丁小明 魏曉明 李明 袁雪峰

編者按

中國是設(shè)施園藝發(fā)展大國，無論是產(chǎn)量，還是面積均為世界第一。但我們的設(shè)施類型、裝備技術(shù)水平、栽培技術(shù)并不先進(jìn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)施園藝面積在5000 hm2以上的國家共有11個(gè)，分別為中國、韓國、西班牙、日本、土耳其、意大利、墨西哥、荷蘭、法國、美國和波蘭，我國的設(shè)施園藝面積在這11個(gè)國家中，占比達(dá)到88%。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的熱潮，全球化、地球村已經(jīng)波及到設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)，這就要求我們站在世界的視角，關(guān)注下其他設(shè)施園藝國家的發(fā)展現(xiàn)狀，為我們的產(chǎn)業(yè)政策制定，技術(shù)裝備研發(fā)推廣，產(chǎn)品路線的設(shè)計(jì)帶來好處。本篇文章就先帶著大家了解下荷蘭、西班牙、日本和墨西哥的設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，看一看這些國家的設(shè)施園藝發(fā)展情況。

概況

荷蘭位于東經(jīng)3°21'～7°13'、北緯50°45'～53°52'之間，地處西歐北部，東與德國為鄰，南與比利時(shí)相接，西、北瀕臨大西洋的北海，與英國隔海相望。國土總面積41864 km2，其中約7100多km2的土地是圍墾填海造出來的，接近荷蘭國土總面積的1/5。荷蘭全境地勢(shì)平坦，最高海拔321 m，最低海拔-6.7 m，其中一半以上國土低于或幾乎水平于海平面，故稱“低地之國”。

受大西洋暖流影響，荷蘭氣候?qū)贉貛ШＱ笮詺夂?，特點(diǎn)是冬暖夏涼，年溫差小，最冷月均溫度均在0℃以上，全年有雨，冬雨較多。由于緯度較高，荷蘭全國光照不足，歷年平均日照時(shí)數(shù)為1484 h，5月份日照時(shí)數(shù)最高，約為220 h，12月份最低，約為39 h。所以該區(qū)域特別重視補(bǔ)光設(shè)備的應(yīng)用。

荷蘭是世界設(shè)施園藝強(qiáng)國，園藝產(chǎn)值占全國農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的39%，年產(chǎn)值70億歐元，吸納勞動(dòng)力745000人，園藝產(chǎn)品的出口占荷蘭出口的21%。荷蘭現(xiàn)有溫室約1萬 hm2，主要集中在荷蘭的西南部地區(qū)，種植品種以蔬菜（占46%）、切花（占27%）、盆花（占17%）為主[1]。

發(fā)展歷程

從發(fā)展溫室的角度來看，荷蘭四季的溫度條件有利于溫室的氣候調(diào)節(jié)，但冬季光照弱、日照時(shí)間短的明顯缺陷，卻是溫室發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。經(jīng)過近100年的努力，荷蘭人硬是憑借自己超凡的智慧，充分發(fā)揮氣候溫和的優(yōu)勢(shì)，克服光照資源的不足，把溫室園藝產(chǎn)業(yè)做到了世界最好。荷蘭溫室技術(shù)的成功有其獨(dú)特的歷史背景和時(shí)代特征，了解其發(fā)展歷程，或許能對(duì)我國溫室技術(shù)的發(fā)展有所啟示。荷蘭100年來的溫室發(fā)展史大體分3個(gè)主要階段：

第一階段 初級(jí)發(fā)展階段

（1900～1945年）

荷蘭乃至歐洲溫室的發(fā)展是隨著玻璃技術(shù)的革新發(fā)展起來的。19世紀(jì)上半葉，隨著鑄造技術(shù)的改進(jìn)，平板玻璃的制造工藝有了新的突破，使平板玻璃作為溫室外覆蓋材料成為可能。1850年英國在倫敦海德公園首次展示了用玻璃板制成的水晶宮（溫室）進(jìn)行植物栽培，引起了轟動(dòng)，隨后歐洲大陸紛紛效仿。1904年首次溫室的普查結(jié)果表明，荷蘭當(dāng)時(shí)的溫室面積僅為28 hm2，而此時(shí)英國已有溫室200多hm2。20世紀(jì)20年代后期，荷蘭開始發(fā)展溫室產(chǎn)業(yè)，但發(fā)展仍較為緩慢，到1927年雙坡面玻璃溫室僅為391 hm2，1939年達(dá)到了將近1000 hm2。此時(shí)的溫室設(shè)施以雙坡面玻璃溫室為主，是在一面坡溫室基礎(chǔ)上發(fā)展起來的具有尖頂對(duì)稱屋面和斜側(cè)立面的玻璃溫室，可用于果菜和花卉的種植，溫室設(shè)施結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

第二階段 快速發(fā)展階段

（1946～1990年）

第二次世界大戰(zhàn)后，荷蘭的國民經(jīng)濟(jì)開始恢復(fù)，農(nóng)業(yè)得到了迅速恢復(fù)與發(fā)展。溫室技術(shù)也在這一時(shí)期得到了快速發(fā)展，到1950年荷蘭的玻璃溫室面積已發(fā)展到3300 hm2，到1999年，荷蘭玻璃溫室面積已高達(dá)9600 hm2。期間，Venlo型溫室的發(fā)明和推廣以及溫室配套環(huán)控裝備的普及運(yùn)用是荷蘭溫室快速發(fā)展的主要原因。

