概論
概論
概論
農產品設施農業是在不適宜生物生長發育的環境條件下，通過維護結構設施，
把一定的空間與外界環境隔離開來，形成具有一定程度的封閉性系統，
在充分利用自然環境條件的基礎上，人為地創造生物生長發育的生境
條件，實現高產、高效生產的現代化農業生產方式。廣義的設施農業
包括設施栽培和設施養殖，狹義的設施農業僅指植物的設施栽培。
通常所說的設施農業一般指的是狹義的設施農業，也是本文論述
的範圍。設施栽培是指在外界自然條件不適宜作物生長的季節，
採用地膜覆蓋、塑膠中小拱棚、塑膠大棚、日光溫室、溫室或
連棟溫室等人工設施及相關聯的加溫、保溫、降溫、降濕、通風、
遮光等人工設備裝置，為作物生長發育創造一個相對穩定、適宜
的環境條件而進行的栽培。目前主要是栽培蔬菜、花卉、瓜果、
藥材、特色植物和培養食用菌。荷蘭廣泛採用設施農業，使鮮花
四季供應國內外市場；以色列用先進的微灌系統裝備農業，
成為世界農業高效用水的國家；歐美利用農業設施，建設規模
巨大的現代化畜、禽養殖場；日本和東南亞一些國家近海養殖
也廣泛採用人工設施。目前已開發國家已將計算機和自動控制技術
套用於設施農業，使生產效率成倍提高。
國內外設施農業的現狀及發展
設施農業也稱為工程農業和控制環境農業，即通過人工控制環
境因素來滿足植物生長發育需要的條件從而獲得最大經濟效益。在
設施條件下，植物生活要素都可以實施人工控制，這就使人類在植
物不能生長的環境和季節中種植植物成為可能。
設施農業已經使許多國家大幅度增加了作物產量，並將對人類
未來的食物供給起重要的作用，估計到2025年世界人口將達到85
億，要增加食物供應，就必須增加土地的產出量，受氣候條件的限
制，世界上許多國家的農產品常常只能在一個季節進行生產，而不
能周年生產，設施農業則能解決這一問題。
近幾年，世界設施農業發展迅速，各種新型建築材料給各類農
業設施的建設創造了有利條件，設施條件下的作物生產管理技術大
大提高，設施面積和產量迅速增加。
世界上許多已開發國家在資金上大力支持設施農業的發展。荷蘭
建造溫室幾乎全部由政府優惠貸款，在溫室生產運行過程中低價供
應天然氣；日本農戶要建溫室，90％的資金由國家和集體支付，只有
10％是由農戶自己支付；以色列政府每年撥款8000萬美元建造
溫室。目前，國外一些設施農業技術先進的國家已能夠按照作物生
長的最適宜生態條件，在現代溫室內進行四季恆定的環境自動控
制，使其不受氣候和土壤條件的影響，在有限的土地上周年均衡的
生產蔬菜和鮮花。
荷蘭、英國、法國、德國等歐洲國家以及日本現代溫室的面積
大、技術先進，不僅結構牢固合理，通過自動化智慧型化的裝置能自
動控制設施內的溫度、濕度、光照、通風、二氧化碳濃度，進行有效的
施肥和灌溉管理作業，實現機械化或部分機械化，勞動生產率和單
位面積優質農產品產出率大幅度提高，
世界設施農業技術發展很快，已開發國家已形成成套技術、完整
的設施和生產規範，並在向高層次、高科技和高度自動化、智慧型化
方向發展，將形成完全擺脫自然的全新技術體系。世界設施農業比
較發達的國家主要有：北美的加拿大和美國；歐洲西部的英國、法
國、荷蘭、義大利和西班牙；非洲和中東的以色列、土耳其；亞洲
和大洋洲的日本、韓國、澳大利亞等。這些國家的地膜覆蓋、塑膠
大棚和溫室等設施面積遠不如中國大，但薄膜的質量和機械化、自
動化程度較高，設施農業環境調控技術先進.美國有著發達的設施
農業生產技術，農業設施製造商有多家。在溫室建築材料上，溫室
骨架幾乎全部用鍍鋅鋼、鍍鋅管和鋁合金，具有透光、保溫性能好、
耐用、不易破損、防火性能強的聚碳酸酯板已進入作為牆體建築材料
的實用階段，覆蓋材料除了玻璃以外，出現了玻璃鋼和雙層充氣薄膜。
美國開發的高壓霧化降溫、加濕系統以及夏季降溫用的濕簾降溫系統
處於世界領先地位。
設施農業在中國有悠久的歷史。但由於科學技術落後，
生產力低下，設施農業發展極其緩慢。新中國成立以後，因生產關
系的改善，科技水平的提高，促進了設施農業在實踐中不斷總結、
完善和提高，由原始的風障畦、火炕育苗，發展到風障小拱棚、溫
床最後發展到今天的地膜覆蓋、塑膠大棚、日光溫室、玻璃溫室以
及現代工廠化栽培設施。
我國農作制度的歷史演進
我國是世界第一人口大國，面對人口增長，生活水平提高，社會
對農業產品需求數量的與日俱增，發展中的我國農業自足問題，
倍受國內外各界廣泛關注，歷史上的食物安全問題，長期困擾著
我國政府和平民百姓，21世紀誰來養活中國問題的出現，不難理解。
對此，藉助科學技術進步，發展農作制度，增進農業生產潛力，
高效利用有限的農業資源，保障農產品有效供給，任重道遠.
