第二章 农业生物环境工程与设施农业农业工程概论 教学课件

1、华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering1第二章第二章 农业生物环境工程与设施农业农业生物环境工程与设施农业Agro-biological Environment Engineering and Facility-agriculture p农业建筑与农业生物环境工程农业建筑与农业生物环境工程p温室与环境工程温室与环境工程p果蔬贮藏保鲜建筑与环境工程果蔬贮藏保鲜建筑与环境工程 p禽养殖建筑与环境工程禽养殖建筑与环境工程p农村能源工程农村能源工程 华中农业大学

2、华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering2 本章重点：本章重点：设施农业的基本概念；农业建筑与农业生设施农业的基本概念；农业建筑与农业生物环境的关系；植物生物环境工程与设施园艺；设施物环境的关系；植物生物环境工程与设施园艺；设施环境因素与控制技术与设备；果蔬储存保鲜方法与设环境因素与控制技术与设备；果蔬储存保鲜方法与设施；动物生物环境工程与设施养殖；农村能源技术。施；动物生物环境工程与设施养殖；农村能源技术。 本章难点：本章难点：农业工程技术对农业生物的影响；农业设农

3、业工程技术对农业生物的影响；农业设施内人工小气候的主要因素与调节方法；设施农业设施内人工小气候的主要因素与调节方法；设施农业设施与装备；农村能源系统的开发与利用。施与装备；农村能源系统的开发与利用。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering32 21 1 农业建筑与农业生物环境工程农业建筑与农业生物环境工程Agricultural Structure and Agro-biological Environmental Engineering 1.1.定义定

4、义 设施农业是外来语词汇，就是利用农业设施农业是外来语词汇，就是利用农业工程手段，通过现代设施实现的部分人工控制工程手段，通过现代设施实现的部分人工控制环境的种植业和养殖业。环境的种植业和养殖业。 一、设施农业一、设施农业（facility-agriculture）概述概述 （一）设施农业的基本概念（一）设施农业的基本概念设施农业有设施农业有设施园艺设施园艺与与设施养殖设施养殖二大部分。二大部分。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering4 设施农业是通过采

5、用现代农业工程技术，改变自然设施农业是通过采用现代农业工程技术，改变自然环境，为动植物生产提供相对可控制甚至最适宜的温度、环境，为动植物生产提供相对可控制甚至最适宜的温度、湿度、光照、水肥等环境条件，而在一定程度上摆脱对湿度、光照、水肥等环境条件，而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业，具有高投入、高自然环境的依赖进行有效生产的农业，具有高投入、高技术含量、高品质、高产量、高效益的特点，是最有活技术含量、高品质、高产量、高效益的特点，是最有活力的农业新产业。力的农业新产业。 详细地说也就是：详细地说也就是：华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重

6、点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering52.2.设施农业内涵设施农业内涵 设施农业是综合集成农业生物技术、农业机械与建设施农业是综合集成农业生物技术、农业机械与建筑工程技术、环境控制技术、信息技术和管理技术等筑工程技术、环境控制技术、信息技术和管理技术等多领域科学技术进行集约化的种植业和养殖业生产的多领域科学技术进行集约化的种植业和养殖业生产的新型农业生产方式，是现代农业的重要组成部分，是新型农业生产方式，是现代农业的重要组成部分，是农业先进生产力的典型代表。农业先进生产力的典型代表。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国

7、家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering6农业生产技术的改进，主要沿着两个方向在进行：农业生产技术的改进，主要沿着两个方向在进行： 一是创造出一是创造出适合环境条件的作物品种及其栽培技术适合环境条件的作物品种及其栽培技术； 二是创造二是创造出使作物本身特性得以充分发挥的环境。出使作物本身特性得以充分发挥的环境。 设施农业，就是实现后一目标的有效途径。设施农业，就是实现后一目标的有效途径。3.3.农业生物环境工程的概念农业生物环境工程的概念1 1）农业生产技术的改进方式）农业生产技术的改进方式华中农

8、业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering7p环境环境 是指围绕着生物体周围的所有事物，而农业生物是指围绕着生物体周围的所有事物，而农业生物环境工程科学所关注的主要是那些对农业生物的生长发环境工程科学所关注的主要是那些对农业生物的生长发育和产品转化具有直接作用的环境因素，一般可分为物育和产品转化具有直接作用的环境因素，一般可分为物理环境、化学环境和生物环境等方面。理环境、化学环境和生物环境等方面。p物理环境物理环境 包括生物周围的温度、光照和热辐射、空气包括生物周

