设施工程学-第二章园艺绪论2014年

设施园艺学河南农业大学朴凤植教授绪论农业的发展史:原始农业→传统农业→现代农业原始农业和传统农业是被动式“靠天吃饭”的农业现代农业（设施农业）是主动式“可控环境”的农业-设施农业中最早出现的园艺作物生产系统称为设施园艺设施园艺概念：设施园艺（Protectedhorticulture）是指在露地不适于园艺作物生长的季节或地区，利用温室等园艺保护设施与配套设备，人为创造适于作物生育的小气候环境，根据人们的需要，有计划地生产蔬菜、花卉、水果等园艺产品的安全、优质、稳产、高产的综合农业技术体系。又称设施栽培（Protectedcultivation），是与露地栽培（openfieldculture）相对应的一种生产方式。名称的变迁：1、保护地栽培：在20世纪80年代以前，包括：风障畦、阳畦、温床、地膜覆盖、浮面覆盖、小拱棚覆盖、2、设施园艺：20世纪80年代后，由于世界经济和高科技的发展与进步，支撑设施栽培的新品种、新装备、新资材不断被开发应用，赋予设施园艺新的涵义，包括：塑料薄膜大棚、遮阳网、避雨棚、防虫网（纱网）、温室、植物工厂、宇宙（太空）农业、无土栽培、工厂化穴盘育苗等。

3、工厂化农业：20世纪90年代中期提出，但还未被学术界普遍接受。4、可控环境农业：21世纪初提出。露地栽培（openfieldculture）

风障（windbreakbedculture）

阳畦（coldbed）

地膜覆盖小拱棚（plastic-tunnelculture）

塑料薄膜大棚（plasticfilmgreenhouse）

竹木塑料大棚钢管塑料大棚遮阳网（shadingscreen）

避雨棚栽培（rainshelters）

防虫网（insect-preventingnet）覆盖栽培

节能型日光温室（Chinesesolargreenhouse）

现代化温室（greenhouse）连栋塑料温室（plasticfilmgreenhouse）

无土栽培（soillessculture）

工厂化穴盘育苗（plugtransplant）

植物工厂（plantfactory）

日本电力中央研究所植物工厂示意图宇宙（太空）农业（spaceagriculture）

叶菜类栽培食用食用菌栽培设施花卉蝴蝶兰温室栽培红掌花温室栽培（火鹤花、幸运花）蔬菜育苗越冬栽培冬季栽培大棚早熟栽培夏季栽培假植栽培芽菜栽培(软化栽培）无土栽培设施养殖业观光旅游景点设施园艺学：随着我国设施园艺业的迅猛发展，作为园艺学重要分支的设施园艺学也逐渐形成并得到了空前的发展。设施园艺学是以研究设施作物的生育特性及其对生态环境条件的要求和设施内的环境特性为基础，获得设施结构和性能的优化、设施环境的合理调控与设施作物的科学栽培，实现设施作物的优质、高产、高效和可持续发展为目的的一门应用性科学。设施园艺学是一门生物科学、环境科学和工程科学有机结合的交叉边缘学科，现代设施园艺学已跨入了高科技时代而赋予新的内涵。它要求从事该领域的科技管理人才，必须具有宽厚坚实的诸多学科的基础知识和基本操作技能。2022/12/2061中国设施园艺面积（万亩）年度合计小棚大中棚节能日光温室普通日光温室加温温室连栋温室1978年8.05.61.9

0.5

1982年15.510.62.70.01.60.7

1984年47.432.58.30.24.71.8

1986年118.880.920.50.912.73.8

1988年180.0118.132.23.321.45.0

1990年235.1144.950.111.322.96.0

1992年365.3214.985.933.323.67.6

1994年651.9334.6160.194.354.58.3

1996年1257.1563.5383.8188.0107.414.50.21998年2083.0819.9783.9310.7130.637.81.02000年2749.01036.81069.1425.3175.242.71.92002年3159.51137.21236.9574.7175.135.71.62004年3865.51483.11599.7587.9161.722.111.02006年4112.31614.31636.0680.7143.226.611.62008年5249.91959.92091.5964.6173.535.025.6出口贸易持续增长2003年出口量达到552.68万吨，出口额30.68亿美元2004年出口量615.33万吨，出口额38.6亿美元2005年出口量697.72万吨，出口额45.59亿美元2006年出口量732.46万吨，出口额54.24亿美元2007年出口量817.3万吨，出口额62.1亿美元蔬菜产业效益测算项目生产面积

