摘要：21世纪以来，我国设施园艺取得了长足进步，已经成为全世界设施园艺面积最大的国家，占世界总面积的85%以上，在农业和农村经济发展、乡村振兴中发挥着越来越重要的作用。本文从我国园艺设施的类型、种植结构、规模、效益和国民经济中的地位等方面，简述我国设施园艺发展概况，并总结了我国设施园艺在工程装备、地域分布、标准化、节本增效、连作障碍防控、无土栽培、物联网等方面取得的主要成就，概括了我国设施园艺的主要特点，并从产业布局、装备水平、产品质量、科技支撑、社会服务化水平、生产效益、产品保鲜加工等方面，分析了我国设施园艺发展进程中存在的问题和不足，最后结合近年来设施园艺领域的技术进步和最新发展动态，探讨了我国设施园艺今后的发展趋势。
关键词：设施园艺,概况,发展趋势
设施园艺(protectedhorticulture)是指在固定保护设施内进行园艺作物生产的方式，具有环境可控和集约高效的特点，能够显著提高园艺作物生产效率，大幅提高单位面积产量、明显改善品质，不仅实现园艺产品的优质高效生产，而且可以保证新鲜园艺产品的均衡和周年供应，是实现现代园艺产业高效、优质、可持续发展的重要途径，也是我国实施“乡村振兴战略”的优选项目。因此，近30年来设施园艺得以快速发展，已成为部分国家或地区农业和农村经济的重要支柱产业。
随着21世纪尖端科学技术的迅速发展，设施园艺已发展成为生物、工程、环境、信息等多学科技术综合支持的高技术密集型产业，以高效、集约、可控以及可持续发展为特征。近年来，设施园艺的装备水平越来越高，生产方式越来越多，集约化经营越来越突出，呈现出蓬勃发展的良好态势。实现从全球面积最大的设施园艺大国，迈入到科技创新与生产力水平居世界先进水平的设施园艺强国，乃是我国设施园艺产业发展的未来目标。
1我国设施园艺发展现状
1.1我国设施园艺发展概况
21世纪以来，随着工程技术、生物技术、信息技术的不断发展，工业化生产方式与设施农业深度融合，现代农业的发展轮廓逐步清晰起来。园艺产品因其生产周期短、产量高、效益好、市场需求量大等优势，使得我国设施园艺产业快速发展，并成为现代农业的典型代表，呈现出机械化水平不断提升、生产领域不断扩展、承载功能日趋丰富、标准化取得长足进步、低碳节能和生态友好型生产得到重视、资源利用效率逐步提高的好势头。
自2008年农业部发布了《关于促进设施农业发展的意见》以来，设施园艺产业在政策推动、需求带动、技术引领、投资拉动下，在我国得到了长足发展。多年以来，我国设施园艺一直保持世界第一生产大国的地位，占世界总面积的85%以上，其中蔬菜和西甜瓜面积占世界总面积的90%以上，年人均供应量近200kg[1]，人均占有设施园艺面积为27m2，仅次于以色列，居世界第二位[2]。截至2017年，全国(不含港澳台)设施园艺总面积为370万hm2，其中玻璃温室面积9000hm2，大棚(包括中小拱棚)面积270万hm2，塑料温室面积99万hm2[3]。
我国设施蔬菜面积占设施园艺面积的95%以上，设施蔬菜的发展状况基本代表了我国设施园艺发展的整体情况。据2016年统计，我国设施园艺年产值超过9800亿元(不含西甜瓜)[4]，部分省市农民纯收入的50%以上来自于设施园艺。与露地生产相比，由于园艺保护设施创造了作物优越的生长环境条件，从而使园艺作物单产大幅提升，产值提高3~5倍[1]。
日光温室全国平均产投比为2.62，以北方中部地区最高，为3.17，北方西部地区最低，为2.05;塑料大棚全国平均产投比为2.63，南方地区最高，为3.63，北方中部和东部地区相差较小[5]。同时，设施园艺产业创造了近7000万个就业岗位[6]，为农业和农村经济发展、乡村振兴和农民生活水平改善作出了巨大贡献。
1.2我国设施园艺取得的重要成就
1.2.1温室建造工程技术、装备水平和环境控制技术不断提高
在日光温室光热环境模拟分析，保温覆盖材料传热特性与保温性能测试装备，温室太阳能利用技术与装备，温室环境综合调控技术与生产管理配套装备以及温室工程标准化等方面成果丰富。针对温室、大棚等空间相对狭小的耕作环境，研制并应用了一批多功能耕作机械，如整地起垄覆膜一体机、移栽机等小型农业机械，减轻了劳动强度，提高了生产效率。开发出针对我国不同区域、不同设施类型的新材料、新装备和新设施，如保温材料、新型复合骨架材料，加温设施、肥水一体化装备、机械卷帘设备等[7]，有效促进了当地设施园艺的自动化水平。