農作制度是農業的技術核心，同時也是社會生產力水平在農業
領域中的集中體現。隨著社會生產力的不斷提高和生產條件的逐步
改善，農作制度也在不斷得到充實、提高和完善。因此，農作制度
的發展具有相對的穩定性和明顯的階段性。世界農業發展史上，農
作制度的發展階段雖無統一的劃分標準，但大都經過以下幾個階
段。當然，因各國的自然與社會經濟條件的差異，農作制度各階段
的長短與發展形式也各不相同。
1.撂荒制階段
氏族社會早期，原始先民們在聚居點附近選擇易農的土地，通
過刀耕火種，種植作物，單純依賴土壤自然肥力進行生產，土地連
種一段時間，待地力耗竭不能繼續使用時，進行撂荒以恢復地力。
這種通過棄耕或撂荒任其自然植被恢復土壤肥力的農耕方式稱之謂
“撂荒制”。
撂荒制又分為兩個亞階段：一是“生荒制”，二是“熟荒制”。
在“生荒制”階段，先民們只選擇原始生荒地進行開發利用，進行
農耕，幾年后土壤肥力下降，棄耕另闢新的生荒地利用。農史考證
認為，我國的生荒制起始於新石器時代的國中期（6000-7000年以
前），當時人口稀少，土地私有制還沒有發生，使“生荒制”成為
可能。氏族社會後期，隨著生產力的發展，人口的增加，部族逐步
形成並定居，土地私有制逐漸產生，同時宜耕的未墾荒地面積不斷
減少，在社會對農產品需求增多的情況下，不得不重新開墾早先棄
耕的土地，從而使原始的撂荒制由“生荒制”逐步轉向“熟荒制”。
熟荒制的土地撂荒時間一般為20-30年，使用期3-8年。歷史考
證，我國熟荒制盛行於新石器時代晚期，經由夏、商奴隸制早期發
展，至周開始步入休閒制階段。我國除高寒、乾旱及邊遠地區外，
現階段已無撂荒制。國外在東南亞、非洲、南美洲等熱帶人口稀少
地區還有存在。
2.休閒制階段
隨著社會進一步發展及人口增加，土地世襲，商業的出現，對
土地的利用程度要求提高，棄荒年限逐漸縮短到1-2年，進入了
休閒耕作制。在休閒耕作制階段，休閒時間縮短為1-2年，隨後
種植作物1-2年。歐洲中世紀盛行三圃制（小麥→大麥休閒）
時間長達多1000年。我國在周朝已開始出現休閒制，比歐洲早
多1500年，到春秋戰國休閒制開始盛行，此時出現了鐵犁，從人
耕發展到畜耕，耕作效率大為提高。《呂氏春秋》中有“勞者欲息，
息者欲勞”的記載，《周禮地官》（公元前1-2世紀）中有“不易
之地家百畝（指連年種），一易之地家二百畝（指種一年休一年），
再易之地家三百畝（指種一年休二年）”。西漢時期的《汜勝之書》
中“田，二年不起稼，則一歲休之”，說明休閒已縮短至一年。當
前，休閒制在我國半乾旱地區和邊遠地區尚有少量存在，而在美國
中西部、俄羅斯草原、澳大利亞等半乾旱地區仍然程度不等地
實行。
3.輪種制階段
隨著人口增加、生產力的發展、生產條件與工具的改進，休閒
進一步減少，取而代之以不同作物種類的輪換種植，從而過渡到輪
種制。我國輪種制從戰國時期已開始，漢魏晉南北朝以後，逐漸占
據主導地位，一直盛行到20世紀上半葉，時至今日，仍是中國重
要農作制度之一。歐洲在17、18世紀以後，英國的諾爾福克四圃
輪栽制（穀物蕪菁→穀物三葉草）替代了長期盛行的三圃制，
進入輪種制階段。輪種制的主要特徵是土地利用率達70％-100％
，用有機肥、豆科作物輪作恢復地力，19世紀以後，化肥開
始套用，大大提高了生產能力。在種植方式上既有輪作換茬，也有
連作或自由作。
我國盛行禾穀類作物與豆科作物、綠肥作物輪作，在南方稻田
盛行水旱輪作，在複種地區盛行複種輪作。北魏賈思勰（公元世
紀）在《齊民要術》中指出：“凡谷田，歲易為上”、“稻無所緣、
唯歲易為良”、“凡谷田，綠豆、小豆底為上，麻黍、胡麻次之，蕪
菁、大豆為下”，表明輪作換茬是恢復土壤肥力的一種有效手段。
與西歐不同的是，在中國農學史上始終沒有形成像四圃制的那種有
規則的輪作，也未曾將多年生牧草廣泛地包含在農作制度之中。
進入輪種制以後，土壤耕作技術亦有了較大發展。《呂氏春秋
任地篇》曾指出：“五耕五耨”。東漢王充在《論衡》中提出“深耕
細鋤，厚加糞壤，勉至人力，以助地力”。《齊民要術》中指出“秋
耕欲深，春耕欲淺”。南北朝時期，黃河流域已形成旱農保墒耕作的
技術體系，出現了耙耱等工具。唐宋時，南方形成了一套乾耕深
耕耙耖結合的稻田土壤耕作技術體系。
4.集約制階段
集約制是生產力要素（包括肥料、作物和勞力）高度集中以實
現農田高產出、高效益的一種農作制度。大致以工業革命的全面興
起為分界，可將集約制分為傳統集約制和現代集約制兩個時期。我
國古代農業在傳統集約制時期在世界上處於領先地位，而現代集約
制則始於西方實行工業化較早的國家。
我國的傳統集約制主要包括精耕細作和多熟種植兩個方面。在
精耕細作方面，我國勞動人民創造了許多先進的經驗，集中體現在
精細耕作、多施糞肥和加強管理上。這些精耕細作措施使單位土地
面積的產量有了極大的提高。在多熟種植方面，我國古代勞動人民
更是積累了豐富的經驗。主要體現在如下幾個方面：①選育早熟品
種，合理搭配農作物種類。《齊民要術》中詳細論述了早熟品種的
特性與選擇要點。西漢時期的《汜勝之書》中記載種植秋種夏熟的
冬麥，變冬閒為冬種，使夏秋兩熟成為可能。②育苗移栽。育苗移
栽始見於水稻，早在東漢時代的《四民月令》已有記載，唐代得到
較為普遍的套用，涉及油菜、甘藍、棉花及蔬菜等多種作物。③間
作套種。早在三國、兩晉、南北朝時期，我國就有了套種的實踐，
《齊民要術》中有桑間種植禾豆“不矢地力，田又調熟”的記述。
此後經過不斷實踐提高，使以套種為主體的間作、混作、套種形式
豐富多彩。間作套種的廣泛套用，在很大程度上緩解了多熟種植中