20世紀(jì)50年代初，在荷蘭東南部林堡（Linburg）省小鎮(zhèn)Venlo，最早出現(xiàn)了一種小尖頂連棟玻璃溫室，隨后人們習(xí)慣稱這種溫室叫“Venlo”型溫室。最早的Venlo型溫室跨度為6.4 m，開間3.0 m，檐高4.0 m，脊高4.8 m，每跨有兩個(gè)小屋面構(gòu)成。后來經(jīng)過多次改進(jìn)，逐步形成了現(xiàn)在的6.4 m、9.6 m、12.8 m等多跨度組合模式。該類型溫室結(jié)構(gòu)用鋼量小，通過屋面構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，透光率也大為提高，逐步形成了與荷蘭氣候特征相適應(yīng)的溫室型式。Venlo型溫室的發(fā)展，既滿足了荷蘭對(duì)最大采光量的需求，又為機(jī)械化耕作和規(guī)?；a(chǎn)提供了廣闊的空間，對(duì)荷蘭現(xiàn)代溫室的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。伴隨著Venlo型溫室的廣泛應(yīng)用，一些與溫室工程配套的技術(shù)裝備，如溫室加溫技術(shù)、CO2施肥技術(shù)、巖棉栽培技術(shù)等也相繼得到開發(fā)與實(shí)施，使溫室作物的產(chǎn)量得到大幅度的提升，以西紅柿為例，從1950年的7.7 kg/m2增加到1990年的44.0 kg/m2。

第三階段 穩(wěn)定成熟階段

（1991至今）

從1991年以來，荷蘭溫室產(chǎn)業(yè)處于成熟穩(wěn)定的發(fā)展時(shí)期，一個(gè)很重要的標(biāo)志就是溫室面積不再大規(guī)模擴(kuò)大，基本穩(wěn)定在10000 hm2左右，溫室技術(shù)的研發(fā)也逐漸趨于成熟。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，一是溫室的區(qū)域性布局逐漸向南部省份集中，逐步縮小荷蘭北部地區(qū)的溫室面積；二是溫室蔬菜的種植面積逐漸減少，花卉或盆景植物面積不斷上升；三是每戶經(jīng)營溫室的面積逐漸增大，并仍有繼續(xù)增加的趨勢(shì)，說明溫室在逐漸向集約化、規(guī)模化的方向發(fā)展。在技術(shù)發(fā)展上，一是大幅度提高覆蓋材料的透光率、增加太陽能的入射量；二是熱能的多用途利用和余熱回收方面；三是營養(yǎng)液消毒和閉路循環(huán)系統(tǒng)的技術(shù)配套；四是溫室節(jié)能技術(shù)應(yīng)用、減少溫室氣體排放等。通過不斷完善溫室的功能，實(shí)現(xiàn)溫室產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

主要溫室類型

Venlo型溫室

荷蘭的溫室結(jié)構(gòu)形式比較單一，90%以上的溫室為Venlo型玻璃溫室。但不同年代建設(shè)的Venlo型玻璃溫室的跨度和高度卻在不斷變化之中。

Venlo型溫室結(jié)構(gòu)的基本特征是立柱支撐跨間桁架，桁架上支撐天溝，鑲嵌屋面玻璃的鋁合金支撐框直接安裝在天溝上，溫室屋面不用任何鋼結(jié)構(gòu)材料。這種結(jié)構(gòu)不僅大大節(jié)省了溫室的鋼材用量，而且由于屋面構(gòu)件少，結(jié)構(gòu)遮光少，使溫室的透光率大大提高，此外，由于每跨由2個(gè)以上小屋面組成，也降低了溫室的屋脊高度，使溫室的抗風(fēng)能力大大提高，溫室的散熱面積和用材料大大減少，室內(nèi)光照的均勻性也顯著提高。綜合各方面的特點(diǎn)，這種形式溫室成為了目前全世界玻璃溫室的主流。

荷蘭早期的Venlo型玻璃溫室基本采用標(biāo)準(zhǔn)的6.4 m跨，每跨2個(gè)小屋面，溫室檐高多為3～4 m，開間間距3.0 m；鋼制天溝，屋面和墻面覆蓋材料為普通平板玻璃；溫室支撐布置包括柱間支撐、墻面支撐（側(cè)墻及山墻）、屋面橫向水平支撐、柱頂（天溝高度兩立柱之間的水平面上）水平支撐、屋面垂直支撐等。

隨著氣候控制設(shè)備的不斷增加和種植作物的高架栽培，以及機(jī)械化、自動(dòng)化水平的不斷提高，近年來溫室的跨度和脊高在不斷加大，9.6 m、12.80 m跨度的溫室已成為當(dāng)前主流，溫室每跨3個(gè)小屋面，溫室高度提高到6～7 m，甚至更高，開間間距也增大到4.0 m、4.5 m或5.0 m。

其他結(jié)構(gòu)形式溫室

◆ 大跨度雙坡面溫室 荷蘭除了大量的Venlo型玻璃溫室之外，早期也建設(shè)了數(shù)量不少的大跨度雙坡面連棟玻璃溫室（圖1），這些溫室至今仍在運(yùn)行，但不再是發(fā)展的主流。

◆ 光伏溫室 隨著對(duì)新能源的開發(fā)，荷蘭近來也開始了對(duì)光伏溫室的研究。雖然光照不足是影響荷蘭溫室生產(chǎn)的瓶頸，但處于對(duì)國外市場(chǎng)的開發(fā)，他們也開發(fā)了不等坡屋面的光伏板溫室，如圖2。

