设施园艺(protected horticulture)是指在固定保护设施内进行园艺作物生产的方式, 具有环境可控和集约高效的特点, 能够显著提高园艺作物生产效率, 大幅提高单位面积产量, 明显改善品质, 不仅实现园艺产品的优质高效生产, 而且可以保证新鲜园艺产品的均衡和周年供应, 是实现现代园艺产业高效、优质、可持续发展的重要途径, 也是我国实施“乡村振兴战略”的优选项目。因此, 近30年来设施园艺得以快速发展, 已成为部分国家或地区农业和农村经济的重要支柱产业。随着21世纪尖端科学技术的迅速发展, 设施园艺已发展成为生物、工程、环境、信息等多学科技术综合支持的高技术密集型产业, 以高效、集约、可控以及可持续发展为特征。近年来, 设施园艺的装备水平越来越高, 生产方式越来越多, 集约化经营越来越突出, 呈现出蓬勃发展的良好态势。实现从全球面积最大的设施园艺大国, 迈入到科技创新与生产力水平居世界先进水平的设施园艺强国, 乃是我国设施园艺产业发展的未来目标。

1 我国设施园艺发展现状 1.1 我国设施园艺发展概况

21世纪以来, 随着工程技术、生物技术、信息技术的不断发展, 工业化生产方式与设施农业深度融合, 现代农业的发展轮廓逐步清晰起来。园艺产品因其生产周期短、产量高、效益好、市场需求量大等优势, 使得我国设施园艺产业快速发展, 并成为现代农业的典型代表, 呈现出机械化水平不断提升、生产领域不断扩展、承载功能日趋丰富、标准化取得长足进步、低碳节能和生态友好型生产得到重视、资源利用效率逐步提高的好势头。自2008年农业部发布了《关于促进设施农业发展的意见》以来, 在政策推动、需求带动、技术引领、投资拉动下, 设施园艺产业在我国得到了长足发展。多年以来, 我国设施园艺一直保持世界第一生产大国的地位, 占世界总面积的85%以上, 其中蔬菜和西(甜)瓜种植设施面积占世界总面积的90%以上, 年人均供应量近200 kg^[1], 人均占有设施园艺面积为27 m², 仅次于以色列, 居世界第2位^[2]。截至2017年, 全国(不含港澳台)设施园艺总面积为370万hm², 其中玻璃温室面积9 000 hm², 大棚(包括中、小拱棚)面积270万hm², 塑料温室面积99万hm^2[3]。我国设施蔬菜面积占设施园艺面积的95%以上, 设施蔬菜的发展状况基本代表了我国设施园艺发展的整体情况。

据2016年统计, 我国设施园艺年产值超过9 800亿元(不含西、甜瓜)^[4], 部分省市农民纯收入的50%以上来自于设施园艺。与露地生产相比, 由于园艺保护设施创造了作物优越的生长环境条件, 从而使园艺作物单产大幅提升, 产值提高3~5倍^[1]。日光温室全国平均产投比为2.62, 以北方中部地区最高, 为3.17, 北方西部地区最低, 为2.05;塑料大棚全国平均产投比为2.63, 南方地区最高, 为3.63, 北方中部和东部地区相差较小^[5]。同时, 设施园艺产业创造了近7 000万个就业岗位^[6], 为农业和农村经济发展、乡村振兴和农民生活水平改善作出了巨大贡献。

1.2 我国设施园艺取得的重要成就 1.2.1 温室建造工程技术、装备水平和环境控制技术不断提高

我国在日光温室光热环境模拟分析、保温覆盖材料传热特性与保温性能测试装备、温室太阳能利用技术与装备、温室环境综合调控技术与生产管理配套装备以及温室工程标准化等方面成果丰富。针对温室、大棚等空间相对狭小的耕作环境, 研制并应用了一批多功能耕作机械, 如整地起垄覆膜一体机、移栽机等小型农业机械, 减轻了劳动强度, 提高了生产效率。开发出针对我国不同区域及不同设施类型的新材料、新装备和新设施, 如保温材料、新型复合骨架材料, 加温设施、肥水一体化装备、机械卷帘设备等^[7], 有效促进了当地设施园艺的自动化水平。开发出自动化精量播种生产线、产品采收运输机、果品蔬菜清洗分级机等装备, 显著提高了设施园艺生产的机械化水平。开发出系列化环境控制系统, 如温室环境数据采集与智能控制系统、肥水一体化自动灌溉施肥系统^[8]、管理专家系统和基于信息融合的环境优化调控的决策支持系统, 实现了对温室环境因子的精准、高效和智能控制。在温室环境监测与控制方面, 基于云技术、无线传感器的物联网技术, 近年来在设施园艺生产中也得到了应用。

1.2.2 设施园艺生产领域不断拓展, 都市农业成为新的增长点

目前, 我国绝大部分省、直辖市、自治区都有设施园艺的发展, 其生产地域广、辐射范围大, 从我国最东端的黑龙江省抚远县到最西端的新疆自治区乌恰市、从最南端的海南省三沙市永兴岛到最北端的黑龙江省漠河县北极村都有设施园艺作物生产。此外, 设施栽培的园艺作物种类已从单一的黄瓜、番茄、辣椒等蔬菜作物拓展到瓜果、花卉、茶树、中草药等多种作物, 其中设施蔬菜以果菜类、叶菜类、豆类、芽苗菜及特菜等为主, 设施果树主要以草莓、葡萄、桃、大樱桃、蓝莓为主, 设施花卉主要以鲜切花和中高档盆花为主^[9], 设施食用菌以金针菇、杏鲍菇、香菇等为主^[10]。设施园艺也逐步向不适宜传统农业生产的沙漠、戈壁、海岛等地域扩展, 甘肃、新疆、宁夏等部分省份和自治区利用荒漠戈壁和充足的光照资源, 以畜禽粪便、秸秆、砂石等为原料, 混配形成栽培基质进行蔬菜等园艺作物生产, 实现了非耕地有效利用^[8], 取得了很好的效果, 开辟了我国合理开发利用戈壁资源的先河, 实现了戈壁农业的新突破。