9、围的温度、光照和热辐射、空气和水的运动状态等，其中由空气温度、湿度、热辐射、和水的运动状态等，其中由空气温度、湿度、热辐射、空气与水的流动等因素所构成的环境称为热环境。空气与水的流动等因素所构成的环境称为热环境。2 2）农业生物环境工程的概念）农业生物环境工程的概念华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering8p化学环境化学环境 主要是指生物周围空气、土壤和水中的化学物主要是指生物周围空气、土壤和水中的化学物质成分组成，主要包括农业生物正常生长发育所必需的质成

10、分组成，主要包括农业生物正常生长发育所必需的O O2 2( (对于动、植物对于动、植物) )和和C0C02 2( (对于植物对于植物) )等成分，以及对农业生等成分，以及对农业生物生长发育有害的物生长发育有害的COCO、H H2 2S S、SO2SO2、NHNH3 3等成分，以及土壤或等成分，以及土壤或水中的各种化学物质组成的情况。水中的各种化学物质组成的情况。p生物环境生物环境 是指生物个体以外的其他所有生物，包括空气、是指生物个体以外的其他所有生物，包括空气、土壤、水中的微生物、生物体内及体外的寄生物，以及周土壤、水中的微生物、生物体内及体外的寄生物，以及周围的其他同类群体等，其中由同类生

11、物之间的关系构成所围的其他同类群体等，其中由同类生物之间的关系构成所谓的群体环境，或称之生物的社会环境。谓的群体环境，或称之生物的社会环境。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering9l各类农业建筑。其作用是利用具有一定保温隔热效果、限制水、气自由移动的围护结构，为农业动、植物生长发育提供一个与外界自然环境相对隔离的空间，以有效减弱外界不利环境条件对动、植物的直接作用。l能够对环境因子进行调控的各种设备。如采暖设备、通风与降温设备、光照设备、温室中的CO2

12、和果蔬贮藏库中的气体成分调节设备、水产养殖中的增氧机等。l环境自动监测与控制系统。为了对农业建筑与环境调控设备进行有效管理和运行，必须在外界条件不断变化的情况下，根据动、植物在不同生育阶段、不同时间对环境条件的要求，利用环境自动监控系统对设施内环境进行实时监测，通过控制各种环境设备的运行进行及时调控。 3 3）农业工程主要用于设施园艺方面的技术）农业工程主要用于设施园艺方面的技术华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 SkyOuter airCoverInner airPlantsSoilLcoverLsoilLplantLinairLskyQs+ q

13、Hcover-outairLEcover-inairHcover-inairHpalnt-inairLEpalnt-inairLEsoil-inairHsoil-inairHventEventHfanEfanEnGsoil Cvent CfanRadiationLatent heatSoil heat fluxSensible heatHeatingCooling围护结构围护结构环境控制环境控制华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering11n n 作物设施（

14、保护地）栽作物设施（保护地）栽培技术培技术 n n 地膜覆盖栽培地膜覆盖栽培 n n 园艺作物的温室栽培园艺作物的温室栽培 n n 温室无土栽培技术温室无土栽培技术 n n 植物工厂植物工厂 n n 畜禽环境工程和设施畜禽环境工程和设施技术技术 n n 工厂化养畜禽技术工厂化养畜禽技术 n n 塑料暖棚养畜禽技术塑料暖棚养畜禽技术 n n 草地围栏及供水系统草地围栏及供水系统 n n 其它畜牧业的设施其它畜牧业的设施 4 4设施农业的内容与技术体系设施农业的内容与技术体系 农业生物技术、农业机械与建筑工程技术、环农业生物技术、农业机械与建筑工程技术、环境控制技术、信息技术和管理技术的集成。境控

15、制技术、信息技术和管理技术的集成。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering125.5.设施农业的特点设施农业的特点 设施农业又被称为可控农业。近设施农业又被称为可控农业。近1010多年来，随着农多年来，随着农业环境工程技术的突破，设施农业已由早期的地膜覆盖业环境工程技术的突破，设施农业已由早期的地膜覆盖栽培、园艺作物温室栽培和无土栽培向由高新科技成果栽培、园艺作物温室栽培和无土栽培向由高新科技成果支持的工厂化种植和工厂化农业车间生产迅速发展，使支持的工厂化

16、种植和工厂化农业车间生产迅速发展，使作物的生长速度加快、生长周期缩短、产量增加、质量作物的生长速度加快、生长周期缩短、产量增加、质量提高，其效率和效益比传统农业要提高几倍甚至几十倍。提高，其效率和效益比传统农业要提高几倍甚至几十倍。由于先进的设施农业是现代生物技术和工程技术的集成，由于先进的设施农业是现代生物技术和工程技术的集成，科技含量高，已成为当今世界各国大力发展的高新技术科技含量高，已成为当今世界各国大力发展的高新技术产业。产业。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural

