国外设施园艺发展概况、特点及趋势分析

南京农业大学学报 2012， 35 5 43－52Journal of Nanjing Agricultural University http / /nauxb． njau． edu． cn收稿日期 2012－07－18基金项目 国家现代农业产业技术体系建设专项资金 CARS－25－C－03 ; 江苏省农业三新工程项目 SX 2011 289作者简介 郭世荣 ， 教授 ， 研究方向为蔬菜生理与设施园艺 ， E-mail srguo njau． edu． cn。*通讯作者 。郭世荣 ， 孙锦 ， 束胜 ， 等 ． 国外设施园艺发展概况 、特点及趋势分析 ［ J］ ． 南京农业大学学报 ， 2012， 35 5 43－52国外设施园艺发展概况 、特点及趋势分析郭世荣*， 孙锦 ， 束胜 ， 李晶 南京农业大学园艺学院 /农业部南方蔬菜遗传改良重点开放实验室 ， 江苏 南京 210095摘要 设施园艺是现代农业的重要标志 。随着科学技术的进步 ， 尤其是现代生物技术 、信息技术和工程技术在设施园艺中的应用 ， 设施园艺的发展步入了一个崭新的时代 。本文在综述欧洲 、非洲 、中近东 、亚洲 、美州及设施园艺发达国家概况的基础上 ， 总结了国外设施园艺发展的特点 ， 分析了国外设施园艺发展的趋势 ， 以期为我国设施园艺健康持续发展提供一些经验和启示 。关键词 设施园艺 ; 国外 ; 概况 ; 趋势中图分类号 S62 文献标志码 A 文章编号 1000－2030 2012 05－0043－10General situations， charactics and trends ofprotected horticulture in foreignsGUO Shi-rong*， SUN Jin， SHU Sheng， LI Jing College of Horticulture/Key Laboratory of Southern Vegetable Crop Genetic Improvement，Ministry of Agriculture， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， ChinaAbstract Protected horticulture is an important symbol for modern agriculture． With the advancement of scientific technology， partic-ularly modern biotechnology， ination technology and engineering technology were applied in agriculture． It has entered a new erafor protected horticulture． In this paper， on the basis of the development of protected horticulture in Europe， Africa， Middle and NearEast， Asia and Americas， we summarize the development charactics of protected horticulture in developed forieigns， and analyze itsdevelopment trends， to provide some experiences and enlightments for sustainable development of protected horticulture in China．Key words protected horticulture; foreigns; situation; trends国外设施园艺发展历史久远 。英国 、荷兰在 18 世纪已经出现玻璃温室 ; 美国 、加拿大于 20 世纪 50 至60 年代 ， 设施园艺发展达到高峰 ; 同期的荷兰和德国 ， 工业化的温室生产业已兴起 。1980 年 ， 全世界用于蔬菜生产的温室面积达 16．5 万 hm2， 年总产值达 300 亿美元 ， 用于花卉生产的温室 5． 