(万公顷)产值(亿元)净产值(亿元)露地生产1396.782514.202011.36地膜覆盖561.231333.48933.44塑料棚大中棚118.901125.75675.45小棚100.60572.21371.94节能日光温室60.801152.40749.06普通日光温室9.60145.5094.57连栋温室1.4914.094.23加温温室0.8012.126.67设施蔬菜（含食用菌）292.193430.482193.06蔬菜产业2250.207278.165137.86设施蔬菜占蔬菜(%)12.9947.1342.682007年蔬菜和瓜类播种面积居前10位的地区2007年蔬菜和瓜类总产量居前10位的地区河南省常年蔬菜播种面积在3000万亩左右，其中设施栽培面积达到12.3万hm2，占全国设施栽培总面积的17.3%，已经成为全国重要的设施蔬菜栽培生产区域。2022/12/2068（一）发展成效

1.推进了设施园艺科技创新日光温室蔬菜高效节能栽培技术的研发，创新了日光温室采光保温设计原理，据此设计建造的第二代日光温室，室内外最低温差比第一代提高了5℃以上2022/12/2069新型设施园艺资材的研发，使我国的膜薄型耐候功能膜（防老化膜、流滴防老化膜、多功能复合膜、消（减）雾膜）、遮阳网、防虫网、穴盘等研制技术达到了国际先进水平塑料棚蔬菜生产配套技术集成创新取得重要成果EVA多功能复合膜2022/12/2070现代化温室的引进消化吸收，展示了现代农业的壮丽前景，催生了国内的温室制造业2022/12/20712.实现了园艺产品周年供应80年代实现了早春和晚秋蔬菜供应的基本好转90年代破解了冬春和夏秋两个淡季的供需矛盾，确保市场有十余类数十个品种的蔬菜供应，满足了人民冬吃夏菜、夏吃冬菜、中吃西菜、北吃南菜的需求2008年设施蔬菜瓜类产量2.47亿吨，占当年蔬菜瓜类总产量的36.84%；设施蔬菜瓜类人均占有量185.66公斤，相当于露地蔬菜瓜类人均占有量的58.34%2022/12/20723.增强了质量安全保障措施采用防虫网帐全封闭覆盖栽培，或用防虫网封闭棚室放风口和门窗，配合播（植）前对土壤、棚室消毒、张挂诱虫版，则基本不发生虫害冬春季节设施栽培若能采用消雾膜扣棚、膜下滴灌，配合适宜高温管理，可使棚室内的光照增加20～30%、灌溉用水节约2/3～3/4以上，空气湿度大幅度降低，能够有效抑制病害的发生因地制宜综合应用上述绿色防控技术，可基本不用施药防治病虫害，对近年来最难防的番茄黄化曲叶病毒的防治效果也可达85%以上。

2022/12/20734.提升了设施园艺产业地位

投入产出比高：设施园艺生产的综合平均亩产值13485.47元，亩净产值10456.12元，比露地生产高3～5倍，投入产出达到1∶4.45总产值比重大：2008年，全国设施园艺的产值7079.75亿元

占园艺产业的51.31%占种植业的25.25%相当于畜牧业的34.39%是渔业的1.36倍是林业的3.29倍2022/12/20745.促进了城乡就业农民增收

在农户间实行互换帮工的情况下，每个整劳力可经营1.5～2亩设施园艺生产全国5249.56万亩设施园艺至少可解决2600多万人就业，并可带动相关产业发展创造1500多万个就业岗位2008年，设施园艺产业的总产值为7079.75亿元，净产值为5489.37亿元，使全国农民人均增收760.99元，占农民人均纯收入的16%。重点设施园艺产区对农民人均收入的贡献额都在2000元以上2022/12/20756.带动了相关产业发展进步