作物生育期重疊的矛盾，極大地提高了單位土地面積的生產能力。
④促進早熟栽培技術。對具有無限生長習性的作物，比如棉花、蓖
麻、甘薯等，通過整枝、摘心、打杈、控制作物生長等措施，可促
進早熟。明朝徐光啟在《農政全書》中對“植棉短桿”技術作了詳
細的論述，這些促早熟技術也廣泛套用於果樹、瓜類作物上。⑤增
溫栽培。利用天然溫泉水、火室、火炕等簡易設施和栽培技術栽培
反季蔬菜，在我國有悠久的歷史，限於條件，這種原始的設施農業，
在當時雖無足輕重，卻也奠定了今日現代設施農業的認識與技
術基礎。
現代集約制是以現代農業科學技術為依託，並且不斷得到其他
科學領域研究成果的支持與促進。由於人們對作物生長發育所需的
許多條件進行有效的調控，使現代集約化農業已在很大程度上擺脫
了自然的束縛，而根據人類的需要進行生產。與傳統集約制相比，
現代集約制在以下幾個方面有了明顯的發展和突破：①作物營養供
應。化肥生產業的迅猛發展使作物種植在較大程度上擺脫了自然土
壤肥力的約束，使作物生長的營養需要可以較為容易地得到最大限
度的滿足，作物產量得到極大提高；作物營養學的不斷發展，均衡
營養理論的廣泛套用，定量施肥、配方施肥、平衡施肥等科學的施
肥方法得到了普遍的套用；現代無土栽培技術已能做到根據作物對
營養的需要，配製成全營養液，隨時滿足作物的需要，使得沙培、
水培、基質培等栽培方法得到迅速發展，極大的提高了作物的生產
潛力。②作物生長條件的控制。傳統的集約制主要是通過精耕細作
與多熟種植來最好地適應和利用自然條件，從而獲取高額經濟回
報。而現代集約制在充分發揮這些成果的同時，已逐步向控制與改
變自然條件的方向發展。特別是近些年設施農業技術的發展，使人
類逐步步入對作物生長發育所需要的溫、光、氣等生態因子進行全
方位調控的階段，從而實現了許多作物的反季節生產和周年生產，
實現了許多農產品的周年供應，極大的滿足了人們的生活需要。
③作物種群的不斷豐富。現代育種技術，特別是雜交育種技術的發
展，使作物種群的生活特性有了巨大的改觀。主要類型作物的早、
中、晚熟品種齊全，為合理密植多熟種植提供了良好的基礎。
④機械化、自動化水平和農業的管理水平有了極大的提高。動力機
械的開發和廣泛套用，使耕、種、收等農事活動變得簡便易行，極
大的提高了耕作效率。同時，隨著科學技術的不斷發展，自動化技
術也廣泛套用於農業生產之中，如自動監測土壤墒情，自動施肥，
都使人們減少了對自然的依賴性，也使人的主觀能動性得到了極大
的發揮，農業生產逐漸擺脫了傳統集約制下的自給、封閉模式，逐
步走向開放、聯合、大規模的工業化生產形式
我國發展現階段所面臨的問題
社會需要與資源的可能是確立科學農作制度的前提，更是農業
可持續發展決策的重要依據。
（一）人口增長、人均資源數量下降,難以逆轉.作為人類衣食之源
的農業賴以發展的特殊生產資料-土地，人均占有數量因人口增加
而減少.
（二）傳統生產方式和低下的資源轉化效率.
我國農業人口多，擴大再生產能力低，許多農區沿用傳統的生產方式，
手段落後，科學技術含量低，相當範圍自給性生產為主，缺乏商品
競爭能力。因為欠缺擴大再生產能力，農業經營粗放，資源利用效率不高。
（三）農業生態環境惡化
受制於我國地形地貌條件，山多田少，迫於人口壓力，為濟糧
食短缺的燃眉之急擴耕日甚，森林被覆度不足14％。因為林草退縮,
破壞了水源涵蓋條件，助長了水土流失、草原沙化風蝕。氣候
惡化，暴雨大風，沙暴揚塵，低溫冷害和水旱災害發生頻繁。
此外，我國整體環保意識水平不高，工業三廢、農業生產和生活
排污不加節制，使大量的地表水、地下水受到城市污水、農藥、
化肥殘留的污染，造成農業生產的外部環境和內在環境惡化。近年
來由於片面地追求政績、追求利潤最大化、掠奪式經營造成了諸如：
耕地資源銳減、水資源污染和短缺、土地沙化和沙漠化、水土流失、
森林破壞、草原退化、物種銳減和珍稀動植物瀕臨滅絕、自然災害
頻繁等問題，致使農業生產的外部環境嚴重惡化。在農業生產內部，
人們在生產過程中也有意或無意地造成了各種環境問題，如農藥、
化肥的過量和不合理使用，污染和破壞了土壤和水環境；農牧區
大量使用農藥，造成有害生物的天敵減少或滅絕，破壞了生態平衡，
使一些有害生物失去了天敵的制約，更加猖獗；長期使用化肥使
土壤結構破壞、理化性狀惡化、彈性下降、生產力降低；部分
農民在生產過程中，不注意土壤培肥，使土壤肥力降低；農用地
膜的大量使用，帶來的白色污染等問題普遍存在。所有這些內在
的、外在的環境問題，相互作用、相互影響，共同制約著我國農業
的可持續發展。
（四）農產品相對過剩，農民收入增幅下滑
我國農業在東南亞金融危機的波及下，國內外農產品市場疲軟
的影響下，出現了農產品相對過剩的局面。近幾年農業連續豐收，
農產品供求形勢發生了重大變化，主要農產品的供給較為充裕，由
過去短缺轉變為結構性相對過剩。國內糧食供給相對剩餘，庫存幅
度增加，價格低迷；國內棉花也由於市場需求一直疲軟而大量積
壓，庫存暴滿。一些地區的蔬菜、水果、畜產品供給總量趨向飽
和、滯銷，價格大幅度下跌。這種狀況造成了農業增產而農民不增
收，或增產與增收嚴重不同步的局面，致使農民收入出現了改革開
放以來從未有過的收入增幅連續幾年大幅度下降的現象。
(五) 設施農業的類型結構和區域布局不盡合理
我國是一個季風氣候顯著的國家，冬春季節三北地區、青藏高
原、雲南高原晴天多，日照百分率超過，光照充足，是發展
設施農業生產的有利條件。但我國地處歐亞大陸東部，季風發達，
大陸性強，氣溫的年變化很大，冬季嚴寒，夏季酷熱，冬季氣溫比
同緯度其他國家要低，而且愈向北方，偏低愈甚。