5 万 hm2， 年总产值达 160 亿美元 ， 同期 ， 在亚洲和地中海地区温室数量也迅速增加［ 1］。目前 ， 世界设施园艺总面积约为 406万 hm2。由于设施园艺具有技术和资本集约的特点 ， 可以大大提高农业资源的利用率及农产品的产量和质量 ， 获得高的产出率 ， 不仅使单位面积产量大幅度增高 ， 而且保证了园艺产品尤其是蔬菜 、瓜果的全年均衡供应 ， 是解决现代农业发展 、资源及环境三大基本问题的重要途径 。因此 ， 设施园艺受到世界各国的重视 ， 并得到迅速发展 ， 已成为许多国家或地区国民经济的重要支柱产业 。目前 ， 设施园艺已发展成为多学科技术综合支持的技术密集型产业 ， 以高投入 、高产出 、高效益及可持续发展为特征 。随着科学技术的迅速发展 ， 设施园艺的内涵越来越丰富 ， 技术含量越来越高 ， 集约经营越来越高效 ， 已成为现代农业的重要标志之一 。1 世界设施园艺发展概况1．1 全球设施园艺发展概况设施园艺 protected horticulture 作为专业术语来源于日本的 “施设园艺 ”， 欧美发达国家称之为温室栽培 ， 我国则把具有固定保护设施进行园艺作物生产的方式叫做设施园艺［ 2］。设施园艺具有悠久的发展历史 ， 早在两千多年前 ， 中国就使用透明度高的桐油纸作覆盖物 ， 开始建造简易的温室进行时令蔬菜的栽南 京 农 业 大 学 学 报 第 35 卷培［ 3］。此后 ， 世界各国虽有各种各样的保温技术用来栽培园艺作物 ， 但限于当时的社会条件和科技水平 ，设施园艺栽培一直处于原始阶段或初级阶段 ， 直到第二次世界大战后 ， 随着塑料薄膜的出现和玻璃工艺技术的改进 ， 设施园艺才得到快速的发展 。据相关资料统计［ 2， 4－12］， 截至 2010 年底 ， 世界设施园艺总面积约为 406 万 hm2 表 1 ， 主要分布在远东的中国 、日本和韩国以及地中海沿岸诸国 ， 其中 ， 远东 3 国约占世界设施园艺总面积的 88， 地中海地区诸国约占 8， 其他地区占 4。从设施园艺总面积上看 ， 中国设施园艺面积居世界第一 ， 意大利位于第二 ， 其次分别为西班牙和韩国 。从人均温室面积上看 ， 荷兰占据世界第一［ 13］。从设施形态上看 ， 塑料温室 含大棚 、中小拱棚 面积将近 317 万 hm2， 占 77． 3， 这类设施在中国 、日本 、韩国和地中海地区使用最为广泛 ; 日光温室面积将近 80 万 hm2， 占 19．5， 主要分布于中国的北方地区 ; 玻璃温室面积约为 4．1 万 hm2， 占 1．0， 主要集中在荷兰及北欧一些国家 ; 其他类型温室面积约占 2．2 表 2 。从设施内栽培的作物来看 ， 蔬菜生产占到总生产面积的 90以上 ， 蔬菜中果菜类占 95左右 ， 果菜中最多的是黄瓜 、甜瓜 、番茄 、西瓜 、茄子 、甜椒等 。从种植作物地域分布来看 ， 中国 、日本和地中海国家主要种植蔬菜 、草莓和葡萄 ， 欧美一些发达国家主要生产高附加值的鲜花及观赏植物 。表 1 世界各国设施园艺面积 截至 2010 年底 Table 1 Area of protected horticulture in main countries hm2国家 Country 面积 Area 国家 Country 面积 Area 国家 Country 面积 Area中国 China［ 2］3 500 000 葡萄牙 Portugal［ 6］2 700 德国 Germany［ 8］3 300日本 Japan［ 4］49 049 塞浦路斯 Cyprus［ 6］733 罗马尼亚［ 9］7 300荷兰 Netherlands［ 5］10 800 埃及 Egypt［ 6］32 800 波兰 Poland［ 9］6 500韩国 Korea［ 4， 6］57 440 利比亚 Libya［ 6］5 000 俄罗斯 Russian［ 9］6 200士耳其 Turkey［ 6］49 746 叙利亚 Syrian［ 6］4 422 厄瓜多尔 Ecuador［ 9］2 500西班牙 Spain［ 6］71 698 突尼斯 Tunisia［ 6］8 895 黑山 Montenegro［ 9］2 250意大利 Italy［ 6］72 800 希腊 Hellenic［ 6］14 981 