设施园艺的功能也从以往单一的生产功能向观光、旅游、休闲、采摘、示范、生态保护和文化传承为标志的都市农业方向拓展。随着我国供给侧结构性改革的深化, 为了解决都市农业资源的先天不足, 满足城市居民休闲娱乐需求, 我国东部沿海发达地区以及北京、上海等特大城市已把设施园艺的重点转向发展都市型休闲农业, 有效缓解都市人们日益增长的对健康休闲的需求与城市资源限制之间的矛盾。设施园艺是休闲农业的重要载体, 在提升休闲农业观赏性的同时, 也提高了经济效益^[11]。近年来, 我国在园艺植物立体栽培、树式栽培、墙式栽培、空中栽培、工厂化栽培以及景观设计等方面取得了许多重要进展, 满足了城乡居民对园艺植物栽培新、奇、特和休闲娱乐的要求。

1.2.3 设施园艺生产标准化取得长足进步, 温室工程标准体系初步建立

据统计^[12], 截至2016年底, 中国共发布与设施园艺相关的标准218项, 其中国家标准37项, 行业标准108项(农业行业标准95项、机械行业标准9项、其他4项), 地方标准73项, 其中包括温室设计建造, 温室资材, 设施装备, 节水灌溉以及蔬菜、花卉、食用菌等栽培技术。

截至2017年, 已发布中国温室工程相关标准45项, 其中国家标准6项, 农业行业标准29项, 机械行业标准9项, 物资行业标准1项^[12], 初步形成了我国温室工程标准体系, 对我国温室行业的规范化起到积极作用。在通用标准层面, 设施园艺领域的标准体系按照设计、施工安装验收、评价测试方法、工程管理4大类对现有标准进行归类、补充, 避免标准混淆、归属不清等问题; 在专用标准层面, 参照国外标准, 按照日光温室、塑料大棚、连栋温室等大类, 对现有标准进行合并, 便于标准的贯彻、执行; 在标准内容上, 吸纳国外设计、建设理论与经验, 提出适宜中国国情的设施园艺工程建设内容。

1.2.4 推行设施园艺低碳、节能和生态友好型生产, 资源利用率逐步提高

近年来, 农产品安全生产受到广泛关注, 生态环境保护空前重视, 设施园艺产品无害化生产及环境无污染化成为必然, 一批环境友好、资源高效利用技术在设施园艺生产中得到推广应用。针对不同地区的自然资源和环境特性, 研发了具有明显地域特色的新型节能日光温室结构; 开发出透光率高、抗老化、流滴性好、高保温的温室复合覆盖材料, 应用新型保温覆盖材料、高效降温设备和新型温室墙体等; 将浅层地源热泵技术应用于温室生产。在华南、华东、华北和西北等区域不同气候条件下, 采用连栋温室和日光温室节能技术, 使连栋温室综合节能率达到11.6%~38.5%, 日光温室每667 m²节约标准煤25 t^[13]。

1.2.5 连作障碍防控取得突破性进展

“十一五”期间, 随着农业种植结构的不断调整, 设施园艺产业迅速发展, 呈现规模化、专业化、多茬次和周年生产特点, 但高度的专业化、集约化种植, 造成复种指数高, 连作障碍问题突出, 成为制约设施园艺作物高效安全生产的瓶颈问题。我国设施园艺科技工作者历经20余年, 明确了土壤初生障因消除和蔬菜根系抗性增强是防控的核心; 攻克了土壤连作障碍因子消除技术难点, 实现了从化学消毒向环境友好型消毒的重大技术变革, 建立了化学农药零投入的土壤连作障碍因子消除技术体系; 发明了蔬菜作物根系抗性诱导技术, 解决了蔬菜优质品种因线虫等高发而难于连作的产业瓶颈; 创建了“除障因、增抗性、减盐渍”三位一体的连作障碍防控系统解决方案, 为设施蔬菜安全可持续生产提供了技术保障^[14]。南京农业大学等单位采用土壤高温高湿+石灰氮消毒技术杀灭土传病虫害, 利用生物秸秆反应堆、基质土壤调理剂、生物有机菌肥施用和水肥一体化等技术修复土壤, 结合水旱轮/间作新模式控制土壤病虫害、消减盐分和自毒物质, 形成连作土壤消毒与生态修复技术体系; 利用优质多抗新品种, 采用功能型基质穴盘育苗、抗性砧木嫁接换根栽培、生防菌和植物源生长调节剂施用等技术, 形成园艺作物主动防御连作障碍危害的技术措施。

