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单体温室大型化，温室结构轻简化 由于大型温室具有投资省、土地利用率高、 室内环境控制相对稳定、节能、便于机械化作业 和产业化生产等优点，发达国家在建造园艺作物 生产温室时，普遍趋于大型化、规模化。如美国加 利福尼亚州在沙漠地区建成的单体温室面积均在 1 hm2 以上，主要用于番茄无土栽培生产，产量可达 75 kg·m-2。荷兰单体温室面积大多在 4～5 hm2 ， 最大能达数十公顷，生产温室典型布局方式是平行 三段式，温室北侧一般作为办公管理及设备用房 区，中间为操作车间区，南侧为作物生产区。温室 每个区域之间都通过自动感应门隔断，从办公区进 入生产温室，需要对体表进行严格的消毒。温室结 构大多采用 Venlo 型，园艺作物栽培模式为立体吊 线栽培，为了提高园艺作物长季节高产优质栽培效 果，温室结构高度由原来的 4～5 m 增加到目前的 6.5～7.5 m。 在温室结构创新方面，发达国家非常注重温 室结构轻简化。以荷兰为代表的欧盟，在满足温室 荷载的基础上，普遍采用轻质高强度的新型材料， 可减少温室支撑结构和构件材料的遮光面积。如温 室天沟由传统的单层铁制材质改变为中空铝合金， 保温效果更好，且其平面尺寸小，有效增加温室内 采光。目前，中空铝合金天沟技术已广泛应用于不 同覆盖材料（PC 板、玻璃、塑料薄膜等）的 Venlo 型温室和哥特式温室；亦广泛应用于全开启温室和 大跨度连栋温室等各种结构类型的温室。 设施园艺产品生产由注重产量向功能、营养 型转变 由于消费者对农产品需求的多样化，育种和生 产目标相应地也需由市场导向，因而品种的定向培 育也呈现出多样化或功能化。发达国家为迎合消费 者的需求，不断选育出适合设施栽培的功能型园艺 新品种，并开发出一些具有保健疗效和其他特殊功 能的产品。如以色列将野生番茄和普通番茄杂交， 培育出含有大量抗氧化剂和 VC 的黑色樱桃番茄新 品种；英国专家选育出一种可以长成网球大小的超 级草莓，其大小为普通草莓的 6 倍，食用口感跟吃 苹果一样；荷兰种苗公司开发出一些富含钙质、 维生素且热量低的“减肥蔬菜”，高氨基酸含量的 “营养蔬菜”，具有观赏价值的“花卉蔬菜”等新 品种。 近年来，许多国家在保证设施园艺农产品产量 的同时，逐渐开始注重产品质量，甚至不惜成本地 提高农产品的外观品质和营养品质，以获得较高附 加值。发达国家在提高农 产品品质时，普遍将现代农业技术应用于作物生产 中，如日本利用无土栽培技术种植桃太郎番茄，通 过限根栽培和多次少量供应水肥的方式，可生产出 “高糖度番茄”，其口感酸甜可口，可溶性固形物 含量达到 8%～10%，价格是普通番茄的数倍，最 高每个达 850 日元（约 50 元人民币），经济效益显 著。此外，采用水培技术在温室内进行番茄种植， 不仅作物生长时间要比传统种植的缩短 1/4～1/3， 而且番茄红素含量比普通番茄高出 1.5 倍，深受 30～50 岁女性消费者的欢迎。富士公司通过选用 专用品种和调控光谱等方式，可在植物工厂内生 产出低钾含量的生菜和番茄，为肾功能患者提供 食材。 低碳节能、环境友好型技术贯穿设施园艺生 产过程 随着能源危机的不断加剧，加之人们环保意 识的不断增强，发达国家在设施园艺低碳、节能技 术方面开展了一系列的探究与实践，走出一条资源 节约型和环境友好型并重的可持续设施园艺发展道 路。在清洁能源利用开发方面，以荷兰、德国为代 表的欧洲国家广泛采用地源热泵技术，夏季通过把 地层低温冷水源抽到地上，用于温室降温，经过热 交换的热量回流到地下，冬季再把高温热水源抽上 来，只需要稍微加温就可以用于温室增温，可节约 1/3～2/3 的能耗.， — 8 — 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 产业广角 中 国 蔬 菜 。