克罗地亚 Croatia［ 9］1 410以色列 Israel［ 6］26 000 巴西 Brazil［ 7］17 000 匈牙利 Hungary［ 9］5 185加拿大 Canada［ 6］2 300 智利 Chile［ 7］1 500 墨西哥 Mexican［ 10］11 759阿尔及利亚 Algeria［ 6］6 200 法国 France［ 7］26 500 澳大利亚 Australia［ 11］1 300黎巴嫩 Lebanon［ 6］4 000 美国 America［ 7］27 000 英国 England［ 12］2 419约旦 Jordan［ 6］3 739 南斯拉夫 Yugoslavia［ 7］10 185 合计 Total 4 055 611表 2 主要国家设施园艺的类型及面积 截至 2010 年底 Table 2 Area and type of protected horticulture in main countries hm2国家County玻璃温室面积Glass greenhouse area塑料温室面积Plastic greenhouse area大棚 含中小拱棚 面积Arched plastic house area总面积Total area中国 China 500 800 000a2 699 500 3 500 000日本 Japan 2 200 47 049 49 049韩国 Korea 300 1 700 55 440 57 440荷兰 Netherlands 10 800 10 800意大利 Italy 5 800 37 000 30 000 72 800西班牙 Spain 4 800 53 843 13 055 71 698美国 America 5 000 22 000 27 000加拿大 Canada 780 1 520 2 300以色列 Israel 11 000 15 000 26 000埃及 Egypt 1 000 6 800 25 000 32 800注 “a”含日光温室面积 ; “”表示未统计或没有 。“a”contains area of solar greenhouse; “”means no statistics or none．1．2 五大区域 欧洲 、非洲 、中近东 、亚洲 、美州 及设施园艺发达国家发展概况日本池田氏按自然 、经济 、社会条件和饮食习惯 ， 将设施园艺区划分为欧洲 、非洲 、中近东 、亚洲 、美洲5 大区域 。目前 ， 世界设施园艺技术最先进的国家当数荷兰 、日本 、以色列 、加拿大和美国 。发达国家在发展设施园艺过程中 ， 不仅能够进行高水平的设施建设和能源投入 ， 而且非常注重生态环境保护和资源循环利用 ， 加上配有先进的设施栽培管理技术 ， 作物几乎可在全天候下生产 ， 实现了园艺产品的高产量 、高品质 、高利润 ， 并且园艺产品能畅销国际市场 ， 经济效益显著［ 14］。1．2．1 欧洲 西欧是世界现代温室发源地 ， 位于北纬 50 ～60的英国 、荷兰等国主要发展玻璃温室 ， 但比较温暖的地中海沿岸如法国 、意大利 、西班牙 、葡萄牙等国则主要发展塑料薄膜温室 。目前 ， 欧洲设施园艺总面积约为 33．9 万 hm2， 占世界设施园艺总面积的 8． 3。虽然这些国家在世界设施园艺面积中所占比例不高 ， 但是现代化水平和生产能力非常高 ， 同时还研发了多种设施栽培新模式 ， 并从品种选育 、栽培方44第 5 期 郭世荣 ， 等 国外设施园艺发展概况 、特点及趋势分析式 、控制技术及设备等方面推出标准化成套模式 。欧洲设施园艺发展经历了以最初的蔬菜生产为主到蔬菜和花卉齐头并进 ， 从面积急速扩张到逐步平稳 ， 从注重单产到以质量为主的发展过程 。荷兰设施园艺实行专业化集约生产 ， 培育出温室长季节栽培的蔬菜 、花卉专用品种 ， 并形成各种蔬菜及花卉的标准栽培模式 ， 从而获得高产 、优质 、高效的园艺产品 。目前 ， 荷兰已建成 1． 1 万 hm2的玻璃温室 ， 约占荷兰国土面积的 0．5， 占世界玻璃温室面积的 26． 3［ 5］， 主要以文洛 Venlo 型连栋温室为主 ，温室高度一般在 4 ～5． 