(六) 科技總體水平低
我國設施農業面積雖居世界第一位，但仍以簡易設施為主，設
施環境可控程度與水平還很低，抗禦自然災害的能力差，遇到災害
性天氣和年份生產沒有保障，農民遭受損失較大，市場供應出現波
動。設施農業工程還是分散的，以小型的鄉鎮企業為主，尤其在
“硬體”的生產與製造方面技術水平、工藝水平不高。設施栽培管
理，多以傳統經驗為主，缺乏科學的種植體制和管理體制，缺乏量
化指標和成套技術，致使作物的產量水平低，平均單產與已開發國家
相距甚遠。
(七) 機械化水平低
目前，我國設施栽培中溫、光、氣的測試設備、調控設備和儀
器基本上是空白，仍然處在依靠經驗或單因子定性調節控制階段。
適用於農業栽培設施內的小型作業機具缺乏，除在大棚內採用小型
拖拉機進行耕地作業外，基本上是依靠人力作業，不僅勞動強度
大，且環境條件十分惡劣。
(八) 作物種植體制不合理
大部分地區在設施條件下進行生產，由於受生產規模及作物種
類的限制，以及長期的傳統生產習慣的影響，在作物種植體制的確
定和安排上不盡合理，常常存在一些問題。如作物種類單調，茬口
安排不當，輪作周期短，重茬嚴重，以致作物病蟲害較重，不僅增
加了病蟲防治上的開支，而且降低作物的產量和產品的品質；生產
季節安排不合理，造成作物的主要生產時期與市場的“黃金”銷售
期相脫節，產品上市後價格低，導致經濟效益下降；或者生產的作
物產品檔次低，價格低廉，效益不高。
(九) 設施栽培技術不配套
設施栽培不同於大田栽培，對栽培技術要求較高也較嚴格，應
該形成從品種選育、栽培技術到市場管理等一套完整的規範化技術
體系。我國設施栽培由於起步晚、基礎差，又受經濟實力不足的影
響，雖然進行了研究和開發，也形成了一批符合國情的實用技術，
但綜合套用研究還不夠深入，還存在著缺乏專用栽培品種，栽培技
術不配套、不規範、量化指標少，栽培管理主要靠經驗等情況，致
使產品產量低、品質差，不穩定。
興起
設施農業在我國古已有之。早在2000年前我國就有利用暖房栽培蔥、
韭供皇室御用的記載，可謂最早的設施農業。然而受制於設施
條件和技術手段，設施農業發展十分緩慢，難成規模。新中國
成立後，工業的進步及科學技術的發展，為設施農業的興起提供了
條件。從東部的杭嘉湖到西部的塔里木盆地，從南方的西雙版納、
海南島到北方的三江平原、黃土高原，各種類型的農業設施如雨後
春筍，層出不窮。從簡單的地膜覆蓋到具有現代化自動控制光溫設
備的大型工廠化設施，都已取得了不少成功的經驗。現在的設施農
業已超越早先的瓜、菜、花卉等園藝作物，廣泛地用於大田作物、
水產養殖、畜禽飼養、林果生產等農業的諸多領域。目前，初級
工廠化的棚室生產方興未艾，並已開始朝向自動控制式的高級
工廠化方向發展；工廠化養殖，按照畜禽的生理要求，藉助
設施畜牧業手段，套用配合飼料，人工通風、保暖、採光、供水，
縮短存欄期，提高出欄率，成功地緩解了我國城市“肉奶蛋”
供應矛盾。另外，暖棚和網箱養魚等設施水產業，效益也很顯著。
因而，設施農業已成為當今我國農業高度集約化經營的最佳去處。
可以說，時至今日的農業生產已與設施農業結下了不解之緣，
離開設施農業，我們的菜籃子將重新變空；離開設施農業，
我們的米袋子也會逐漸變癟，我國已經離不開設施農業了。
作用和地位
設施農業促進了農業結構調整，提高了產量，增加了農民收入.設施
農業在一定程度上克服了傳統農業難以解決的限制因素，使農作物
在露地不能生長的寒冬季節和環境中能正常生長，為農業結構的
調整創造了條件。園藝設施的大面積運用，反季節生產、周年生產，
擴大了蔬菜、果樹等園藝作物的面積，增加了總產，解決了城鄉
人民淡季蔬菜供應問題；地膜的廣泛運用，通過增加有效積溫、
保墒等作用，提前或延後農作物生育期，增加熟制，使熱量稍
顯不足的地區由一年一熟變為一年兩熟，受水分限制的乾旱農區增
加了複種。通過農業設施增加糧食作物的生產周期，增加複種指數
成為可能。雲貴高原、黃土高原、秦巴山區的地膜玉米、地膜小麥被譽
為“白色革命”“、溫飽工程”；地處北熱帶的雲南西雙版納運用地
膜實現了玉米冬種，充分利用土地資源、氣候資源，增產了糧食。
所有這些都表明，設施農業可以有效地促進我國農業結構的調整。
設施農業在促進農業結構調整的同時，加強了資源的集約高效利用
大幅度增進了系統生產力，提高了經濟效益，增加了農民收入。
在傳統的農業生產方式中，農業生產呈徘徊局面，產量很難有
較大幅度的提高。設施農業的興起與發展，使低產地區低產變高
產、高產地區高產再高產成為現實。同時設施農業巨大的產量及經
濟效益，使一畝地可以當幾畝地甚至幾十畝地用，有助於退耕還
林、退耕還草、恢復植被、固沙保土、調節氣候等生態措施的實
施，有助於實現較大範圍內的生態良性循環，改善農業生態環境，
支持農業可持續發展。
農業工程是研究農業生物體在生長、繁育、貯存和加工過程中
與環境及各種技術手段之間關係的科學，也是人類運用各種科學
知識改善自然條件和生態環境、增加農業產出量的綜合技術體系。
農業設施是農業工程學科最具典型的分支學科領域，以農業設施
為主體形成的設施農業實質上是一種“工程農業”，它涉及到工程
材料、建築、設計、控制、塑膠、生物、物理、化學、土壤、植保
等眾多領域，科技含量比較高，要求實現多學科配合與協作攻關，
廣泛套用多學科的研究成果。因此，設施農業可以容納多學科的
研究成果，使這些研究成果儘快轉化為現實生產力，從而提高
農業科學技術對經濟成長的貢獻率，促進我國農業的可持續發展。
二、強化人類對植物生活要素調控的力度
依照植物生活要素的同等重要與不可替代律的法則，不間斷地
