發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀、趨向分析

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)，是在環(huán)境相對(duì)可控條件下，采用工程技術(shù)手段，進(jìn)行動(dòng)植物高效生產(chǎn)的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式。設(shè)施農(nóng)業(yè)涵蓋設(shè)施種植、設(shè)施養(yǎng)殖和設(shè)施食用菌等。在國(guó)際的稱謂上，歐洲、日本等通常使用“設(shè)施農(nóng)業(yè)”這一概念，美國(guó)等通常使用“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)”一詞。

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化是將現(xiàn)代生物工程技術(shù)、農(nóng)業(yè)工程技術(shù)、環(huán)境工程技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，根據(jù)動(dòng)植物生長(zhǎng)的**適宜生態(tài)條件在現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)內(nèi)進(jìn)行四季恒定的環(huán)境自動(dòng)控制，使其不受氣候條件的影響，生產(chǎn)呈自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，農(nóng)產(chǎn)品周年生產(chǎn)、均衡上市，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高速度、高產(chǎn)出和高效益。

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化包括設(shè)施工程、環(huán)境調(diào)控以及栽培、養(yǎng)殖技術(shù)等方面標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、信息化，其核心是農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控。設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控智能化是在一定的空間內(nèi)，用不同功能的傳感器探測(cè)頭，準(zhǔn)確采集設(shè)施內(nèi)環(huán)境因子(光、熱、水、氣、肥)以及作物生育狀況等參數(shù)，通過數(shù)字電路轉(zhuǎn)換后傳回計(jì)算機(jī)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和智能化處理后形成專家系統(tǒng)，根據(jù)作物生長(zhǎng)所需**佳條件，由計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)發(fā)出指令，使有關(guān)系統(tǒng)、裝置及設(shè)備有規(guī)律運(yùn)作，將設(shè)施內(nèi)溫、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調(diào)到**佳狀態(tài)，確保一切生產(chǎn)活動(dòng)科學(xué)、有序、規(guī)范、持續(xù)地進(jìn)行。目前設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控智能化研究已成為當(dāng)今世界各國(guó)展示農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

　　二、發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)歷史久遠(yuǎn)，早在l5～16世紀(jì)，英格蘭、荷蘭、法國(guó)、日本等國(guó)家就開始建造簡(jiǎn)易的溫室，栽培時(shí)令蔬菜或小水果。進(jìn)入20世紀(jì)特別是50年代后，隨著現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透和微電子技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)施農(nóng)業(yè)在全球迅速崛起，特別是在美國(guó)、荷蘭、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，形成了一個(gè)強(qiáng)大的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)特別是信息技術(shù)、環(huán)境工程技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)，包括機(jī)械技術(shù)、工程技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)施農(nóng)業(yè)不斷向智能化方向發(fā)展。

　　早在20世紀(jì)80年代美國(guó)雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司就合作開發(fā)了智能中央計(jì)算機(jī)灌溉控制系統(tǒng)，開始將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室控制和管理，此后溫室計(jì)算機(jī)控制及管理技術(shù)便先是在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，后來各發(fā)展中國(guó)家也都紛紛引進(jìn)、開發(fā)出適合自己的系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代，美國(guó)開發(fā)的溫室計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)溫室作物的特點(diǎn)和要求，對(duì)溫室內(nèi)光照、溫度、水、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，還可利用差溫管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)花卉、果蔬等產(chǎn)品的開花和成熟期進(jìn)行控制，以滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需要。目前，美國(guó)已將全球定位系統(tǒng)、電腦和遙感遙測(cè)等高新技術(shù)應(yīng)用于溫室生產(chǎn)，有82%的溫室使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，有67%的農(nóng)戶使用計(jì)算機(jī)，其中27%的農(nóng)戶還運(yùn)用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