5 m， 专门用于种植蔬菜和鲜花 ， 生产效率较高 ， 其中温室内蔬菜种植面积 4 200hm2， 以生产番茄 、辣椒和黄瓜为主 ; 切花面积 5 400 hm2， 主要以月季 、菊花 、香石竹 、百合 、兰花为主 ; 盆栽植物 1 200 hm2， 以榕树 、朱蕉类 、秋海棠等为主 。荷兰设施园艺专用品种的配套栽培技术非常完善 ， 利用高新技术创造出理想的环境条件和封闭循环式无土栽培系统 ， 使设施内的光照 、温度 、湿度 、空气 、水肥各个环境因子完美结合 ， 为作物高产 、稳产提供保证 。无土栽培的番茄年产量可达到 80 kgm－2， 黄瓜的产量达到 100 kgm－2， 是我国的 6 ～8 倍 。荷兰的花卉在世界上享有盛誉 ， 其花卉的生产全部在温室内进行 ， 每年生产的鲜切花 、观赏植物出口总额达 60 亿美元 ， 其中鲜切花为 35 亿美元 ， 占国际市场花卉贸易的60， 占欧洲市场的 70［ 13］。随着世界石油危机不断加剧和欧共体市场劳动力短缺 ， 更多的先进技术应用到温室中 ， 包括环境调控设备 、机器人等机械化和智能化装备 。加温开始使用天然气 ， 逐步替代了煤炭和石油 ， 不仅减少了运输成本 ， 降低了污染 ， 还节省了屋面清洁作业费用 。荷兰规定到 2020 年 ， 将基本不使用化石燃料［ 15］。因此 ， 荷兰政府投入大量的经费用于节能技术和新能源技术的创新研究 ， 包括大幅度提高覆盖材料的透光率 、增加太阳能的入射量 ， 如普遍使用大块玻璃覆盖 ， 以减少骨架遮光 ; 对温室覆盖材料的内侧进行镀膜处理 ， 阻止长波向外辐射 ， 减少热损耗 ; 采用节能高效的 LED 冷光源 ， 对园艺作物进行不同高度 、位置补光等 。近年来 ， 荷兰设施园艺受到农产品成本更低的北非摩洛哥 、阿尔及利亚和东欧的冲击 ， 致使其日趋不景气 ， 其温室面积近 10 年间基本保持在 1． 1 万 hm2左右 ， 并且经营农家数呈下降趋势 。为此 ， 荷兰温室农家只有依靠扩大经营规模 、采用高新技术 、提高单产和品质以求生存 。英国在设施园艺发展过程中 ， 非常重视温室自动化控制的研究与应用 。目前 ， 英国温室自动化控制程度非常高 ， 采用计算机控制系统控制温室内的温度 、湿度 、通风 、CO2施肥 、营养液供给及 pH 值 、EC 值等 ，并且利用计算机物联网技术 ， 远距离监测温室内的温度 、湿度等环境状况 ， 并进行遥控 。CO2施肥技术在英国温室生产中的应用占 30 ～40， 为保证 CO2气体在温室内分布均匀 ， 温室内通常安装内循环风机 ，搅动空气使温室中的 CO2均匀分布［ 16］。英国也非常重视温室节能技术的研究和应用 。能源危机发生之后 ， 英国温室加热改为燃煤加温 ， 部分地区也采用燃气锅炉和利用工厂余热加温 。2009 年英国商家推出一款家用电动无土栽培机 ， 利用航空航天新技术研制而成 ， 使用这种设备不但一年四季都能在室内种植作物 ， 而且清洁 、无污染 ， 劳动强度低［ 17］。西班牙位于欧洲西南部 ， 受地中海气候影响 ， 土壤质地较差 ， 且水资源不足 ， 年降雨量在 250 mm 左右 ， 但冬季晴朗 ， 适于温室作物栽培 。自 20 世纪 90 年代中期开始 ， 西班牙设施园艺面积发展迅速 ， 目前其设施园艺面积 7．2 万 hm2左右 ， 集中分布在从东部的阿利坎特到南部的阿尔梅里亚沿岸［ 6］。西班牙温室以连栋塑料薄膜温室为主 ， 塑料薄膜温室和大棚面积约 6． 68 万 hm2， 主要种植番茄 、辣椒 、西甜瓜 、玫瑰 、非洲菊等园艺产品 ， 不仅出口欧洲 ， 还向俄罗斯 、日本 、美国出口［ 18］。温室为典型的荷兰温室结构类型 ， 温室种植者根据气候特点 ， 对温室结构和覆盖材料加以改进和优化 ， 如天沟高度由原来的 4 m 提高到5．5 m， 便于夏季进行温度管理 ; 温室全部或部分采用碳酸聚酯作为覆盖材料 ， 并且山墙和屋顶常采用弯曲设计 ， 为应对海风侵袭提供安全性的保障 。西班牙大部分温室种植者都加入了合作社 ， 通过整合资源 ，特别是统一包装和营销资源的完善 ， 形成自有品牌 ， 能够更好地凸显设施园艺较高的经济效益 。意大利位于欧洲南部 ， 大部分地区属亚热带地中海气候 ， 年平均降雨量在 500 ～1 000 mm 左右 ， 冬季平均气温 2 ～6 ℃， 夏季 25 ℃左右 ， 非常适宜发展设施作物栽培 。