◆ 塑料薄膜溫室 除玻璃溫室外，近年來荷蘭也開發(fā)了圓拱形塑料薄膜溫室。這種塑料薄膜溫室屋面采用尖屋頂圓拱屋面結(jié)構(gòu)，主要是為了固膜，但溫室主體結(jié)構(gòu)仍然沿用Venlo型玻璃溫室立柱支撐桁架的結(jié)構(gòu)，屋面拱桿直接支撐在天溝上，如圖3。溫室采用了屋面單面通長(zhǎng)開窗的通風(fēng)方式，塑料薄膜采用PO膜，整體造價(jià)較玻璃溫室有大幅度降低。

◆ 中空PC板溫室 由于中空PC板的保溫性能好，用中空PC板代替玻璃的Venlo型PC板溫室在荷蘭也有研究和應(yīng)用（圖4）。由于荷蘭空氣質(zhì)量較我國北方地區(qū)好，而且室外溫度也較高，所以，在國內(nèi)常見的PC中空板中結(jié)露和積塵的現(xiàn)象都比較輕。

◆ 外遮陽溫室 荷蘭由于室外光照條件差，夏季室外溫度不高，生產(chǎn)性溫室一般不設(shè)外遮陽。夏季溫室降溫多采用表面涂白和開窗通風(fēng)的方式解決。但近年來隨著全封閉式溫室技術(shù)的發(fā)展和國外市場(chǎng)的開拓，荷蘭的溫室企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)也在研究開發(fā)具有外遮陽系統(tǒng)的溫室，如圖5。為了適應(yīng)安裝外遮陽立柱的需要，荷蘭的配件企業(yè)還專門開發(fā)了適合于外遮陽的保溫鋁合金天溝。

溫室種植技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)

化管理

以種植為核心的理念

設(shè)施園藝生產(chǎn)過程是一個(gè)多種技術(shù)融合及相互協(xié)調(diào)的過程，但是其核心就是種植，因此荷蘭的溫室生產(chǎn)，從溫室設(shè)計(jì)（如結(jié)構(gòu)參數(shù)、結(jié)構(gòu)承載力確定）、環(huán)境（如溫度、濕度、光照、CO2濃度）調(diào)控設(shè)備配套以及生產(chǎn)過程的管理等方面，處處體現(xiàn)以種植為核心的理念。一般而言，在溫室項(xiàng)目策劃之時(shí)，種植作物、栽培方式甚至是目標(biāo)產(chǎn)量等都是優(yōu)先規(guī)劃，溫室的種植及管理需求主導(dǎo)整個(gè)溫室工程的設(shè)計(jì)與設(shè)備配套，所有技術(shù)和設(shè)備都是為種植服務(wù)的。這種簡(jiǎn)單但是非常明確的理念使得荷蘭溫室的各種技術(shù)與設(shè)備的配合度達(dá)到最佳，因此生產(chǎn)效率也達(dá)到世界最高水平。

栽培方式及種植管理制度的

標(biāo)準(zhǔn)化

西紅柿是荷蘭溫室比較典型且種植標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的作物，主要以基質(zhì)或營養(yǎng)液栽培為主。根據(jù)栽培管理機(jī)械化的程度，栽培槽距地面的高度一般為0～1.2 m，也有高度可調(diào)節(jié)式的栽培槽，便于種植及采摘等管理需求。其中栽培槽的離地栽培方式，可以有效降低管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可以改善根部的通風(fēng)及加溫效果。另外，栽培行距如前所述，一般采用1.6 m，栽培密度為

2株/m2。

標(biāo)準(zhǔn)化的栽培模式促進(jìn)了配套設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化

在荷蘭，無論是試驗(yàn)溫室還是生產(chǎn)溫室，所能見到的栽培方式比起國內(nèi)目前所能見到的栽培方式要少很多。在國內(nèi)的生產(chǎn)性溫室中，作物栽培除了土壤栽培方式之外，還有各種基質(zhì)栽培、巖棉栽培、營養(yǎng)液栽培、噴霧栽培、潮汐栽培以及各種立體栽培等等，因地制宜，種類繁多。但是在荷蘭，土壤栽培很少，營養(yǎng)液或者巖棉（基質(zhì)）+營養(yǎng)液栽培方式比較多，其中西紅柿栽培采用最多的就是巖棉+營養(yǎng)液的栽培方式。據(jù)介紹，巖棉栽培的優(yōu)點(diǎn)是可以有效增加根部含氧量、提高根部養(yǎng)分的均一性，同時(shí)還可以有效減少根結(jié)線蟲等病蟲害。雖然栽培方式相對(duì)較少，但是栽培方式趨于標(biāo)準(zhǔn)化，這為相關(guān)配套栽培設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化帶來了很大的便利。

栽培管理的精準(zhǔn)化

生產(chǎn)過程的管理是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)的關(guān)鍵。因此在荷蘭的溫室中，除了良好的溫室設(shè)施、全面的環(huán)境調(diào)控設(shè)備以及生產(chǎn)管理設(shè)備之外，整體上實(shí)施精細(xì)化管理也是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)目標(biāo)的關(guān)鍵。如在環(huán)境調(diào)控方面，根據(jù)多年研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了一些環(huán)境管理參數(shù)，供生產(chǎn)管理中參考。如根據(jù)光照研究，每增加1%的光照，可以提高1%的產(chǎn)量；遮光的情況下灌溉量為3 L/m2，不遮光條件下灌溉量為6 L/m2等。雖然不是這些指標(biāo)精細(xì)化環(huán)境調(diào)控的依據(jù)，但是可以提供一個(gè)量化的參考，提高生產(chǎn)管理上的可操作性。