17、Engineering13l环境相对可控，适宜进行反季节、周年生产；环境相对可控，适宜进行反季节、周年生产；l单位土地产出率高，产量一般为露地生产的单位土地产出率高，产量一般为露地生产的5-105-10倍，甚至倍，甚至数十倍（植物工厂）；数十倍（植物工厂）；l技术与劳动密集型产业（人均管理面积我国为技术与劳动密集型产业（人均管理面积我国为1000m21000m2左右，左右，发达国家为发达国家为4000-5000m24000-5000m2）；）； l现代技术高度集成（设施工程、生物技术、微电子技术、现代技术高度集成（设施工程、生物技术、微电子技术、环境控制技术等综合应用）的产业；环境控制技术等综

18、合应用）的产业；l高投入、高技术、高产出高投入、高技术、高产出 投入：投入：连栋温室连栋温室300-700300-700元元/ /m2m2，日光温室日光温室20-10020-100元元/ /m2m2，拱棚拱棚10-5010-50元元/ /m2m2。 产出产出：黄瓜、西红柿：黄瓜、西红柿20-6020-60kg/ m2kg/ m2华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering14（二）设施农业的地位与作用（二）设施农业的地位与作用1.1.发展设施农业是保障农产品供

19、应、提高人民生活水发展设施农业是保障农产品供应、提高人民生活水平的需要平的需要 我国通过设施生产蔬菜，只用我国通过设施生产蔬菜，只用20%20%的菜田面积，的菜田面积，提供了提供了40%40%的蔬菜产量和的蔬菜产量和60%60%的蔬菜产值。设施养殖业的蔬菜产值。设施养殖业为农民就业和增收发挥了重要作用，我国畜牧业占农为农民就业和增收发挥了重要作用，我国畜牧业占农业总产值的比重仅为业总产值的比重仅为33.6%33.6%，发达国家大都在，发达国家大都在50%50%以上，以上，高的达高的达80%80%。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与

20、设施农业Generality of Agricultural Engineering152.2.发展设施农业是调整农业产业结构、增加农民收入的需要发展设施农业是调整农业产业结构、增加农民收入的需要 设施园艺产业可以比露地园艺产业的产值提高设施园艺产业可以比露地园艺产业的产值提高1010倍倍以上，比大田作物产值提高以上，比大田作物产值提高2525倍以上。因此，设施园艺倍以上。因此，设施园艺生产经营者可在较小的土地上生产高效益产品，使人均生产经营者可在较小的土地上生产高效益产品，使人均占有耕地面积较少的我国农民得以获得较高收益，为我占有耕地面积较少的我国农民得以获得较高收益，为我国农业产业结构调整

21、提供了重要途径；设施养殖可以有国农业产业结构调整提供了重要途径；设施养殖可以有效实现粮食就地转化，农产品二次增值，已成为调整农效实现粮食就地转化，农产品二次增值，已成为调整农村产业结构，稳定和发展农村经济，增加农民收入的重村产业结构，稳定和发展农村经济，增加农民收入的重要措施。要措施。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering163. 3. 发展设施农业是实现资源高效利用、保障食品安全的需要发展设施农业是实现资源高效利用、保障食品安全的需要 农业资源短缺和

22、生产环境恶化已经成为制约我国农业资源短缺和生产环境恶化已经成为制约我国农业发展的瓶颈，发展设施园艺业可以实现各种自然农业发展的瓶颈，发展设施园艺业可以实现各种自然资源的充分高效利用，显著提高水土光热资源利用率、资源的充分高效利用，显著提高水土光热资源利用率、有效提高提高农产品竞争力和综合生产效益。有效提高提高农产品竞争力和综合生产效益。 p 我国我国700700多万亩日光温室每年可节约煤炭多万亩日光温室每年可节约煤炭3.53.5亿吨，节亿吨，节约资金约资金1 1千亿元以上，同时也减少了温室加温造成的环境千亿元以上，同时也减少了温室加温造成的环境污染；污染；p以设施养殖为主的健康养殖方式能够满足

23、环境保护和防以设施养殖为主的健康养殖方式能够满足环境保护和防疫要求的不断提高，为我国畜禽产品安全提供重要保障。疫要求的不断提高，为我国畜禽产品安全提供重要保障。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering174.4.发展设施农业是发挥我国农业比较优势，参与国际竞发展设施农业是发挥我国农业比较优势，参与国际竞争的需要争的需要 我国具有劳动力的数量优势，且劳动力成本较低，我国具有劳动力的数量优势，且劳动力成本较低，因此劳动力需求较多的园艺产品和畜禽产品是我国在国