　　以園藝業(yè)著稱的荷蘭從20世紀(jì)80年代以來就開始全面開發(fā)溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并不斷開發(fā)模擬控制軟件。到80年代中期，已有5 000多臺(tái)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室，目前荷蘭擁有玻璃溫室1.2萬多hm2，占世界的1／4以上，有85%的溫室種植者使用環(huán)境控制計(jì)算機(jī)，種植者只需從軟件公司購買溫室控制軟件，從化學(xué)公司購買營(yíng)養(yǎng)液后，即可按照不同作物的特點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制，從而滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育的**適要求。目前，荷蘭全國(guó)建有1.2萬hm2現(xiàn)代化自動(dòng)控制溫室，在生產(chǎn)觀葉園藝植物的現(xiàn)代化大型自控溫室中，盆觀植物均置放在栽培床上，從基質(zhì)攪拌、裝缽、定植、栽培、施肥、灌溉、缽體移動(dòng)全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)作，室內(nèi)溫度、光照、濕度、作物生長(zhǎng)情況、環(huán)境等全部由計(jì)算機(jī)監(jiān)控，在計(jì)算機(jī)智能化、溫室環(huán)境調(diào)控方面也居**領(lǐng)先地位。

　　英國(guó)的智能溫室系統(tǒng)、西班牙和奧地利的遙控溫室系統(tǒng)都是計(jì)算機(jī)控制與管理在溫室中的成功應(yīng)用。另外，德國(guó)已經(jīng)把3S技術(shù)(地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS、遙感技術(shù)RS)應(yīng)用于溫室。與此同時(shí)，溫室計(jì)算機(jī)控制和管理技術(shù)在亞洲同樣得到了極大的發(fā)展。

　　日本在20世紀(jì)80年代中期應(yīng)用于溫室中的計(jì)算機(jī)就達(dá)到1 000多臺(tái)，到1995年達(dá)6 000多臺(tái)，目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中計(jì)算機(jī)的普及率高達(dá)92%。日本還建造了世界上**為先進(jìn)的植物工廠，采用完全封閉生產(chǎn)、人工補(bǔ)充光照，全部由計(jì)算機(jī)控制。日本的甜瓜農(nóng)場(chǎng)應(yīng)用一種新型的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)7個(gè)溫室群進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)**佳控制。近年來日本還研制了一種遙感溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，將分散的溫度群與計(jì)算機(jī)控制中心連接，從而實(shí)現(xiàn)更大范圍的溫室自動(dòng)化管理。

　　以色列用光熱資源的優(yōu)勢(shì)和節(jié)水灌溉技術(shù)，主要生產(chǎn)花卉和高檔蔬菜，采用大型塑料溫室，在作物附近都安裝了傳感器以測(cè)定水、肥狀況，利用辦公室里的中心計(jì)算機(jī)通過田間的控制器收集和儲(chǔ)存全天溫室內(nèi)部和外部的溫度和濕度數(shù)據(jù)，通過程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并可通過引入新數(shù)據(jù)來改變操作程序，很方便地遙控灌溉和施肥，系統(tǒng)還可自動(dòng)控制卷簾、熱屏遮陰系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)以及灌溉區(qū)的流量控制系統(tǒng)，精確可靠，節(jié)省人力，原本資源匱乏的以色列現(xiàn)已成為沙漠上的蔬菜出口國(guó)。

　　三、發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展趨向

　　目前，發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)已具備了技術(shù)成套、設(shè)施設(shè)備完善、生產(chǎn)比較規(guī)范，產(chǎn)量穩(wěn)定、質(zhì)量保證性強(qiáng)等特點(diǎn)，形成了設(shè)施制造、環(huán)控調(diào)節(jié)、生產(chǎn)資材為一體的產(chǎn)業(yè)體系，能根據(jù)動(dòng)植物生長(zhǎng)的**適宜生態(tài)條件在現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)內(nèi)進(jìn)行四季恒定的環(huán)境自動(dòng)控制，使得不受氣候條件的影響，實(shí)現(xiàn)了周年生產(chǎn)、均衡上市。

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。智能化程度越高，設(shè)施農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平越高。從初級(jí)自動(dòng)化控制向高級(jí)智能化轉(zhuǎn)變，從非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)施向標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品過渡，控制系統(tǒng)從自動(dòng)化向智能化轉(zhuǎn)變是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，突出體現(xiàn)在現(xiàn)代化溫室和植物工廠等方面。