西班牙

西班牙的緯度跨度相當(dāng)于中國的山東到吉林的緯度，而南部的蔬菜主產(chǎn)區(qū)阿爾梅利亞同山東壽光處于同一緯度，在北緯37°左右。西班牙平均海拔為660 m，超過歐洲的平均海拔水平，是歐洲海拔第二高國家，僅低于瑞士（海拔1300 m）。西班牙中心梅塞塔高原，屬大陸性氣候；北部和西北部是海洋性氣候；南部以及地中海沿岸地區(qū)，約占全國面積3/4，屬干燥的亞熱帶氣候，或地中海氣候。西班牙四季分明，最冷月份為1～2月份，平均氣溫是：東部、南部為8 ～13℃；北部2～10℃。最熱月份是8月份，平均氣溫是：東部、南部為24～36℃；北部為16～21℃。

西班牙分5部分，北部山區(qū)、中央高原、東北的阿拉貢平原（三角形）、地中海沿岸山地、西南的安達(dá)盧西亞平原。

西班牙的發(fā)展比較特殊，主要集中在阿爾梅利亞地區(qū)（圖6～9）[2]，這個(gè)地區(qū)在歐洲的地位如同壽光在中國的地位，溫室面積集中，產(chǎn)量大，輻射面廣。

西班牙阿爾梅利亞溫室的常見形式也與我國的溫室類型差異很大，由于干旱少雨，溫室的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單。如（圖10～12）所示。

西班牙的栽培技術(shù)更是結(jié)合了它豐富的沙子資源，普遍采用沙培和節(jié)水灌溉技術(shù)。跟中國很多西北非耕地的類型非常相似。

直到2007年，西班牙的溫室園藝使用殺蟲劑還比較嚴(yán)重。為了殺滅某些病蟲害，殺蟲劑的過量使用現(xiàn)象嚴(yán)重。導(dǎo)致果蔬殘留超標(biāo)。在2009～2010種植年度，在西班牙的阿爾梅利亞大約59%的溫室（總合24000 hm2）開始使用生物防治技術(shù)。其中，最重要的一點(diǎn)就是使用UV吸收膜作為透明覆蓋材料。該材料可以透過光合作用有效光，而阻擋UV光，眾所周知，UV光對(duì)病蟲是非常重要的可見光。

阿爾梅利亞溫室生產(chǎn)系統(tǒng)表明（圖13），一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程涵蓋了最初的商業(yè)和金融服務(wù)、配套必要的設(shè)備以及運(yùn)輸工具、溫室生產(chǎn)、產(chǎn)品的加工，一直到消費(fèi)環(huán)節(jié)。其中，為溫室生產(chǎn)配套的技術(shù)多達(dá)8項(xiàng)之多。從圖13看出，在這個(gè)地區(qū)海水的淡化技術(shù)是非常重要的技術(shù)之一。另外，園藝產(chǎn)品廢棄物的再利用，包括塑料等產(chǎn)品的利用，是一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)可持續(xù)和生態(tài)化的重要標(biāo)志。

日本

概述

日本位于亞歐大陸東部，國土面積37.8萬km2，以山地、丘陵為主，平原面積僅占15%。耕地面積約為454萬hm2。在人口方面，受少子化的影響，日本近年來總?cè)丝诓粩嘞陆?，?5歲以上老年人口則逐漸增加。截至2013年，日本人口約1.27億，其中24.1%為65歲以上老年人口。

在氣候方面，日本大部屬于溫帶氣候，夏季高溫，冬季溫暖。但因其國土南北狹長(zhǎng)，不同區(qū)域的氣候類型有一定差異。根據(jù)氣候的差異，日本可劃分為北海道、太平洋沿岸、日本海沿岸、中央高地、瀨戶內(nèi)和南西諸島等6個(gè)氣候區(qū)（圖14），不同氣候區(qū)的氣候特點(diǎn)如表1所示。

根據(jù)日本農(nóng)林水產(chǎn)省統(tǒng)計(jì)，日本蔬菜2013年栽培總面積為53.9萬hm2，主要栽培番茄、黃瓜、甜瓜、菠菜、草莓等。人均年蔬菜消費(fèi)量是93.2 kg，國內(nèi)蔬菜年產(chǎn)量為1197.4萬t，能滿足78%的國內(nèi)消費(fèi)需求。在設(shè)施園藝方面，2009年日本設(shè)施園藝總面積約4.9萬hm2，主要用于栽培蔬菜、花卉和果樹。其中，設(shè)施栽培蔬菜最多的是番茄、菠菜以及草莓。日本農(nóng)業(yè)從事人口約239萬人，占總?cè)丝诘?.8%。