24、因此劳动力需求较多的园艺产品和畜禽产品是我国在国际市场最有可能形成竞争力的农产品，大力发展设施农际市场最有可能形成竞争力的农产品，大力发展设施农业是我国加入业是我国加入WTOWTO以后参与农产品国际竞争最有效的途以后参与农产品国际竞争最有效的途径之一。径之一。 5.5.大力发展设施农业，对于保障城乡人民生活、促进农业大力发展设施农业，对于保障城乡人民生活、促进农业生产发展、增加农民收入、解决生产发展、增加农民收入、解决“三农三农”问题、建设现代问题、建设现代农业和建设社会主义新农村具有直接和重要意义农业和建设社会主义新农村具有直接和重要意义 。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211

25、211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering186.6.设施农业的作用设施农业的作用(1) (1) 土地利用率大大提高。由于环境条件优越，可发展土地利用率大大提高。由于环境条件优越，可发展立体种植，充分利用空间。立体种植，充分利用空间。 (2) (2) 充分利用光照，热利用效率较高，室温均匀，地温充分利用光照，热利用效率较高，室温均匀，地温温差小。温差小。 (3) (3) 增强抗自然灾害增强抗自然灾害( (大风、干热、冰雪等大风、干热、冰雪等) )的能力。的能力。 (4) (4) 空间高大宽阔、机械化作业和自

26、动控制容易，农艺空间高大宽阔、机械化作业和自动控制容易，农艺条件优越等。条件优越等。 因此，便于工厂化生产。可以一年四季有因此，便于工厂化生产。可以一年四季有优质农产品满足市场需求，还可大量生产反季节、无公优质农产品满足市场需求，还可大量生产反季节、无公害的名、优、特食品。害的名、优、特食品。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering19二、农业建筑的类型和基本组成二、农业建筑的类型和基本组成 1 1房屋建筑基本概念房屋建筑基本概念 按照使用功能不同，可分为

27、：按照使用功能不同，可分为：民用建筑、工业建筑民用建筑、工业建筑与农业建筑。与农业建筑。 房屋建筑是人们为了生产和生活的需要，利用物质技房屋建筑是人们为了生产和生活的需要，利用物质技术手段、建筑科学、艺术的一些规律，构成和塑造的使用术手段、建筑科学、艺术的一些规律，构成和塑造的使用空间及其实体。空间及其实体。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering202. 2. 农业生产建筑的基本类型农业生产建筑的基本类型 1 1）动物生产建筑）动物生产建筑 动物生产建

28、筑是农业生产建筑的重要组成动物生产建筑是农业生产建筑的重要组成部分，包括饲养鸡、猪、牛、羊、兔、鸭、皮部分，包括饲养鸡、猪、牛、羊、兔、鸭、皮毛兽等禽畜建筑，鱼、虾、鳖等养殖建筑。毛兽等禽畜建筑，鱼、虾、鳖等养殖建筑。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering212) 植物栽培建筑。它主要包括温室、大棚、中小拱棚、植物栽培建筑。它主要包括温室、大棚、中小拱棚、人工气候室、组培扩繁室、食用菌生产间、工厂化育人工气候室、组培扩繁室、食用菌生产间、工厂化育苗室等

29、。它们通常采用玻璃、塑料、聚酯等透明覆盖苗室等。它们通常采用玻璃、塑料、聚酯等透明覆盖材料，以透进较多的阳光，提高室内温度，达到春提材料，以透进较多的阳光，提高室内温度，达到春提前、秋延后或周年均衡种植的目的。前、秋延后或周年均衡种植的目的。3) 3) 农产品贮藏保鲜及其他库房建筑。它包括：果蔬贮农产品贮藏保鲜及其他库房建筑。它包括：果蔬贮藏库、种子库、粮库、饲料库、青饲料贮藏库、畜禽水藏库、种子库、粮库、饲料库、青饲料贮藏库、畜禽水产品贮藏库、农业机具库等。产品贮藏库、农业机具库等。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Gen

30、erality of Agricultural Engineering224)4)农副产品加工建筑。农产品就地贮藏、加工、农副产品加工建筑。农产品就地贮藏、加工、增值是农民离土不离乡，脱贫致富的支柱产业之增值是农民离土不离乡，脱贫致富的支柱产业之一。农副产品加工建筑包括：畜禽肉、皮、毛、一。农副产品加工建筑包括：畜禽肉、皮、毛、羽毛、谷物、粮油、水产、乳品加工，种子、饲羽毛、谷物、粮油、水产、乳品加工，种子、饲料、果蔬等加工所需要的厂房建筑料、果蔬等加工所需要的厂房建筑。5)5) 农村能源建筑。包括沼气池、太阳能、小农村能源建筑。包括沼气池、太阳能、小型水力发电站、风力、地热利用等建筑。型水力