克服限制因素，全面滿足植物生長發育對光、熱、水、氣和礦質營
養物質的需要，是農業增產的基本技術原則，也是農作制度發展的
實質所在。據此，以可控的技術手段，儘可能使植物生活要素處於
最佳的組合狀態，是使植物生產力逐步逼近最大光合生產力的技術
關鍵。傳統生產條件下的農作制度對植物生活要素的調控僅局限於
對“土地因素”的調控，難以實施對“宇宙因素”的調控。設施農
業一反傳統的生產方式，依託農業工程技術和生物科學技術的進
步，以可控的技術手段，將部分或大部分環境條件置於人工調控之
下，強化了植物生活要素的調控力度，使人類對植物生活要素進行
全方位調控成為可能，必將推動我國多熟集約農作制度步入一個可
持續發展的新領域。
三、助於資源利用效率的提高
農業的發展在於不停地克服植物生活要素中的限制因素，持續
增進有限資源的生產潛力，並使有限資源的潛在生產力轉化成為現
實生產力。設施農業以可控的工程技術措施，儘可能地使植物生活
要素處於最佳的組合狀態，既能持續增進資源生產潛力，又利於充
分發揮農業生物內在的生產潛力。廣泛用於大田生產的地膜覆蓋，
可以在很大範圍內使土壤水分無謂的物理蒸發化為有效的植物蒸
騰，以提高水分利用效率；同時由於地膜覆蓋也使耕層土壤的水、
熱狀況有了改善，根際微生物得以活化，增強了根系的吸收能力，
提高了肥料利用效率；此外，地膜覆蓋還具有一定的增溫效果，可
以相當程度地抗禦低溫冷害，爭得有效積溫，促進作物的生長發
育。塑膠棚、室之類栽培設施，由於薄膜的阻隔，將田間傳統生產
條件下大氣範圍的“三水循環”，約束於設施內成為小範圍的“三
水循環”，水分利用效率顯著提高；由於設施範圍內的水、熱狀況
好，在礦質營養不成為限制的條件下，光合時間長，光合效率高，
極大地提高了土地生產力，農業保護設施形成的“溫室效應”，使
反季節栽培、多熟種植、周年生產成為可能，極大地提高了土地利
用效率。
四、較好地滿足社會增長中的需求
人口多、耕地少、水資源短缺是我國的基本國情。隨著國民經濟發展，
我國對農產品的需求總量將日益擴大。對糧食和農產品的廣泛需求，
給農業帶來的壓力將十分沉重，因此，在世紀要實現中國人自己養活
自己億人口的宏大目標，一方面必須保護好現有的自然資源，治理
好水土流失，扼制住土地沙化，擴大森林資源，改善農業生態環境，
促進農業資源的可持續利用，實現農業持續增產；另一方面，要進
一步發展科技含量高，產品附加值高，土地生產率高和勞動生產率
高的現代設施農業。設施農業在可控條件下生產，較為“得心應手”
地實施植物生活要素的全面調控，土地生產力相當於傳統生產條件
下的幾倍、十幾倍乃至幾十倍，可以緩解糧食作物與經濟作物、
蔬菜及其他特種植物爭地矛盾，確保糧食作物面積穩定在安全線以
上，通過地膜、水利設施面積的擴大，改善農作物的生長條件，
有利於提高單產，持續滿足人口增長對糧食、蔬菜等農產品的需求，
實現中國人養活中國人的宏偉目標。同時通過設施農業，可以根據
國際市場的需要生產出各種特色產品，擴大創匯農業。
五、開闢了我國農作制度發展的新領域
近代科學技術的進步，使多種新技術、新材料、新設施在農業
上集成興起的設施農業，使農業的分散性、時空變異性發生了根本
的改觀，不僅強化了對水、肥等土地因素的調控力度，還能根據植
物生長發育的需要對宇宙因素進行調控，從而使人類對植物生活要
素調控由土地因素步入宇宙因素進行全方位調控成為可能，為農作
制度的發展提供了新的機遇和領域。
農作制度發展的重要選擇
設施農作制度是設施農業與農作制度結合的產物。
農作制度演進的歷史是人類對植物生活要素不斷調控的過程。
以往傳統農業時期，人類對植物生活要素的調控僅局限於對水、肥
等土地因素的調控，通過施肥、種植豆科植物、灌溉等措施增加肥
力因素，改善肥力條件，提高對光、熱、氣等宇宙因素的利用效
率，但限於科學技術水平難以對宇宙因素實施調控。設施農業在人
工可控的條件下，實施生活要素的全方位調控，可以解決農業生物
種群生長發育階段對生活要素的需求與光、熱、水、氣、礦質營養
季節分配不相吻合的矛盾，在一定程度上克服了傳統農業難以解決
的限制因素，使資源配置合理，可以增加作物產量，改善品質，延
長生長季節，並能使作物在露地不能生長的季節和環境中正常生
長，加強了資源的集約高效利用，從而大幅度增進了系統生產力。
設施農業由低級向高級發展的過程使得人類對植物生活要素進行全
面調控成為可能，與設施農業相配套的設施農作制度也就成為我國
農作制度發展的一個新方向。
研究的目的與意義
當今在“人口、資源、環境與食物”的矛盾日益嚴重的情況
下，設施農業發展方興未艾，雖然也開始向種植業、林、果、水產
和畜牧業領域擴展，但仍多局限於蔬菜、花卉生產的範圍。現階段
國內外已有的關於設施農業的研究也多局限於設施園藝作物的領
域，側重於對設施農業的結構特點、建築材料、建築工藝、結構優
化設計的計算機軟體、以及瓜菜類作物的光合作用特點、光合產物
的積累、運輸與分配規律、基因型之間的差異、病蟲害防治等方面
的研究。一些地區在規模化、產業化生產方面也取得了成功的經驗。
以往的農作制度的研究多集中於大田農作制度的範圍，並也取得了
豐碩的成果。但是對設施條件下不同類型種植體制資源高效利用
的基本理論和基本規律等涉及農作制度方面的研究未見報導。
進行設施農作制度構建的理論及技術體系研究，可以較好地解
決高產高效設施栽培的理論及技術問題，充實農作學的理論及技術
體系，有助於促進農作制度持續高效發展，有助於緩解人口增加與
資源短缺的矛盾，有助於西部地區退耕還林、生態重建工程的實
施，有助於農業生產結構調整與農民增收，有助於實現有限資源生
