發(fā)達國家設施農業(yè)智能化發(fā)展現狀、趨向分析

　　設施農業(yè)，是在環(huán)境相對可控條件下，采用工程技術(shù)手段，進(jìn)行動(dòng)植物高效生產(chǎn)的一種現代農業(yè)方式。設施農業(yè)涵蓋設施種植、設施養殖和設施食用菌等。在國際的稱(chēng)謂上，歐洲、日本等通常使用“設施農業(yè)”這一概念，美國等通常使用“可控環(huán)境農業(yè)”一詞。

　　設施農業(yè)智能化是將現代生物工程技術(shù)、農業(yè)工程技術(shù)、環(huán)境工程技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)應用于農業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，根據動(dòng)植物生長(cháng)的**適宜生態(tài)條件在現代化設施農業(yè)內進(jìn)行四季恒定的環(huán)境自動(dòng)控制，使其不受氣候條件的影響，生產(chǎn)呈自動(dòng)化、標準化和智能化，農產(chǎn)品周年生產(chǎn)、均衡上市，實(shí)現生產(chǎn)高速度、高產(chǎn)出和高效益。

　　設施農業(yè)智能化包括設施工程、環(huán)境調控以及栽培、養殖技術(shù)等方面標準化、自動(dòng)化、信息化，其核心是農業(yè)環(huán)境調控。設施農業(yè)環(huán)境調控智能化是在一定的空間內，用不同功能的傳感器探測頭，準確采集設施內環(huán)境因子(光、熱、水、氣、肥)以及作物生育狀況等參數，通過(guò)數字電路轉換后傳回計算機，并對數據進(jìn)行統計分析和智能化處理后形成專(zhuān)家系統，根據作物生長(cháng)所需**佳條件，由計算機智能系統發(fā)出指令，使有關(guān)系統、裝置及設備有規律運作，將設施內溫、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調到**佳狀態(tài)，確保一切生產(chǎn)活動(dòng)科學(xué)、有序、規范、持續地進(jìn)行。目前設施農業(yè)環(huán)境調控智能化研究已成為當今世界各國展示農業(yè)科技發(fā)展水平的重要標志。

　　二、發(fā)達國家設施農業(yè)發(fā)展現狀

　　設施農業(yè)歷史久遠，早在l5～16世紀，英格蘭、荷蘭、法國、日本等國家就開(kāi)始建造簡(jiǎn)易的溫室，栽培時(shí)令蔬菜或小水果。進(jìn)入20世紀特別是50年代后，隨著(zhù)現代工業(yè)向農業(yè)的滲透和微電子技術(shù)的應用，設施農業(yè)在全球迅速崛起，特別是在美國、荷蘭、日本等一些發(fā)達國家設施農業(yè)迅速發(fā)展，形成了一個(gè)強大的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)特別是信息技術(shù)、環(huán)境工程技術(shù)的迅速發(fā)展，現代工業(yè)向農業(yè)的滲透和現代工業(yè)技術(shù)，包括機械技術(shù)、工程技術(shù)、電子技術(shù)、計算機管理技術(shù)、現代信息技術(shù)、生物技術(shù)的應用，設施農業(yè)不斷向智能化方向發(fā)展。

　　早在20世紀80年代美國雨鳥(niǎo)公司、摩托羅拉等幾家公司就合作開(kāi)發(fā)了智能中央計算機灌溉控制系統，開(kāi)始將計算機應用于溫室控制和管理，此后溫室計算機控制及管理技術(shù)便先是在發(fā)達國家得到廣泛應用，后來(lái)各發(fā)展中國家也都紛紛引進(jìn)、開(kāi)發(fā)出適合自己的系統。20世紀90年代，美國開(kāi)發(fā)的溫室計算機控制與管理系統可以根據溫室作物的特點(diǎn)和要求，對溫室內光照、溫度、水、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)調控，還可利用差溫管理技術(shù)實(shí)現對花卉、果蔬等產(chǎn)品的開(kāi)花和成熟期進(jìn)行控制，以滿(mǎn)足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需要。目前，美國已將全球定位系統、電腦和遙感遙測等高新技術(shù)應用于溫室生產(chǎn)，有82%的溫室使用計算機進(jìn)行控制，有67%的農戶(hù)使用計算機，其中27%的農戶(hù)還運用了網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

