理想的设施农业旨在缓解或解决作物与其生长环境、人与自然资源及社会需求与供给等方面可能存在的矛盾，具有鲜明的地域特征，并与社会经济、文化发展关系密切。

▋设施农业

    广义的设施农业（greenhouse agriculture）包括设施种植和设施养殖，指利用农业工程手段，通过现代设施实现部分人工控制环境的种植业和养殖业。狭义的设施农业指设施种植，通常也称为设施园艺（greenhouse horticulture）或设施栽培（greenhouse cultivation），这也是本书（文）论述的范围。设施农业是集生物工程、农业工程、环境工程为一体的跨部门、多学科的系统工程，指借助一定的硬件设施对作物生长的全部或部分阶段所需的环境条件（如光、温、水、肥、气等）进行调节、控制或者创造，使植物地上部和根部环境得以改善，提高作物光能利用率，进而增加作物产量、改善作物品质、延长作物生长季节，并使作物在露地不能生长的季节和环境中能正常生长。这在一定程度上可以使作物摆脱对自然环境的高度依赖，是一种高效的农业生产（Jensen and Malter, 1995; 张乃明, 2006; 李廷轩和张锡洲, 2011）。以高技术、高投入、高产出为特征的设施农业不仅代表现代农业的发展方向，而且设施农业发展的程度已经成为衡量一个国家或地区农业现代化水平的重要标志之一。

国外设施农业发展趋势

    国外设施农业起步较早，技术较成熟，发展到现阶段，设施农业已是高科技、高投入、高产出、高效益的集约化农业。其中，代表最高水平设施农业生产的国家主要包括荷兰（林金水, 2014; 黄丹枫和葛体达, 2008）、以色列、美国、日本（Ito, 1997; van Berkel, 1984; 张乃明, 2006; 李廷轩和张锡洲, 2011; 滕应和骆永明, 2014; 郭世荣等, 2012） 等。发达国家设施农业呈现的特点是: 重视高水平设施建设和能源投入；具有先进的农业机械化技术、规范化栽培技术、设施栽培管理技术、设施环境综合调控技术；注重生态环境保护和资源循环利用；并不断向高科技、自动化、智能化、网络化发展。

    总体上讲，国外设施农业的发展呈现以下趋势：

▋（1）设施覆盖材料多样化。

    北欧国家多用玻璃，南欧国家多用塑料，美国多用聚乙烯膜双层覆盖。覆盖材料的保温、透光、遮阳、光谱选择性能将日渐完善。

▋（2）温室建筑面积大型化。

    在农业技术先进的国家，每栋温室的面积都在0.5hm2以上。大型温室设施具有投资高、土地利用率高、便于实行机械化自动管理、实现产业化规模生产、立体栽培、室内环境相对稳定等优点，因此，如荷兰、加拿大等发达国家的温室逐渐向大型化方向发展。

▋（3）环境调控自动化、智能化。

    温室应用的核心是能够对设施内栽培环境进行有效的控制，创造出适宜作物生长的最佳环境条件。因此，未来的人工智能控制系统要做到栽培环境全自动控制，设施内部环境因素（温度、湿度、光照、CO₂ 浓度）的调控由单因子控制向利用环境、计算机等多因子动态控制系统发展。同时，还要与市场、气象站、种苗公司、病虫害测报等相结合，进行产量、产值的预测，为生产者提供更为广泛的信息情报和确切的决策依据。

▋（4）设施园艺作业高度机械化。

    发达国家从事农业人员较少，加上劳动力成本较高，设施园艺生产中非常注重管理水平和劳动生产率的提高，从温室耕作、作物栽培、生长管理、产品采收、包装和运输等过程全部实现机械化控制。随着工业技术的不断发展，机器人技术将会逐渐应用于设施园艺的生产，使温室作业精确、高效、省力。

▋（5）温室生物防治、节能、节水等新技术将成为研究的重点。

    为防治温室内化学物质的污染，发达国家重视在温室内减少肥料、农药使用量，大力发展生物防治技术。通过温室光能利用、作物生长与温室环境关系等基础理论研究，温室的结构优化设计与新材料开发等技术在发达国家受到重视。在节水方面，国际上也正在研究以作物需水量信息为依据的自动化灌溉系统。

▋（6）设施作物品种多样化、市场服务体系日趋完善。

    随着各国设施农业的发展，除原来作为主栽培品种的蔬菜、水果和花卉外，一些能产生高附加值的植物如香料、特种植物、工业用原料植物、药用植物、食用菌、其他特种观赏植物等都已成为温室栽培的主要品种，温室类型和栽培品种趋于多样化。各国都十分注重发展自己的特色栽培，走特色化和规模化的道路。