產力的持續提高。
研究的內容
隨著我國設施農業的迅速發展，研究與之配套的設施農作制度
的理論及技術體系勢在必行。設施農作制度是農作學科的一個新的
研究領域，應從以下幾個方面進行深入研究：
1.設施農作制度構建的理論研究
(1) 設施條件下強化植物生活要素調控力度的機理-主要研究
設施條件下植物生活要素之間的互作效應及其對作物生長發育的影
響，揭示生物生長發育的障礙因素，探索設施條件下作物高產高效
栽培和環境條件綜合調控的理論基礎。
(2) 設施條件下不同類型種植體制資源高效利用機理及模式
主要研究設施條件下的資源生產潛力，探求設施條件下不同類型種
植體制資源高效利用的機理及模式。
(3) 構建設施農作制度的理論體系-主要研究集約高產高效設
施農作制度構建和持續發展的認識基礎。
2.設施農作制度的技術體系研究
(1) 設施條件下的作物種植制度-主要研究設施條件下的作物
布局、輪作連作、茬口安排、茬制、立體種植、種植方式等一系列
技術措施。
(2) 設施條件下的作物生活要素綜合調控制度-主要研究在栽
培設施內，如何為作物創造最適宜的光、熱、水、氣和土壤養分等
環境條件的綜合調控技術和措施。
研究方法
運用計算機自動採集數據系統及人工觀測相結合的方法，獲取
設施條件下光、溫、水、氣、肥等植物生活要素之間互作及作物的
生長發育和生理變化等方面的基礎資料；通過定位試驗、公式概算
和數學模型模擬、分析比較相結合的方法研究設施條件下光、溫、
水等資源的變化規律、特點及其生產潛力；通過統計分析、數學模
型模擬等手段研究植物生活要素之間的耦合性、互作效應、以及與
作物生長發育的關係，揭示生物生長發育的障礙因素，為構建集約
高產高效設施農作制度奠定基礎。
綜合自然條件、社會需求、農業設施類型、作物品種、管理技
術等方面的因素，藉助農作學、農業生態學、作物栽培學、農業氣
象學、農業系統工程學、材料學等相關學科的基本理論，採用巨觀
研究與微觀研究相結合、定性分析與定量研究相結合、定位試驗與
調查研究相結合、統計分析與數學模型模擬相結合的方法，確立設
施農作制度構建的理論和技術體系。使本文所形成的認識能夠用於
指導我國設施農業的高效持續發展。
概念
設施農作制度是指一個地區或生產單位在設施條件下的作物種
植制度及與之相適應的作物生活要素調控制度的綜合技術體系。
即，包括作物種植制度和作物生活要素綜合調控制度兩部分
設施條件下的作物種植制度
設施條件下的作物種植制度是根據社會需要與資源可能，確立
一個地區或生產單位在設施條件下的作物種植模式與關於高效利用
資源的熟制、輪作、種植方式等實現的戰略及生產技術體系。包括
確定在設施條件下種什麼作物（糧食作物、經濟作物、蔬菜、果
樹、藥材、花卉等），各種多少，種在那種設施條件下，即設施栽
培布局；作物在設施條件下一年種幾茬（茬制）？即設施條件的季
節利用和周年利用問題；種植作物時採用什麼樣的種植方式，即單
作、間作、混種、套種、假植、吊種等；不同生長季節或不同年份
作物的茬口安排，即輪作或連作問題。
單作是在同一設施條件下的土地，種植一種作物的種植方
式，也稱清種、淨種或純種。
間作是在同一設施條件下的土地上，同期分行或分帶相間種植
兩種或兩種以上作物的種植方式。如黃瓜間種油菜、黃瓜間種芹
菜等。
混種是在同一設施條件下的土地上，同期混合種植兩種或兩種
以上作物的種植方式。
套種是在同一設施條件下的土地上，在前茬作物生長後期的株
行間播種或移栽後茬作物的種植方式。
假植是秋、冬季節把在露地已長成或半成的商品蔬菜作物連根
掘起，密集囤植於某種設施內使其繼續生長，於冬春供應市場的種
植方式。
吊種是在一定設施內利用上部空間（地播作物的空間或株、行
間的空隙）合理利用光照、溫度等條件，進行吊兜、吊盆、吊箱、
搭鋪栽培的一種種植方式。
茬口是作物在輪作連作中給予後作物以種種影響的前茬作物及
其茬地的泛稱。在設施栽培中通常按栽培季節來劃分作物茬口，一
般可分為茬，即：春茬、夏秋茬、秋冬茬、越冬茬、冬
春茬。
茬口安排是指在同一設施內的土地上，在一定的生產周期內安
排作物種類、品種及其前後茬的銜接搭配和排列的順序。
熟制（茬制）是在同一設施條件下的土地上，一年內種收作物
的次數。目前設施栽培中常見的栽培茬制有：一熟制、兩熟制和多
熟制。
作物生活要素綜合調控制度
設施條件下的作物生活要素綜合調控制度是與作物種植制度相
適應的以作物生活要素調控為中心的一系列技術措施，包括各種設
施的布局與建造、各種設施內光照、溫度、濕度、空氣、養分等主
要生態因子的調節與控制等技術手段或措施。
在植物的正常生長發育過程中，需要光照、溫度、水分、養分
和空氣等因素，這些因素不是單獨與植物生育發生關係的，而是互
相聯繫互相影響的綜合因素，也就是綜合因素所構成的綜合環境條
件。例如，在農業保護設施內冬季光照弱時，雖然其他因素得到滿
足，但因光照不足而使果菜作物的同化量減少，造成根系生長不
良；根系生長不良吸收養分、水分少，其結果同化產物少而影響地
上部的莖葉生長和花芽分化，容易引起落花落果或果實生長不良而
減產。因此，在農業保護設施內，冬季的光照是果菜生育的限制因
子，在弱光下溫度和水肥管理不當，果菜作物的生育更受到限制。
所以，在設施農業生產中，無論哪一個環境因子都有同等重要性，
都不可被忽視。
設施條件下的作物生活要素綜合調控制度的主要作用就是通過
人為的調控措施來協調作物與環境條件之間的關係，使作物生長在
最適宜的環境條件下，使其生產潛力得到最大的發揮，生產出豐富
優質的農產品，滿足社會發展的需要。
