依据自然气候条件、地理位置、经济水平和饮食文化等因素,可将世界设施园艺大致划分为亚洲、地中海沿岸、欧洲、美洲、大洋洲和非洲六大区域。随着社会经济的不断发展,设施农业整体上呈现蓬勃发展的趋势。
据2017年调查数据显示,全世界设施农业总面积达到460万hm2,主要分布在亚洲的中国、韩国和日本,欧洲的荷兰和阿尔巴利亚,美洲的美国、墨西哥和委内瑞拉,非洲的埃塞俄比亚和埃及以及地中海沿岸诸国。其中,亚洲是世界设施农业发展最快、面积最大的地区,仅中国、日本和韩国3个国家的设施农业面积之和就占世界设施农业总面积的82.90%。
在设施农业体量上,中国设施农业面积达370万hm2,居世界第一,约占世界设施农业总面积的80%,意大利紧随其后位于第二,第三、第四分别为土耳其和韩国。荷兰在人均设施农业温室面积上位居世界第一。
从设施类型上看,有近292万hm2的设施农业类型是塑料大棚(含中小拱棚),占比约为63.5%,主要分布在中国、韩国、日本以及地中海延岸诸国;塑料温室类型面积达130万hm2左右,占比约为28.3%,在中国的江苏省、辽宁省、山东省等地被广泛使用;玻璃温室类型面积达6万hm2左右,占比约为1.2%,结构大多为文洛型(venlo)连栋温室,主要集中在亚洲的中国、非洲的埃及、地中海沿岸的土耳其、意大利和西班牙、荷兰及北欧一些国家;其他类型温室面积占比约为7%。
从栽培作物看,蔬菜占设施园艺总面积的85%以上,以番茄、黄瓜、茄子、甜椒等为主;其次为鲜切花和盆栽花卉。从种植地域分布来看,中国、日本和地中海沿岸国家主要种植蔬菜、草莓和葡萄,欧美一些发达国家以高附加值的鲜切花和盆栽花卉生产为主,如荷兰花卉的生产全部在温室内进行,生产的鲜切花、观赏植物约占世界温室市场的80%,每年出口总额占国际市场花卉贸易的60%,占欧洲市场的70%。
从栽培技术看,荷兰、美国、日本等发达国家的设施农业技术处于领先水平。发达国家在设施农业发展过程中非常重视环境保护和资源循环利用,实现了生态循环农业的经营模式;此外,随着温室结构优化、设施配套及栽培技术体系完善,能够用计算机对作物生长发育的各种环境因子进行调控,使设施作物生长不受或很少受自然条件制约,实现作物周年连续生产供应,产出的温室产品能获得高产量、高品质、高利润,畅销国际市场。
(二)世界设施农业发展特点
从建造趋势上看,建造大型化温室有利于提高土地利用率、方便机械化作业和产业化生产、提升环境控制稳定性以及节省投入资金。因此,国外的温室普遍趋向温室大型化、工厂化,温室结构的轻简化,温室材料的研究热点也集中于以下5个方面:降低设施结构的遮光面积;提升结构材料的隔热性能;提高温室和连接部件的密闭性;延长设施温室墙的使用寿命;便于温室的安装和拆修。
从生产技术上看,美国、荷兰、以色列等发达国家将工业领域的先进技术嫁接到设施农业生产管理中,使设施农业被赋予了“工厂化+农业”的内涵,随着互联网、大数据、云平台等技术的普及,温室环境控制逐步实现智能化、网络化管理。温室生产进入高投入、高产出、高效率管理模式,并实现了将温室各环境因子调控成作物生长发育最适宜的条件,基本摆脱或免受外界环境因素对作物生长的干扰,达到作物周年生产和均衡上市的目的。目前,以美国、日本、荷兰、以色列为代表的发达国家已具备了设施农业设备完善、技术规范、产量稳定、质量安全可靠等特点,也形成了温室研究制造、生产要素聚集、生产资料配套、储藏运输等为一体的设施农业产业体系。如荷兰研制出温室清洗装置,用于清洗温室屋面的落灰来提高温室的透光率。用智能机器人取代人工生产管理来改善设施环境,以提升劳动生产率和保证设施作业的均一性和一致性。
从绿色发展上看,国外在发展设施农业过程中,以保护环境、低碳节能作为前提条件,在探索温室能源高效利用、保护生态环境等方面进行了大量的研究工作。节能新材料、新技术和新能源的利用是温室领域研究的热点和难点,其中相变储热技术和太阳能的有效利用是最具发展前景的节能技术。一些国家通过对温室的覆盖材料进行镀膜处理来改变材料特性,使其具有阻止长波向外辐射而减少热损耗的特性来实现节能效果。欧盟明确要求温室作物生产全部采用无土栽培,替代费水、费肥、费工的传统种植方式,可避免土壤连作障碍,生产出健康安全的农产品。还有一些国家采用营养液闭路循环系统代替传统的营养液无土栽培技术,通过对营养液的回收、过滤、消毒等技术手段,实现节水30%~40%、节肥35%~40%,大大提高了营养液的利用效率,也减少了营养液过剩外排造成的面源污染。此外,探索温室新型补光光源LED也是节能设备研制的热点之一。
(一)发展简介
我国温室结构的发展经过了4个时期:20世纪30年代的雏形时期,其结构的典型特征为一面坡加立窗;20世纪50年代的改良时期,一面坡日光温室结构,取消了前立窗,采光角增至30°,后墙高度降至0.7~0.8 m,使后屋面坡角增至26°以上;20世纪70年代至90年代的发展时期,开展了基于温室的采光理论对不同纬度地区采光屋面形状和采光面角度进行优化设计,从而确定温室的建筑参数,代表性的温室结构有“感王式”和“鞍山Ⅰ型”;21世纪初至今的升级时期,我国各地结合区域、资源特点因地制宜地对设施农业温室大棚的结构进行改造升级,形成具有鲜明特征的结构类型,如蓟春型、连栋型、阴阳型、寿光7代等新型温室。