1.2.6 用于无土栽培的基质产品研发取得明显进步

我国无土栽培系统主要包括基质培和水培两大类, 其中基质培面积占95%以上。无土栽培技术主要用于生菜、番茄、黄瓜、甜椒、甜瓜等蔬菜作物的设施栽培^[8], 也有部分花卉、果树采用了无土栽培技术。近年来发展起来的园艺植物工厂化育苗几乎都采用了无土栽培技术。目前, 我国无土栽培面积不足温室和大棚面积的0.1%, 其中有机基质无土栽培占全国无土栽培总面积的75%以上。有机基质无土栽培技术的快速发展, 迫切需要开发经济、环保、使用效果好、可以代替天然草炭的基质产品。我国涉农高校、科研院所的科技工作者利用工农业废弃物资源, 研发有机废弃物基质化利用快速发酵技术, 研制出性能稳定、功能齐全的系列有机基质产品, 创制发酵和基质生产的关键装置和设备, 建立快速发酵工艺流程和产品智能化生产线, 并在园艺植物无土栽培中产业化应用, 取得了显著的社会、经济和生态效益。研发出废弃物快速发酵关键技术, 与传统发酵工艺相比发酵时间缩短10~20 d, 并能保障发酵质量; 研制出适于园艺作物育苗、栽培和水稻育秧的通用型、专用型、功能型基质产品及配套应用技术, 形成产品质量标准体系。与传统草炭相比, 生产成本降低30%, 经试验示范, 蔬菜枯萎病发病率降低24%~58%, 根结线虫防治效果达68%~85%, 蔬菜壮苗指数提高27%~36%, 增产12%~22%。

1.2.7 物联网技术快速发展

近年来, 我国农业物联网发展速度惊人。2011年, 农业部启动农业物联网应用示范工程项目, 先后有多个地区实施了农业物联网区域试验工程^[15], 与设施农业相关的物联网应用占全部农业物联网的50%^[16]。北京市相关部门的科技人员开发了土壤墒情监测系统, 开展物联网在设施园艺方面的应用示范, 实现了设施园艺作物生产的环境监测和水资源精细化管理^[17]; 新疆自治区生产建设兵团应用物联网技术, 实现作物节水、节肥、减药和精准生产; 江苏省利用物联网智能农业管理平台, 实时监测生产环境, 并进行设施农业的精准化生产管理; 中国农业大学在内蒙古开展高效节能日光温室集群的物联网试点工作; 南京农业大学国家农业信息化工程技术研究中心, 根据我国温室设施特点研发出“温室娃娃”监测设备和配套的墒情监测系统^[18]。除此之外, 许多物联网公司也开发出设施环境智能监测、灌溉施肥控制、作物生产管理等方面的硬件设施设备和应用软件系统^[19], 推动了设施农业物联网技术的快速发展。

2 我国设施园艺发展的特点 2.1 设施园艺作物以蔬菜为主体, 对国民经济的贡献大

“十二五”期间, 我国设施蔬菜呈生产面积稳步增加的态势, 至2016年播种面积达到393万hm²以上, 产量2.6亿t, 占蔬菜总产量的33.1%;产值约9 800亿元, 占蔬菜总产值的46.7%, 约占农业总产值的17.9%, 占农村居民可支配收入的9.5%。设施蔬菜使人均增收约993.45元, 重点地区对农村人均年纯收入的贡献额超过3 000元。2017年, 新鲜蔬菜、冷冻蔬菜、加工保藏蔬菜和干制蔬菜成为最重要的蔬菜出口类型, 出口贸易顺差达141.9亿美元, 同比增长11.47%, 成为平衡我国贸易逆差的第一大农产品^[20]。

2.2 区域化分布特征明显

我国设施园艺主要集中在黄淮及环渤海地区, 该地区设施园艺面积约占全国设施园艺总面积的60%;长江中下游地区次之, 其面积约占全国的20%;在西北地区其面积约占全国的10%^[14]。设施园艺面积最大的省份是山东, 其次为江苏、辽宁、河北、浙江、宁夏、内蒙古、上海等省、直辖市、自治区, 现阶段发展比较突出的有吉林、山西、陕西、四川、甘肃、湖北等省。从设施类型上看, 连栋温室、日光温室、塑料温室面积分别占设施园艺总面积的3.0%、32.7%、64.3%^[8]。此外, 设施结构类型区域化分布明显, 南方以塑料大棚和夏季简易设施为主, 在北纬33°~46°地区则以高效节能日光温室为主; 在经济发达地区或大中城市郊区, 现代化玻璃温室作为都市农业、观光农业发展比较迅猛, 近年来也向黄淮海地区和亚热带的南方地区集中。

2.3 多元化经营格局初步形成

目前, 我国设施园艺的经营类型主要包括:工商资本投资企业经营、集体经营、农民家庭经营、集体流转土地个人承包经营、工商资本流转土地企业和个人承包混合经营5种。工商资本投资企业经营, 以公司形式经营, 规模较大。集体经营一般以政府为投资主体, 先由政府或村集体组织进行土地流转, 政府投资农业设施, 然后由集体经营或出租给农民经营, 一般规模较大。农民家庭经营是我国设施园艺经营的主要类型, 此类型各地均有, 规模较小。近年来农民合作社发展迅速, 以蔬菜专业合作社为例, 我国蔬菜专业合作社超过6万个^[21]。家庭农场大量涌现, 以家庭为单位从事设施园艺集约化、规模化、商品化经营, 规模从几公顷到数十公顷, 这种形式的经营方式, 以设施园艺收入为家庭主要收入来源, 呈现出旺盛的发展活力。

3 我国设施园艺发展过程中存在的问题

我国设施园艺栽培面积与人均供应量已居于世界首位, 但由于设施类型多样, 地域环境差别较大, 相关的基础研究和应用研究起步晚, 在设施结构、品种选育、环境调控、栽培技术等方面与发达国家差距较大。以设施蔬菜产量为例, 我国温室蔬菜平均年产量约为90 000 kg · hm^-2, 是世界设施园艺发达国家如荷兰的1/3;我国设施花卉平均产值为11万元· hm^-2, 单位面积产值仅是荷兰的10.36%^[22]。不仅如此, 我国设施园艺还存在生产环境差, 受自然灾害影响大, 劳动强度大, 自动化程度低, 土地产出率低(设施蔬菜平均7 kg · m^-2, 温室蔬菜10 kg · m^-2), 劳动生产率低(每人平均经营1 000 m²), 肥、药、水、土地等资源利用率低, 产品质量不高, 生产效益波动大等问题, 我国设施园艺作物的单位面积产量、质量、效益与劳动生产率与国外相比, 还存在较大差距。同时, 目前我国设施园艺仍以家庭经营方式为主, 产业化、规模化水平较低, 其效益优势不能充分体现。