日本園藝設(shè)施發(fā)展歷程

日本的園藝設(shè)施有玻璃溫室、塑料溫室和塑料大棚，以及少量的人工光利用型植物工廠。圖15為1969～2009年日本園藝設(shè)施面積變化。在此期間，日本園藝設(shè)施面積經(jīng)歷了先快速增長(zhǎng)、后緩慢下降的變化。在1969～1999年，日本園藝設(shè)施以每年1929 hm2的速度快速增加，其中塑料溫室和塑料大棚面積每年增加約1362 hm2。相比之下，玻璃溫室增長(zhǎng)速度較慢，每年增加97.5 hm2。在1999年，玻璃溫室、塑料溫室和塑料大棚的面積均達(dá)到了歷史最大值，分別為2476和51040 hm2。但隨后，日本園藝設(shè)施的面積進(jìn)入了停滯期，每年以430 hm2的速度緩慢下降，其中塑料溫室和塑料大棚面積每年減少394.3 hm2，玻璃溫室則每年增加35.7 hm2。截至2009年，日本玻璃溫室、塑料溫室和塑料大棚的總面積為49049 hm2。其中玻璃溫室面積為2039 hm2，占設(shè)施總面積的4.2%；塑料溫室和塑料大棚面積為47010 hm2，占設(shè)施總面積的95.8%[3]。

玻璃溫室發(fā)展歷程

日本早在1870年就從歐洲引入了栽培蔬菜、花卉和果樹的玻璃溫室。1890年，福羽逸人在東京新宿御苑建成小型玻璃溫室，于1893年建成了真正意義上的加溫溫室，并進(jìn)行甜瓜、葡萄以及蘭花等作物的栽培。1907年首次出現(xiàn)了以營利為目的的溫室[3-7]。

日本玻璃溫室的第一次大發(fā)展出現(xiàn)在1923年關(guān)東地震之后，促成栽培的黃瓜、茄子、甜瓜等蔬菜和水果的價(jià)格升高，加之農(nóng)作物遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)呐d起，使得玻璃溫室首先在大都市近郊的靜岡縣、愛知縣和神奈川縣得到快速發(fā)展。隨后，日本各地掀起了一股建設(shè)玻璃溫室的浪潮。截至1941年，

日本玻璃溫室的面積達(dá)到了1454.5 hm2。但在二次世界大戰(zhàn)期間，受當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力和農(nóng)用資財(cái)不足，以及日本政府管制經(jīng)濟(jì)的影響，日本設(shè)施園藝受到了嚴(yán)重打擊。到戰(zhàn)爭(zhēng)末期，玻璃溫室基本被破壞殆盡。

二戰(zhàn)之后，日本設(shè)施園藝隨著日本經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇再次從零發(fā)展。截至1952年，日本玻璃溫室總面積已恢復(fù)到1941年的一半水平。此時(shí)，約39%的溫室具有加溫裝置，主要栽培的作物是甜瓜、西紅柿和黃瓜。隨后，玻璃溫室的面積逐漸增長(zhǎng)，并于1999年達(dá)到歷史最大值[7]。

塑料溫室與塑料大棚的發(fā)展歷程

塑料大棚的出現(xiàn)主要得益于聚氯乙烯等透光覆蓋材料和溫室保溫技術(shù)的發(fā)展。早期，日本主要使用覆蓋油紙的簡(jiǎn)易木罩架棚和小拱棚進(jìn)行蔬菜的提前栽培。1950年，透光性能與玻璃相當(dāng)且價(jià)格低廉的聚氯乙烯膜開始在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。隨后，聚氯乙烯薄膜開始大規(guī)模推廣，油紙逐漸被淘汰。1953年，聚苯乙烯膜開始在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用，硬質(zhì)強(qiáng)化聚氯乙烯薄膜和硬化塑料板材則在1963年和1964年開始應(yīng)用[7]。

由于小拱棚容積小，不僅不利于農(nóng)民作業(yè)，而且無法安裝保溫加熱裝置，導(dǎo)致棚內(nèi)溫度無法進(jìn)行有效管理。為此，大容積的塑料大棚成為日本園藝設(shè)施新的發(fā)展方向（圖16）。以此為契機(jī)，1957年出現(xiàn)了使用鋼骨架的加溫塑料大棚，1960年出現(xiàn)了使用鋼骨架的連棟塑料溫室。自此，日本溫室進(jìn)入了連棟大型化、結(jié)構(gòu)金屬化的時(shí)代。20世紀(jì)60年代末70年代初，熱浸鍍鋅薄壁鋼管塑料大棚的出現(xiàn)則推動(dòng)了塑料大棚的發(fā)展。1969～1999年，日本塑料溫室和塑料大棚面積平均增長(zhǎng)速率達(dá)到了16.8%。由于鋼管塑料大棚價(jià)格低廉，應(yīng)用最為廣泛，約占日本園藝設(shè)施總面積的70%。

在覆蓋材料方面，聚氯乙烯膜由于初期透光率較高、保溫性好，且最早應(yīng)用于設(shè)施園藝，日本塑料溫室和塑料大棚的覆蓋材料長(zhǎng)期以聚氯乙烯膜為主。1999年之前，以聚氯乙烯薄膜為覆蓋材料的設(shè)施面積占塑料溫室和塑料大棚總面積的80%以上。但該材料容易吸附灰塵，導(dǎo)致透光率下降。為此，其他不宜吸附灰塵，可長(zhǎng)期保持較高透光率的薄膜開始受到重視。自1999年以來，聚氯乙烯薄膜塑料溫室的面積每年約1500 hm2的速度下降，而聚乙烯膜塑料溫室的面積則以每年約1200 hm2的速度增加（圖17）。