31、发电站、风力、地热利用等建筑。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering23三、农业生物环境工程研究的内容和特点三、农业生物环境工程研究的内容和特点 制约农业生产的自然因素可概括为制约农业生产的自然因素可概括为遗传与环境遗传与环境两两个方面。个方面。 遗传遗传决定着农业生产的潜势决定着农业生产的潜势环境环境决定着这种潜势在多大程度上兑现的问题。决定着这种潜势在多大程度上兑现的问题。 构成农业生物的环境因子是温度、湿度、光照、气构成农业生物的环境因子是温度、

32、湿度、光照、气体组分、离子种类与浓度、辐射、磁场等多种因子组成。体组分、离子种类与浓度、辐射、磁场等多种因子组成。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering24 农业建筑是利用围护结构把一定的空间与外界环境隔离农业建筑是利用围护结构把一定的空间与外界环境隔离开来，形成一个半封闭的系统。这是改善和创造农业生物优开来，形成一个半封闭的系统。这是改善和创造农业生物优良环境的良环境的先决条件先决条件。 环境工程则是在一定建筑设施的基础上通过环境工程则是在一定建筑设施

33、的基础上通过对半封闭系对半封闭系统的物质交换和能量传递调节统的物质交换和能量传递调节来进一步改善和创造更佳的农来进一步改善和创造更佳的农业生物优良环境。业生物优良环境。 二者相互制约，相辅相成。二者相互制约，相辅相成。 解决农业生物环境的工程技术涉及采暖、通风、光照调解决农业生物环境的工程技术涉及采暖、通风、光照调节、制冷、灌溉、气体组分调节、自动控制等各个方面。节、制冷、灌溉、气体组分调节、自动控制等各个方面。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering2

34、5四、四、 农业建筑与环境工程设计的原则和基本要求农业建筑与环境工程设计的原则和基本要求（一）设计原则（一）设计原则 1 1必须保证结构与设施安全。必须保证结构与设施安全。 2 2创造最适宜于农业生物生长发育的环境。创造最适宜于农业生物生长发育的环境。 3. 3. 适合科学、先进的生产工艺。适合科学、先进的生产工艺。 4 4考虑成本核算，注意造价指标。考虑成本核算，注意造价指标。 5 5提供适当的建筑形式和构造。提供适当的建筑形式和构造。 6 6注意环境保护和节约用地。注意环境保护和节约用地。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施

35、农业Generality of Agricultural Engineering26 （二）农业生产建筑设计的要求（二）农业生产建筑设计的要求 1 1场址选择要求。场址选择要求。 2 2防火、防疫要求。防火、防疫要求。 3 3通风、光照要求。通风、光照要求。 4 4保温隔热要求。保温隔热要求。 5 5结构选型要求。结构选型要求。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering27建筑的通风与光照华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学

36、工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering282 22 2 植物环境工程与设施园艺植物环境工程与设施园艺 Plant Environment Engineering and Facility- Horticulture “ “使用人工设施、人工控制环境因素，使植物获使用人工设施、人工控制环境因素，使植物获得最适宜的生长条件，从而延长生产季节，获得最佳得最适宜的生长条件，从而延长生产季节，获得最佳产出产出”的农业生产方式称为设施农业栽培，园艺专家的农业生产方式称为设施农业栽培，园艺专家称之为设施园艺。称之为设施园艺。 1.1.

37、什么是设施园艺什么是设施园艺一、设施园艺（一、设施园艺（Facility- Horticulture）的概念）的概念（一）设施园艺的概念（一）设施园艺的概念华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering29 设施园艺涵盖了建筑、材料、机械、自动控制、设施园艺涵盖了建筑、材料、机械、自动控制、品种、栽培、管理等多种学科和多种系统，因而科技品种、栽培、管理等多种学科和多种系统，因而科技含量高，所以设施园艺的发达程度，往往是一个国家含量高，所以设施园艺的发达程度，往往

38、是一个国家或地区农业现代化水平的重要标志之一。或地区农业现代化水平的重要标志之一。 设施园艺生产涉及蔬菜、花卉、高档水果、食用菌。设施园艺生产涉及蔬菜、花卉、高档水果、食用菌。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering30p一定的围护结构一定的围护结构 为了不受四季与地域的限制，设施农为了不受四季与地域的限制，设施农业首先必须利用一定的围护结构（如温室、大棚等）把一业首先必须利用一定的围护结构（如温室、大棚等）把一定的空间与外界环境隔离起来，形成一个半封闭的

