第一節概述
一、設施農業的基本概念
設施農業是具有一定的設施，能在局部范圍改善或創造環境氣象因素，為動植物生度發育提供良好的環境條件，而進行有效生產的農業。
設施農業主要包括設施栽培和設施養殖，前者的主要設備有各類塑料棚、各類溫室、人工氣候室及其配套設備。后者主要設施有各種保溫、遮蔭棚和現代集約飼養的畜禽及配套設施設備。
設施農業是農業工程學科領域，是依靠科技進行形成的高新技術產業，是當今世界最具活力的產業之一，也是世界上各國用以提高新鮮農產品的重要技術措施。設施農業是一個工程問題，同時也是個新的生產技術體系。設施農業屬于高投入、高產出、資金、技術、勞動力密集型的產業。
二、發達國家設施農業的基本情況
二戰后的幾十年來，設施農業在全球迅速崛起，目前發達國家的設施農業己形成成套技術，完備的設施設備、生產規范、產量的可靠性與質量的保證體系，并在向高層次、高科技和自動化、智能化方向發展，將形成全新的技術體系。
荷蘭是土地資源極度貧乏的國家，主要靠圍海造田等手段來擴大耕地，全國有13000多公頃玻璃溫室，設施園藝己成為國民經濟的支柱產業，農產品出口多達400多億美元，成為僅次于美、法的第三大農產品出口國。他們依靠設施發展花卉產業，成為世界上第一大花卉出口國，是世界的花卉貿易中心，從荷蘭拍賣市場出口的鮮切共占世界貿易出口量的70%，而我國僅為1%。
日本的栽培設施主要是塑料大棚和臨時采曖的塑料溫室，也有部分玻璃溫室。法國、西班牙等國主要發展塑料溫室栽培，以色列國以其節水灌溉技術先進而聞名于世，多采用大型塑料溫室、全自動控制，全國有1800多公頃塑料溫室，年產10億支以上鮮切花，其出口量居世界的第三位。
美國農業素來以適地栽培著稱，但近年設施栽培也有加快發展的勢態。
三、我國設施栽培的現狀
我國設施栽培歷史悠久，但現代設施栽培起步較晚，近年來發展迅速，其類型主要是塑料中、小拱棚、塑料大棚、日光溫室和現代溫室。所栽培的作物以蔬菜、花卉及瓜果類為主。據統計，到1997年，全國設施栽培面積達到120萬hm2，己成為總面積最大的設施栽培的國家，其中塑料中、小棚面積56萬hm2，塑料大棚面積29萬hm2，各類溫室面積35萬hm2，其中日光溫室34萬面積hm2，我國在北緯40度以上地區發展的日光溫室技術令世人矚目。
我國設施栽培雖有長足的進步，但也存在以下主要問題：一是總體水平特別是科技水平低；二是設施水平低，抗御談虎色變自然災害的能力差；三是機械化水平低，其勞動生產率只相當于日本的五分之一；四是栽培術不配套。
第二節塑料棚技術
塑料棚是一種簡易的保護地栽培設施，由于其建造容易、使用方便、投資較少，而被世界各國所普遍采用。從塑料棚的結構和建造材料上分析，應用較多的主要有如下四種類型：
一、中、小拱棚
中、小拱棚是我國目前應用最為廣泛的一種簡易栽培設施，約占全國設施栽培面積的47%，
中、小拱棚的跨度一般為1.5－4m，高度為0.8－2m，長度為30－40m。建造材料主要為竹片、細竹竿、樹枝、鋼筋和鋼管。把竹片等彎成圓弧形，兩端插入地下（30－50cm），頂端形成拱形，用一根縱向拉竿將各拱桿連接起來，拱架上覆蓋薄膜，拉緊后端頭插入土中，構成中、小棚。
在長江中下游，工廠化生產的鋼管裝配式塑料中、小棚有較多的應用，常采用直徑22mm的熱鍍鋅鋼管構成主要構件，用專用卡具連接，現場組裝。其跨度為4m，高度1.8－2m，長度20－40m。
二、簡易竹木結構大棚
簡易竹木結構大棚的跨度為6－12m，肩高1－1.5m，頂高1.8－2.5m，按跨度方向每2m設一立柱，地下埋深50cm，將竹片固定在立柱頂端，形成拱形，兩端加橫木埋入地下夯實，拱架產距1m，并用縱拉桿連接，形成整體，拱架上覆蓋薄膜，拉緊后膜的端頭埋入四周的土中，拱架間的薄膜上用壓膜線或8鐵絲，用竹竿等壓緊薄膜。其優點是取材方便，造價較低，建造容易，缺點是棚內柱子多，遮光率高，作業不方便，壽命短，抗風雪載荷能力差。