近 20 年来 ， 意大利设施园艺发展较快 ，平均每年以 5的速度逐渐增加 ， 截至 2010 年 ， 设施园艺总面积达到 7．3 万 hm2左右［ 6］， 设施类型以塑料温室为主 ， 包括 3．7 万 hm2的大中棚和 3．0 万 hm2的小拱棚 ， 玻璃温室面积约 5 800 hm2 表 2 。设施内栽培的园艺作物主要为番茄 、南瓜和辣椒等蔬菜 。随着人们对健康农产品的日益关注 ， 超过 1 000 hm2的温室用于有机园艺产品的生产 ， 主要满足于国内市场消费［ 10］。为减少能源消耗和环境污染 ， 意大利政府禁止冬季进行加温温室蔬菜生产 ， 而是利用便捷的交通网络 ， 从南方产区或欧盟等地调运蔬菜 。1．2．2 非洲 目前 ， 非洲设施园艺处于发展阶段 ， 栽培管理技术水平整体较低 ， 设施类型单一 。据不完全54南 京 农 业 大 学 学 报 第 35 卷统计 ， 截至 2010 年 ， 设施园艺面积约为 5 万 hm2， 主要分布在北非的埃及和阿尔及利亚［ 6］， 分别占非洲设施园艺总面积的 65．6和 18．9， 基本以塑料温室和大棚为主 。东非国家因其独特的地理位置和气候条件 ， 设施园艺发展迅速 ， 且在国民经济中占重要的地位 ， 这些国家除了种植供给国内消费的蔬菜外 ， 还生产用于出口创汇的花卉 ， 如肯尼亚产的鲜切花和玫瑰销往世界各地［ 19］; 北非的埃及 、阿尔及利亚 、摩洛哥等北部靠地中海沿岸诸国 ， 利用温暖的气候条件 ， 发展简易设施来进行园艺作物生产 ， 产品输往欧洲各国 。1．2．3 中近东 除以色列 、土耳其等国 ， 中近东的其他国家设施园艺面积较小 。以色列土地贫瘠 ， 水资源短缺 ， 通过大力发展高效 、集约型的现代设施园艺产业 ， 创造了辉煌的 “沙漠奇迹 ”。近年来 ， 以色列设施园艺面积取得了飞速发展 ， 从 20 世纪 90 年代的 3 000 hm2发展到 2010 年的2．6 万 hm2， 20 年内增加了 8 倍 。其中温室面积约 1． 1 万 hm2， 主要用来生产鲜切花 ; 大棚面积 1． 5 万hm2， 用于种植番茄 、黄瓜和甜椒等蔬菜作物 。以色列设施园艺产品如花卉 、蔬菜和水果除了满足国内需要外 ， 还大量出口欧洲 、美国和日本 ， 年产值增长率在 15以上 。科技密集型是以色列设施园艺的显著特征 ， 表现在将现代科技渗透到温室工程 、新品种培育 、栽培管理和节水灌溉等生产环节之中 。首先 ， 以色列是世界微灌技术发展最有代表性的国家 ， 灌溉技术和设备都居世界领先水平 ， 其温室种植全部采用微灌 以滴灌为主 。其次 ， 重视园艺作物新品种选育 ， 利用生物技术培育品质优良 、抗病抗虫 、适应性强的作物新品种 ， 在园艺作物生产中发挥了巨大的作用 。第三 ， 在温室设施和装备方面 ， 汇集了许多科技创新成果 ， 如 在光照控制方面 ， 利用光转换膜和光控制膜 ， 对透过的太阳光进行光谱转换 ， 以满足作物对不同光质的需求 ; 在温度控制方面 ， 利用温差转化技术 ， 来满足观赏植物较小的温度变化和较大的湿度需求 ; 在病虫害控制方面 ， 利用能屏蔽紫外线的塑料覆膜 ， 来减少室内害虫的活动 ， 利用有色覆膜将害虫驱逐出温室 ，从而减轻害虫危害 ; 温室配套设施方面 ， 温室大都装有天幕 、帘幕 、天窗及遮阳网 ， 高度高 、跨度大 、耐久性长 ， 抗风力强 ， 可抵御时速 150 km 及更大的强风袭击 ， 保障了温室的安全性 。第四 ， 对不同作物所需的环境条件和预期产量做了大量系统的研究 ， 并建立了作物生长发育模型和专家系统 ， 利用计算机对环境条件进行精确控制 ， 提高了水肥利用率 ， 不仅使作物产量成倍增加 ， 还显著提高了产品质量 ， 如温室栽培的普通番茄产量高达 480 thm－2， 樱桃番茄产量也可达 120 thm－2， 而温室种植玫瑰花最高产量达 320 万株 hm－2［ 20］。土耳其设施园艺的研究起步早 、发展快 ， 温室综合环境控制水平高 。大约 30 年前 ， 土耳其开始引入滴灌技术 ， 政府对于农业滴灌设施实行 100 补贴 ， 这一举措使得土耳其的滴灌普及率达到相当高的水平 。近年来 ， 土耳其东南部桑利乌尔法省的温室种植技术迅速发展 ， 农场利用当地地热资源 ， 采取先进方式种植番茄 、辣椒 、茄子 、黄瓜等蔬菜 ， 不仅销往土耳其各省 ， 还出口到很多周边国家 ， 特别是向欧洲各国出口番茄 。