3.1 地区发展不均衡, 生产布局不合理

我国设施园艺由于缺乏系统性的统筹规划, 发展方向不甚明确, 扶持政策和投资导向重点不突出, 致使各地发展随意性大, 市场功能定位不准。各地没有因地制宜做好地方设施园艺发展规划, 区域特色不明显, 很难发挥各地的自身优势并突出产品特色; 设施区域划分引导、投资运营模式规划和种植模式研究的缺失, 导致各地生产方式、栽培季节茬口、作物种类和品种结构雷同, 综合效益不高; 而生产成本高、产量不稳定、价格波动较大等问题也随之而来, 导致区域性、季节性产品过剩, 菜贱伤农的典型事件时有发生。第一, 我国设施园艺生产集中度较高的问题比较突出。比如, 我国设施蔬菜播种面积位列全国前10位的省、自治区、直辖市(山东、江苏、辽宁、河北、浙江、宁夏、内蒙古、上海、吉林、山西)占全国播种面积的63.3%;总产量占全国总产量的67.8%, 而其他20多个省、自治区、直辖市的设施蔬菜播种面积不到全国的40%, 存在地区发展不均衡、供应差异悬殊等问题^[23]。盆栽类花卉也存在类似的问题, 2016年种植面积排在前10位的分别是广东、陕西、四川、福建、湖北、江苏、云南、湖南、河南、江西, 这10个省的总面积为7.88万hm², 占全部盆栽类花卉总面积的74.47%, 区域分布不均匀的现象较为突出^[24]。第二, 大中城市供给保障能力下降问题日趋严重。随着工业化和城镇化建设步伐加快, 大多城市近郊地区的蔬菜生产基地迅速消失, 中心城区市场所销售的园艺产品大量依靠外调和农区供应, 加剧了产品价格波动的风险。第三, 南北产业格局尚未合理分工, 产业结构趋同。北方设施蔬菜和果树在发展中不可避免的在上市时间和品种上与南方出现了部分交叉, 导致南北之间呈现出竞争的新态势。第四, 设施园艺作物种植结构不合理, 导致产品供应单一。以设施果品生产为例, 栽培面积最大的为草莓, 其次是葡萄、桃等, 而李、樱桃、枇杷、杏等面积很小, 猕猴桃、梨、枣、苹果、无花果、柿等种植面积极小。相对单一的产品供应不能满足消费者需求, 再加上果品成熟期一致, 加大了销售压力。

3.2 设施装备水平不高, 园艺设施抗灾生产性能不佳, 机械化率低

我国设施园艺90%以上的栽培面积为简易保护设施, 结构性能差, 保温、抗风雪和抗暴雨等能力弱, 同时, 设施空间小, 生产劳动强度大, 环境恶劣, 生产率低等情况普遍存在。国产温室结构性能差, 老旧、劣质温室比重大, 塑料大棚及日光温室缺乏环境调控设备, 对室内光照、温度、湿度等环境的调控能力差, 风、雪、暴雨等自然灾害又时有发生, 导致作物冷害、冻害频发。同时, 设施建造简陋, 劳动环境恶劣, 更加制约了机械化装备水平的提升。设施装备落后的结果, 必然造成环境调控能力低下。同时, 专用设施严重缺乏, 花卉、果树的栽培设施还是沿用了蔬菜大棚结构, 缺乏适合花卉和果树生长的特定棚型结构设施。

设施园艺生产的机械化普及率低, 适合于温室设施的专用小型机械缺乏, 农事操作大部分依靠人力, 导致劳动生产效率低下。数据表明, 我国设施园艺机械化水平为32.5%, 其中设施机耕水平为69.8%, 设施机播为11.7%^[25]。江苏省设施蔬菜种植、采运、加工环节机械化水平低, 基本以人工为主, 机械化水平低于15%^[26]。导致我国设施园艺机械化程度低的原因主要有:第一, 作物种类繁多, 与大宗粮食作物相比, 园艺作物品种繁多, 生产周期短、茬口多, 种植制度差异大, 生产管理复杂, 有的是套种, 一次播种多次收获, 机械化操作困难。第二, 种植规模偏小, 土地流转难度大, 设施园艺生产仍以分散经营为主, 田块散、空间小, 机械可进入性差, 机械化作业困难。第三, 设施园艺生产适用机械不足, 在移栽、中耕管理、采后商品化处理等环节机械作业尚是空白。第四, 环境资源约束。2012年的统计数据显示, 我国农业机械的燃油用量3 376.1万t, 约占柴油总消耗量的20%左右, 甚至有些农村地区仍然配置有效率低下的单缸柴油机和小型拖拉机等, 能耗高, 排放超标现象非常严重^[27]。