三、焊接鋼結構大棚
焊接鋼結構大棚拱架是用鋼筋、鋼管或兩種結合焊接而成的平面桁架，上弦用直徑16mm鋼筋或20mm的鋼管下弦用12mm的鋼筋、縱拉桿用9－12mm的鋼筋。跨度8－12m，頂高2.6－3m，長度30－60m，拱間距1－1.2m，拱架上覆蓋薄膜，在拱間的膜上設壓線壓緊薄膜。其優點是骨架堅固無立柱，棚內空間大，透光性好，作業方便，但需一至二年給骨架涂刷一次油漆防銹，一般使用壽命可達6－7年。
四、熱鍍鋅鋼管裝配式大棚
熱鍍鋅鋼管裝配式大棚的拱架、縱拉桿、端頭立柱均為薄壁鋼管，用專用卡具連接形成整體，所有插件和卡具采用熱鍍鋅防銹處理，我國己形成有20多種工廠化生產的系列產品，其跨度6－12m，肩高2.5－3m，拱間距0.5－1m，長度20－60m，用縱向拉桿連接各拱架，使其固定成整體，骨架上覆蓋薄膜，拱架間的膜外用壓膜線壓緊，可設卷膜機構卷膜透風，用保溫幕保溫，遮蔭網遮蔭和降溫。
這種大棚為組裝式結構，建造方便，有利于作物生長，構件抗腐蝕，整體強度高，承受風雪載荷能力強，使用壽命可達15年以上，是世界各國普遍采用的最先進的大棚骨架結構。
GP系列塑料大棚骨架，均采用內外熱鍍鋅的炭素鋼管作為主體構件材料。整體骨架由拱稈。縱橫向拉桿等主要構件和專用卡具構成。各構件間主要有管與管、管與卡槽、卡槽與卡槽三種連接方式，其棚形主要有圓弧落地拱形和傾斜壁拱圓形頂兩種類型。該棚形的基本參數是：管徑22mm＊1.2mm；5mm＊1.2mm，跨度4－13m，肩高1－1.5m，脊高2.5－3m，長度20－60m，承載風壓31－35kg/m，承載雪壓23－35kg/m，承載作物吊重15kg/m，耐久年限15年以上。
第三節日光溫室技術
日光溫室是采用較簡易的設施，充分利用太陽能，在寒冷地區一般不加溫進行蔬菜越冬栽培的設施，也是我國獨有的一種設施。主要在北緯40度以上的寒冷地區適用，因此在我國北方地區，主要依靠日光溫室從事設施栽培。日光溫室的結構主要有竹木結構、鋼木結構、鋼－鋼混凝土結構，全鋼結構，全鋼筋混凝土結構、懸索結構、熱鍍鋅鋼管裝配式結構等。
日光溫室主體結構參數是；溫室跨度一般在5－8m，溫室脊高一般為2.5－3.2m，溫室后墻高度一般為1.8－2.0m，后坡仰角一般為30－45度之間，溫室長度一般取50－60m，溫室面積是跨度與長度的積，在北緯40度以上地區，溫室跨度在6m以下，北緯35－40度地區，溫室跨度在6－7m，北緯35度以南地區溫室跨度可選7m以上，但不宜超過8m。
第四節大型連棟塑料溫室
大型連棟塑料溫室與玻璃溫室相比，其重量輕，骨架材料用量少，結構構件遮光率小，造價低，環境控制能力基本可以達到玻璃溫室相同的水平，有快速發展的趨勢。
一、大型塑料溫室的類型
1、根據溫室連棟數可分為單棟溫室和連棟溫室
2、根據溫室側墻和山墻的形式可分為直壁溫室和斜壁溫室；
3、根據溫室屋面形式可分為拱圓頂溫室、尖屋頂溫室、鋸齒形溫室和屋脊窗溫室四種。
另外根據覆蓋材料及方式以可分為卷材塑料溫室和片材塑料溫室以及單層覆蓋溫室和雙層覆蓋溫室。
二、大型連棟溫室的結構
通用的溫室跨度為6－12m，開間4m，檐高3－4m。自然通風為主的連棟溫室在側窗和屋脊窗聯合使用時，溫室的最大寬度在50m以內，最好在30m左右，以機械通風為主的連棟溫室，溫室的最大寬度可以達60m，但最好50m左右，溫室的長度主要從操作方便，地勢、地形來考慮，最好限在100m以內。
主體結構一般最好采用熱浸鍍鋅鋼管作主體承力結構，工廠化生產，現場安裝。屋面用鋼管組合或獨立鋼管件，立柱大多用圓管。一般要求在室內第二跨度或第二開間設垂直斜撐，在溫室的外圍護結構以及屋頂設置空間支撐，在溫室的檐口處最好設置斜支撐錨固于基礎。主體結構一般要求抗風能力8－10級，雪載荷不小于35kg/m2，