资材年消耗量大农膜110万吨穴盘3900多张各类木（竹）杆（片）29亿根各类钢管（筋）1.5亿根钢架大棚桁架1.7亿副草苫1.6亿副水泥140多万吨沙石970多万方设施园艺产品运销量大蔬菜瓜果2.49亿吨大量的花卉产品2022/12/2076（二）发展特点1.规模增速世界之最1978—2008年全国设施园艺面积，由8～5249.9万亩，翻了9番多78—88年，8～180万亩，年均增速高达215%88—98年，180～2084万亩，年均增速105.8%，但年均增量却由17.2万亩扩大到190.4万亩98—08年年均增速继续大幅回落，仅为15.2%，但年均增量继续放大，达到了316.6万亩世界设施园艺产业主要分布在亚欧美三大洲，目前约有大型园艺设施3564.7万亩，其中塑料棚室3483.1万亩、玻璃温室81.6万亩；我国有大型园艺设施3290万亩，其中塑料棚室3276.7万亩、玻璃温室13.3万亩，分别占亚欧美三大洲的92.3%、94.1%和16.3%2022/12/20772.低碳节能国际领先中国选择的是一条低碳节能的中国特色设施园艺发展道路。独创的日光温室高效节能栽培，能在-10℃至-20℃的严寒条件下不加温生产喜温蔬菜与传统加温温室相比，亩均节约标准煤25吨，到2008年全国节能日光温室面积已达964.56万亩，共节约标准煤2.4亿多吨，等于少排放6.3亿多吨二氧化碳、205万吨二氧化硫、178万吨氮氧化物。与现代化温室相比，其节能减排贡献额还要提高3～5倍日光温室节能技术，已经引起了国际有识之士的高度关注和浓厚兴趣2022/12/20783.园艺设施经济实用我国的设施园艺产品市场价格波动大，工农产品剪刀差大，广大农民家底薄、抗风险能力差，发展设施园艺生产，首先考虑降低造价，故多采用便于就地取材的简易设施2022/12/2079全国大型园艺设施占60.2%，小型园艺

设施占39.8%

2022/12/20801173万亩的日光温室和加温温室，竹木土墙架构的简易温室约占80%

2022/12/20812091万多亩的塑料大中棚，竹木骨架结构的棚型占60%以上

2022/12/20821959万多亩的塑料小拱棚，几乎都是竹木结构的

2022/12/20834.蔬菜居多分布趋优2008年，全国设施园艺面积5244.56万亩，其中设施蔬菜占95.6%、设施果树占2.5%、设施花卉占1.8%2022/12/2084经过生态、市场和社会经济的长期综合选择发展，我国设施园艺产业已呈明显的优势区域分布状态。设施蔬菜的区域分布见下图2022/12/2085三北、黄淮及青藏高原地区长江流域地区华南地区2022/12/20865.果菜茬口类型较多欧美的温室果菜类蔬菜生产，多为长季节栽培，一年一茬我国则由于实行节能栽培为主的生产技术路线，必须按照设施的结构性能合理安排季节茬口节能日光温室多采取长季节栽培，一年一茬普通日光温室多采取早春和秋冬两茬栽培塑料大中棚除在华南和江南的部分地区通过集成内保温多层覆盖进行喜温果菜长季节栽培外，其他多推行春提前和秋延后两茬栽培2022/12/20876.开发非耕地进展可喜甘肃省肃州区，2007—2009年累计利用盐碱、砂石地发展日光温室5290亩，辐射带动玉门、高台、临泽、金塔、敦煌、临洮等周边县（市）发展非耕地日光温室蔬菜瓜果栽培面积已超过11000亩海南省在沿海荒滩上建起3万余亩的塑料大棚基地宁夏中卫市，在腾格里沙漠腹地盖起草砖墙体沙漠日光温室39栋，生产有机果菜，每栋收益6000—8000元。规划用5年的时间，建成一个1.6万亩的沙漠高科技农业示范园区全国约有荒漠化土地60亿亩，工矿区废弃地6000万亩，海涂3000多万亩，宜农后备土地6.6亿多亩，开发非耕地设施园艺产业大有可为2022/12/2088甘肃酒泉在戈壁砂石地上发展日光温室集群2022/12/2089宁夏中卫市在腾格里沙漠腹地建日光温室绿洲宁夏中卫规划在腾格里沙漠腹地创建10万亩规模的沙漠人绿洲2022/12/2090（三）发展中的突出问题1.缺乏统筹规划2.生产安全性差风雪灾害重冷害冻害频发低温高湿病害多发趋重高温热害时有发生主要成因布局不合理可地扣棚棚间距太小设计建造不科学盲目标新立异盲目追捧“巨型”化图省钱穷凑活2008年南方冰雪灾害2022/12/20912022/12/20922022/12/2093温室的采光保温性能显著降低耕地破坏严重、利用率低室内地面过度下沉2022/12/2094巨型大棚超长巨型大棚超宽棚间距过小棚体方位大小各异2022/12/20952009年雪灾垮塌后重建2022/12/2096拱间距过大、拱曲度偏小，天沟设计不合理，导致大量水兜2022/12/20973.过量施肥加剧连作障碍