人工光利用型植物工廠的興起

人工光利用型植物工廠是不使用太陽光，直接利用高壓鈉燈、熒光燈和LED燈等人工光源為植物提供光照的新型園藝設(shè)施。具有環(huán)境控制水平高、作物產(chǎn)量及質(zhì)量較高、可周年穩(wěn)定生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[4，8-11]。

按照規(guī)模和用途，人工光利用型植物工廠可劃分為大型植物工廠和小型育苗工廠。大型植物工廠規(guī)模較大，主要用于栽培蔬菜和小型花卉等植物。早在1980年代，靜岡縣三浦農(nóng)園就有了一座330 m2左右的大型植物工廠。到1985年，全日本共有6～7座大型植物工廠。但由于該類設(shè)施耗電量較大，蔬菜生產(chǎn)成本較高，發(fā)展較為緩慢。截至2009年，日本運(yùn)行的大型植物工廠僅為35座（圖18）。近年來，在政府補(bǔ)助金的支持下，大型植物工廠增加到了目前的165所[12]。

小型育苗工廠面積相比大型植物工廠較小，約23 m2，主要用于培育種苗，由日本千葉大學(xué)古在豐樹教授于2003年成功開發(fā)并完全實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。至2011年，該小型人工光利用型育苗工廠的應(yīng)用數(shù)量達(dá)到了260座[13]。

設(shè)施園藝標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

1970年，日本設(shè)施園藝研究會(huì)發(fā)布了《園藝用塑料溫室的設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)手冊(cè)》，用于指導(dǎo)塑料溫室的生產(chǎn)建設(shè)。1974年，發(fā)布了包含溫室荷載計(jì)算相關(guān)內(nèi)容的《園藝設(shè)施的安全構(gòu)造基準(zhǔn)（案）》，并由農(nóng)林省向各地方發(fā)布實(shí)施。經(jīng)過數(shù)次修訂，目前用于指導(dǎo)日本鋼結(jié)構(gòu)塑料溫室和玻璃溫室設(shè)計(jì)、制造、施工、維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)為1997年出版的《園藝設(shè)施的安全構(gòu)造暫定基準(zhǔn)》。另外，日本地震頻發(fā)，該基準(zhǔn)中加入了有關(guān)地震載荷的內(nèi)容。由于溫室屬于輕型結(jié)構(gòu)，實(shí)際中由地震造成的損壞較少，而由風(fēng)雪災(zāi)害造成的溫室損壞占所有毀壞溫室的80%。

鋼管塑料大棚的骨架主要依靠鋼管之間的摩擦力連接，且一般不設(shè)置基礎(chǔ)。因此不適用于上述基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此，1998年發(fā)布了《埋地式鋼管塑料大棚安全構(gòu)造指針》和《園藝用鋼結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)鋼管塑料大棚安全構(gòu)造指針》，用于指導(dǎo)塑料大棚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)管理。

設(shè)施園藝挑戰(zhàn)與新動(dòng)態(tài)

進(jìn)入21世紀(jì)之后，日本設(shè)施園藝面積以每年約800 hm2的速度減少。尤其是受少子化及青壯年外流的影響，日本農(nóng)業(yè)人口面臨著越來越嚴(yán)重的老齡化危機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本農(nóng)業(yè)從事人口中60歲以上老人占74.5%，農(nóng)業(yè)從事人口的平均年齡達(dá)到了66.2歲。另外，受經(jīng)濟(jì)低迷的影響，日本國內(nèi)蔬菜消費(fèi)不旺，設(shè)施園藝面積在進(jìn)入21世紀(jì)之后不斷減少（圖14）。

由于日本溫室規(guī)模較小，內(nèi)部空間有限，不利于設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展。因此，通過推進(jìn)溫室結(jié)構(gòu)大型化變得極為迫切。日本農(nóng)研機(jī)構(gòu)、大阪府里大學(xué)、農(nóng)村工學(xué)研究所等部門以降低連棟塑料溫室造價(jià)1/2為目標(biāo)，開發(fā)了超低成本、可抵御50 m/s風(fēng)荷載的連棟塑料溫室，并在2005年建造一座1000 m2的示范連棟塑料溫室[14]。此外，日本的株式會(huì)社グランパ還開發(fā)了一種直徑為29 m的圓屋頂充氣膜塑料溫室（圖19）。該溫室使用圓盤形栽培床生產(chǎn)生菜，不僅內(nèi)部空間較大，而且土地利用率高。目前全日本已建成60座這類圓屋頂塑料溫室。

為振興日本設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)，2009年日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和農(nóng)林水產(chǎn)省分別推出《植物工廠基礎(chǔ)技術(shù)研究基地事業(yè)》和《植物工廠實(shí)證、展示和研修事業(yè)》兩項(xiàng)補(bǔ)助政策，在愛媛大學(xué)、大阪府立大學(xué)、千葉大學(xué)等大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)設(shè)立研究示范推廣平臺(tái)，希望通過政府、企業(yè)和學(xué)校三方聯(lián)合的方式來實(shí)現(xiàn)植物工廠數(shù)量增加3倍、生產(chǎn)成本減少3成的目標(biāo)。

日本園藝設(shè)施種類

日本玻璃溫室主要為雙面坡溫室和Venlo型連棟溫室。塑料溫室有鋼結(jié)構(gòu)塑料溫室和低成本全天候塑料溫室，塑料大棚有埋地式管架大棚和鋼結(jié)構(gòu)增強(qiáng)管架大棚[15]。

