温室变迁史

文/陈红新 本刊编辑

园艺设施是一种特殊的农业生产性建筑，是指利用专门的保温防寒或降温放热材料、设备，创造具备适合作物生长发育的小气候条件，性能比较稳定，可以进行园艺作物生产的结构或建筑。园艺设施的发展历史可分为原始时期、发展时期和现代化时期，我国最早可以追溯到秦始皇时期，自汉至唐，温室栽培技术仅供皇室贵族使用；在国外，古罗马帝国最先出现简易围护栽培，到了17世纪，法国、英国、日本和德国等相继出现简易的园艺设施。第二次世界大战后，世界各地的园艺设施迅速发展，面积不断扩大，栽培水平进入高投入、高产出和高技术阶段。20世纪70年代后，大型钢架温室出现，室内加温、灌溉、换气等附加设备广泛运用，温室面积迅速增加。目前，设施园艺面积在5 000 hm2以上的设施农业大国共有11个，分别为中国、韩国、西班牙、日本、土耳其、意大利、墨西哥、荷兰、法国、美国和波兰。温室在解决蔬菜供应、增加农民收入、促进农业产业结构调整等方面发挥着重要作用，具有广阔的市场空间与发展前景。

国外主要农业国家温室发展概况

从资源利用效率、生产效率及技术集成方面，我国与荷兰、日本、西班牙、以色列、美国等设施园艺大国还存在一定差距，回顾及分析这些国家的温室发展历程对于我国温室产业的发展具有一定的借鉴和指导意义。

荷兰

荷兰位于东经3°21′—7°13′、北纬50°45′—53°52′，国土面积41 864 km2。温带海洋性气候，年温差小，全年有雨，冬雨较多。光照不足，5月份日照时数最高，约为220 h，12月份最低，约为39 h。

荷兰是世界设施园艺强国，园艺产值占全国农业产值的39%。荷兰的玻璃温室是世界设施农业技术体系最重要的分支之一。2014年，荷兰玻璃温室总面积为9 488 hm2，约占世界玻璃温室总面积的20%，其中43.6%用于种植花卉，50.9%种植蔬菜，苗圃和盆栽占4.95%；温室每平方米产出高达66.3欧元[1]。荷兰人充分发挥当地气候温和的优势，克服光照资源的不足，把温室园艺产业做到了世界最好，其100年来的温室发展史大致分3个主要阶段（表1），即初级阶段、快速发展阶段和稳定成熟阶段。

荷兰温室结构较单一，90%以上的温室为Venlo温室，主要特点为钢材用量极少，透光率高，抗风能力强，光照均匀。荷兰坚持以种植为核心，从温室设计（如结构参数、结构承载力确定）、环境（如温度、湿度、光照、CO2浓度）调控设备配套以及生产过程的管理等入手，强调为种植服务，因此生产效率极高[2]。

日本

日本在小型温室机械、植物工厂精密控制等方面的技术居于世界领先地位。日本发展设施农业主要是为了缓解农业劳动人口数量减少及日趋老龄化的冲击，与此同时开发出与大都市空间相适应的新鲜农产品供应体系。因此日本设施农业总体量不大但特色鲜明：一是更注重开发节省人力的小型温室机械，发展利益化种植等技术；二是更重视运用高附加值、紧凑型、全程精细控制的植物工厂技术。

表1 荷兰温室发展历程

1960年之前，日本主要应用简易拱棚做育种育苗。1960—1980年，设施农业迅速发展，温室大棚面积从1 707 hm2增加到3.17万hm2；玻璃温室从296 hm2增加到1 501 hm2；塑料大棚从1 411 hm2增加到3.02万hm2。1980年以后，大型温室、连栋大棚、植物工厂等新一代设施农业技术在日本得到更多重视和推广。据日本农林水产省统计，截至2009年，日本玻璃温室面积为2 039 hm2，占设施总面积的4.2%，塑料温室和塑料大棚面积为47 010 hm2，占设施总面积的95.8%。2013年初的数据显示，日本共有211家植物工厂[1]。