土壤酸化，一些重点设施园艺生产地区，土壤pH值已降至5以下次生盐渍化，山东某市连续种植3年、6年、10年的设施内土壤EC值分别为1.68mS/cm、1.82mS/cm和1.88mS/cm，而大部分蔬菜作物发生生理障碍EC值都在0.5(水土比为1∶5)以下超过大量种植的茄果类蔬菜发生生育障碍临界值2倍多2022/12/2098作物生长状态与土壤和EC值的关系作物土壤类型抑制严重抑制枯死10090700番茄沙土0.831.062.87壤土1.121.534.77黑土0.871.173.55菜豆沙土0.420.531.55壤土0.540.863.70黑土0.841.313.69大白菜壤土0.891.114.90黑土0.841.036.85水土比为1∶52022/12/20994.低温高湿病害多发趋重棚室内夜温偏低湿度大是普遍现象省钱省事不落实地面覆盖技术措施大水漫灌加剧棚室环境的低温高湿霜霉病、灰霉病、叶霉病、黄瓜细菌性角斑病、疫病、早疫病、晚疫病等低温高湿病害呈严重多发态势2022/12/20100大水漫灌盖天不盖地2022/12/201015.装备水平低产出率不高我国棚室的温、光、水、气等小气候环境调控能力差，机械化程度低，劳动强度大，人均管理面积小，劳动生产率低温室黄瓜、番茄产量只有10～30公斤/米2荷兰的温室黄瓜60〜100公斤/米2、番茄50〜70公斤/米2

2022/12/201022022/12/201036.家庭经营组织化程度低家庭经营为主体，生产单元小，规模效益差，对设施园艺产业高投入和高风险的承受能力弱不确定的品种、数量和质量，无法与销区建立相对固定的供货渠道、占有相对稳定的市场份额，很难与大市场、大流通对接面对千家万户，生产管理、技术推广、质量监管难度大，严重制约着设施园艺产业竞争力的提高辐射带动能力强的产地批发市场、龙头企业、专业合作组织少，加工、营销、信息等服务跟不上，又严重制约着设施园艺产业的发展。2022/12/20104（四）发展对策1.强化冬春安全生产制定完善的设施园艺标准体系框架，启动制定修订程序，优先完成节能日光温室标准的制定修订按照构架坚固、性能优越、造价合理的要求和最新发布棚室国家（行业）标准进行设计实行有差别的财政补贴政策，加大对按照优型架构标准新建和改造棚室、及时进行棚室维修更新的补贴力度严格按标准验收合格后兑现补贴金，鼓励发展优型棚室，抑制“巨型”棚室和低劣棚室的增加，促进按照安全使用限期进行棚室维修更新2022/12/201062022/12/201072022/12/201082022/12/201092022/12/201102022/12/201112022/12/201122022/12/201132022/12/201142022/12/201152022/12/201162022/12/20117不同墙体的蓄热保温性能比较2022/12/201182022/12/20118内置保温装置日光温室2022/12/20119收卷式内置保温装置折叠式内置保温装置2022/12/201202.塑料大棚的设计与建造

