1 國外設施農業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀和趨向
1. 1 設施農業(yè)智能化
設施農業(yè)智能化是將現(xiàn)代生物工程技術、農業(yè)工程技術、環(huán)境工程技術、信息技術和自動化技術應用于農業(yè)生產領域，根據動植物生長的最適宜生態(tài)條件在現(xiàn)代化設施農業(yè)內進行四季恒定的環(huán)境自動控制，使其不受氣候條件的影響，生產自動化、標準化和智能化，農產品周年生產、均衡上市，實現(xiàn)生產高速度、高產出和高效益。
設施農業(yè)智能化包括設施工程、環(huán)境調控以及栽培、養(yǎng)殖技術等方面標準化、自動化、信息化，其核心是農業(yè)環(huán)境調控。設施農業(yè)環(huán)境調控智能化是在一定的空間內，用不同功能的傳感器探測頭，準確采集設施內環(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)字電路轉換后傳回計算機，并對數(shù)據進行統(tǒng)計分析和智能化處理后形成專家系統(tǒng)，根據作物生長所需最佳條件，由計算機智能系統(tǒng)發(fā)出指令，使有關系統(tǒng)、裝置及設備有規(guī)律運作，將設施內溫、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調到最佳狀態(tài)，確保一切生產活動科學、有序、規(guī)范、持續(xù)地進行。目前設施農業(yè)環(huán)境調控智能化研究已成為當今世界各國展示農業(yè)科技發(fā)展水平的重要標志。
1. 2 國外設施農業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀
設施農業(yè)歷史久遠，早在15－16 世紀，英格蘭、荷蘭、法國、日本等國家就開始建造簡易的溫室，栽培時令蔬菜或小水果。進入20世紀特別是50年代后，隨著現(xiàn)代工業(yè)向農業(yè)的滲透和微電子技術的應用，設施農業(yè)在全球迅速崛起，特別是在美國、荷蘭、日本等一些發(fā)達國家設施農業(yè)迅速發(fā)展，形成了一個強大的支柱產業(yè)。隨著科學技術特別是信息技術、環(huán)境工程技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)向農業(yè)的滲透和現(xiàn)代工業(yè)技術，包括機械、工程、電子、計算機管理、現(xiàn)代信息、生物等技術的應用，設施農業(yè)不斷向智能化方向發(fā)展。
早在20世紀80年代，美國雨鳥、摩托羅拉等幾家公司就合作開發(fā)了智能中央計算機灌溉控制系統(tǒng)，開始將計算機應用于溫室控制和管理，此后溫室計算機控制及管理技術便先是在發(fā)達國家得到廣泛應用，后來各發(fā)展中國家也都紛紛引進、開發(fā)出適合自己的系統(tǒng)。20世紀90年代，美國開發(fā)的溫室計算機控制與管理系統(tǒng)可以根據溫室作物的特點和要求，對溫室內光照、溫度、水、氣、肥等諸多因子進行自動調控 還可利用差溫管理技術實現(xiàn)對花卉、果蔬等產品的開花和成熟期進行控制，以滿足生產和市場的需要。目前，美國已將全球定位系統(tǒng)、電腦和遙感遙測等高新技術應用于溫室生產，有82%的溫室使用計算機進行控制，有67%的農戶使用計算機，其中27%的農戶還運用了網絡技術。
以園藝業(yè)著稱的荷蘭從20世紀80年代以來就開始全面開發(fā)溫室計算機自動控制系統(tǒng)，并不斷開發(fā)模擬控制軟件。到80年代中期，已有5 000多臺計算機應用于溫室，目前荷蘭擁有玻璃溫室超過1. 2萬hm2，占世界的1 /4以上，有85%的溫室種植者使用環(huán)境控制計算機，種植者只需從軟件公司購買溫室控制軟件，從化學公司購買營養(yǎng)液，即可按照不同作物的特點進行自動控制，從而滿足作物生長發(fā)育的最適要求。目前，荷蘭全國建有1. 2萬hm2 現(xiàn)代化自動控制溫室，在生產觀葉園藝植物的現(xiàn)代化大型自控溫室中，盆觀植物均放置在栽培床上，從基質攪拌、裝缽、定植、栽培、施肥、灌溉、缽體移動全部實現(xiàn)機械運作， 室內溫度、光照、濕度、作物生長情況、環(huán)境等全部由計算機監(jiān)控，在計算機智能化、溫室環(huán)境調控方面也居世界領先地位。
