三階段（1990年到現(xiàn)在），PC板投入使用，屋頂可以全部啟閉的現(xiàn)代溫室成為主流[3]。

西班牙

西班牙的溫室農(nóng)業(yè)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(dāng)?shù)販厥颐娣e集中，產(chǎn)量大，輻射面廣，每天平均向歐洲國家運(yùn)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(fā)達(dá)的設(shè)施農(nóng)業(yè)不僅得益于得天獨(dú)厚的地中海氣候，更依賴于全面完善的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系和先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。

阿爾梅利亞的溫室結(jié)構(gòu)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(shè)施面積增加約600 hm2。目前，該地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)總規(guī)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(dāng)?shù)卣图夹g(shù)部門高度重視溫室的規(guī)模化建設(shè)，逐步以大面積的溫室代替小型溫室，生產(chǎn)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(jié)

荷蘭、日本等國通過強(qiáng)化政策支持、科技支撐、產(chǎn)業(yè)配套、利益連接等舉措，加快發(fā)展以玻璃溫室、植物工廠、微滴灌等設(shè)施園藝技術(shù)為重點(diǎn)方向的現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)，主要發(fā)展趨勢有：溫室建設(shè)大型化、室內(nèi)技術(shù)集成化、產(chǎn)品種類多樣化、操作流程機(jī)械化、生產(chǎn)技術(shù)工廠化、覆蓋材料多樣化、栽培技術(shù)無土化、防治技術(shù)生物化。在產(chǎn)業(yè)政策制定、技術(shù)裝備研發(fā)推廣和產(chǎn)品路線設(shè)計(jì)等方面為我國設(shè)施園藝的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

圖1 雙面坡玻璃溫室結(jié)構(gòu)

圖2 單棟鋼結(jié)構(gòu)塑料溫室結(jié)構(gòu)

圖3 埋地式塑料大棚結(jié)構(gòu)

我國溫室發(fā)展歷程

我國的園藝設(shè)施發(fā)展歷史悠久，在不斷的發(fā)展過程中，已經(jīng)形成了類型多樣化、結(jié)構(gòu)科學(xué)化、功能齊全化、應(yīng)用廣泛化的態(tài)勢。我國的溫室經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由低級到高級的發(fā)展階段，結(jié)構(gòu)類型主要包括簡易保護(hù)設(shè)施（風(fēng)障畦、陽畦、溫床、防雨棚等）、塑料拱棚、日光溫室、現(xiàn)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(qū)生產(chǎn)狀況、經(jīng)濟(jì)條件和應(yīng)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(shè)施農(nóng)業(yè)起步較晚，20世紀(jì)30年代，我國遼寧南部和北京地區(qū)開始在冬季利用不進(jìn)行人工加熱的日光溫室生產(chǎn)新鮮蔬菜。60年代開始應(yīng)用簡易式塑料大棚，到了70年代，節(jié)能型日光溫室逐漸投入生產(chǎn)，到1981年，保護(hù)地面積為1.6萬hm2，占蔬菜種植面積的4.35%，其中節(jié)能型日光溫室僅占0.4%。到80年代初，開始引進(jìn)荷蘭、美國等國的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備。80年代中期，國內(nèi)開始對原有日光溫室的建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境調(diào)控技術(shù)和栽培技術(shù)進(jìn)行全面改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)在完全不加熱或僅有極少量加熱的條件下，在冬季生產(chǎn)喜溫果菜。90年代引進(jìn)國外大型連棟溫室及配套栽培技術(shù)，逐步向規(guī)模化、集約化和科學(xué)化方向發(fā)展。此后溫室數(shù)量、面積和內(nèi)部的設(shè)施水平都相繼有了大幅度提高[5]。設(shè)施農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)定發(fā)展，截至2016年，主要溫室設(shè)施面積已突破210萬hm2，連棟溫室面積達(dá)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(chǎn)工藝環(huán)節(jié)為目標(biāo)的擴(kuò)展式融合、以生產(chǎn)品類專業(yè)化服務(wù)為目標(biāo)的延伸式融合、以技術(shù)和市場為主線的跨界式融合正成為溫室發(fā)展的戰(zhàn)略模式。