(二)产业发展情况
我国是一个农业大国和人口大国,由于人均土地资源的日益匮乏和对农产品的数量与质量的需求,我国就必须坚定不移地走“设施强农”之路。20世纪70年代,我国设施农业面积仅为0.7万hm2,到20世纪90年代末,我国设施农业面积达到86.7万hm2,绝对面积跃居世界第一。随着适合不同地区、不同自然条件的设施技术不断提升,财政资金及外界资本的持续投入,我国设施农业生产规模逐年扩大。截至2017年底,我国设施农业面积突破了370万hm2,在短短20年间体量翻了4-5倍,已成为世界设施农业生产大国,面积和产量都居世界第一。
目前我国现代设施农业的面积已达到4000万亩,约占全球设施农业总面积的80%以上。设施农业在保障农产品供给和促进农民增收方面发挥了积极作用,尤其是设施蔬菜的种植占比超过80%。
2024年国内温室新建面积943.97公顷,其中塑料薄膜温室完成面积730.32公顷,占比为77.37%,玻璃温室完成面积181.28公顷,占比为19.2%。
图:2024年全国温室新建面积统计
2010—2022年间,中国农业温室种植面积呈显著增长态势。2010年全国农业温室种植总面积为555,460公顷;2016年增至835,923公顷;至2022年进一步扩大至1,295,480公顷。由此推算,全国农业温室面积每6年扩张近50%。2010年时,农业温室主要集中在山东、北京、辽宁等东部省份;而到2022年,云南、新疆等西部地区的温室面积已迅速攀升。
(三)经营主体情况
目前全国共有18家经营主体运营150亩及以上的大型连栋蔬菜温室。这18家经营主体中约1/3有房地产或建筑行业背景,约1/3有农业背景,其他企业为IT、电力或综合性集团。
其中运营面积在750亩及以上的企业共有3家,分别为凯盛浩丰农业有限公司、海升集团以及北京宏福集团控股有限公司,这3家企业作为目前运营大型连栋蔬菜温室面积最大的公司,具有以下几方面共性。
①均为2015—2016年前后开始建设第1批温室并投入使用和运营,属于较早开始运营大型连栋蔬菜温室的企业。
②目前都在全国不同区域布局和建设多个大型连栋温室,以满足产品的周年生产和供应,且项目地主要集中在北方。
③均有自己的生鲜产品品牌,如凯盛浩丰农业有限公司主打“绿行者”品牌,海升集团塑造“枝纯”品牌,北京宏福集团控股有限公司则打造了“宏福柿”品牌。且消费者对3家企业的生鲜品牌均已有一定的认可度。
④都有比较健全的销售网络,几乎均为线上线下全渠道销售,但是各家的产品定位、渠道侧重点、目标客户有所不同。凯盛浩丰农业有限公司“绿行者”品牌主要销售大型连栋蔬菜温室生产的大果型番茄,海升集团“枝纯”品牌主要销售大型连栋蔬菜温室生产的串收樱桃番茄,北京宏福集团控股有限公司“宏福柿”品牌主要销售大型连栋蔬菜温室生产的串收樱桃番茄、多用途大果型番茄。
1.技术革新持续突破
高端传感器将实现更高精度的数据采集,对土壤养分、作物病虫害早期症状等细微变化能够敏锐捕捉;关键零部件的性能提升,可确保农业设备在复杂环境下稳定运行;成套智能装备也将不断推陈出新,像智能化程度更高的农业机器人,能够在果园精准完成果实采摘、疏花疏果等精细作业,大幅提高劳动效率,极大地改变农业生产的人力依赖现状。
2.应用领域深度拓展
从种植到养殖,智慧设施农业的应用将进一步深化。在种植业,不仅是设施蔬菜、水果等传统领域的智能化升级,在花卉种植方面,通过智慧设施能精准调控光照时长与强度,改变花卉的开花周期,满足市场不同时段的需求;在中药材种植中,利用智慧设施把控土壤温湿度等条件,提升中药材的品质和药效成分含量。在养殖业,从规模化畜牧养殖拓展到特色养殖领域,如智慧设施助力蜜蜂养殖,通过传感器监测蜂巢内温湿度、蜜蜂活动情况等,优化养殖环境,提高蜂蜜产量和质量。
3.产业融合全面推进
智慧设施农业将与上下游产业紧密融合,形成完整的产业生态链。与农资产业结合,智慧设施根据作物生长需求,反向指导化肥、农药等农资企业精准生产适配产品;与农产品加工产业融合,加工企业依据智慧设施反馈的农产品成熟度、产量等信息,提前规划加工产能与产品种类,实现从田间到餐桌的高效衔接。同时,智慧设施农业还将与乡村旅游、休闲农业深度融合,游客可以通过手机端实时查看蔬菜生长情况,参与农事体验活动,感受科技农业的魅力,拓展农业的多功能性。
4.成本效益优化提升
随着技术的普及与规模化应用,智慧设施农业的成本将逐渐降低。一方面,设备生产企业通过扩大生产规模、优化生产工艺,降低智慧农业设备的制造成本,使得更多农业生产者能够负担得起;另一方面,智慧设施农业带来的资源利用率提高、产量增加、品质提升等效益,将进一步凸显其成本优势。例如,智能灌溉和精准施肥系统,能在节水节肥的同时,实现产量提升,极大地提升了农业生产的经济效益和可持续性。
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