英國的智能溫室系統(tǒng)、西班牙和奧地利的遙控溫室系統(tǒng)都是計算機控制與管理在溫室中的成功應用。另外，德國已經把“3S”技術(地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS、遙感技術RS)應用于溫室。與此同時，溫室計算機控制和管理技術在亞洲同樣得到了極大的發(fā)展。
日本在20世紀80年代中期應用于溫室中的計算機就達到1 000多臺，到1995年達6 000多臺，目前農業(yè)生產部門中計算機的普及率高達92%。日本還建造了世界上最為先進的植物工廠，采用完全封閉生產、人工補充光照，全部由計算機控制。日本的甜瓜農場應用一種新型的智能計算機系統(tǒng)，對7個溫室群進行管理，實現(xiàn)最佳控制。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算機控制中心聯(lián)結，從而實現(xiàn)更大范圍的溫室自動化管理。
以色列用光熱資源的優(yōu)勢和節(jié)水灌溉技術，主要生產花卉和高檔蔬菜，采用大型塑料溫室，在作物附近都安裝了傳感器以測定水、肥狀況，利用辦公室里的中心計算機通過田間控制器收集和儲存全天溫室內、外部的溫度和濕度數(shù)據，通過程序進行數(shù)據分析，并可通過引入新數(shù)據改變操作程序，很方便地遙控灌溉和施肥，系統(tǒng)還可自動控制卷簾、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。
1. 3 國外設施農業(yè)智能化發(fā)展趨向
目前，發(fā)達國家設施農業(yè)已具備了技術成套、設施設備完善、生產比較規(guī)范、產量穩(wěn)定、質量保證性強等特點，形成了設施制造、環(huán)境調節(jié)、生產資材為一體的產業(yè)體系，能根據動植物生長的最適生態(tài)條件在現(xiàn)代化設施內進行四季恒定的環(huán)境自動控制，使得不受氣候條件影響，實現(xiàn)了周年生產、均衡上市。設施農業(yè)智能化是設施農業(yè)發(fā)展水平的標志和發(fā)展的方向。智能化程度越高，設施農業(yè)和農業(yè)科技發(fā)展水平越高。從初級自動化控制向高級智能化轉變，從非標準化設施向標準化產品過渡，控制系統(tǒng)從自動化向智能化轉變是設施農業(yè)發(fā)展趨勢，突出體現(xiàn)在現(xiàn)代化溫室和植物工廠等方面。
1. 3. 1現(xiàn)代化溫室
現(xiàn)代化溫室是荷蘭、英國、法國、德國、日本等國家設施農業(yè)智能化的主要表現(xiàn)形式。這種溫室可以自動控制室內的溫度、濕度、灌溉、通風、二氧化碳濃度和光照，每平方米溫室一季可產番茄30~50 kg或黃瓜40 kg，或產月季花180枝左右，相當于露地栽培產量10倍以上。當前，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)展趨向重點是研究節(jié)能措施，如室內采用保溫簾、雙層玻璃、多層覆蓋和利用太陽能等技術措施。有些國家，如美國、日本、意大利等國開始把溫室建在適于喜溫作物生長的溫暖地區(qū)，以減少能源消耗。以色列則研究開發(fā)電腦自動調溫、調濕、調氣、調光的溫室，用于雞、魚等家禽和水產動物的養(yǎng)殖。荷蘭設施農業(yè)智能化重點是畜牧業(yè)生產的自動化程度和標準化，奶牛飼養(yǎng)、擠奶、牛奶的罐裝、冷藏及圈養(yǎng)時的喂料、喂水、清圈等過程自動控制；美國的畜禽飼養(yǎng)計算機化也已經相當普遍，正向畜禽生產管理自動化發(fā)展，例如管理豬生產的計算機系統(tǒng)中存儲著分娩、死亡、生長、出售、食物比例和管理過程中所需的各種數(shù)據和信息，它可以分析、預測豬的銷售、交配、產仔母豬所需飼料、豬種退化以及最佳良種替代等。
1. 3. 2 植物工廠
植物工廠是目前智能化最高水平的設施農業(yè)，是繼溫室栽培之后發(fā)展的一種高度專業(yè)化、現(xiàn)代化的設施農業(yè)。植物工廠與溫室生產不同點在于，完全擺脫大田生產條件下自然條件和氣候的制約，應用近代先進設備，完全由人工控制環(huán)境條件，全年均衡供應農產品。
