【文章內(nèi)容簡介】 第五，節(jié)能光源LED的應(yīng)用。植物并非利用太陽光的全部成分來進行光合作用，而是以波長610～720nm的紅、橙光以及波長400～510nm的藍、紫光為主要吸收峰值區(qū)域。以往的人工光源，如高壓鈉燈、金屬鹵素燈和熒光燈等，因含有紅外和遠紅外等發(fā)熱光譜成分，能耗大，運行成本高。近年來，隨著發(fā)光二極管（LightEmitting Diode, LED）技術(shù)的發(fā)展，研制出了針對植物需求的單色LED（如波峰為450nm的藍光、波峰為660nm的紅光等）及其組合光源，光能利用率可達80％～90％，節(jié)能效果極為顯著，并已經(jīng)實現(xiàn)了在溫室補光、組培、育苗以及植物工廠等領(lǐng)域的應(yīng)用[19]。 （3）溫室環(huán)境友好、資源高效利用技術(shù)得到廣泛關(guān)注。 由于對資源高效利用和環(huán)境保護的關(guān)注，一些發(fā)達國家近年來投入大量的精力進行溫室精確施肥、雨水收集、水資源和營養(yǎng)液的循環(huán)利用以及對土壤、大氣的保護等相關(guān)技術(shù)的研究，盡量減少資源的浪費和對環(huán)境的破壞。在無土栽培營養(yǎng)液的閉路循環(huán)技術(shù)方面，歐盟規(guī)定2000年以后所有的溫室無土栽培必須采用Closed System（閉路循環(huán)系統(tǒng)），通過對栽培系統(tǒng)末端營養(yǎng)液的回收、過濾和消毒，再經(jīng)過對營養(yǎng)液成分的檢測與補充，又重新回到溫室循環(huán)使用。目前，荷蘭Venlo型溫室的閉路循環(huán)系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)節(jié)水21%、節(jié)肥34%，而且還大幅度地減少了溫室生產(chǎn)對周邊環(huán)境的污染；在雨水收集利用方面，通過溫室天溝與輸水管路的連接，將雨水收集到溫室附近的蓄水池中，再通過過濾、凈化等措施，用于溫室的灌溉。據(jù)荷蘭統(tǒng)計，每公頃溫室配備的貯水罐（池）容積約1500m3，可解決75%溫室作物的灌溉用水；在病蟲害防治方面，通過采用生物防治和物理防治手段相結(jié)合的方式進行綜合防控，盡量減少化學藥劑的使用，實現(xiàn)蔬菜自身的品質(zhì)安全和對環(huán)境的零污染。 （4）植物工廠高技術(shù)研究逐漸受到重視。 植物工廠是通過設(shè)施內(nèi)的高精度控制實現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，是一種由計算機對植物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境要素進行全天候控制，不受或很少受自然條件制約的省力型生產(chǎn)方式。植物工廠可實現(xiàn)一年多茬次栽培，生菜、菠菜等葉菜類作物的栽培周期較露地可縮短1/4~1/2，產(chǎn)量可達150t/1000m2，為露地栽培的10~20倍。近年來，由于土地資源的限制以及人類開發(fā)太空的考慮，日本、美國、以色列、荷蘭等國積極進行植物工廠高技術(shù)的研究與探索，美國NASA甚至研究在太空采用人工光植物生產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)宇航員食物的自給。日本政府基于本國農(nóng)業(yè)勞動力老齡化、生產(chǎn)成本的急劇上升以及人們對安全食品需求的考慮，多年來積極開展節(jié)能、環(huán)保、安全型植物工廠的研究與開發(fā)，并通過政策與資金扶持，大大地推動了植物工廠高技術(shù)的發(fā)展[20]。 （5）溫室管理機器人研究已經(jīng)進入中試階段。 20 世紀80 年代中期以來, 隨著電子技術(shù)和計算機的發(fā)展, 特別是工業(yè)機器人、計算機圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)的日益成熟, 以日本、荷蘭、英國和美國為代表的一些西方發(fā)達國家，在溫室管理機器人的研究方面進行了大量的探索, 試驗成功了多種具有人工智能的機器人, 如番茄采摘機器人、葡萄采摘機器人、黃瓜收獲機器人、西瓜收獲機器人、甘藍采摘機器人、蘑菇采摘機器人以及噴藥、嫁接、搬運機器人等，一批溫室管理機器人已經(jīng)進入中試階段[2124]。 3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及存在的問題 我國設(shè)施農(nóng)業(yè)科研工作起步于20世紀80年代初的“六五”期間，經(jīng)過30多年的發(fā)展，取得了數(shù)百項國家級和省部級科研成果，為進一步發(fā)展積累了豐富的成果和人才隊伍。 “六五”期間，由農(nóng)業(yè)部開始立項設(shè)立“熱浸鍍鋅鋼管裝配式塑料大棚研究設(shè)計”和“自然光照人工氣候室研究”兩個課題，分別對塑料大棚的骨架結(jié)構(gòu)與定型化設(shè)計、自然光照人工氣候室環(huán)境機理與調(diào)控技術(shù)進行了探索，并對半可控環(huán)境下蔬菜育苗技術(shù)改革進行了系統(tǒng)研究，初步探討了工廠化育苗的可行性?！捌呶濉逼陂g，農(nóng)業(yè)部設(shè)立了“設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)研究”研究項目，分別對“塑料大棚高產(chǎn)栽培技術(shù)”、“地熱溫室栽培技術(shù)”、“無土栽培設(shè)施及配套技術(shù)”三個專題進行了深入研究。