开发出自动化精量播种生产线、产品采收运输机、果品蔬菜清洗分级机等装备，显著提高了设施园艺生产的机械化水平。开发出系列化环境控制系统，如温室环境数据采集与智能控制系统、肥水一体化自动灌溉施肥系统[8]、管理专家系统和基于信息融合的环境优化调控的决策支持系统，实现了对温室环境因子的精准、高效和智能控制。在温室环境监测与控制方面，基于云技术、无线传感器的物联网技术，近年来在设施园艺生产中也得到了应用。
1.2.2设施园艺生产领域不断拓展，都市农业成为新的增长极
目前，我国几乎所有的省、市、自治区都有设施园艺发展，生产地域广、辐射范围大，从我国最东端的抚远县到最西端的新疆乌恰市、从最南端的海南三沙市永兴岛到最北端的黑龙江漠河县北极村都有设施园艺作物生产。此外，设施栽培的园艺作物种类已从单一的黄瓜、番茄、辣椒等蔬菜作物拓展到瓜果、花卉、茶树、食用菌、中草药等多种作物，其中设施蔬菜以果菜类、叶菜类、豆类、食用菌、芽苗菜及特菜等为主，设施果树主要以草莓、葡萄、桃、大樱桃、蓝莓为主，设施花卉主要以鲜切花和中高档盆花为主[9]，设施食用菌以金针菇、杏鲍菇、香菇等为主[10]。
设施园艺也逐步向不适宜传统农业生产的沙漠、戈壁、海岛等地域扩展，甘肃、新疆、宁夏等部分省份利用荒漠戈壁和充足的光照资源，以畜禽粪便、秸秆、砂石等为原料，混配形成栽培基质进行蔬菜等园艺作物生产，实现了非耕地有效利用[8]，取得了很好的效果，开辟了我国合理开发利用戈壁资源的先河，实现了戈壁农业的新突破。
设施园艺的功能也从以往单一的生产功能向观光、旅游、休闲、采摘、示范、生态保护和文化传承为标志的都市农业方向拓展。随着我国供给侧结构性改革的深化，为了解决都市农业资源的先天不足，满足城市居民休闲娱乐需求，我国东部沿海发达地区以及北京、上海等特大城市已把设施园艺的重点转向发展都市型休闲农业，有效缓解都市人们日益增长的对健康休闲的需求与城市资源限制之间的矛盾。设施园艺是休闲农业的重要载体，在提升休闲农业观赏性的同时，也提高经济效益[11]。
近年来，我国在园艺植物立体栽培、树式栽培、墙式栽培、空中栽培、工厂化栽培以及景观设计等方面取得了许多重要进展，满足了城乡居民对园艺植物栽培新、奇、特和休闲娱乐的要求。
1.2.3设施园艺生产标准化取得长足进步，温室工程标准体系初步建立
据统计[12]，截至2016年底，中国共发布与设施园艺相关的标准218项，其中国家标准37项、行业标准108项(农业行业标准95项、机械行业标准9项、其他4项)、地方标准73项，其中包括温室设计建造、温室资材、设施装备、节水灌溉以及蔬菜、花卉、食用菌等栽培技术。截止2017年，已发布中国温室工程相关现行标准45项，其中国家标准6项，农业行业标准29项，机械行业标准9项，物资行业标准1项[12]，初步形成了我国温室工程标准体系，对我国温室行业的规范化起到积极作用。
在通用标准层面，设施园艺领域的标准体系按照设计、施工安装验收、评价测试方法、工程管理4大类对现有标准进行归类、补充，避免标准混淆、归属不清等问题;在专用标准层面，参照国外标准，按照日光温室、塑料大棚、连栋温室等大类，对现有标准进行合并，从而便于标准的贯彻、执行;在标准内容上，吸纳国外设计、建设理论，提出适宜中国国情的设施园艺工程建设内容。
1.2.4推行设施园艺低碳、节能和生态友好型生产，资源利用率逐步提高
近年来，农产品安全生产受到广泛关注，生态环境保护空前重视，设施园艺产品无害化生产及环境无污染化成为必然，一批环境友好、资源高效利用技术在设施园艺生产中得到推广应用。针对不同地区的自然资源和环境特性，研发了具有明显地域特色的新型节能日光温室结构;开发出透光率高、抗老化、流滴性好、高保温的温室复合覆盖材料，应用新型保温覆盖材料、高效降温设备和新型温室墙体等;将浅层地源热泵技术应用于温室生产。
在华南、华东、华北和西北等区域不同气候条件下，采用连栋温室和日光温室节能技术，使连栋温室综合节能率达到11.6%～38.5%，日光温室每667m2节约标准煤25t[13]。
1.2.5连作障碍防控取得突破性进展