目前，植物工廠在一些發(fā)達國家得到了較快發(fā)展，初步實現(xiàn)了工廠化生產蔬菜、食用菌和名貴花木等，其設施內部環(huán)境因素(如溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度等)的調控由過去單因子控制向利用環(huán)境、計算機多因子動態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)展，實現(xiàn)了播種、育苗、定植、管理、收獲、包裝、運輸?shù)茸鳂I(yè)的智能化。美國、荷蘭等發(fā)達國家，還一直在研究利用“植物工廠”種植小麥、水稻以及進行植物組織培養(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，全年收獲產品20茬以上，蔬菜年產量是露地栽培的數(shù)十倍，是溫室栽培的10倍以上。荷蘭、美國采用工廠化生產蘑菇，每年可栽培6. 5個周期，每周期只需20 d，產蘑菇25. 27 kg /m2。此外，在植物工廠可實現(xiàn)無土栽培，不用農藥，能生產無污染的蔬菜等。
目前，世界上只有30多個植物工廠，由于設備投資大、耗電多(占生產成本一半以上)， 如何降低成本和“工廠化”成套技術研究是現(xiàn)在和將來設施農業(yè)智能化的發(fā)展趨向。
2 國外設施農業(yè)智能化的基本經驗
2. 1 設施農業(yè)智能化是設施農業(yè)水平的標志、發(fā)展的方向
設施農業(yè)智能化的核心，就是將現(xiàn)代工程技術、生物技術和信息技術綜合應用于設施農業(yè)，按照動植物生長的要求控制最佳生產環(huán)境，實現(xiàn)農產品周年生產、均衡上市、高產出和高效益。設施農業(yè)智能化的過程就是設施農業(yè)生產自動化、標準化和智能化的過程，智能化的設施農業(yè)是技術高度密集的高科技現(xiàn)代農業(yè)，是設施農業(yè)發(fā)展水平高低的標志，是設施農業(yè)生產水平先進性的體現(xiàn)、發(fā)展的方向。
2. 2 設施農業(yè)智能化有效地拓展了農業(yè)生產的新時空， 豐富了農產品市場
設施農業(yè)智能化，使農業(yè)生產充分利用自然環(huán)境和生物潛能，在大幅提高單產的情況下保證質量和供應的穩(wěn)定性，具有高產、優(yōu)質、高效、安全、周年均衡生產的特點，有效地拓展了農業(yè)生產的新時空，開創(chuàng)了農業(yè)生產的新天地，使反季節(jié)農產品能根據市場需求源源不斷生產出來，滿足社會對農產品特別是反季節(jié)、高端產品的不同層次的需求。
2. 3 設施農業(yè)智能化促進科技與生產結合， 提高農業(yè)科技創(chuàng)新水平
設施農業(yè)智能化建立在現(xiàn)代生物技術、工程技術和以計算機和現(xiàn)代通信技術為主的信息技術基礎上，對設施農業(yè)新技術的研究、推廣和服務提出了新的要求，并提供了廣闊的發(fā)展空間，智能化的過程實質上就是科技與生產結合的過程、科技創(chuàng)新的過程。因此，設施農業(yè)智能化能有效促進科技與生產結合，加快農業(yè)科技創(chuàng)新步伐。
2. 4 設施農業(yè)智能化為現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展提供典型示范作用
設施農業(yè)智能化集現(xiàn)代工程技術、生物技術和信息技術于一體，使農業(yè)生產不受氣候條件影響，在實現(xiàn)鮮活農產品周年生產、均衡上市的同時，具有較高市場競爭力和抵御市場風險的能力，集約化、商品化程度高，經濟效益好，體現(xiàn)了現(xiàn)代農業(yè)的先進水平和發(fā)展方向， 其存在和發(fā)展為現(xiàn)代高效農業(yè)的發(fā)展提供了一面鏡子， 樹立了一個榜樣， 起著典型示范作用。
3 借鑒國外經驗，推進我國設施農業(yè)智能化發(fā)展的總體思路、發(fā)展重點、關鍵技術和對策建議
3. 1 總體思路
深入貫徹科學發(fā)展觀，借鑒發(fā)達國家發(fā)展設施農業(yè)智能化的經驗，按照農業(yè)現(xiàn)代化建設的要求，堅持以市場需求為導向，以農民增收為核心，以現(xiàn)代科學技術、現(xiàn)代物質裝備、現(xiàn)代產業(yè)體系為支撐，把設施農業(yè)智能化建設作為提升農業(yè)發(fā)展層次的重要平臺，積極引導農戶、合作經濟組織、工商企業(yè)等各類投資主體積極參與設施農業(yè)智能化建設，以設施園藝業(yè)、規(guī)模畜牧業(yè)和特色水產業(yè)為重點，不斷提升設施農業(yè)的智能化水平，加快設施農業(yè)的規(guī)?；藴驶?、產業(yè)化發(fā)展。
3. 2 發(fā)展重點