此外，日本、欧美等国家将光伏发电与设 施园艺结合起来，研发出光伏农业技术，在确保 温室作物采光的前提下充分利用太阳能进行光伏发 电，产生的电能主要用于作物补光，同时解决夏季 降温、冬季供暖的用电需求。在多余能量回收和综 合利用方面，欧美国家利用锅炉群工作时排放的高 温烟气进行收集转换、储存，用于冬季温室作物加 温。在探索温室能源高效利用方面，日本、荷兰、 美国等发达国家大力发展新型节能 LED 代替普通 光源技术，已研制出适合不同作物生长的单色 LED 及其组合光源，光能利用率达 75%～90%，节能效 果极为显著，已广泛应用于温室补光、育苗、组培、 植物工厂以及太空农业等领域。 环境友好型技术要求农业的发展与自然和谐 一致。近年来，发达国家在探索温室能源高效利 用、生态环境保护等方面开展了大量的研究工作。 自 2000 年开始，欧盟国家所有温室无土栽培系统 营养液必须采用闭路循环系统，通过对营养液的 回收、消毒、补充等处理，实现环境废液零排放。 以色列通过运用水肥一体化、循环用水、微滴灌 精准施肥等技术措施，可实现设施园艺作物节水 30%～40%、省肥 35%～40%，同时农产品单产显 著提升。在温室病虫害防治方面，采用生物、生态 和物理防治相结合的综合防治措施，尽量减少化学 药剂的使用。荷兰 Koppert 公司通过释放斑潜蝇天 敌潜蝇姬小蜂、蚜虫天敌食蚜瘿蚊、粉虱天敌角 蚜小蜂和丽蚜小蜂等，可有效控制温室害虫的发 生，蔬菜商品化率达到 80%～90%。为了提高温室 番茄、甜椒等蔬菜作物的品质，发达国家一般禁止 使用化学生长激素用于作物授粉，而是普遍采用 熊蜂授粉方式，可使作物产量提高 15%～20%，品 质更优。以色列和日本广泛采用太阳能技术代替 溴甲烷等化学药剂进行土壤消毒，翻耕土壤后铺一 层塑料薄膜，经过夏季高温处理，可杀死地表 30 cm 土层中 90%～100% 的细菌、真菌以及线形蠕 虫等，降低了化学农药的使用量。这些技术措施均 有效地缓解了设施园艺生产过程对环境的污染和 破坏。 无土栽培成为现代温室作物生产的主要形式 无土栽培改变了传统设施栽培方式，是现代温 室和植物工厂农业生产的核心组成部分。自 20 世 纪初，无土栽培技术在全世界设施园艺生产中得到 快速发展。目前，全球有 100 多个国家和地区采用 无土栽培技术进行温室作物生产，由于温室无土栽 培环境可人为控制，所以其产品优质、安全、产量 高。发达国家在温室作物生产过程中广泛采用无土 栽培，并结合本国国情，选择适合自己的生产模式。 美国是进行无土栽培商业化生产应用最早的国家， 其无土栽培系统较多，如番茄、黄瓜等蔬菜主要采 用基质袋式，花卉和果树选择基质容器，配备相应 的滴灌设备进行无土栽培。近年来，美国重点研究 太空作物无土栽培生产，已成功种植出番茄、生菜 等。以色列广泛应用其丰富的砂、活火山岩石及蛭 石作为基质，结合先进的水肥滴灌技术，进行出口 花卉、蔬菜的无土栽培生产。日本无土栽培形式多 样，栽培介质主要以砾培和水培（深液流）为主， 前者约占 1/3，后者约占 2/3，在营养液配方研究 方面居世界前列。荷兰是无土栽培技术最发达的国 家，60% 以上的温室用于花卉无土栽培，剩下 40% 用于蔬菜作物生产，番茄产量达 75～90 kg·m-2， 黄瓜最高产量可达 120 kg·m-2。无土栽培之所以 能够获得较高的产量和品质，关键在于栽培介质。 荷兰、丹麦、法国、希腊、美国等国家广泛采用岩 棉进行作物无土栽培。但由于废弃岩棉污染环境， 且处理成本较高，近年来澳大利亚、加拿大、以色 列、英国等国研制出替代岩棉的无土栽培生态型椰 糠基质，形成与其相配套的设施蔬菜低碳栽培技术 体系，并实现商品化、产业化生产，广泛应用于温 室作物无土栽培。 引入物联网和大数据技术，实现生产过程智 能化管理 基于计算机技术、传感技术和互联网技术的快 速发展，物联网技术不断成熟，逐渐应用于现代设 施园艺作物生产中。