溫室結(jié)構(gòu)演變

我國溫室結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程主要分為4個階段[6]，即雛形期、改良期、發(fā)展期和升級期（表2）。在自建或引進(jìn)荷蘭溫室的同時，我國相繼研發(fā)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(tài)類型的新型、適用的溫室及配套設(shè)施。

壽光作為全國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)和銷售的集散地，是日光溫室技術(shù)持續(xù)改進(jìn)和提高的創(chuàng)新園，其溫室建設(shè)行業(yè)已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)工程建筑領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的成功典范。分析壽光近代溫室發(fā)展歷程[7]可以看出（表3），其溫室更新?lián)Q代周期較短，溫室跨度、高度不斷增大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提升，配套設(shè)備逐漸完善。此外，壽光溫室建設(shè)投資較低，以1989—1991年改進(jìn)創(chuàng)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(nèi)空間較大，不僅有利于蔬菜生長發(fā)育，同時便于棚內(nèi)的農(nóng)事操作。建造面積為667 m2的該類型日光溫室，成本費(fèi)用為1.0萬～1.2萬元，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1.5萬～3.0萬元。

溫室技術(shù)演變

溫室環(huán)控技術(shù)

溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、氣體等環(huán)境因子的合理調(diào)控對作物生長至關(guān)重要。由最原始的簡易大棚中無環(huán)控措施，到現(xiàn)在經(jīng)過學(xué)者們不斷研究，已經(jīng)在環(huán)境因子的響應(yīng)模型、調(diào)控技術(shù)及配套設(shè)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(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)展到工業(yè)控制機(jī)（IPC）及可編程邏輯控制器（PLC）的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制系統(tǒng)[8]。

溫室灌溉及施肥技術(shù)

隨著國家倡導(dǎo)節(jié)水灌溉理念及對作物與水肥需求關(guān)系的研究，傳統(tǒng)的漫灌、管道式灌溉應(yīng)用越來越少，高效的節(jié)水灌溉技術(shù)逐漸成為主導(dǎo)。作物需水需肥規(guī)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(shù)，且智能化決策與控制技術(shù)也正成為溫室節(jié)水灌溉的一種發(fā)展趨勢。

表2 我國溫室結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程

溫室節(jié)能技術(shù)

溫室內(nèi)采暖、通風(fēng)、照明、灌溉、施肥、自動化控制等環(huán)節(jié)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(huán)境造成的污染，越來越多的人在溫室節(jié)能降耗方面做出了有益的探索。主要體現(xiàn)在改進(jìn)與優(yōu)化溫室結(jié)構(gòu)、開發(fā)利用可再生能源及太陽能、對溫室進(jìn)行變溫管理等。

表3 壽光溫室發(fā)展歷程

展望

我國溫室已進(jìn)入鞏固、完善、提高、再發(fā)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(fā)展。但我國溫室發(fā)展較晚，大多數(shù)是參考借鑒國外的技術(shù)，在環(huán)控技術(shù)、作物栽培管理、機(jī)械化與自動化方面仍有所欠缺，難以最大限度地發(fā)揮溫室優(yōu)勢，導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)并不太理想。

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路，溫室產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。“十三五”規(guī)劃綱要中首次提出：發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，依靠智慧農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精細(xì)化、高效化、綠色化發(fā)展。因此，應(yīng)加大扶持力度、引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合，通過技術(shù)創(chuàng)新，自主研制結(jié)構(gòu)優(yōu)化、配套齊全、低成本、節(jié)能高效、擁有智能化控制手段和中國區(qū)域特色的現(xiàn)代化溫室，從而形成具有中國特色的溫室技術(shù)和設(shè)施體系。