日本现有玻璃温室主要为双面坡温室和Venlo连栋温室；塑料温室有钢结构塑料温室和低成本全天候塑料温室；塑料大棚有埋地式管架大棚和钢结构增强管架大棚（图1—3）。

美国

美国的温室演变与工业材料的发展密切相关。大体上可以分为3个阶段：第一阶段（1950—1969年），温室以木结构为主，覆盖材料几乎都是玻璃，室内以土壤栽培为主，自动化设备极少；第二阶段（1970—1989年），金属骨架温室逐步增加，出现了玻璃钢和双层充气薄膜等覆盖材料，滴灌及无土栽培等技术普遍应用；第三阶段（1990年到现在），PC板投入使用，屋顶可以全部启闭的现代温室成为主流[3]。

西班牙

西班牙的温室农业主要集中于享有“欧洲蔬菜之都”的阿尔梅利亚省，其与山东寿光处于同一纬度，在北纬37°左右。当地温室面积集中，产量大，辐射面广，每天平均向欧洲国家运送400个冷藏集装箱的新鲜蔬菜，一年四季都不间断。阿尔梅利亚发达的设施农业不仅得益于得天独厚的地中海气候，更依赖于全面完善的农业生产体系和先进的农业生产技术。

阿尔梅利亚的温室结构类型较单一，主要分为Parral Plano型温室和Rapsa and Amagado型温室。从1963年到2010年，阿尔梅利亚平均每年设施面积增加约600 hm2。目前，该地区设施农业总规模接近3.0万hm2，其中玻璃温室不到100 hm2，主要用于育苗和科技展示，其余均为塑料钢架大棚，集中分布在阿尔梅利亚沿海的西部一带，密度居世界第一。当地政府和技术部门高度重视温室的规模化建设，逐步以大面积的温室代替小型温室，生产用温室的面积从1 hm2到20 hm2不等，温室分布地带的土地利用率在85%以上。

小 结

荷兰、日本等国通过强化政策支持、科技支撑、产业配套、利益连接等举措，加快发展以玻璃温室、植物工厂、微滴灌等设施园艺技术为重点方向的现代设施农业，主要发展趋势有：温室建设大型化、室内技术集成化、产品种类多样化、操作流程机械化、生产技术工厂化、覆盖材料多样化、栽培技术无土化、防治技术生物化。在产业政策制定、技术装备研发推广和产品路线设计等方面为我国设施园艺的发展提供了宝贵经验。

图1 双面坡玻璃温室结构

图2 单栋钢结构塑料温室结构

图3 埋地式塑料大棚结构

我国温室发展历程

我国的园艺设施发展历史悠久，在不断的发展过程中，已经形成了类型多样化、结构科学化、功能齐全化、应用广泛化的态势。我国的温室经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展阶段，结构类型主要包括简易保护设施（风障畦、阳畦、温床、防雨棚等）、塑料拱棚、日光温室、现代化温室（文洛型温室、里歇尔温室、卷膜式全开放型塑料温室、屋顶全开启型温室），由于各地区生产状况、经济条件和应用目的等差异，至今各阶段不同类型的温室依然并存[4]。

我国近代的设施农业起步较晚，20世纪30年代，我国辽宁南部和北京地区开始在冬季利用不进行人工加热的日光温室生产新鲜蔬菜。60年代开始应用简易式塑料大棚，到了70年代，节能型日光温室逐渐投入生产，到1981年，保护地面积为1.6万hm2，占蔬菜种植面积的4.35%，其中节能型日光温室仅占0.4%。到80年代初，开始引进荷兰、美国等国的现代化温室成套设备。80年代中期，国内开始对原有日光温室的建筑结构、环境调控技术和栽培技术进行全面改进，实现在完全不加热或仅有极少量加热的条件下，在冬季生产喜温果菜。90年代引进国外大型连栋温室及配套栽培技术，逐步向规模化、集约化和科学化方向发展。此后温室数量、面积和内部的设施水平都相继有了大幅度提高[5]。设施农业的产业规模稳定发展，截至2016年，主要温室设施面积已突破210万hm2，连栋温室面积达到5.18万hm2，日光温室和塑料大棚单体面积趋于大型化，以生产工艺环节为目标的扩展式融合、以生产品类专业化服务为目标的延伸式融合、以技术和市场为主线的跨界式融合正成为温室发展的战略模式。