　　以園藝業(yè)著(zhù)稱(chēng)的荷蘭從20世紀80年代以來(lái)就開(kāi)始全面開(kāi)發(fā)溫室計算機自動(dòng)控制系統，并不斷開(kāi)發(fā)模擬控制軟件。到80年代中期，已有5 000多臺計算機應用于溫室，目前荷蘭擁有玻璃溫室1.2萬(wàn)多hm2，占世界的1／4以上，有85%的溫室種植者使用環(huán)境控制計算機，種植者只需從軟件公司購買(mǎi)溫室控制軟件，從化學(xué)公司購買(mǎi)營(yíng)養液后，即可按照不同作物的特點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制，從而滿(mǎn)足作物生長(cháng)發(fā)育的**適要求。目前，荷蘭全國建有1.2萬(wàn)hm2現代化自動(dòng)控制溫室，在生產(chǎn)觀(guān)葉園藝植物的現代化大型自控溫室中，盆觀(guān)植物均置放在栽培床上，從基質(zhì)攪拌、裝缽、定植、栽培、施肥、灌溉、缽體移動(dòng)全部實(shí)現機械運作，室內溫度、光照、濕度、作物生長(cháng)情況、環(huán)境等全部由計算機監控，在計算機智能化、溫室環(huán)境調控方面也居**領(lǐng)先地位。

　　英國的智能溫室系統、西班牙和奧地利的遙控溫室系統都是計算機控制與管理在溫室中的成功應用。另外，德國已經(jīng)把3S技術(shù)(地理信息系統GIS、全球定位系統GPS、遙感技術(shù)RS)應用于溫室。與此同時(shí)，溫室計算機控制和管理技術(shù)在亞洲同樣得到了極大的發(fā)展。

　　日本在20世紀80年代中期應用于溫室中的計算機就達到1 000多臺，到1995年達6 000多臺，目前農業(yè)生產(chǎn)部門(mén)中計算機的普及率高達92%。日本還建造了世界上**為先進(jìn)的植物工廠(chǎng)，采用完全封閉生產(chǎn)、人工補充光照，全部由計算機控制。日本的甜瓜農場(chǎng)應用一種新型的智能計算機系統，對7個(gè)溫室群進(jìn)行管理，實(shí)現**佳控制。近年來(lái)日本還研制了一種遙感溫室環(huán)境控制系統，將分散的溫度群與計算機控制中心連接，從而實(shí)現更大范圍的溫室自動(dòng)化管理。

　　以色列用光熱資源的優(yōu)勢和節水灌溉技術(shù)，主要生產(chǎn)花卉和高檔蔬菜，采用大型塑料溫室，在作物附近都安裝了傳感器以測定水、肥狀況，利用辦公室里的中心計算機通過(guò)田間的控制器收集和儲存全天溫室內部和外部的溫度和濕度數據，通過(guò)程序進(jìn)行數據分析，并可通過(guò)引入新數據來(lái)改變操作程序，很方便地遙控灌溉和施肥，系統還可自動(dòng)控制卷簾、熱屏遮陰系統、加熱系統以及灌溉區的流量控制系統，精確可靠，節省人力，原本資源匱乏的以色列現已成為沙漠上的蔬菜出口國。

　　三、發(fā)達國家設施農業(yè)智能化發(fā)展趨向

　　目前，發(fā)達國家設施農業(yè)已具備了技術(shù)成套、設施設備完善、生產(chǎn)比較規范，產(chǎn)量穩定、質(zhì)量保證性強等特點(diǎn)，形成了設施制造、環(huán)控調節、生產(chǎn)資材為一體的產(chǎn)業(yè)體系，能根據動(dòng)植物生長(cháng)的**適宜生態(tài)條件在現代化設施農業(yè)內進(jìn)行四季恒定的環(huán)境自動(dòng)控制，使得不受氣候條件的影響，實(shí)現了周年生產(chǎn)、均衡上市。

　　設施農業(yè)智能化是設施農業(yè)發(fā)展水平的標志，是設施農業(yè)發(fā)展的方向。智能化程度越高，設施農業(yè)和農業(yè)科技發(fā)展水平越高。從初級自動(dòng)化控制向高級智能化轉變，從非標準化設施向標準化產(chǎn)品過(guò)渡，控制系統從自動(dòng)化向智能化轉變是設施農業(yè)發(fā)展趨勢，突出體現在現代化溫室和植物工廠(chǎng)等方面。