“八五”期間，農(nóng)業(yè)部繼續(xù)設(shè)立“設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)研究”項目，分別就“日光溫室結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化及高產(chǎn)栽培技術(shù)”、“工廠化育苗設(shè)施及配套技術(shù)”和“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低成本的蔬菜無土栽培技術(shù)”等三個方面進行了重點研究。 “九五”期間，由前國家科委批準啟動的“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”項目，第一次正式提出了“工廠化農(nóng)業(yè)”的概念。該項目分別在北京、上海、廣東、遼寧、浙江等地實施，在不同類型區(qū)國產(chǎn)化溫室的研制與開發(fā)、溫室高產(chǎn)綜合配套技術(shù)的研究與設(shè)備開發(fā)、新品種選育、種植工藝、采后處理加工及產(chǎn)品檢測等方面取得了較大的進展。同時，通過規(guī)范化栽培技術(shù)的攻關(guān)研究，高效節(jié)能溫室番茄、 [25，26]。 “十五”期間，可控環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究正式列入國家“863”計劃，成為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)”主題中的重要專題，相繼開展了“可控環(huán)境下主要蔬菜作物優(yōu)質(zhì)高效和無公害全季節(jié)生產(chǎn)技術(shù)”、“可控環(huán)境農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動控制系統(tǒng)研究”、“可控環(huán)境下蔬菜生育障礙防治技術(shù)與配套產(chǎn)品”、“可控環(huán)境園藝作物動態(tài)生長模擬與優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)技術(shù)”等方面的研究，并獲得了一批具有我國知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)和新產(chǎn)品?！笆晃濉逼陂g，國家設(shè)立了科技支撐計劃“綠色環(huán)控設(shè)施農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化示范”、“現(xiàn)代高效設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究與示范”、“設(shè)施農(nóng)業(yè)配套關(guān)鍵技術(shù)裝備研究開發(fā)”、863“基于模型的日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化與數(shù)字化設(shè)計”、973“設(shè)施農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)研究”等一系列項目，目前正在進行具體實施過程中。 所有這些，為我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的進一步發(fā)展奠定了人才、技術(shù)、基地與物質(zhì)儲備。但是，隨著我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的進一步發(fā)展，所面臨的問題也極為突出，主要表現(xiàn)為： (1) 連作障礙已經(jīng)成為影響我國設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤資源持續(xù)高效利用的重要瓶頸。 隨著設(shè)施作物栽培年限的增加，由于大量使用化肥以及重茬栽培，加上土壤管理措施不當，常引起土壤微生物種群的改變、土壤結(jié)構(gòu)的破壞和次生鹽漬化以及養(yǎng)分障礙的發(fā)生，造成土壤質(zhì)量退化、病蟲害頻繁發(fā)生以及藥劑的過量施用，嚴重影響了產(chǎn)地環(huán)境和園藝產(chǎn)品的質(zhì)量[33]； (2) 設(shè)施資源利用率不高，嚴重影響我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的持續(xù)高效發(fā)展。 與設(shè)施農(nóng)業(yè)密切相關(guān)的資源要素包括土地、水和能源，這些都是我國的緊缺資源，長期以來設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多偏重于獲得高產(chǎn)、高效，不惜投入大量的資源，肥料、能源和水資源浪費嚴重，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)單位面積水資源的利用率僅為以色列的1/5~1/6，而且肥料利用率更低，不僅造成資源浪費，還會引起面源污染，嚴重影響我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的持續(xù)高效發(fā)展[34]； (3) 設(shè)施作物與環(huán)境之間的交互作用機理研究薄弱，影響智能化管理與控制技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用效果。 由于在環(huán)境因子對作物生理生化、生長發(fā)育的影響、作物生長模型等方面研究不夠深入，缺乏有效的環(huán)境管理模型，環(huán)境控制