“十一五”期间，随着农业种植结构的不断调整，设施园艺产业迅速发展，呈现规模化、专业化、多茬次和周年生产特点，但高度的专业化、集约化种植，造成复种指数高，连作障碍问题突出，成为制约设施园艺作物高效安全生产的瓶颈问题。
我国设施园艺科技工作者历经20余年，明确土壤初生障因消除和蔬菜根系抗性增强是防控的核心;攻克土壤连作障碍因子消除技术难点，实现从化学消毒向环境友好型消毒的重大技术变革，实现了化学农药零投入的土壤连作障碍因子消除技术体系;发明了蔬菜作物根系抗性诱导技术，解决了蔬菜优质品种因线虫等高发而难于连作的产业瓶颈;创建“除障因、增抗性、减盐渍”三位一体的连作障碍防控系统解决方案，为设施蔬菜安全可持续生产提供了技术保障[14]。
南京农业大学等单位采用土壤高温高湿+石灰氮消毒技术杀灭土传病虫害，利用生物秸秆反应堆、基质土壤调理剂、生物有机菌肥施用和水肥一体化等技术修复土壤，结合水旱轮/间作新模式控制土壤病虫害、消减盐分和自毒物质，形成连作土壤消毒与生态修复技术体系;利用优质多抗新品种，采用功能型基质穴盘育苗、抗性砧木嫁接换根栽培、生防菌和植物源生长调节剂施用等技术，形成园艺作物主动防御连作障碍危害的技术措施。
1.2.6用于无土栽培的基质产品研发取得明显进步
我国无土栽培系统主要包括基质培和水培两大类，其中基质培面积占95%以上。无土栽培技术主要用于生菜、番茄、黄瓜、甜椒、甜瓜等蔬菜作物的设施栽培[8]，也有部分花卉、果树采用了无土栽培技术，近年来发展起来的园艺植物工厂化育苗几乎都采用了无土栽培技术。目前，我国无土栽培面积不足温室和大棚面积的0.1%，其中有机基质无土栽培占全国无土栽培总面积75%以上。有机基质无土栽培技术的快速发展，迫切需要开发经济、环保、使用效果好、可以代替天然草炭的基质产品。
十多年来，南京农业大学等高校、科研院所的科技工作者利用工农业废弃物资源，研发有机废弃物基质化利用快速发酵技术，研制出性能稳定、功能齐全的系列有机基质产品，创制发酵和基质生产的关键装置和设备，建立快速发酵工艺流程和产品智能化生产线，并在园艺植物无土栽培中产业化应用，取得了显著的社会、经济和生态效益。
研发出废弃物快速发酵关键技术，与传统发酵工艺相比发酵时间缩短10~20d，并能保障发酵质量;研制出适于园艺作物育苗、栽培和水稻育秧的通用型、专用型、功能型基质产品及配套应用技术，形成产品质量标准体系。与传统草炭相比，生产成本降低30%，经试验示范，蔬菜枯萎病发病率降低24%~58%，根结线虫防治效果达68%~85%，使蔬菜壮苗指数提高27%~36%、增产12%～22%。
1.2.7物联网技术快速发展
近几年来，我国农业物联网发展速度惊人。2011年，农业部启动农业物联网应用示范工程项目，先后有多个地区实施了农业物联网区域试验工程[15]，与设施农业相关的物联网应用占全部农业物联网的50%[16]。北京市相关部门的科技人员开发了土壤墒情监测系统，开展物联网在设施园艺方面的应用示范，实现了设施园艺作物生产的环境监测和水资源精细化管理[17];新疆自治区生产建设兵团应用物联网技术，实现作物节水、节肥、减药和精准生产。
江苏省利用物联网智能农业管理平台，实时监测生产环境，并进行设施农业的精准化生产管理;中国农业大学在内蒙古开展高效节能日光温室集群的物联网试点工作;南京农业大学国家农业信息化工程技术研究中心，根据我国温室设施特点研发出“温室娃娃”监测设备和配套的墒情监测系统[18]。除此之外，许多物联网公司也开发出设施环境智能监测、灌溉施肥控制、作物生产管理等方面的硬件设施设备和应用软件系统[19]，推动了设施农业物联网技术的快速发展。
2我国设施园艺发展的特点
2.1设施园艺作物以蔬菜为主体，对国民经济的贡献大
“十二五”期间，我国设施蔬菜呈现出生产面积稳步增加的态势，至2016年播种面积达到393万hm2以上，产量2.6亿t、占蔬菜总产量的33.1%，产值约9800亿元、占蔬菜总产量的46.7%、约占农业总产值的17.9%，占农村居民可支配收入的9.5%。设施蔬菜使人均增收约993.45元，重点地区对农村人均年纯收入的贡献额超过3000元。2017年，新鲜蔬菜、冷冻蔬菜、加工保藏蔬菜和干制蔬菜成为最重要的出口类型，出口贸易顺差达141.9亿美元，同比增长11.47%，成为平衡逆差的第一大农产品[20]。
2.2区域化分布特征明显