39、系统。定的空间与外界环境隔离起来，形成一个半封闭的系统。这是区别于露地生产的先决条件；这是区别于露地生产的先决条件；p一定的环境工程措施一定的环境工程措施 在一定的建筑设施基础上，通过在一定的建筑设施基础上，通过对半封闭系统的物质交换和能量调节来进一步改善和创造对半封闭系统的物质交换和能量调节来进一步改善和创造作物适宜的生育环境，实现周年、反季节生产。作物适宜的生育环境，实现周年、反季节生产。p相应的配套工程与工艺设备相应的配套工程与工艺设备 满足农业生物从苗期到满足农业生物从苗期到收获全过程的配套技术装备，如育苗设施、栽培设施、灌收获全过程的配套技术装备，如育苗设施、栽培设施、灌溉、施肥、植

40、保等溉、施肥、植保等 。2.2.设施园艺的基本构成设施园艺的基本构成华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering31（二）国内设施园艺现状（二）国内设施园艺现状 1. 1. 我国的设施园艺产业在很短的时间里取得了显著成我国的设施园艺产业在很短的时间里取得了显著成就。主要表现在以下几个方面：就。主要表现在以下几个方面： 设施农业产业发展迅速；设施农业产业发展迅速； 种子、种苗技术创新显著；种子、种苗技术创新显著； 蔬菜设施栽培呈现优质高产；蔬菜设施栽培呈现优质高

41、产； 设施环境综合调控技术达到国际先进水平；设施环境综合调控技术达到国际先进水平； 产后处理水平不断提高；产后处理水平不断提高； 设施农业主要支撑技术的研发与应用加快；设施农业主要支撑技术的研发与应用加快； 初步构建了设施农业生产技术体系。初步构建了设施农业生产技术体系。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering321 1）改革开放以来，我国设施农业面积得到快速增长。）改革开放以来，我国设施农业面积得到快速增长。 l 1981 1981年为年为10.810.

42、8万亩（万亩（0.720.72万公顷）万公顷）l 2003 2003年达（年达（720720万公顷）万公顷）2 22 2年增长了年增长了10001000倍倍 2 2）设施园艺的类型增多）设施园艺的类型增多 除日光温室、塑料大棚外，一批由我国自行设计、制除日光温室、塑料大棚外，一批由我国自行设计、制造，具有中国特色的现代化温室设施拔地而起，较国外产造，具有中国特色的现代化温室设施拔地而起，较国外产品价格降低品价格降低30-4030-40，节能，节能30304545，设施农业工程技术，设施农业工程技术配套逐步完善，同时，也使我国温室类型逐步齐全。配套逐步完善，同时，也使我国温室类型逐步齐全。3 3

43、）设施种植品种由单一的蔬菜逐渐向瓜果等众多高）设施种植品种由单一的蔬菜逐渐向瓜果等众多高附加值产品拓展附加值产品拓展华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering334 4）种子种苗技术取得了较快发展）种子种苗技术取得了较快发展l在在“工厂化高效农业示范工程工厂化高效农业示范工程”实施过程中，自国实施过程中，自国外引进了大量种质资源，同时筛选和培育了适合我国外引进了大量种质资源，同时筛选和培育了适合我国不同气候区域的蔬菜良种达不同气候区域的蔬菜良种达500500

44、多个，使设施栽培专用多个，使设施栽培专用品种得到更新换代，有的可以取代进口种子。品种得到更新换代，有的可以取代进口种子。l建立了一批现代化育苗工厂，初步实现了蔬菜育苗建立了一批现代化育苗工厂，初步实现了蔬菜育苗规范化、良种化、标准化和商品化。规范化、良种化、标准化和商品化。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering34 通过技术引进，自主创新，我国大型连栋温室的通过技术引进，自主创新，我国大型连栋温室的智能化、自动化环境调控系统及配套装置技术的硬件智能化、自

45、动化环境调控系统及配套装置技术的硬件水平基本已达到可与国际接轨，产品性能稳定可靠，水平基本已达到可与国际接轨，产品性能稳定可靠，并已在我国大型温室中广泛使用。但软件水平尤其是并已在我国大型温室中广泛使用。但软件水平尤其是管理模型的开发有待于进一步完善。管理模型的开发有待于进一步完善。6 6）设施环境综合调控技术取得重大进展）设施环境综合调控技术取得重大进展华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering352. 2. 设施园艺对保障我国农产品供应、提高人民生活水平

46、设施园艺对保障我国农产品供应、提高人民生活水平发挥了积极作用发挥了积极作用 设施园艺可实现农产品全年生产或调整、延长生产周期，设施园艺可实现农产品全年生产或调整、延长生产周期，有效弥补露地生产的不足，在可控环境条件下可以生产出有效弥补露地生产的不足，在可控环境条件下可以生产出高品质的园艺产品（也称为可控农业）；高品质的园艺产品（也称为可控农业）； 我国通过设施生产蔬菜，只用我国通过设施生产蔬菜，只用20%20%的菜田面积，提供了的菜田面积，提供了4040% %的蔬菜产量和的蔬菜产量和60%60%的蔬菜产值。的蔬菜产值。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点