国外设施园艺发达国家以物联 网技术为核心，集传感器技术、计算机网络和移动 网络技术，设计了一套温室智能控制系统，实现了 对温室内温度、光照、水分、营养和 CO2 浓度及设 施装备的自动化控制。美国、英国和法国等国家基 于物联网技术，整合机器与机器（M2M）和人机界 面形成了低投入的传感器 / 执行器网络平台，研发 了对温室内温度、空气湿度、土壤水分和营养状况、 — 9 — 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 中 国 蔬 菜 产业广角 光照、温室气体等参数进行自动采集，自动控制温 室的加热降温设施、灌溉系统和补光系统等温室环 境控制系统，使温室内的环境因子满足植物生长的 需要，实现农业生产过程中的精确控制。基于传感器网络监控系统和物联网 远程控制技术，西班牙研发了温室水培作物自动化 生产系统。以色列通过传感器测定温室内的温度、 湿度和 CO2 浓度等环境因子，利用计算机水肥分 析系统进行分析，研发了现代化水肥一体化滴灌和 喷灌系统，实现了灌溉系统的智能化控制，该系统 减少了灌溉过程中水分的渗漏和蒸发，减少水肥的 使用。基于大数 据技术和云技术的发展，设施园艺发达国家利用传 感器对温室内的环境因子自动化采集和校验，将数 据传输至手机端 APP，实现了远程、实时观看温室 数据，实现了手机对温室的智能化调控。农业物联 网和大数据技术应用于现代温室生产中，实现了设 施园艺作物生产过程的自动化、智能化和可视化， 降低了劳动成本、提高了资源利用率和农产品产 量，有利于推进精准农业的发展，是未来农业的发 展方向。 注重温室新材料、新装备及其配套技术的研发 随着温室结构和装备材料的不断更新，从简易 塑料大棚逐渐发展为现代化温室和植物工厂。在温 室覆盖材料方面，20 世纪大多使用塑料薄膜和玻璃 作为温室覆盖材料，现已研发了多元的聚碳酸酯、 聚乳酸等生物可降解的改性材料、漫反射玻璃等新 型覆盖材料，不仅提高了光能透射率而且改变了光 谱特性，既减少了热量损失又降低了内部水滴的凝 结，如荷兰漫反射玻璃温室种植番茄、黄瓜和玫瑰 等作物比普通玻璃温室增产 10%。荷兰瓦赫宁根大 学研制出一种可应用于温室加热降温的太阳能集热 器，集热器可将储存的多余太阳能转换成电能，从 而进行冬季供暖与夏季降温，节省额外能源开支； 意大利利用相变材料吸放热的特点，将相变材料应 用于温室集热器中，优化了集热器系统；英国开发 出一种双层塑料薄膜中填充泡沫的新型覆盖材料， 模拟结果表明该材料保温性能优良，且降低了能耗 需求。此外，发达国家不仅注重温室新材料的开发 与应用，而且将先进的技术与设施园艺相结合，将 自动化技术应用于园艺作物的播种、定植、施肥、 灌溉、病虫害防治、收获以及农产品加工、贮藏、 保鲜等全过程，实现了温室环境的自动化、智能化 控制，满足了作物生长的需要，摆脱了外界不良环 境对作物生产的影响，保证了作物周年生产和均衡 上市，形成了温室制造、产品生产、运输销售等为 一体的设施园艺产业体系。荷兰 FlierSystems 公司 开发了种苗分级系统、TTA 公司设计了盆栽花卉种 苗移植机、Visser 公司研制了物流化种苗输送系统 等，解决了基质装盆、种苗移植、疏盆、分级、成 品包装、运输对劳动力极大需求的问题。近年来， 日本人工光源型植物工厂得到了快速发展，栽培技 术和理念处于世界领先水平，研发了一套生菜播 种、定植、移栽、施肥、灌溉、收获、分级包装为 一体的自动化控制装备。美国、以色列、韩国、英 国等发达国家研发了苗盘覆土消毒、育苗移栽、蔬 菜嫁接、施肥、病虫害防治、采摘、分级包装等机 器人装备，用于设施园艺生产。温室园艺机器人的 使用，不仅降低了劳动力成本，提高了劳动生产效 率，改善了劳动环境，而且保证了设施生产的一致 性和均一性。 植物工厂精准化、智能化程度不断提升 植物工厂是由计算机对植物生长发育过程中 的温度、湿度、光照、CO2 浓度以及营养液等环境 要素进行精确自动控制，不受或很少受自然条件制 约的全新生产方式。