3.3 产品质量安全隐患问题较大

我国设施园艺产品质量总体是安全的, 但个别地区和少部分作物的化肥和农药施用超标严重, 导致产品安全性降低, 品质下降, 有毒、有害物质超标, 产品安全问题已成为我国社会普遍关心的问题。我国设施栽培普遍依赖大肥、大水来提高作物产量, 养分利用率仅为10%~20%^[8]。化肥施用严重超量, 还导致土壤pH值降低, 次生盐渍化严重, 有机质含量低, 硝态氮和速效磷富集, 重金属积累, 地下水硝酸盐超标等一系列较为严重的问题。以设施蔬菜为例, 调查表明, 我国主要设施蔬菜区平均有机肥养分用量为988.5 kg · hm^-2, 超出适宜用量约20 kg · hm^-2; 平均化肥养分(N+P₂O₅+K₂O)用量1 354.5 kg · hm^-2, 是农作物的4.2倍; 平均N、P₂O₅和K₂O施用总量(有机肥+化肥)分别为850.5、726.0和793.5 kg · hm^-2, 分别超出推荐施用量的1.2、5.3和0.9倍。按合理施肥条件下有机肥/有机物料替代化肥40%~50%的比例估算, 设施蔬菜化肥养分减施潜力在40%以上^[28]。

我国园艺产品生产过程中不当使用农药的情况比较普遍。例如, 设施蔬菜病虫仍多采用药剂防控, 年施药少则30~40次, 多则70多次, 每667 m²农药施用量为大田作物的十几倍甚至数十倍, 是形成农药面源污染的重要方面^[29]。调研结果显示, 我国设施蔬菜每次施药量在300~600 kg · hm^-2(药水混合)的用户比例最多, 占46.7%, 在农药安全间隔期之外采收蔬菜的农户比例占90%以上^[30]。防虫网、杀虫灯、黄板、膜下滴灌等病虫害绿色防治技术普及率较低, 农药安全使用规范化程度差, 化肥农药监测与追溯体系不健全, 再加上越冬、早春设施栽培的低温弱光等导致病虫害多发等原因, 致使部分地区的部分产品质量安全性差。2013年, 因蔬菜产品含有化学杀虫剂而遭美国食品药品监督管理局(FDA)扣留的批次达到71批, 占被扣留农产品总批次的29.71%, 相比2008年的7.08%有迅速的上升^[23]。值得注意的是, 设施蔬菜生产中大量使用畜禽粪便, 镉、砷、锌、铜等重金属元素严重超标, 造成菜田重金属污染也显著加速^[14]。

3.4 科技支撑力量不足

目前, 我国设施园艺的基础和应用基础研究仍很薄弱, 在设施专用品种选育、栽培技术和模式创新、成果转化等方面难以适应设施园艺快速发展的需要, 特别是在高品质、复合抗性等方面的育种水平与国外差距较大, 导致国产种子市场占有率低。在我国蔬菜最重要的产区山东寿光, 国产种子市场占有率低于40%^[24]。我国花卉种业总体创新性不足, 近10年我国种球花卉种植面积、销售量和销售额分别降低32.51%、3.46%和53.58%, 说明我国种球花卉对外依存度较大的现状仍没有改观, 反而更加严重^[24]。栽培技术和模式创新的科技储备不足, 在轻简化生产技术集成创新方面存在短板。环境优化控制、分子生物技术、物联网技术等与荷兰、日本、美国等设施园艺发达国家的差距较大。此外, 先进技术利用率不高, 导致水、肥资源浪费大, 比如我国无土栽培面积约1 000 hm², 只占设施栽培总面积的0.1%, 远低于发达国家50%的水平^[8]。

3.5 生产组织化程度严重滞后, 社会化服务水平低

第一, 我国设施园艺生产经营目前仍然以小规模的农户为主, 家庭农场、农民专业合作社和生产企业等新型经营主体相对较少, 这种一家一户的小规模分散经营模式与大市场尚未形成有效衔接, 效益受市场波动影响较大, 生产效益不稳定。第二, 组织化、规模化和产业化水平低, 从业人员年龄偏大, 受教育程度不高, 经营规模狭小, 兼业化现象普遍。据调查, 城郊菜区的菜农平均年龄在60岁左右, 远郊菜农年龄以55岁居多, 且大多数为妇女^[32]。据2012年国家大宗蔬菜产业技术体系的调查结果显示:全国菜农平均年龄为46岁, 40岁以上菜农占被调查农户的73.7%, 初中以下学历者占菜农总人数的70.0%;种植规模在0.67 hm²以下的占被调查样本的71.0%;菜农兼业率达90.02%^[23]。第三, 农业合作社规模小、实力弱、技术力量薄弱, 规模小的仅有几十名成员, 大的也不过200~300户, “统一农资采购, 统一种苗培育, 统一病虫防治, 统一产品定级, 统一品牌销售”的目标远远没有实现。第四, 龙头企业数量少, 资金、技术、营销实力不强, 少部分企业以套取补贴、占有土地等为目的, 没有真正发挥龙头企业的带动作用。2016年全国大中型花卉企业占全部花卉企业(79 512家)的比例不足20%, 品牌化、良种化、标准化、现代化的花卉企业低于0.4%^[33]。第五, 销售服务的主力军仍是经纪人和个体经销户, 现代经营销售服务组织严重缺乏。第六, 设施园艺产业链式发展不完善, 产前、产中、产后的服务体系尚未形成, 基层技术推广体系普遍存在缺编、缺人、知识陈旧等问题, 农技服务能力难以适应产业快速发展的需要。第七, 种苗繁育、农机作业、统防统治、产品营销等专业化服务跟不上, 迫切需要创新机制, 着力提高社会化服务水平。要想从根本上解决这一问题, 首先, 要以生产为中心, 向上游和下游产业延伸, 将种子、农药、肥料供应与生产连接起来, 或将生产与加工、流通、销售连接起来, 或组建集产供销于一体的生产、经营与服务企业。如鼓励种植户加入合作社, 充分发挥合作社的资源整合优势, 通过品牌运营, 逐步建立覆盖育苗、种植、加工、流通、销售等产业链各环节的纵向一体化产业体系, 实现一、二、三产业融合发展。其次, 应该加强对基层技术人员的培训, 提升技术水平与专业知识技能。最后, 加快培育种植大户、家庭农场、农民合作经济组织、龙头企业等新型经营主体, 完善生产补贴、土地流转、金融保险、信息服务等制度。加快发展多种形式的产品营销, 积极引导生产者发展产品电子商务, 促进产销对接。