在貫徹落實現(xiàn)有設施農業(yè)扶持政策與補助資金基礎上，繼續(xù)加大財政對農民專業(yè)合作經濟組織和農業(yè)龍頭企業(yè)的扶持力度，建立設施農業(yè)扶持資金，同時，加大信貸支持力度，在不改變農用地用途的前提下，推進土地規(guī)模流轉，積極鼓勵標準化規(guī)模養(yǎng)殖，扶持由農戶、村級合作經濟組織、工商企業(yè)等各類投資主體建設的設施農業(yè)智能化項目，重點是在完善現(xiàn)有項目的基礎上，加快智能化技術和成果的推廣應用，新建一批規(guī)范化、標準化、系統(tǒng)化的設施農業(yè)智能化項目，主要是具有區(qū)域特色的智能化高效設施種植項目，符合環(huán)評要求且切實做好畜禽糞便等廢棄物無害化處理和資源循環(huán)利用的畜禽養(yǎng)殖項目和特種、精品水產設施養(yǎng)殖項目，逐步形成具有中國特色的設施農業(yè)智能化技術和設施體系，實現(xiàn)大規(guī)模商品化生產，形成高新技術產業(yè)。
3. 3 關鍵技術
目前我國種植和養(yǎng)殖生產中廣泛使用的是簡易設施，如鋼架大棚、簡易大棚和日光溫室，此類設施在技術要求和管理水平上貼近當今農民與農業(yè)實際，具有投入低、資金回收快和易于管理等優(yōu)點，因此在今后很長一段時間里，它們仍是設施農業(yè)的主體。但是，這類設施不適合于高度智能化的環(huán)境調控，目前對其的環(huán)境管理完全依賴于農民個體的栽培經驗、技術水平和知識水平。因此，必須針對上述現(xiàn)狀，以設施智能化為最終目標，全面部署與之相關的智能化關鍵技術的研發(fā)工作，重點如下：一是設施物理環(huán)境因子的信息采集技術；二是設施種植、養(yǎng)殖對象，即生物生產生長過程信息的動態(tài)采集與監(jiān)測技術；三是設施生產整個環(huán)節(jié)所涉及的生產技術的規(guī)范化和標準化技術；四是智能化系統(tǒng)硬件平臺技術，特別是通用性、兼容性和可擴展性方面的技術；五是各類(初期可以主栽品種或主要養(yǎng)殖品種為重點)控制模型、管理模型或專家系統(tǒng)的技術，這是這個智能化系統(tǒng)的核心與靈魂，也是設施智能化工作成敗的關鍵所在；六是設施產品從生產、流通到最終消費的整體產業(yè)鏈條的信息化管理技術，即設施產品溯源技術與系統(tǒng)平臺技術；七是設施生產管理的智能機器技術，包括施藥智能機器技術、采摘智能機器技術等。
3. 4 對策建議
3. 4. 1 規(guī)劃先行
圍繞發(fā)展目標，確定設施農業(yè)智能化發(fā)展總體規(guī)劃，制定年度發(fā)展計劃，明確設施農業(yè)智能化的階段性發(fā)展要求。根據各地的資源特點、傳統(tǒng)優(yōu)勢和產品特色，確定設施農業(yè)智能化發(fā)展的總體規(guī)模和布局，并把節(jié)約資源和保護生態(tài)環(huán)境的意識落實在發(fā)展設施農業(yè)智能化的各個環(huán)節(jié)。
3. 4. 2 政策導向與市場取向相結合
充分發(fā)揮政策扶持導向作用和市場配置資源的基礎性作用，正確處理好設施農業(yè)智能化發(fā)展的經濟效益與社會、生態(tài)效益，眼前利益與長遠利益的關系，把握市場需求變化趨勢， 確定設施農業(yè)智能化發(fā)展方向，充分發(fā)揮各類營銷組織、農民經紀人等市場主體在農產品流通中的作用，一切以效益為重，一切為了農民增收。
3. 4. 3 平衡發(fā)展與因地制宜相結合
堅持從主導產業(yè)、資源條件、工作基礎、農民意愿出發(fā)，建設經濟實用、集約高效、農民歡迎的設施類型，既注重投入傾斜，培育典型，發(fā)揮示范帶動作用，引領區(qū)域平衡發(fā)展， 又要因地制宜，分類指導，實現(xiàn)差別化發(fā)展，形成區(qū)域特色。
3. 4. 4 重點突破與整體推進相結合
按照區(qū)域經濟生態(tài)特點，發(fā)揮市場配置資源作用，形成科學合理的產業(yè)分工和布局。切實加強設施農業(yè)智能化重點項目建設，集中精力，加大投入，扶優(yōu)扶強，加快發(fā)展。同時，高度重視方向性、前瞻性技術與設備的試驗示范和推廣，搞好技術儲備，發(fā)展基礎。
3. 4. 5 注重品牌建設
把創(chuàng)樹名牌作為提升設施農業(yè)智能化水平的重要途徑，制定設施農業(yè)生產技術規(guī)程， 加強投入品管理，實行全程質量控制，實現(xiàn)經濟、社會、生態(tài)效益的有機統(tǒng)一。