Y＝4(F-K)X(L-X)/L2+KF：矢高K：肩高X：距侧面底角水平距离L：跨度2022/12/201212022/12/201222022/12/201232022/12/201243.综合治理连作障碍推广测土配方施肥，增施粗肥定期与玉米等大田作物轮作，有条件的定期实行水旱轮作施用生物有机肥或利用夏季休闲期种植苏丹草、甜玉米、豆科作物等，对土壤进行生物修复四是利用夏季进行高温闷棚或采用热水灌注法进行土壤消毒采用嫁接换根及其它健康栽培措施2022/12/20125浙江大棚蔬菜与水稻定期轮作防治连作障碍2022/12/201267－8月间，每平方米施入碎稻草1.5－3千克、石灰50－100克（如pH值6.5以上用同量的硫铵），深翻30厘米以上，整平浇透水，畦面覆盖薄膜（最好是黑色膜），周围用土密闭，封闭棚室20－30天，地表土壤温度≥70℃，15－20厘米土层温度≥50℃，能杀死了多种病原菌、线虫及其他虫卵2022/12/20127在夏季，农家肥施用后，每平方米撒施50～75克石灰氮，随后深翻灌水，使土壤湿度≥70%，畦面覆盖薄膜，周围用土密闭，封闭棚室增温15～20天，地表温度60～70℃，10厘米地温≥50℃，然后揭膜通风透气，翻耕整地，晾晒7天以上方可播种或定植作物2022/12/201282022/12/20129热水灌注消毒2022/12/20130种植苏丹草除盐碱2022/12/201314.预防低温高湿病害防治的关键是要将棚室气温控制在露点温度以上当棚室气温在20℃以下时，气温每升高1℃，空气相对湿度可降低5%以上欧美通过加温把温室的夜间温度控制在15～20℃，几乎没有低温高湿病害发生日本、韩国日出前1小时左右补充加温，以缩短作物体表面结露时间，也很少发生低温高湿病害我国要选用防(消、减)雾型多功能复合膜，尽早扣膜冬前蓄热，白天适宜高温管理多蓄热，夜间加强保温覆盖，地面实行地膜或秸秆全覆盖，采用膜下滴灌或暗灌，必要时进行人工补温。2022/12/20132复合高抗（耐）良种设施专用品种对低温弱光逆境和主要病害的抗（耐）性强能高抗（耐）当地重点病害2种以上，诸如灰霉病、霜霉病、叶霉病、细菌性角斑病、晚疫病、黄瓜靶斑病、枯萎病、疫病、线虫等，若能定向免疫最好2022/12/20133消雾型耐候功能膜消雾型耐候功能膜可减少光照损失20～30%，对低温高湿病害的防效极为显著2022/12/20134膜下暗管(滴灌)2022/12/20135在霜霉病发生初期，于晴天中午密闭大棚，使棚内温度上升至45℃，维持恒温2小时，隔7~10天再处理1次，闷棚前须浇透水，闷棚后须大放风。高温闷棚2022/12/201365.发展轻简增效设施园艺轻简增效，是我国现代农业也是设施园艺产业发展的根本出路发展轻简增效设施园艺，必须提高设施园艺产业的现代物质装备水平加快推进节能日光温室现代化，包括按照简化建造工艺、便于机械化作业、提高土地利用率、可以应急补温和适度美化亮化的思路改善结构，研发推广中国特色棚室环境调控技术装备等加快适用于棚室农事作业机械研制和选型配套，并纳入国家农机购置补贴范围推进棚室少免耕及肥水一体化补给系统与技术开发推广积极完善、大力推广集约化育苗装备与配套技术2022/12/201372022/12/201382022/12/201392022/12/201402022/12/20141集约化育苗2022/12/201426.提高农民组织化程度引导培育合作经济组织，是提高农民组织化程度，维护农民合法权益的最佳选择因地制宜积极引导扶持组建农民合作社或专业协会或股份合作制经济组织，实现有组织、有计划地面向市场、发展生产、进入流通推进农村人力资源和耕地资源的市场化配置，达到人尽其材、地尽其力，显著提高农民的组织化程度和参与市场竞争能力。2022/12/201437.促进设施果树花卉发展设施果树、花卉生育规律研究，包括不同树种低温需求量及打破休眠技术，营养的吸收分配与运转规律及其控制技术，设施环境与果树、花卉生长发育、产量、质量的相关性及最佳生长模式设施果树、花卉优质高效生产与管理模式2022/12/201448.加强园艺技术推广加强农技推广体系建设，加大对农技推广的投入保障力度，设立专项经费支持农技人员深入一线开展设施园艺作物生产的技术集成创新、展示示范、进村入户指导培训等推广活动加强对农技人员推广工作业绩的考核监督，按照考核结果兑现绩效工资，激励基层农技人员进村入户进棚为农民服务