制定設施條件下的作物生活要素綜合調控制度，必須研究以下
幾個問題：
1.首先研究設施環境條件下，植物正常生長發育與哪些環境
因子有關；各個環境因子對植物有何影響，求出定量關係，得出制
定環境調控管理的依據。
2.研究農業保護設施的結構、性能，為確立環境調控的基本
方法，改進農業保護設施，提供科學依據。
在上述兩方面研究的基礎上，研究制定出最佳的綜合環境
調控制度。
二、設施農作制度與傳統農作制度區別的特點
1.植物生活要素的調控力度大
傳統農作制度對植物生活要素的調控僅局限於對水、肥等土地
因素的調控，不僅調控力度低，且難以對宇宙因素實施調控。設施
農作制度在人工控制的條件下，可以實施對植物生活要素的全方位
較大力度的調控，解決農業生物種群生長發育階段對生活要素的需
求與光、熱、水、氣、礦質營養季節分配不相吻合的矛盾，使作物
在露地不能生長的季節和環境中正常生長，加強了資源的集約高效
利用，從而大幅度增進了系統的生產力。
2.集約化程度高
精耕細作，集約種植是傳統農作制度的主要特點。設施農作制
度在傳統農作制度精耕細作、集約種植的基礎上，與新材料、新技
術套用密切結合，進一步實現了技術、資金、物資、勞力、機械等
綜合輸入；通過多種作物在空間上多層次配置、在時間上多茬次安
排，建立多序列演替的複合群體，實現了集約化程度的進一步提
高；充分發揮技術的整體效應，提高勞動生產率，大幅度提高單位
面積農產品的產量、質量和產品的附加值，從而提高商品率，增加
經濟效益。
3.受自然條件的限制程度低
傳統農作制度受光、熱、水、土等自然條件的影響比較大，熱
量、水分不足往往是增加複種和實行多熟種植的主要限制因素。在
設施條件下，人類對環境條件的控制程度有了很大提高，可以根據
作物的要求進行調控，為作物的生長發育創造最適宜的環境條件，
降低了自然條件對作物生長發育的限制，從而實現了反季節栽培、
早熟栽培、延後栽培、炎夏栽培、軟化栽培、假植栽培等多種栽培
形式，為形成多樣化的設施農作制度奠定了基礎。
4.作物組成受市場的影響大
傳統農作制度是以人的需要為前提，自然生態適應性為基礎，
社會經濟科學因素為重要條件來確定其作物組成的。首先，要滿足
人的自給性需要，主要是食品、燃料、飼料等；其次，要滿足社會
的需要，包括國家和市場的需要，主要是糧食、肉類、經濟作物
等。因此，傳統農作制度的作物組成是以大田作物為主的糧一經一
飼多元結構。設施農業生產的主要目的是滿足市場的需要，獲得最
大的經濟效益，因此，設施農作制度的作物組成受市場需求的影響
極大。人們根據農產品的市場價格確定種植計畫中某種作物的取
舍，隨時調整種植結構，使得設施農作制度的作物組成是以高價值
作物為主的蔬菜一花卉一藥材多元結構。第 ４６ 頁
5.農業資源的利用率高
傳統農作制度主要是通過增加複種，提高複種指數來提高光、
熱、水、土地等農業資源的利用率，但是增加複種，提高複種指數
又受到熱量、水分等自然條件的限制，因此，進一步提高農業資源
的利用率難度很大。設施農作制度通過人工對環境條件的調節和控
制，根據作物的需要創造最適宜的環境條件，降低了自然條件對作
物生長發育的限制，實現了反季節栽培、早熟栽培、延後栽培、炎
夏栽培、軟化栽培、假植栽培等多種栽培形式，從而大幅度提高了
對光、熱、水、土等農業資源的利用率。
6.生物種群多樣性特點顯著
我國氣候類型複雜多樣，客觀上必然存在多種多樣的設施農業
類型。另外，我國設施農業生產發展中，首要任務是解決淡季蔬菜
的供應問題，豐富人們的物質生活，提高人們的生活水平，與此同
時，為不斷滿足人們生活的需要，還要大力發展無公害蔬菜生產，
花卉、果樹育苗及栽培、藥材等多種作物栽培，由於設施內的面積
有限，這就要通過各樣的栽培方式來實現多種產出，因此，就形成
多種多樣具有地域特色的設施農作制度。
設施農業是一種投資大、成本高、技術性很強的集約化農業生
產方式。為求得高效益，就要求科學合理的利用有限的面積與空間
進行生產。設施農作制度根據社會需要和資源可能，確立設施條件
下的作物組成、配置、茬口安排與種植模式，同時根據作物生長發
育的需要，確立植物生活要素的綜合調控制度，為作物生育創造最
適宜的環境條件，目的在於：①協調作物與作物、作物與設施內環
境條件之間的關係，合理安排作物種類及在設施內的配置方式，有
效地克服或抑制不利的生態因子，充分提高設施內有限的土地和其
他資源的利用率，增加作物產量，滿足社會的需要；②通過人工調
節，使作物種群生長發育與設施內環境條件的季節性變化相吻合，
實現農作物的周年生產及周年均衡供應，滿足人民生活水平不斷提
高的需要；③根據市場變化的特點及規律，及時調整種植結構，生
產銷路好、效益高的產品，增加農民的經濟收入，促進農村綜合經
濟發展，增加勞動力就業率。
總之，設施農作制度是以提高設施條件下資源利用率、增加農
民收入、實現蔬菜等農作物周年生產及周年均衡供應、促進農村經
濟及農業全面持續發展為目標的設施農業綜合生產技術體系。它對
設施農業的穩步發展，區域布局，農業設施的高效利用，設施農業
生產效益的提高等方面均有重要的意義。
設施農業生產的實質
地球上全部生命活動所依賴的能源，均來自太陽輻射能，而太
陽能只有依靠綠色植物進行有機物質的生產過程，才能進入生物循
環。綠色植物利用空氣中的二氧化碳，吸取土壤中的水分和氮、
磷、鉀等各種元素，通過光合作用，不斷吸收轉化太陽能為化學潛
能貯積在植物有機體中，其他生物再直接或間接利用其中的化學能
轉化為動能以維持生命活動。所以，農業生產的實質就是人類通過
社會勞動，利用綠色植物的光合作用，將太陽輻射能轉化成為貯存