47、大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering364 4农业设施生产行业发展迅速，近农业设施生产行业发展迅速，近5 5年间，具有一定年间，具有一定生产规模的大型温室生产厂家已达生产规模的大型温室生产厂家已达5050余家，温室余家，温室制造业年销售额超过制造业年销售额超过1010亿元。亿元。 3.3.我国各类设施农业栽培面积约占世界设施栽培面我国各类设施农业栽培面积约占世界设施栽培面积的积的7070。据测算，我国设施农业栽培吸纳劳动力。据测算，我国设施农业栽培吸纳劳动力8 8000000多万人，加上产前、产后共吸纳劳动力近多万人，加上产前

48、、产后共吸纳劳动力近1 1亿人。亿人。设施农业栽培已成为我国具有较大比较优势的劳动设施农业栽培已成为我国具有较大比较优势的劳动密集型产业。密集型产业。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering371. 1. 设施园艺作为现代农业的重要组成部分，已经受到世界各设施园艺作为现代农业的重要组成部分，已经受到世界各国的高度重视，尤其是经济发达国家更是作为改善生活、提国的高度重视，尤其是经济发达国家更是作为改善生活、提高生活质量的重要农业生产方式而大力发展。上世纪高

49、生活质量的重要农业生产方式而大力发展。上世纪7070年代年代后，园艺设施不断向后，园艺设施不断向大型化、固定化、装备化大型化、固定化、装备化发展，设施园发展，设施园艺生产过程向艺生产过程向机械化、规范化、标准化，环境控制自动化、机械化、规范化、标准化，环境控制自动化、综合化综合化发展，大大推动了设施园艺快速发展。发展，大大推动了设施园艺快速发展。（三）（三）国外设施园艺发展状况国外设施园艺发展状况发达国家发达国家 设施农业设施农业 已向已向 工厂化农业工厂化农业 过渡。过渡。 华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业General

50、ity of Agricultural Engineering382. 2. 国外设施园艺发展特点主要表现在：国外设施园艺发展特点主要表现在：v 设施装备的现代化设施装备的现代化，大幅度地提高了温室性能和生产，大幅度地提高了温室性能和生产能力，从而提高了劳动生产率；能力，从而提高了劳动生产率；v 生产技术的现代化生产技术的现代化，使生物生产潜能充分表达，大幅，使生物生产潜能充分表达，大幅度提高了产品产量和质量，年总产量是露地的数十倍；度提高了产品产量和质量，年总产量是露地的数十倍；v 设施园艺产品产后处理现代化设施园艺产品产后处理现代化，大幅度提高了产品的，大幅度提高了产品的商品价值；商品价值

51、；v 经营管理的现代化经营管理的现代化，大幅度提高了生产效益。，大幅度提高了生产效益。世界上设施农业搞得最好的国家是荷兰、日本、法国、世界上设施农业搞得最好的国家是荷兰、日本、法国、西班牙、以色列、美国、韩国等。西班牙、以色列、美国、韩国等。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering391 1）育种与种苗业非常发达）育种与种苗业非常发达 荷兰、日本、以色列、韩国等非常重视温室专用品荷兰、日本、以色列、韩国等非常重视温室专用品种的选育，能为温室提供专用的耐低温

52、、寡照，耐高温、种的选育，能为温室提供专用的耐低温、寡照，耐高温、高湿，具有多种抗性、优质高产的种苗。同时，种苗的高湿，具有多种抗性、优质高产的种苗。同时，种苗的工厂化生产水平也得到了较快发展。荷兰境内有工厂化生产水平也得到了较快发展。荷兰境内有130130个个专营种苗公司，有专营种苗公司，有49004900个品种，个品种，12001200公顷生产面积，是公顷生产面积，是世界四大种子出口国之一，种子出口达世界四大种子出口国之一，种子出口达100100多个国家。多个国家。日本、韩国、以色列的蔬菜种子在我国也有较大面积种日本、韩国、以色列的蔬菜种子在我国也有较大面积种植，有良好的表现。植，有良好的

53、表现。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering402 2）单产水平和经济效益较高单产水平和经济效益较高 设施园艺是资金、技术密集型产业，同时也是相对设施园艺是资金、技术密集型产业，同时也是相对高效的产业。荷兰温室番茄年产量达到高效的产业。荷兰温室番茄年产量达到404050 50 Kg/m2,Kg/m2,黄瓜年产黄瓜年产50-70 50-70 Kg/m2Kg/m2，商品率高达商品率高达9090以上，以上，8686产产品出口销往世界各地。日本、以色列、韩国、西