1999 年 ， 土耳其各种设施面积共计 4．97 万 hm2， 温室面积达 1．9 万 hm2， 其中 5 264 hm2是玻璃温室 ，1．4 万 hm2为塑料薄膜温室 ， 小拱棚面积约 1．2 万 hm2［ 21］， 黄瓜和番茄等果菜类蔬菜是土耳其温室种植的主要蔬菜 。1．2．4 亚洲 亚洲是世界设施园艺发展最快的区域 。据统计 ， 2010 年亚洲设施园艺总面积约 370 万hm2， 占世界总面积的 90．2。亚洲设施园艺以中 、日 、韩三国为代表 ， 各国根据自身气候特点 ， 发展形成相应的设施园艺模式 ， 其明显的特征是设施结构类型多样化 ， 但不同国家设施园艺发展程度差异较大 。其中 ， 日 、韩两国设施园艺较为发达 ， 尤其在设施环境调控 、设施专用品种选育和无土栽培技术等方面都处于亚洲领先地位［ 22］。根据日本农林水产省统计 ， 截至 2010 年底 ， 日本设施园艺总面积为 4． 9 万 hm2， 主要以塑料温室为主 ， 面积约 4．48 万 hm2， 占温室总面积的 95． 3; 玻璃温室面积为 2 200 hm2， 只占温室总面积的 4． 7。温室总面积中 ， 蔬菜栽培面积为 3．39 万 hm2， 花卉栽培面积为 7 745 hm2， 果树面积为 7 414 hm2， 分别占温室总面积的 69．1、15．7、15．2［ 4， 23］。由于日本国土大部分为丘陵和山区 ， 且资源贫乏 ， 在发展设施园艺过程中非常注重集约化 、产业化 、自动化以及土地节约化 ， 因此逐渐淘汰单栋面积较小的温室 ， 大面积推广大型双屋面温室及连栋塑料大棚 ， 这种大型温室骨架采用热镀锌组装式钢管 ， 温室高度一般 4 ～6 m，宽度 10 m 以上 ， 天窗 、侧窗可自动启闭通风 ， 并且可通过对设施内部通风降温设备 、保温和加温设备 、灌水施肥装置 、温湿度调控进行自动化和智能化的管理 ， 为作物生育创造最佳的环境 ， 主要种植高档园艺作物如草莓 、番茄 、黄瓜 、甜瓜 、西瓜等瓜果菜类以及桃 、葡萄 、无花果等多种果树 ， 实现优质高产 ， 周年供应 。日本无土栽培技术发达 ， 发展了多种无土栽培方式 ， 包括深液流水培 、营养液膜栽培 、滴灌岩棉培等营养液栽64第 5 期 郭世荣 ， 等 国外设施园艺发展概况 、特点及趋势分析培 ， 如日本协和 株 会社采用全新的无土栽培环境控制系统 ， 使水 、肥 、光 、气等环境因子最大限度满足作物生长需求 ， 番茄根茎粗可达 20 cm 以上 ， 一株番茄生产 13 000 个果实 ， 一株黄瓜生产 3 300 条黄瓜 ， 一株甜瓜生产 90 个甜瓜 。日本采后 、贮藏技术非常先进 ， 农产品精选 、分级 、清洗 、包装 、预冷等作业过程全部实现高度的自动化或半自动化 。日本的 “植物工厂 ”也很发达 ， 应用发光二极管 LED 照明 、太阳能电池板发电等工业技术建造 “植物工厂 ”， 不受地域和环境的影响 ， 用于叶菜工厂化生产 、蔬菜全封闭工厂化高效育苗 ， 一年四季可以稳定生产 ， 已经能够利用 “植物工厂 ”生产豆芽菜 、蘑菇 、鸭儿芹 、白萝卜和生菜等蔬菜［ 24］。据日本农林水产省统计 ， 2010 年日本已有 50 家 “植物工厂 ”［ 25］， 估计到目前已增至 150 余家 。近年来 ， 随着日本老龄化社会问题的日益加剧 ， 劳动力不足使日本设施园艺受到严重冲击 ， 因此研究开发了多种小型 、轻便 、多功能 、高性能的设施园艺耕作机具和机器人 ， 促进设施园艺向机械化 、工业化方向发展［ 26］。韩国自 20 世纪 80 年代以来经济高速增长 ， 设施园艺也随之迅速发展 。韩国由于参加世界贸易组织 WTO ， 以粮食生产为主的农家纷纷转向经营经济效益比较高的设施园艺 ， 设施面积从 1990 年的 2． 4 万hm2增至 2010 年的 5．74 万 hm2左右 ， 20 年增长了 2 倍多 。绝大多数设施为不加温的节能型塑料薄膜温室 ， 其中塑料温室和大棚面积为 5．71 万 hm2［ 4， 6］， 主要栽培番茄 、黄瓜 、辣椒 、大白菜等蔬菜作物 ， 占温室栽培总面积的 93; 温室花卉和果树栽培面积比例较小 ， 仅占温室园艺面积的 7左右 。生产的园艺产品有相当一部分出口到日本 、东南亚和欧盟等国 。