温室结构演变

我国温室结构的发展历程主要分为4个阶段[6]，即雏形期、改良期、发展期和升级期（表2）。在自建或引进荷兰温室的同时，我国相继研发出华北型、东北型、西北型、华东型、华南型及东南沿海型等不同生态类型的新型、适用的温室及配套设施。

寿光作为全国设施蔬菜生产和销售的集散地，是日光温室技术持续改进和提高的创新园，其温室建设行业已经成为我国农业工程建筑领域产业化发展的成功典范。分析寿光近代温室发展历程[7]可以看出（表3），其温室更新换代周期较短，温室跨度、高度不断增大，结构强度提升，配套设备逐渐完善。此外，寿光温室建设投资较低，以1989—1991年改进创立的寿光改良式日光温室为例，该类型温室采光增温性能和土地面积利用率均有所提高，棚内空间较大，不仅有利于蔬菜生长发育，同时便于棚内的农事操作。建造面积为667 m2的该类型日光温室，成本费用为1.0万～1.2万元，年经济效益达1.5万～3.0万元。

温室技术演变

温室环控技术

温室内温度、湿度、光照、气体等环境因子的合理调控对作物生长至关重要。由最原始的简易大棚中无环控措施，到现在经过学者们不断研究，已经在环境因子的响应模型、调控技术及配套设备方面取得了大量研究成果。在控制硬件方面，已从早期使用的基于单片机的控制系统发展到工业控制机（IPC）及可编程逻辑控制器（PLC）的网络化分布式控制系统[8]。

温室灌溉及施肥技术

随着国家倡导节水灌溉理念及对作物与水肥需求关系的研究，传统的漫灌、管道式灌溉应用越来越少，高效的节水灌溉技术逐渐成为主导。作物需水需肥规律、水肥耦合模型、灌溉制度、平衡施肥、测土配方施肥等研究催生了滴灌、微灌、喷灌及水肥一体化等技术，且智能化决策与控制技术也正成为温室节水灌溉的一种发展趋势。

表2 我国温室结构发展历程

温室节能技术

温室内采暖、通风、照明、灌溉、施肥、自动化控制等环节需要不断消耗能源，而面对煤炭、石油等不可再生资源的逐渐减少及对环境造成的污染，越来越多的人在温室节能降耗方面做出了有益的探索。主要体现在改进与优化温室结构、开发利用可再生能源及太阳能、对温室进行变温管理等。

表3 寿光温室发展历程

展望

我国温室已进入巩固、完善、提高、再发展的成熟阶段。温室总体布局趋于合理，温室类型逐渐向大型且智能温室发展。但我国温室发展较晚，大多数是参考借鉴国外的技术，在环控技术、作物栽培管理、机械化与自动化方面仍有所欠缺，难以最大限度地发挥温室优势，导致作物产量和品质并不太理想。

现代化农业是我国农业发展的必由之路，温室产业具有广阔的发展前景。“十三五”规划纲要中首次提出：发展智慧农业，依靠智慧农业，实现农业精细化、高效化、绿色化发展。因此，应加大扶持力度、引进先进设备、农机农艺相结合，通过技术创新，自主研制结构优化、配套齐全、低成本、节能高效、拥有智能化控制手段和中国区域特色的现代化温室，从而形成具有中国特色的温室技术和设施体系。