3.6 生产成本不断升高, 比较效益下滑

一方面, 受能源涨价影响, 化肥、农药、农膜等农资价格不断上涨, 加之土地升值、生产用工费用增加, 生产成本不断上升, 比较效益逐渐降低。同时, 产品价格形成机制不合理, 市场销售不畅, 供需信息不对称, 市场价格波动频繁, 优质难优价。另一方面, 产业区域布局、品种茬口安排等存在不合理性, 跟风种植问题突出, 产品同质化现象严重, 容易发生上市档期集中, 产品结构性、暂时性过剩, 导致滞销卖难和无序竞争, 制约了产业效益提升。以设施蔬菜生产为例, 用工成本最便宜的地方每天50~60元, 大部分在80~140元, 劳动力成本占整个设施蔬菜生产成本的比例达到40%~60%, 有的甚至更高^[32]。此外, 设施园艺作物单位面积水、肥、药的利用率远低于大田作物, 而消耗量远高于后者, 同时农资投入也维持高位水平, 导致设施园艺作物的比较效益滑坡。

3.7 连作障碍制约设施园艺发展

我国设施作物栽培依赖大肥、大水来提高产量的现象依然普遍存在, 但养分利用率只有10%~20%, 超标使用化肥, 不仅造成资源浪费, 而且导致产品品质下降、土壤盐渍化严重。同时, 设施内作物种植种类比较单一, 尤其是茄果类和瓜类蔬菜重茬现象严重, 从而导致连作障碍问题尤为突出。此外, 设施内温差大, 湿度高, 排风相对不畅, 加之重茬现象严重, 相同种类化肥大量使用, 造成了设施土壤微生态环境变劣, 土壤菌群严重失衡。有调查结果显示, 在一些设施园艺主产区, 连作土壤pH值已降至5.0以下, 土壤中钙、镁、硫、硼、钼等元素缺乏引起的一系列生理病害日趋严重, 青枯病、枯萎病等土传病害肆虐, 土壤总盐含量高出露地菜田10倍以上, 导致植物营养失调, 生长发育不良^[2]。

3.8 产品运输冷链建设滞后, 流通成本高

我国农产品冷链物流仍然存在自动化水平低、物流成本较高、冷链流通率低、政策环境不够宽松、尚未形成完善的冷链物流体系等问题, 导致农产品冷链物流水平与居民消费升级、现代农业发展和农产品出口需求扩大相比, 仍有较大差距。目前, 美国、日本、澳大利亚等国家蔬菜运输采用现代冷链物流, 损耗率在5%以下, 而我国蔬菜流通损耗率高达20%~30%^[34]。我国农产品产销衔接不畅, 流通基础设施建设不足, 流通组织化程度低, 流通环节多, 流通成本高。据调查, 每千克萝卜从长阳运输到广州, 成本价格上涨约0.78元, 每千克青椒从海口运输到北京, 成本价格上涨约1.32元^[35]。中国蔬菜流通协会的调查结果表明, 北京农产品批发市场经营户销售额为每天700~1 000元, 其中人员工资、摊位租金、市内运输费、损耗、工商管理费等共计350元左右, 加价幅度超过40%^[35]。流通成本已经成为产品价格构成的主要成本因素。

3.9 产品保鲜加工能力弱

由于我国保鲜、贮运技术的研究和开发严重滞后, 不少优质园艺产品不能远销, 商品价格低, 经常出现“丰产不丰收”“果贱伤农”现象; 采收、分级、包装等商品化处理方式落后, 商品一致性差; 加工业基础薄弱, 起步较晚, 规模小, 技术装备落后, 导致加工总量不足, 精深加工少, 综合利用率和附加值低, 在很大程度上影响了市场竞争力。我国水果加工比例仅为7%, 蔬菜采后商品化处理为1%, 保鲜储藏比例不足20%, 加工比例不到10%, 远远低于发达国家水平。据相关调查和测算, 我国每年产后损耗水果约1 400万t, 蔬菜约1亿t^[36]。我国食用菌加工品种500多种, 加工率只有6%, 而国外已达到了75%^[10]。

4 我国设施园艺发展趋势分析 4.1 在“供给侧改革”主旋律下, 设施园艺将会有更好的发展

我国设施园艺总面积仍将呈现稳中有增的态势。以设施蔬菜为例, 预计到2020年面积可达410.5万hm², 种植面积呈现增长的趋势。设施园艺总产值在国民经济中的地位越来越突出。2015年全国设施蔬菜(包括西甜瓜)总产值达到1.1万亿元; 2016年总产值达1.2万亿元^[30]。设施园艺产品价格相对较高、波动小。2014年的统计数据显示, 全国36种蔬菜产品的年均批发价为3.97元· kg^-1, 2015年达到4.39元· kg^-1, 2016年攀升到4.93元· kg^-1, 价格呈现持续升高的趋势; 从按月份的价格分布来看, 2012~2015年12月至次年4月, 全国蔬菜的月均价格高, 而且波动幅度小, 其中月均价格最高的为2月份, 价格均超过5.5元· kg^-1, 2016年甚至一度达到7元· kg^-1, 更加显示出效益稳定的特点。值得关注的是, 在2014年整个蔬菜产业不景气、产值和效益大幅下降的情况下, 设施蔬菜生产效益受到的影响不大^[32]。我国鲜切花和盆栽植物平均每667 m²产值2.15万元^[24], 北京市设施果树平均每667 m²收入达到2.8万元, 设施樱桃种植效益最高, 平均每667 m²收入7.2万元^[37]。总体来看, 效益促进发展, 在深入推进农业“供给侧结构性改革”的大环境下, 设施园艺发展仍被看好。