▋（7）无土栽培成为现代设施园艺的主要栽培形式。

    目前，全球已有100 多个国家将无土栽培技术用于温室生产品质优、商品性好、安全、绿色的园艺产品。在发达国家中，无土栽培与温室面积的比例，荷兰超过70%，加拿大超过50%。随着未来人口数量的不断增长、可耕地面积日益锐减，无土栽培技术在提高作物产量、拓展土地利用空间以及保护自然生态环境方面具有广阔的应用前景，在设施园艺、观光农业、家庭园艺、植物工厂和太空农业领域也将会拥有广阔的发展前景。

▋（8）设施园艺的生态、社会功能更加突出。

    随着人们对农产品安全和生态环境保护的日益关注，温室环境友好、资源高效利用技术得到广泛重视，设施栽培产品及对环境的无污染化成为必然。设施园艺在都市美化绿化、环境保护、园艺健康、休闲观光等方面应用将会得到蓬勃发展。

    国外设施园艺蓬勃发展，新材料、新手段、新技术、新模式、新成果不断应用，科技、产量、效益水平不断提高，发达国家的经验和好的做法值得我国借鉴，有助于我国从设施农业大国向设施农业强国转型。发展设施农业，使农产品工厂化生产是发展绿色食品、有机食品、提高农产品在国际市场竞争力的必由之路；是实现农业增产、农民增收的重要措施；是农业和农村经济结构调整的战略选择。

国内设施农业发展趋势

    现阶段，我国设施栽培已进入巩固、完善、提高、再发展的阶段。设施栽培主要类型有中、小型塑料拱棚、塑料大棚、日光温室和现代大型温室，区域总体布局合理，多数地区在发展中体现了以节能为中心，低投入、高产出的特色。设施设备的总体水平有了明显提高，设施类型向大型化发展。

    中国的设施农业取得了举世瞩目的成就，但与发达国家相比，仍有较大差距，主要表现在：设施有效利用水平低、抵御自然灾害能力差；虽然设施栽培面积巨大，但90%以上的设施仍为简易型，仅能起到防雨、保温作用，无法满足对设施内温、光、水、肥、气等环境因子的智能调控，一旦受到恶劣天气、病虫害的影响，作物产量和品质即受到严重冲击；机械化程度低、劳动强度大，设施栽培的作业设备和相关配套尚不完善，生产仍以人力为主，生产效率低下；设施栽培科技含量低、技术不完善、生产不规范；设施管理不科学，导致设施条件种植的农产品质量和品质始终无法达到国际水平。

    未来，我国在设施农业的发展应在基本满足社会需求总量的前提下协调发展，逐步实现规范化、标准化、系列化、产业化，形成具有中国特色的技术和设施体系，主要表现在以下几个方面：

▋（1）将设施生产与自动控制技术相结合。

    开展作物与温、光、水、气、肥等环境因子交互作用规律与仿真模型的研究，实现光、温、水、肥、气等因子的自动监控和机械作业的自动化管理。促进设施与产品向标准化发展，建立和完善设施农业系统的相关标准，包括温室及配套设施的性能、结构、设计、安装、建设、使用标准，设施栽培工艺与生产技术规程标准，产品质量与监测技术标准等。

▋（2）重视现有技术和新成果的推广应用。

    随着科学技术的迅猛发展，我国的温室也必将向大型化、集约化、规模化、产业化方向发展。温室大棚骨架材料趋向强度大、轻便、耐腐蚀、使用寿命长等方向发展；覆盖材料向透气性好、保温保湿性能优越的方向发展；配套设施向电动、自动监控的方向发展；规模向多拱拼装式、大型连栋式的方向发展。采光利用率高、能耗低的日光温室将成为发展重点。开展设施配套技术与装备的研究开发，包括温室用新材料、小型农机具和温室传动机构、环境监测等关键配套产 品。

▋（3）逐步开展自动化、智能化试验和推广。

    研究开发具有我国自主知识产权的、适用于环境调控的各种设备装置及探测头，真正实现自动化、机械化和智能化管理。对具有我国自主知识产权的高效节能型日光温室，应组织专门力量进行深入研究，加速其设施设备现代化，作业机械化、自动化和智能化的进程。开展适宜于不同地区、不同生态类型的新型系列温室的研究开发，提高我国自主创新能力和设施环境的调控能力。

▋（4）与生物技术结合，研发出具有抗逆性强、抗虫害、耐贮藏、高产的温室作物新品种，利用生物制剂、生物农药、生物肥料等专用生产材料，向精确农业方向发展，为社会提供更加丰富的无污染、安全、优质的绿色健康食品。

▋（5）开展植物工厂的研发。

    植物工厂是在全封闭的设施内进行全年生产园艺作物的高度自动化的控制生产体系。该工厂以采用营养液栽培和自动化综合环境调控为重要标志，可实现高技术、密集型、省力化作业。

本文摘编自《设施农业土壤环境质量演变规律、环境风险与管理对策》（黄标等著. 北京：科学出版社, 2018.11）一书“第1章 绪论”，有删减，标题为编者所加。