我国设施园艺主要集中在黄淮及环渤海湾地区，该地区面积约占全国设施园艺总面积的60%;长江中下游地区次之，面积约占全国的20%;西北地区面积约占全国的10%[14]。设施园艺面积最大的省份是山东，其次为江苏、辽宁、河北、浙江、宁夏、内蒙古、上海等省、市、自治区，现阶段发展比较突出的有吉林、山西、陕西、四川、甘肃、湖北等地区。
从设施类型上看，连栋温室、日光温室、塑料温室面积分别占设施园艺栽培总面积的3.0%、32.7%、64.3%[8]。此外，设施结构类型区域化分布明显，南方以塑料大棚和夏季简易设施为主，在北纬33°～46°地区则以高效节能日光温室为主;在经济发达地区或大中城市郊区，现代化玻璃温室作为都市农业、观光农业发展比较迅猛，近年来也向黄淮海地区和亚热带南方地区集中。
2.3多元化经营格局初步形成
目前，我国设施园艺的经营类型主要包括：工商资本投资企业经营、集体经营、农民家庭经营、集体流转土地个人承包经营、工商资本流转土地企业和个人承包混合经营5种。工商资本投资企业经营，以公司形式经营，规模较大。集体经营一般以政府为投资主体，先由政府或村集体组织进行土地流转，政府投资农业设施，然后由集体经营或出租给农民经营，一般规模较大。农民家庭经营是我国设施园艺经营的主要类型，此类型各地均有，规模较小。
近年来农民合作社发展迅速，以蔬菜专业合作社为例，我国蔬菜专业合作社大约超过6万个[21]。家庭农场大量涌现，以家庭为单位从事设施园艺集约化、规模化、商品化经营，规模可达几十亩至数百亩，这种形式的经营方式，以设施园艺收入为家庭主要收入来源，呈现出旺盛的发展活力。
3我国设施园艺发展过程中存在的问题
我国设施园艺栽培面积与人均供应量已居于世界首位，但由于设施类型多样，地域环境差别较大，相关的基础研究和应用研究起步晚，在设施结构、品种选育、环境调控、栽培技术等方面与发达国家差距较大。以设施蔬菜产量为例，我国温室蔬菜平均年产量约为90000kg·hm-2，是世界设施园艺发达国家如荷兰的1/3，我国设施花卉平均产值为11万元·hm-2，单位面积产值仅是荷兰的10.36%[22]。
不仅如此，我国设施园艺还存在生产环境较差、受自然灾害影响较大、劳动强度较大、自动化程度较低、土地产出率较低(设施蔬菜平均7kg·m-2，温室蔬菜10kg·m-2)、劳动生产率较低(每人平均经营1000m2)、肥药水土地等资源利用率较低、产品质量不高、生产效益波动较大等问题，我国设施园艺作物的单位面积产量、质量、效益与劳动生产率与国外相比，还存在较大差距。同时，目前我国设施园艺仍以家庭经营方式为主，产业化、规模化水平较低，其效益优势不能充分体现。随着世界人口、资源、环境问题的日益突出，作为设施园艺高级形态的植物工厂生产系统。
近年来得到了快速发展，受到了全世界前所未有的关注和青睐。植物工厂系统是高技术密集型产业的综合体，在一定程度上能够解决人口、资源、环境以及应对全球气候变化问题，具有其他生产方式无法比拟的突出优势。植物工厂是一种高投入、高技术、精装备的农业生产体系，与传统农业生产方式相比，其优势主要表现为[38]：生产计划性强，可不受自然环境影响，实现周年均衡生产。
营造了植物生长最佳环境，增加光照时间，科学配水施肥，能够获得较高的单位面积产量;采用机械化半机械化作业，劳动生产率大幅提高;实行封闭式生产，严格投入品管理，少施肥不用药，产品更加安全健康;采取立体栽培模式，大幅节省土地与能源;采用垂直封闭结构和人工光技术，能够与现代城市建设紧密结合，为大中城市居民就近供应大量新鲜、健康的园艺产品。
因此，植物工厂被认为是未来解决资源紧缺、新生代劳动力不足、食物需求不断上升等问题的重要途径，也是未来航天工程、太空探索过程中实现食物自给的重要手段，将会受到世界各国的广泛重视，并具有广阔的发展应用前景。
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农业类刊物推荐：《农业现代化研究》创刊于1980年，本刊为双月刊，主编：王克林。国内统一刊号：CN43-1132/S，国际刊号：ISSN1000-0275。《农业现代化研究》是由中国科学院主管，中国科学院农业研究委员会和中科院长沙农业现代化研究所主办、科学出版社出版的农业综合性科技期刊。