　　1.現代化溫室

　　現代化溫室是荷蘭、英國、法國、德國、日本等國家設施農業(yè)智能化的主要表現形式。這種溫室可以自動(dòng)控制室內的溫度、濕度、灌溉、通風(fēng)、CO2濃度和光照，每平方米溫室一季可產(chǎn)番茄30～50kg，黃瓜40kg，或產(chǎn)月季花180枝左右，相當于露地栽培產(chǎn)量l0倍以上。當前，現代化溫室發(fā)展的主要問(wèn)題是能源消耗大、成本高，因此其發(fā)展趨向重點(diǎn)是研究節能措施，如室內采用保溫簾、雙層玻璃、多層覆蓋和利用太陽(yáng)能等技術(shù)措施。有些國家，如美國、日本、意大利等國開(kāi)始把溫室建在適于喜溫作物生長(cháng)的溫暖地區，減少了能源消耗。以色列則研究開(kāi)發(fā)電腦自動(dòng)調溫、調濕、調氣、調光的溫室，用于雞、魚(yú)等家禽和水產(chǎn)的飼養。荷蘭設施農業(yè)智能化重點(diǎn)是畜牧業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度和標準化，奶牛飼養、擠奶、牛奶的罐裝、冷藏及圈養時(shí)的喂料、喂水、清圈等過(guò)程自動(dòng)控制；美國的畜禽飼養計算機化也已經(jīng)相當普遍，正向畜禽生產(chǎn)管理自動(dòng)化發(fā)展，例如管理豬生產(chǎn)的計算機系統中存儲著(zhù)分娩死亡、生長(cháng)、出售、食物比例和管理過(guò)程中所需的各種數據和信息，它可以分析、預測豬的銷(xiāo)售、交配、產(chǎn)仔母豬所需飼料、豬種退化以及**佳良種替代等。

　　2.植物工廠(chǎng)

　　植物工廠(chǎng)是目前智能化水平**高的設施農業(yè)，是繼溫室栽培之后發(fā)展的一種高度專(zhuān)業(yè)化、現代化的設施農業(yè)。植物工廠(chǎng)與溫室生產(chǎn)不同點(diǎn)在于，完全擺脫大田生產(chǎn)條件下自然條件和氣候條件的制約，應用近代先進(jìn)設備，完全由人工控制環(huán)境條件，全年均衡供應農產(chǎn)品。

　　目前，植物工廠(chǎng)在一些發(fā)達國家得到了較快發(fā)展，初步實(shí)現了工廠(chǎng)化生產(chǎn)蔬菜、食用菌和名貴花木等，其設施內部環(huán)境因素(如溫度、濕度、光照度、CO2濃度等)的調控由過(guò)去單因子控制向利用環(huán)境、計算機多因子動(dòng)態(tài)控制系統發(fā)展、實(shí)現了播種、育苗、定植、管理、收獲、包裝、運輸等作業(yè)的智能化。美國、荷蘭等發(fā)達國家，還一直在美國研究利用“植物工廠(chǎng)”種植小麥、水稻以及進(jìn)行植物組織培養和快繁、脫毒。由于這種植物工廠(chǎng)的作物生產(chǎn)環(huán)境不受外界氣候等條件影響，蔬菜如生菜種苗移栽2周后，即可收獲，全年收獲產(chǎn)品20茬以上，蔬菜年產(chǎn)量是露地栽培的數10倍，是溫室栽培的l0倍以上。荷蘭、美國采用工廠(chǎng)化生產(chǎn)蘑菇，每年可栽培6.5個(gè)周期，每周期只需20d，產(chǎn)蘑菇25.27kg／m2。此外，在植物工廠(chǎng)可實(shí)現無(wú)土栽培，不用農藥，能生產(chǎn)無(wú)污染的蔬菜等。

　　目前，世界上只有30多個(gè)植物工廠(chǎng)，由于設備投資大，耗電多(占生產(chǎn)成本一半以上)，如何降低成本和“工廠(chǎng)化”成套技術(shù)研究是現在和將來(lái)設施農業(yè)智能化的發(fā)展趨向。