韩国在发展设施园艺过程中非常注重设施作物专用品种的培育和新技术的研发 ， 大力开发和普及工厂化育苗技术 、机器人嫁接技术以及高品质无污染蔬菜生产的无土栽培技术 ， 无土栽培的蔬菜面积约占温室蔬菜总面积的 1．8， 从 1992 年的 13 hm2快速增长到 2000 年的 700 hm2［ 27］， 目前已超过 1 000 hm2。1．2．5 美洲 自 20 世纪 90 年代开始 ， 美洲温室种植面积迅速扩大 ， 从 1991 年的不足 2 900 hm2到 2010年的 5 万多公顷 ， 20 年增加了 17 倍 ， 但不同国家之间发展水平差异较大 。南美的巴西 、智利利用其简易设施和廉价劳动力生产内销蔬菜和外销花卉 ; 北美的美国 、加拿大都经营大规模的高科技 、高投入和高产出的专业设施园艺 ， 玻璃温室和塑料温室被广泛使用 。美国设施园艺发展从本国的实情出发 ， 走与欧洲各国 、以色列及日本不同的发展道路 。设施园艺在美国发展的历史较长 ， 但温室规模不大 。据不完全统计 ， 2010 年设施园艺总面积为 2． 7 万 hm2， 其中 7 000hm2的温室用于生产附加值高的花卉 ， 设施蔬菜生产面积约 2 万 hm2［ 6］。设施类型多数为玻璃温室 ， 少数为双层充气塑料薄膜温室 ， 近几年也建造了少量的聚碳酸酯板温室 ， 主要分布在南部的加州 、亚利桑那州和东南部的佛罗里达州［ 28］。美国建有世界最大的单栋温室 ， 面积达 15 hm2， 将现代温室管理技术用于蔬菜生产 ， 并获得成功 ， 番茄年产可达 54 kgm－2， 黄瓜年产达 70 kgm－2， 用高投入 、高产出的办法来降低生产成本 ， 已取得良好的经济效益 。美国设施园艺设备和生产管理技术水平均居世界一流 ， 特别在温室降温设备 、环境控制传感器设备方面处于世界领先地位 ， 有 82的温室使用计算机进行环境控制 ， 有 67 的温室种植者使用计算机 ， 27的农户还运用了网络技术［ 29］。美国是无土栽培技术的重要发源地 ， 其无土栽培知识和技术普及程度较高 。美国在探索太空农业和循环可再生生态系统的研究方面也取得了可喜的成绩 ， 肯尼迪宇宙航空中心已采用先进的无土栽培技术 ， 在太空中生产人类生活必需的食物 ， 每平方米可种1 万株小麦 ， 玉米株高 40 ～50 cm 即可成熟 ， 番茄每平方米可种 100 ～120 株 ， 此外还有绿豆 、菜豆和马铃薯等作物已试验成功［ 30］。加拿大依据自身气候特点 ， 在西部大力发展欧洲型的大型玻璃温室 ， 五大湖周边地区以发展充气双层塑料薄膜温室为主 。据加拿大官方统计［ 8］， 加拿大的温室总数达到 3 220 座 ， 设施园艺总面积为 2 300hm2， 其中玻璃温室有 780 hm2， 占 33．9， 硬质塑料 PC 板等 温室有 110 hm2， 占 4．8， 塑料薄膜温室有1 410 hm2， 占 61．3。在所有温室中 ， 设施蔬菜栽培面积约 1 150 hm2， 占温室总面积的 50．0， 蔬菜产值达 11 亿美元 ， 主要种植番茄 、黄瓜 、甜椒 、莴苣等蔬菜作物 ; 温室花卉和观赏植物面积约 990 hm2， 占温室总面积的 43．0， 产值达 14 亿美元 ; 其他温室用于果树栽培 ， 约占 7。加拿大设施园艺面积主要分布在安大略省 、哥伦比亚省和魁北克省 ， 以上 3 省设施园艺占全国总面积的 95． 6， 其中仅安大略省就占总面积的 66。加拿大温室环境和栽培管理基本上实现了自动化控制和机械化操作 ， 极大地提高了劳动生产率 ， 温室管理 、生产和效益已居世界先进水平 。加拿大政府非常重视设施农产品质量安全 ， 在设施生产中尽量避免使用农药和植物生长调节剂 ， 主要通过调控设施内温 、光 、湿等环境因子 ， 并与生态控制和生态防74南 京 农 业 大 学 学 报 第 35 卷治相结合达到综合防治病虫害的目的 。2 国外设施园艺发展的特点2．1 工业技术植入园艺作物生产 ， 实现了设施园艺生产的自动化工业技术植入园艺作物生产之中 ， 使设施园艺赋予了工厂化农业的内涵 ， 成为工业化大体系不可分割的部分 。温室生产的高投入 、高产出 、高效率管理模式要求应用大量的高新技术 ， 当前工业领域内的科技成果 如机器人技术等 不断运用于温室园艺配套装备之中 ， 已取得初步成果 。