植物工 厂因综合运用了无土栽培技术、生物技术、计算机 技术和信息技术等手段，被认为是设施农业发展的 最高级形式，具有土地利用率高、省时省力、机械 化程度高和生产周期短等优点。近年来，植物工厂 得到了快速发展，设施装备和环境控制系统不断完 善，尤其是人工光源的植物工厂受到全球的广泛关 注。LED 具有单色光可组合、能耗低、产热少、寿 命长及无污染等优点，逐渐应用于植物工厂中。更 为重要的是，与高压钠灯相比，LED 光源可以减 少 50% 的能耗。在 LED 调控园艺植物生长发育和 品质方面的深入研究，为植物工厂灯具的开发和环 境调控提供了重要的理论依据。LED 补光可提高草 莓的光合速率，缩短开花时间，并增加花朵数量。 不同的补光方式对作物的生长具有一定的影响。 番茄第 1 穗花开花后，对下部叶片用 LED 光源进 行夜间补光，不仅增加了产量，而且提高了可溶 — 10 — 新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控 产业广角 中 国 蔬 菜性糖和 VC 的含量；对水培生菜下部叶片向上补光 减缓了下部叶片的衰老，提高了作物产量；此外， 当红蓝光的照射时间均为 14 小时，红光比蓝光延 迟 4 小时或 7 小时打开显著增加了生菜的叶面积和 产量。美 国利用 CFD 模型研发了一套植物工厂空气循环流 动系统，极大地提高了不同高度、不同区域室内环 境因子的均一性，有效降低了生菜顶部灼伤的概率。基于物联网技术的应用和普 及，国外发达国家的植物工厂实现了作物自动化生 产和环境因素的智能化控制，从播种、育苗、定植、 灌溉、施肥、病虫害防治和采收全部实现了自动化 控制。植物工厂内的温度、空气湿度、光照、CO2 浓度和营养液等环境因子通过传感器进行感知，数 据传输至计算机控制系统，通过控制系统进行分 析后发出指令，实现对植物工厂各个系统的智能 化控制。 重视温室专用品种的选育及其配套技术的研发 温室专用品种选育是保证温室作物优质高产 的前提，发达国家非常重视温室栽培专用品种的选 育，各国根据不同地区实际情况，有针对性地选育 适合的设施专用品种。以色列在温室作物专用品种 的研发方面具有强大的优势，采用大型塑料薄膜连 栋温室，充分利用天然的光热资源和先进的滴灌技 术，通过遗传改良和驯化，培育出适合温室生产的 花卉和高档蔬菜品种。在品种选育过程中，除了传 统的杂交育种，花药小孢子培养、组织培养、分子 标记、QTL 定位、转基因、原生质体杂交等分子育 种技术得到大量的应用，在蔬菜、花卉等园艺作物 上创制出一大批优良的设施专用新品种。近年来， 高通量测序技术和生物信息学分析已经成为生命科 学领域的研究方法，成本不断降低，逐渐应用到设 施作物育种中。随着番茄、黄瓜、茄子、辣椒、甜 瓜等基因组测序完成，分子育种技术将成为改变园 艺作物产量、营养品质和外观品质的重要手段。研 究发现 LhMYB12-Lat 基因控制亚洲百合萼片花青 素点状积累，其表达量越高花青素积累越多。番茄 Self-pruning（SP）基因控制着营养生长向生殖生长 的转换，SP 基因突变体植株矮小，生活周期缩短， 将 Micro-Tom（SP 基因突变）与 Moneymaker 杂交， 后代自交筛选到植株矮小、适合植物工厂栽培的番 茄 植 株。CRISPR/ Cas9 技术作为最新的基因编辑技术，具有操作简 单、成本低廉和突变效率高等优点，已经成功应用 于番茄和黄瓜等园艺作物的基因编辑，培育出优 良的抗逆品种。此外，设施园艺发达国家在培育优良设施 作物专用品种的同时，也特别重视温室新品种配套 技术的开发与应用，如美国开发出利用稻壳、秸秆、 椰子壳等可再生资源制成的花卉栽培钵，既实现了 农业废物的循环再利用，又提高了作物品质。
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