4.2 设施园艺将与先进的工业技术融合, 实现机械化、自动化和智能化

国外设施园艺发达的国家, 已将先进的工业技术应用到园艺作物生产的各个环节, 从播种、育苗、整地、定植、施肥、灌溉、环境调控、病虫害防治, 到产品采收、分级、包装、储藏、保鲜、运输等环节, 不仅节约了大量劳力, 而且生产效率显著提高。目前, 荷兰、以色列、美国、韩国、日本开发出的整地、移栽、嫁接、灌溉、施肥、喷药、采收、消毒等设备, 已经广泛应用于设施园艺作物生产过程中, 不仅大幅降低劳动强度, 节约生产成本, 提高劳动效率, 而且显著提升产品的外观品质, 保持产品均一性。在园艺产品采收、加工过程中, 发达国家也已经广泛使用自动化生产线, 在产品包装、快速分级、转运等过程中, 也基本实现了自动化、机械化和智能化。随着我国设施园艺新材料、新设备、新机械的研制和应用, 设施环境调控技术水平会不断提高, 温、光、水、肥、气等环境调控手段正逐步向机械化、自动化、智能化方向发展, 并能够对温室进行精确管理。

4.3 节能环保和安全生产成为设施园艺发展的主流方向

当前, 我国设施园艺高产出是以高投入、高耗能为前提的, 大量化学农药和肥料使用, 不仅会导致环境恶化, 而且对产品的安全造成严重威胁。因此, 将环保技术应用于设施园艺, 实现园艺产品的全程绿色生产, 将会是未来设施园艺发展的主流。在设施园艺低碳、节能技术方面开展研究与实践, 探索适合我国国情的环境友好型和资源节约型并重的可持续设施园艺发展道路, 重点应该在清洁能源开发利用、光伏农业技术、多余能量回收和综合利用、温室能源高效利用、新型光源等方面, 形成具有我国特色的设施园艺节能环保技术体系, 全面建立节地型设施农业、节水型设施农业和节肥节能型设施农业, 是我国设施园艺科技工作者奋斗的目标。

推进设施园艺绿色可持续发展, 更加注重生态文明建设, 按照转变农业发展方式、治理农业面源污染、实现农业节本增效的指导思想, 开展实用新技术、新模式的集成创新, 推进标准化生产, 促进化肥农药的减量施用, 推广应用产品质量追溯平台, 提高园艺产品卫生安全质量。同时, 提高设施园艺产品生产的施药效果和技术水平, 实现节药、节水、高效生产和控制面源污染、保障产品质量安全的目标。采用生态防治、物理防治和生物防治“三合一”的病虫害综合防治模式, 对节约灌水和降低化肥、农药用量的效果明显, 是当前设施园艺作物病虫害防治的首选措施。今后的重点是, 将品种、农艺、管理、包装、储运等环节加以集成, 形成一整套设施园艺全程绿色生产技术体系, 建立高效的病虫害综合防治(IPM)系统, 实现环境友好型和资源节约型的设施园艺可持续发展模式。

4.4 集群化是设施园艺发展的必然趋势

农业产业集群是目前全球普遍存在的现象, 在新的历史阶段, 已经成为提高农业竞争力、改善农村经济、促进区域整体发展的重要途径。设施园艺由于综合应用了工程装备技术、现代生物技术、环境控制技术和电子信息技术, 整合土地、金融、科技、人力等要素, 创造了适宜植物生产发育所需求的环境条件, 因而在土地产出率、资源利用率和劳动生产率上有着传统农业无可比拟的优势。由设施园艺产业带来的生产、包装、物流、物资供给等一系列产业的聚集效应, 形成现代设施园艺产业集群的雏形, 涉及到选址、建设、工程管理、农业生物环境控制、集群节能、节水、生物防治和农用装备等数十项技术领域, 同时还涉及建设实施主体、投资结构、管理方式、成本管控、产品选择和市场营销等诸多现代农业企业的经营管理问题。因此, 设施园艺产业集群是现代农业发展到一定阶段的产物, 是社会、经济条件共同作用下的必然结果, 是科技与资金高度聚集的状态, 是设施园艺高质量发展的必然趋势。从发达国家的经验看, 设施园艺集群化以后, 在资源综合利用、全程品质监控、现代农业服务业等诸多环节均能产生出新的增长点。“十三五”是我国发展设施园艺集群的重要战略期。

4.5 设施园艺向产品品牌化、产销多样化、流通电商化方向发展

随着我国农产品市场化程度的日益成熟, 品牌化经营成为农产品参与市场竞争的必然选择。围绕设施园艺主营产品, 推行标准化生产、规模化经营, 实现园艺产品从田间地头到消费者餐桌的全程标准化, 以优质的产品和服务, 创建更多特色品牌产品, 以满足市场需求。积极推进蔬菜产销衔接, 建设提升田头市场、产地批发市场, 发展经纪人队伍, 发挥市场消化产品的主渠道作用。引导大户、合作社与市场、龙头企业、集中伙食单位合作, 积极开展订单生产。加快发展直营直销, 不断完善农超对接、社区直营、集团配送等直营直销模式, 加快探索在超市、社区、批发市场开设品牌直营窗口, 集中推出一批让消费者信得过的优质园艺品牌产品, 促进园艺产品从大宗消费走向品牌定制消费转变, 实现优质优价。鼓励发展园艺产品电子商务, 充分利用网络信息平台发布产销信息, 推进优质产品生产与联产联销相结合。产品流通的电商化可降低人工成本, 不仅可消除交易的边际成本, 而且让生产者能直接、迅速、准确地了解市场需求, 生产出适销、适量的农产品, 避免因产品过剩而导致超额的运输、储藏、加工及损耗成本。