玻璃溫室

◆雙面坡玻璃溫室 雙面坡玻璃溫室屋面為人字形，骨架由型鋼和鋁合金組合而成，具有受力簡(jiǎn)單、傳力路徑明確、構(gòu)件制作快捷、便于工廠化加工、施工周期短等特點(diǎn)，但由于內(nèi)部彎矩較大，用鋼量較多。另外，該溫室設(shè)有條形基礎(chǔ)，具有較高的抗風(fēng)雪能力（圖20a）。該類溫室一般開間為7.2～9.0 m，屋脊較高，多采用連棟布置（圖20b）。溫室內(nèi)部容積較大，保溫采光能力較強(qiáng)，可進(jìn)行周年蔬菜生產(chǎn)，使用壽命可達(dá)20年。

◆Venlo型玻璃溫室 日本于20世紀(jì)70年代從荷蘭引入了Venlo型玻璃溫室。引入之后，為增強(qiáng)溫室抵御臺(tái)風(fēng)的性能，溫室的主體結(jié)構(gòu)以鋼管為主，天窗開閉裝置、梁和基礎(chǔ)等部件也進(jìn)行了相應(yīng)強(qiáng)化。

塑料溫室

◆鋼結(jié)構(gòu)塑料溫室 鋼結(jié)構(gòu)塑料溫室的結(jié)構(gòu)與雙面坡玻璃溫室較為相似，主體結(jié)構(gòu)采用H型鋼建造，設(shè)有鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。該溫室一般開間為10.8～14.4 m，屋脊高3.5～5.3 m（圖21）。鋼結(jié)構(gòu)塑料溫室可連棟使用，具有較高的采光、換氣和保溫性能，可用于周年生產(chǎn)蔬菜，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)15年，覆蓋材料一般為硬質(zhì)塑料薄膜。

◆ 低成本全天候塑料溫室 低成本全天候塑料溫室屬于拱圓頂連棟溫室，屋面在地面預(yù)裝、鋪膜之后吊裝至骨架安裝，減少了高空作業(yè)工作量，提高了施工效率。骨架材料為民建通用的薄壁型鋼。骨架部件可在工廠預(yù)制，然后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝，可減少現(xiàn)場(chǎng)焊接、切斷等作業(yè)。另外，該溫室基礎(chǔ)由從4個(gè)方向斜插入地下的鋼管斜樁構(gòu)成，然后在斜樁上設(shè)置固定骨架的混凝土樁，從而達(dá)到避免挖土作業(yè)，縮短施工時(shí)間的目的。鋼管斜樁也可使用螺旋地錨替代[12]。

塑料大棚

◆ 埋地式鋼管塑料大棚 埋地式鋼管塑料大棚是園藝設(shè)施中面積普及率最高的溫室類型。骨架采用管徑20 mm左右的鋼管制成。一般不設(shè)置基礎(chǔ)，大棚骨架通過埋深為20～30 cm的地錨固定，或直接將鋼管埋入地下30～40 cm進(jìn)行固定（圖22）。標(biāo)準(zhǔn)的單棟埋地式管架大棚跨度為4.5～5.4 m，長(zhǎng)度為30～50 m。鋼管骨架間隔為60～80 cm左右。埋地式鋼管塑料大棚具有施工簡(jiǎn)單，建設(shè)成本低等特點(diǎn)，折舊年限為5年，覆蓋材料一般選用壽命較短的軟質(zhì)塑料薄膜[13]。

由于插地式鋼管塑料大棚穩(wěn)定性較差，在風(fēng)雪災(zāi)害天氣里被損壞的現(xiàn)象頻繁發(fā)生。因此，需要在大棚骨架之間設(shè)置斜撐，在長(zhǎng)度方向張拉鋼筋來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，日本還出現(xiàn)了一種雙重鋼管骨架塑料大棚，骨架由直徑為25 mm的上下弦鋼管構(gòu)成，固定于焊接有鋼管的鋼板基礎(chǔ)之上（圖23）。鋼板基礎(chǔ)埋入地下50 cm。該溫室抗風(fēng)性能較強(qiáng)，在2004年18號(hào)臺(tái)風(fēng)（最大風(fēng)速為50.8 m/s）的襲擊下，僅一部分鋼管出現(xiàn)了彎曲。

◆鋼結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鋼管塑料大棚 為解決埋地式管架大棚耐久性、保溫性差，室內(nèi)空間較小、操作不便等問題，在埋地式鋼管塑料的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)增強(qiáng)管架大棚。該類塑料大棚設(shè)有混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，由鋼管制成的拱形屋面固定于由鋼結(jié)構(gòu)建成的梁柱體系之上，具有較高的穩(wěn)定性，耐用年限也較埋地式管架大棚有了較大提高（圖24）。鋼結(jié)構(gòu)增強(qiáng)鋼管塑料大棚的覆蓋材料為軟質(zhì)塑料薄膜。

人工光利用型植物工廠

人工光利用型植物工廠是使用保溫不透光材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采用熒光燈等人工光源為植物提供光照的新型設(shè)施園藝栽培設(shè)施。其基本部件包括多層栽培架、循環(huán)風(fēng)機(jī)、空調(diào)、CO2施肥系統(tǒng)、營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)等。由于熒光燈等人工光源光電轉(zhuǎn)化效率較高，在照明時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使室內(nèi)溫度升高。因此，人工光利用型植物工廠多采用空調(diào)對(duì)室內(nèi)制冷，調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫并產(chǎn)生大量的凝結(jié)水。該部分凝結(jié)水可回收用于植物灌溉水。另外，植物工廠室內(nèi)換氣次數(shù)較少，可采用CO2施肥系統(tǒng)將室內(nèi)CO2濃度提高至大氣CO2濃度的3～7倍，極大促進(jìn)植物的光合效率。該設(shè)施對(duì)風(fēng)雪災(zāi)害的抵抗能力較強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，室內(nèi)環(huán)境舒適，但運(yùn)行成本較高。