国外发达国家一直致力于把自动化技术应用于园艺作物的耕种 、施肥 、灌溉 、病虫害防治 、收获以及农产品加工 、储藏 、保鲜的全过程 ， 可以根据作物生长发育的特点 ， 创造最适宜的温室环境条件 ， 基本摆脱了外界环境条件对作物生产的影响 ， 实现了作物周年生产和均衡上市 。目前 ， 这种自动控制技术逐步向智能化 、网络化方向发展［ 31］。20世纪 70 年代以来 ， 发达国家的设施园艺已具备了设施设备完善 、生产技术规范 、产量稳定和产品质量安全性强等特点 ， 并且已形成了温室制造 、生产资料配套 、产品生产 、物流等为一体的设施园艺产业体系 。目前 ， 日本 、美国 、荷兰 、以色列 、韩国 、英国开发出的耕耘 、移栽 、施肥 、喷药 、蔬菜嫁接 、蔬菜水果采摘 、育苗移栽 、苗盘覆土消毒等机器人装备相对比较成熟 ， 可用于设施园艺生产 。温室园艺机器人的使用 ， 不仅大幅提高劳动生产率 ， 改善设施生产劳动环境 ， 而且保证了作业的一致性和均一性［ 32］。日本 、韩国等国研究开发了多种设施园艺耕作机具 、播种育苗装备 、灌水施肥装备以及自动嫁接装备等 ， 提高了温室管理水平和劳动生产率 ; 荷兰研制温室屋面清洗机械装置 ， 用于清洗屋面灰尘 ， 大幅度提高了温室的透光率［ 33－34］。另外 ， 荷兰还开发出自动通风窗开闭 、温湿度调节装置 ， 被越来越多的温室采用 。发达国家在设施园艺产品的采收和后加工过程中 ， 广泛使用包装机具 、高效运输装置 、盆花转运机械 、快速分级系统等设备 ， 提高了园艺农产品的商品性 ， 如荷兰采运 、包装设备能同时实现 10 ～20 个不同花卉品种的自动分类 ， X 射线可用于分辨盆花茎干的长度和叶色［ 35］。2．2 高新技术在设施园艺中的应用 ， 推动了设施园艺向 “植物工厂 ”方向发展无土栽培 、计算机技术 、生物技术 、产品采后处理 、新能源利用等高新技术在设施园艺中的应用 ， 使设施园艺逐步向 “植物工厂 ”方向发展 。在美国 、日本 、英国 、奥地利 、丹麦等国都建有高度自动化的 “植物工厂 ”， 可用来生产蔬菜 、花卉和果树 ， 并且一些高附加值的作物如香料 、工业原料植物 、药用植物 、食用菌等也采用 “植物工厂 ”进行生产 。目前 ， “植物工厂 ”主要用于生菜 、菠菜 、莴苣 、三叶芹 、番茄等蔬菜作物的生产 ， 由于充分利用空间 ， 实现立体多层种植 ， 单位面积的栽培效率可提高数倍 。如日本在 “植物工厂 ”内利用无土栽培技术和环境自动调控技术 ， 一年内可多茬栽培生菜和菠菜 ， 收获期比露地缩短一半时间 ， 产量可达 180 kgm－2左右 ， 为露地栽培的 30 倍以上［ 26］。此外 ， 随着人类对太空探索的日益增多 ， 太空农业成为研究的热点 ， 美国宇航局 NASA 在国际空间站上探索 “植物工厂 ”技术 ， 目前已在绿豆 、菜豆和马铃薯等作物上获得了成功 。2．3 无土栽培技术的应用使设施园艺发生了巨大变革20 世纪 20 年代末 ， 无土栽培技术开始应用于设施作物生产 ， 使设施栽培技术产生了一次大的变革 。无土栽培打破了作物生产的空间和地域限制 ， 可以在不适合作物生长的荒漠戈壁 、滩涂地 、海岛 、盐碱地 、高寒地 、阳台屋顶甚至太空进行作物生产 ; 无土栽培改变了设施栽培的传统种植方式 ， 采用营养液或有机基质进行作物生产 ， 可以有效避免设施土壤连作障碍 ， 生产出清洁安全的园艺产品 ， 并且具有省水 、省肥 、省工等优势 ， 从而成为栽培学领域飞速发展的一门新技术 ; 无土栽培可加速作物生长 ， 提高产量和品质 ， 一般果菜类蔬菜水培的产量为土壤栽培的数倍甚至数十倍 ， 如番茄营养液栽培年产量最高的可达到 75 kgm－2， 极大提高了园艺作物的生产效率 。20 世纪 70 年代初 ， 美国已有 400 hm2温室采用无土栽培技术生产黄瓜 、番茄等 。目前 ， 在发达国家的设施园艺生产中 ， 无土栽培占温室总面积的比例荷兰超过 70， 加拿大超过 50， 比利时达 50， 美 、日 、英 、法等国的无土栽培面积达到 250 ～400 hm2［ 36－37］。欧共体明确规定 ， 所有欧共体国家温室作物生产要全部实现无土栽培 。2．4 节能 、环保的理念贯穿于设施园艺生产之中设施园艺是一种高能源消耗