54、班牙等品出口销往世界各地。日本、以色列、韩国、西班牙等国单位面积优质蔬菜的产出率亦相当高。因而，能获得国单位面积优质蔬菜的产出率亦相当高。因而，能获得较高的经济效益。如荷兰，较高的经济效益。如荷兰，42004200公顷温室蔬菜，以番茄、公顷温室蔬菜，以番茄、黄瓜、甜椒为主，产值高达黄瓜、甜椒为主，产值高达12121414亿美元。亿美元。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering413 3）温室日趋大型化）温室日趋大型化 大型温室设施具有投资省、土地利用率高、

55、室内大型温室设施具有投资省、土地利用率高、室内环境相对稳定、节能、便于机械化作业和产业化生产环境相对稳定、节能、便于机械化作业和产业化生产等优势，随着世界设施农业的快速发展，温室大型化等优势，随着世界设施农业的快速发展，温室大型化趋势日益明显。如荷兰自趋势日益明显。如荷兰自19751975年至年至19951995年的二十年间，年的二十年间，经营经营0.010.010.50.5公顷温室面积的农户由公顷温室面积的农户由59005900户降至户降至16601660户，而此期经营大于户，而此期经营大于2 2公顷的农户由公顷的农户由101101户增至户增至442442户；户；经营总户数由经营总户数由97

56、709770户下降至户下降至46904690户；平均每户经营面户；平均每户经营面积由积由0.480.48公顷增至公顷增至0.940.94公顷。公顷。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering424 4）计算机智能化控制系统得到快速普及与应用计算机智能化控制系统得到快速普及与应用 设施农业的核心是对设施内环境能进行有效的调设施农业的核心是对设施内环境能进行有效的调控，以营造适宜于作物生长的最佳环境条件。通过选控，以营造适宜于作物生长的最佳环境条件。通过选用不同

57、功能的传感器，可以准确采集设施内的温度、用不同功能的传感器，可以准确采集设施内的温度、湿度、光照、湿度、光照、 CO2CO2浓度、地温、土壤含水量、溶液浓浓度、地温、土壤含水量、溶液浓度以及作物生育状况指标等参数，由计算机系统根据度以及作物生育状况指标等参数，由计算机系统根据作物生长所需的最佳条件，进行自动控制，使室内温、作物生长所需的最佳条件，进行自动控制，使室内温、光、水、肥、气等诸因素综合协调到最佳状态。荷兰光、水、肥、气等诸因素综合协调到最佳状态。荷兰1 150005000公顷温室、以色列公顷温室、以色列30003000公顷温室基本全部由计算公顷温室基本全部由计算机控制操作。机控制操作

58、。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering435 5）无土栽培迅速发展为设施栽培的主要方式）无土栽培迅速发展为设施栽培的主要方式 目前，一些发达国家设施无土栽培技术发展十分迅目前，一些发达国家设施无土栽培技术发展十分迅速，荷兰、英国、法国、意大利、西班牙、德国大部分速，荷兰、英国、法国、意大利、西班牙、德国大部分设施采用无土栽培，荷兰在设施采用无土栽培，荷兰在1500015000公顷温室中，公顷温室中，6464采用采用基质培（岩棉培），果菜类全部采用基质培

59、，实施精确基质培（岩棉培），果菜类全部采用基质培，实施精确控制根际环境，克服连作障碍，产量得到了大幅度提高，控制根际环境，克服连作障碍，产量得到了大幅度提高，番茄平均产量番茄平均产量40405050Kg/m2Kg/m2，黄瓜黄瓜50507070Kg/m2Kg/m2。 欧共体明确规定，欧共体明确规定，2121世纪所有欧共体国家园艺作物世纪所有欧共体国家园艺作物要全部实现无土栽培。无土栽培不仅高产，而且可以向要全部实现无土栽培。无土栽培不仅高产，而且可以向人们提供健康、营养、无污染的无公害食品。人们提供健康、营养、无污染的无公害食品。 日本日本5050以上的设施采用无土栽培，其中水气耕也获以上的设

60、施采用无土栽培，其中水气耕也获得了巨大发展。得了巨大发展。华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 生物环境工程与设施农业Generality of Agricultural Engineering446 6）植物工厂得到了应用与发展）植物工厂得到了应用与发展l植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年生产的系统。年生产的系统。植物工厂是以营养液栽培和自动化综植物工厂是以营养液栽培和自动化综合环境调控为重要标志。合环境调控为重要标志。能免受外界不良环境的影响，能免受外界不良环境的影响，实现一年多茬次栽培