墨西哥

概述

墨西哥領(lǐng)土面積1972550 km2，是拉丁美洲第三大國，僅次于巴西與阿根廷，位居世界第14位。墨西哥氣候復(fù)雜多樣，由于多高原和山地，垂直氣候特點(diǎn)明顯。高原大部分地區(qū)氣候比較溫和，平均氣溫為10～26℃；西北內(nèi)陸為大陸性氣候；沿海和東南部平原屬熱帶氣候。大部分地區(qū)全年分旱、雨兩季，10月至次年4月為旱季，5月至9月為雨季，雨季集中了全年75%的降水量。每年最旱月份為2月，降水量?jī)H5 mm，降水最多月份為7月，降水量約170 mm。70%的地方氣候干燥。西北地區(qū)年平均降水量不足250 mm，內(nèi)地為750～1000 mm，墨西哥灣沿岸中部與太平洋沿岸南部為1000～2000 mm。國土面積中濕熱地區(qū)占4.8%，干熱地區(qū)占23%，溫帶地區(qū)占23.1%，干旱地區(qū)占28.3%，極干旱地區(qū)占20.8%。因墨西哥境內(nèi)多為高原地形，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季萬木常青，故享有“高原明珠”的美稱。

墨西哥是全球第三大草莓生產(chǎn)國，產(chǎn)量占全球5%。2014年種植面積1萬 hm2，產(chǎn)量45.9萬t，產(chǎn)值54.7億比索。主要產(chǎn)區(qū)米卻肯州、下加利福尼亞州和瓜納華托州。2014年墨西哥草莓出口24.8萬t，出口額4.6億美元。美國是墨西哥草莓第一大出口國（96.2%）。墨西哥是全球第十大西紅柿生產(chǎn)國，產(chǎn)量占全球2%。2014年種植面積5.2萬hm2，產(chǎn)量300萬t，產(chǎn)值157.4億比索。主要產(chǎn)區(qū)錫那羅州、圣路易斯波托西州和米卻肯州。2014年墨西哥西紅柿出口141.2萬t，出口額12.9億美元。墨西哥西紅柿主要出口國有美國、俄羅斯、德國和法國等。

墨西哥溫室業(yè)發(fā)展與美國、加拿大的關(guān)聯(lián)

自1994年墨西哥加入北美自由貿(mào)易區(qū)協(xié)定以來，其蔬菜、水果產(chǎn)品陸續(xù)出口到美國、加拿大市場(chǎng)，美國的消費(fèi)需求直接推動(dòng)了其設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展速度，其中鮮西紅柿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尤為顯著。

2012年美國進(jìn)口墨西哥農(nóng)產(chǎn)品總額164億美元，其中10%為西紅柿，5%為甜/辣椒類。

墨西哥溫室業(yè)發(fā)展與歐洲的關(guān)聯(lián)

西班牙的設(shè)施保護(hù)地生產(chǎn)技術(shù)和模式直接影響和作用到墨西哥的設(shè)施保護(hù)地發(fā)展過程中。墨西哥設(shè)施保護(hù)地集中分布的三個(gè)州，類似西班牙Mucia地區(qū)的復(fù)制，成片的連棟塑料薄膜溫室比比皆是。

此外，荷蘭、以色列、美國、加拿大的溫室和設(shè)施栽培農(nóng)藝技術(shù)和產(chǎn)品也大量直接地應(yīng)用于墨西哥設(shè)施作物生產(chǎn)過程中。從墨西哥設(shè)施協(xié)會(huì)會(huì)員榜單可以窺見一斑：除了個(gè)別本土的公司例如Metaliser、Agroplasticos、InverMex、Steelway等，大部分來自歐洲，包括荷蘭、法國、西班牙等，其中西班牙的溫室建造、荷蘭的氣候控制、灌溉、果蔬分級(jí)包裝、果蔬育種等占據(jù)了顯要的位置。

規(guī)?；a(chǎn)溫室的主要分布

墨西哥設(shè)施保護(hù)農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)圖（圖25）顯示了2008年規(guī)?；a(chǎn)溫室在全境內(nèi)的分布。

溫室主要類型

墨西哥超過51%的生產(chǎn)者由于較低的投資和技術(shù)要求，所以更喜歡采用遮蔭棚（圖26）而不是溫室，其主要的基礎(chǔ)設(shè)施有滴灌系統(tǒng)、防蟲網(wǎng)、控制光和空氣的系統(tǒng)等。由于氣候原因以及投資門檻過高，玻璃結(jié)構(gòu)帶有加熱、補(bǔ)光和二氧化碳施肥的高技術(shù)水平溫室很少見。哥特式結(jié)構(gòu)的、帶有頂和側(cè)通風(fēng)的塑料薄膜連棟溫室是生產(chǎn)者最為常用的類型（圖27～29）。

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*項(xiàng)目支持：國家科技支撐計(jì)劃課題“設(shè)施節(jié)能與綠色能源利用裝備研制與產(chǎn)業(yè)化示范”（2014BAD08B02）。