4.6 社会化服务体系进一步完善, 组织化程度不断提高

农业现代化程度的重要标志之一是农业社会化服务水平。构建农业社会化服务体系是推进现代农业发展的基础工程和必由之路。近年来, 设施园艺生产经营规模不断扩大, 种植大户、家庭农场、农民专业合作社等各类新型经营主体不断涌现, 新型职业农民队伍不断壮大, 相对于传统分散经营的农户, 新型农业经营主体和职业农民对科技的需求更加迫切, 对农技推广服务的需求也更加多样化和个性化。尽管一些制约我国设施园艺生产的关键技术和共性技术取得重大突破, 但是基层农技推广服务体系不完善, 使得一些好的科研成果和技术停留在科研工作者手中, 导致先进的技术不能及时有效地应用到生产之中, 仍然存在基层农技人员推广服务内生动力不强, 激励机制不足和农技推广“最后一公里”难以落地等问题。未来一段时期, 建立以农民对农业技术需求为导向的农业推广服务体系, 是我国农业技术推广工作在市场经济和知识经济条件下不断改革与发展的必然选择; 形成科研人员、推广人员与农民间以利益为纽带的运行机制, 促进农业技术“研究—推广—应用”3个体系的有机整合, 是解决“三农”问题的有效途径之一。

农民合作组织是小生产与大市场之间的桥梁, 是推动我国现代农业发展不可缺少的重要力量。因此, 必须重视和大力推进农民合作组织发展, 提高设施园艺组织化程度。未来在充分发挥市场配置资源基础性作用的同时, 政府对合作社的扶持应进一步加强, 促使合作社改善自身治理结构和内部管理模式, 完善自身微观运行机制, 保障其在市场上的竞争力。同时, 家庭农场、专业大户、农业企业等新型经营主体, 将会成为设施园艺发展的主力军, 通过土地、劳动力等生产要素重组, 释放各要素活力, 获得最佳效益。

4.7 生产过程标准化程度不断提升

国内外设施园艺发展的实践经验表明, 标准化是促进设施园艺科技成果转化为生产力的有效途径, 是提高产品质量、增强市场竞争力、保障产品安全的重要保证, 是提高效益、增加收入和实现设施园艺现代化的基本前提。加快设施园艺标准化进程, 是新时代、新阶段推进设施园艺高质量发展的战略要求。以设施园艺优势品种合理选择搭配、茬口安排、集约化育苗、栽培模式创新、逆境避灾、水肥一体化、可持续土壤改良、病虫害生态防控等为核心的高效安全优质栽培技术为重点技术, 建立规范化、标准化的栽培管理体系, 将会强力推进我国设施园艺标准化生产。

4.8 设施园艺物联网技术将得到更加广泛应用

目前, 中国农业正处于从传统农业向规模化现代农业发展的大跨越阶段, 急需提供多元化的现代农业服务。随着网络通信的发展, 以传感感知、智能处理为核心的农业物联网技术将促进信息技术与现代农业种植管理发展的融合与升级。设施园艺物联网是将智能化与信息化全面结合, 通过对无线传感器管理和环境智能调控, 实现对设施园艺作物生产的灌溉、施肥和环境的自动化控制, 可使栽培环境条件达到最优, 从而使产量提高, 品质改善。物联网技术是推动我国设施园艺信息化、智能化与农业现代化有机融合的有效切入点, 也是我国设施园艺现代化发展的主流方向, 要实现设施园艺大国向强国的跨越, 就必须加快拓展物联网技术在设施园艺应用中的广度和深度。物联网技术在设施园艺中的广泛应用, 也将颠覆传统生产管理方式, 实现我国设施园艺生产技术的革命; 同时, 设施园艺物联网的普及使用, 将架起生产者、销售商和消费者之间的桥梁, 有助于及时了解国内外市场行情, 快速掌握产品产销信息。

4.9 植物工厂将得到较快发展

随着世界人口、资源、环境问题的日益突出, 作为设施园艺高级形态的植物工厂生产系统, 近年来得到了快速发展, 受到了全世界前所未有的关注和青睐。植物工厂系统是高技术密集型产业的综合体, 在一定程度上能够解决人口、资源、环境以及应对全球气候变化问题, 具有其他生产方式无法比拟的突出优势。植物工厂是一种高投入、高技术、精装备的农业生产体系, 与传统农业生产方式相比, 其优势主要表现为^[38]:生产计划性强, 可不受自然环境影响, 实现周年均衡生产; 营造了植物生长最佳环境, 增加光照时间, 科学配水施肥, 能够获得较高的单位面积产量; 采用机械化、半机械化作业, 劳动生产率大幅提高; 实行封闭式生产, 严格投入品管理, 少施肥不用药, 产品更加安全健康; 采取立体栽培模式, 大幅节省土地与能源; 采用垂直封闭结构和人工光技术, 能够与现代城市建设紧密结合, 为大中城市居民就近供应大量新鲜、健康的园艺产品。因此, 植物工厂被认为是未来解决资源紧缺、新生代劳动力不足、食物需求不断上升等问题的重要途径, 也是未来航天工程、太空探索过程中实现食物自给的重要手段, 将会受到世界各国的广泛重视, 并具有广阔的发展应用前景。