在農產品中的化學潛能的生產。
農作物生產是以植物有機體作為生產工具，而植物體本身又是
產品，它提供人類一切生命活動所需要能量的直接或間接來源。當
前農作物的光合生產力主要受光合速率不高，光合時日不長，光合
面積不大等方面的制約，因此，為了使農作物充分接受和利用太陽
光能，提高其光合生產力，主要途徑是擴大葉面積、提高光合效率
和延長光能利用時間。
設施農業是在不適宜生物生長發育的環境條件下，通過圍護結
構設施，把一定的空間與外界環境隔離開來，形成具有一定程度的
封閉式系統，在充分利用自然環境條件的基礎上，人為地創造適宜
生物生長發育的生境條件，從而進行有效的生產。因此，設施農業
生產的實質就是在人工控制的環境中，使全方位強化植物生活因素
調控力度，不停頓地克服制約因素成為可能，從而在高效增進土地
因素生產潛力基礎上，增進光熱資源利用效率，進而提高光合生產
力。設施農業生產最主要的特點就是實施反季節生產，延長對光能
的利用時間，提高光能利用率，增進土地生產力。
設施農業生產的特點
設施農業生產與傳統農業生產相比，有以下主要特點：
1.反季節生產成為可能
設施農業生產是在特定的農業保護設施如溫室、大棚、中小拱
棚內進行的農作物栽培，能有效地控制栽培環境，充分滿足作物對
環境條件的需要，因此，可以在不適季節進行反季節栽培，延長了
對太陽光能的利用時間，也提高了對其他農業資源的利用效率，從
而提高了農業生態系統的系統生產力。農業保護設施內的作物產品
可以提前或延後供給，增加淡季供給量，緩解淡旺季矛盾，對進一
步實現周年均衡供給，改進和提高供給水平有重要作用。同時設施
農業因產品淡季上市、優質、高產而獲取更為顯著的經濟效益。
2.高投入高產出
設施農業生產與傳統農業生產相比，具有高投入、高產出的特
點。地膜覆蓋栽培技術在我國多種作物上的大面積套用，雖然增加
了地膜投資，但大幅度提高了農作物單位面積產量
3.科技含量高，抗災害能力強
設施農業為農業高新技術的套用提供了條件。設施農業生產不
僅套用了現代工程技術，也套用了現代生物技術。如二氧化碳施用
技術，對作物增產增效明顯，但在大田作物中無法實現，而在溫
室、大棚等設施內則可以順利實施。
4.生產內容和方式多樣化
起初設施農業多局限於蔬菜、花卉生產的範圍。隨著改革開
放，人民生活的不斷提高，設施農業生產的內容除蔬菜、花卉外，
還增加了觀賞植物，西瓜、甜瓜、草莓、葡萄等水果，以及食用
菌，林業苗木與果樹育苗、水稻育苗，藥用植物栽培等；同時設施
養殖、設施漁業也正在興起。總之，設施農業已由設施園藝開始向
種植業、林、果、水產和畜牧業領域擴展。
由於不同地區的自然條件不同，市場的需求不同，採取的設施
各有特色，就形成了多種多樣的設施農業生產方式。就設施栽培而
論，按栽培的條件可分為傳統的地面栽培和無土栽培；按生產作用
可分為抗低溫栽培、抗熱栽培、軟化栽培和無公害栽培。在抗低溫
栽培中常用溫室、大棚、中小棚等綜合增溫保溫技術，在寒冷季節
進行早熟栽培、延後栽培、越冬栽培、促成栽培和假植栽培（貯
藏）。在抗高溫栽培中採用遮陽網、不織布、葦簾等遮陽降溫設施，
或在設施中採用冷水噴霧和通風相結合等方法降溫，或採用水簾加
排風扇等工程技術進行降溫，在炎熱的夏季進行炎夏栽培。在軟化
栽培中利用軟化設施和其他軟化方式為已經形成的鱗莖、根、植株
或種子創造條件，促其在遮光的條件下生長，生產出青韭、韭黃、
青蒜、蒜黃、黃蔥、豌豆苗、豆芽菜等軟化產品。在無公害栽培中
利用塑膠拱棚、溫室等設施進行無土栽培，生產無公害、無污染或
有害物質殘留量低的設施產品。多樣化的栽培方式使設施農業在解
決蔬菜的周年供應方面發揮了重要的作用。
5.要求精確的生產技術
設施農業生產較傳統農業生產技術要求更嚴格和更複雜。設施
農業一般在不適宜作物生長發育的季節進行生產，採用的農業設施
雖然有抵禦外界不良環境的優點，但設施內的小氣候仍然受外界自
然條件變化的影響，明顯存在著光照強度低，晝夜溫差大，溫度分
布不均勻，空氣相對濕度高，氣體運動緩慢，不通風時二氧化碳濃
度偏低，多年連作，土傳病害加劇，大量使用化肥又易使土壤鹽漬
化等問題。因此，在設施農業生產中首先應根據不同地區和不同季
節，在充分了解各種作物對環境條件要求和熟悉不同設施類型的性
能的基礎上，合理選擇作物種類、品種和安排茬口。其次，在管理
技術上應根據設施內的環境條件變化的特點，通過綜合配套的管理
措施，為作物生長發育創造一個溫度、光照、濕度、土壤水分、營
養和氣體等相適宜的條件。只有這樣，才能獲得高產。
6.生產類型多樣
我國各個地區，由於不同地區的緯度、地形、氣候、土壤、水
利等自然條件和社會經濟條件不同，便產生了設施農業生產類型和
規格的地域性差異，形成了許多各具特色的設施農業類型。如在南
方，形成了以塑膠大、中、小棚為主體的設施農業生產類型，華北
地區形成了以日光溫室和塑膠拱棚為主體的設施農業生產類型，而
東北地區則形成了以加溫溫室和日光溫室為主體的設施農業生產類
型。因此，在設施農業生產中，應根據當地的自然條件，因地制
宜，採用相適宜的設施類型，不能機械照搬外國和外地經驗。
7.專業化的生產管理
改革開放以來，我國設施農業發展迅速，面積迅速擴大，許多
地區都逐漸形成了集中發展的生產基地，展現了規模化、專業化和
產業化的發展趨勢。山東、河北、遼寧、河南、甘肅等地的實踐證
明，在設施農業生產過程中建立專業組織，進行專業生產，如專門
進行育苗、種植或養殖等生產經營，可以調動生產者的生產和鑽研
業務的積極性，提高生產管理水平，提高設備、設施的利用率和增
加經濟效益。