基于当地自然环境的温室设施设计、建造及其标准化基于温室设施的环境自动控制系统的建立基于不同生产模式的设施专用品种的改良基于节能的工厂化育苗技术体系的建立基于节能、无害化优质高产的作物与环境生长模型的建立基于作物生长模型的专家管理系统的建立基于当地自然资源和市场的设施农业生产模式的建立基于高效、节能、优质、无害化的设施农业设施、设备研制基于保鲜保质的产后处理技术建立等。（五）设施园艺的主要研究方向紧缺资源替代问题（温室设计与节能问题、灌溉方式与节水问题、非耕地利用与增地问题）1省力化、提高劳动生产率问题（温室环境控制自动化、生产机械化、管理及营销信息化）2（一）确定研究方向的依据低温、高温、弱光、低CO2与作物生育（光合作用）坐果、果实发育与调控机制设施蔬菜生理生态连作障碍与调控（土壤盐渍化及营养失衡，侵染性病害严重）

3设施蔬菜逆境生理问题优质生产问题（果实出现生理病害问题、品质下降问题）畸形果腐果果实低糖等品质4无害化生产问题（安全防病虫害技术、平衡施肥技术、无害化生产专用产品研制）5生产标准问题（依据栽培类型及地区研制）6（二）主要研究方向以替代耕地资源短缺、水资源短缺、农业能源短缺为核心，以节能、节水、清洁、安全、高效、优质人工营养介质栽培技术为关键，以实现可在污染耕地和不可耕种区域内进行优质和无害化、集约化、专业化和工厂化生产为目标。重点开展以下方面研究。1以节能和现代化为主要目标的日光温室优化设计及设施配套研制采光、保温、蓄热、降温性能良好的一系列节能型日光温室，使日光温室冬季透光率在80%以上，冬季最低气温时内外温差达到30℃。节省能源。以节水为主要目标的日光温室灌溉方式与节水技术2进一步研究喷灌、滴灌、渗灌等灌溉方式、亏缺灌溉对作物产量、品质影响3以可在非耕地进行优质和无害化、集约化、专业化和工厂化生产为目标研制人工营养栽培技术以环境优化控制为目标的基于作物生长发育模型的日光温室环境自动控制系统45以环境适应广为主要目标的日光温室主要蔬菜作物专用品种选育（当前主要是耐低温和弱光）以培育无公害壮苗为主要目标的工厂化节能育苗技术6日光温室气候环境不良造成的作物生育障碍及调控研究设施蔬菜生理生态（1）以防止生育障碍为主要目标的日光温室蔬菜逆境生理研究7①温度造成的生育障碍研究—亚高温对番茄生长发育及光合物质生产、分配的影响（番茄适宜温度上限的