　　1.現(xiàn)代化溫室

　　現(xiàn)代化溫室是荷蘭、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化的主要表現(xiàn)形式。這種溫室可以自動(dòng)控制室內(nèi)的溫度、濕度、灌溉、通風(fēng)、CO2濃度和光照，每平方米溫室一季可產(chǎn)番茄30～50kg，黃瓜40kg，或產(chǎn)月季花180枝左右，相當(dāng)于露地栽培產(chǎn)量l0倍以上。當(dāng)前，現(xiàn)代化溫室發(fā)展的主要問題是能源消耗大、成本高，因此其發(fā)展趨向重點(diǎn)是研究節(jié)能措施，如室內(nèi)采用保溫簾、雙層玻璃、多層覆蓋和利用太陽能等技術(shù)措施。有些國(guó)家，如美國(guó)、日本、意大利等國(guó)開始把溫室建在適于喜溫作物生長(zhǎng)的溫暖地區(qū)，減少了能源消耗。以色列則研究開發(fā)電腦自動(dòng)調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)氣、調(diào)光的溫室，用于雞、魚等家禽和水產(chǎn)的飼養(yǎng)。荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化重點(diǎn)是畜牧業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度和標(biāo)準(zhǔn)化，奶牛飼養(yǎng)、擠奶、牛奶的罐裝、冷藏及圈養(yǎng)時(shí)的喂料、喂水、清圈等過程自動(dòng)控制；美國(guó)的畜禽飼養(yǎng)計(jì)算機(jī)化也已經(jīng)相當(dāng)普遍，正向畜禽生產(chǎn)管理自動(dòng)化發(fā)展，例如管理豬生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)著分娩死亡、生長(zhǎng)、出售、食物比例和管理過程中所需的各種數(shù)據(jù)和信息，它可以分析、預(yù)測(cè)豬的銷售、交配、產(chǎn)仔母豬所需飼料、豬種退化以及**佳良種替代等。

　　2.植物工廠

　　植物工廠是目前智能化水平**高的設(shè)施農(nóng)業(yè)，是繼溫室栽培之后發(fā)展的一種高度專業(yè)化、現(xiàn)代化的設(shè)施農(nóng)業(yè)。植物工廠與溫室生產(chǎn)不同點(diǎn)在于，完全擺脫大田生產(chǎn)條件下自然條件和氣候條件的制約，應(yīng)用近代先進(jìn)設(shè)備，完全由人工控制環(huán)境條件，全年均衡供應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品。

　　目前，植物工廠在一些發(fā)達(dá)國(guó)家得到了較快發(fā)展，初步實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)蔬菜、食用菌和名貴花木等，其設(shè)施內(nèi)部環(huán)境因素(如溫度、濕度、光照度、CO2濃度等)的調(diào)控由過去單因子控制向利用環(huán)境、計(jì)算機(jī)多因子動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)了播種、育苗、定植、管理、收獲、包裝、運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)的智能化。美國(guó)、荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家，還一直在美國(guó)研究利用“植物工廠”種植小麥、水稻以及進(jìn)行植物組織培養(yǎng)和快繁、脫毒。由于這種植物工廠的作物生產(chǎn)環(huán)境不受外界氣候等條件影響，蔬菜如生菜種苗移栽2周后，即可收獲，全年收獲產(chǎn)品20茬以上，蔬菜年產(chǎn)量是露地栽培的數(shù)10倍，是溫室栽培的l0倍以上。荷蘭、美國(guó)采用工廠化生產(chǎn)蘑菇，每年可栽培6.5個(gè)周期，每周期只需20d，產(chǎn)蘑菇25.27kg／m2。此外，在植物工廠可實(shí)現(xiàn)無土栽培，不用農(nóng)藥，能生產(chǎn)無污染的蔬菜等。

　　目前，世界上只有30多個(gè)植物工廠，由于設(shè)備投資大，耗電多(占生產(chǎn)成本一半以上)，如何降低成本和“工廠化”成套技術(shù)研究是現(xiàn)在和將來設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化的發(fā)展趨向。