三、雙層充氣溫室
雙層充氣溫室是一種節能溫室（40%左右），對不加溫地區，比單層塑料溫室的春提前和秋延后時間達半個多月，其保溫能力低于日光溫室，雙層充氣溫室在結構上，主要是不用壓膜線，只在四同固定，并設氣泵或鼓風機，用氣壓來支撐塑料膜，使內層塑料膜緊貼骨架，外層塑料膜靠氣壓與內層膜隔離，形成空氣夾層，以利保溫。此外，要求固膜牢固，不漏氣，因此，要用專用的固膜卡具，同時尚須備用電源，鼓風機和氣壓計等。
大型連棟塑料溫室的性能和使用功能基本達到玻璃溫室的水平，所以，它的環境控制技術設備也與玻璃溫室一樣的，其設備基本可以通用。
第五節玻璃溫室技術
玻璃溫室是指以玻璃為采光材料的溫室，在栽培設施中，是透光率最高、使用壽命最長的一種溫室形式，適合于多種地區和不同氣候條件下使用。
一、玻璃溫室的類型
1、按建筑造型可分為大層面溫室和小層面溫室；
2、按平面單元的組合方式可分為單棟溫室和連棟溫室；
3、按使用功能可分為生產溫室、試驗溫室、商用溫室、觀賞溫室和庭院溫室等。
玻璃溫室所選用玻璃多為浮法平板玻璃，歐美地區通常采用4mm厚的玻璃，而在我國則多參照民用建筑的市場要求和常用的規格，采用5mm厚的玻璃。將來也會趨向采用4mm厚的玻璃。
二、玻璃溫室主要技術參數
玻璃溫室的跨度有6.0m、6.4m、8.0m、9.6m、12.8m、16.0m、19.2m、24.0m等，開間為3.0m、3.3m、4m等，檐高為5m、3.0m、3.3m、3.5m、4.0m等脊高一般為3.5－5.5m、6－7m，層面坡度為1：2或1：2.5。
三、玻璃溫室的通風
玻璃溫室通風的目的一是排除室內的余熱，二是排除室內的濕度，三是調節室內氣體成分，排出有毒氣體，提高室內CO2的含量。一般來說，夏、秋季通風主要目的是進行降溫，冬、春季通風主要是為了調節室內濕度和氣體成分。
玻璃溫室通風一般采用自然通風和強制通風兩種方式，自然通風是在溫室的適當部位設置通風窗口，依靠熱壓和風壓進行通風，且通風總面積應不小于溫室地面面積的15%－30%；溫室的強制通風是采用風機強制空氣流動，進行溫室換氣和降溫，其通風強度一般為每分鐘換氣0.75－1.5次。
四、玻璃溫室的降溫
玻璃溫室降溫是一種設施水平較高的栽培措施，
1、人工遮蔭降溫即采用葦簾、黑色遮陽網、綴鋁條遮陽網和鍍鋁膜遮陽網等材料進行遮陰降溫，
2、蒸發降溫是利用空氣中水分不飽和時，蒸發成水蒸氣進入空氣，同時吸收熱量降低氣溫的原理。其方式有：濕簾－風機降溫，由濕簾箱、循環水系統、軸流風機控制系統組成；噴霧降溫，由水過濾裝置、高壓水泵、高壓管道、霧化噴頭等組成；
3、屋面噴淋降溫，是將水均勻地噴灑在玻璃溫室的屋面上，水在屋面上流動，通過水與屋面玻璃的熱交換，將溫室內的熱量帶走；
4、屋面噴白降溫，也是遮蔭降溫的一種。
五、玻璃溫室的加溫
玻璃溫室一般都要用于越冬作物栽培，根據熱媒的不同可分為：
1、熱水采暖其系統由水鍋爐、供熱管道和散熱器三部分組成；
2、熱風加溫其系統由熱源（燃煤、燃油裝置或電熱器）、空氣換熱器、風機和送風管道等組成。
3、電加熱除用電加熱熱風采暖外，還可以用電加熱直接采暖。
六、玻璃溫室的環境控制
玻璃溫室的環境控制，我國多數技術采用單因子環境控制系統，即是針對溫室內的溫室、濕度、光照強度、CO2含量、灌溉、施肥等環境因子分開獨立控制，有手動和自動兩種控制方式，而在發達國家多采用計算機檢測與控制系統，屬于分布式采集與控制系統，包括計算機系統、控制主板、測量裝置，其中測量裝置包括室外氣象站和室內環境因子測量裝置。依據不同的傳感器，對室內各環境因子進行自動檢測和顯示等。針對不同的作物和品種，由專家制訂出促進作物生長的日程計劃和各環境參數，輸入計算機，由計算機綜合自動控制。
第六節設施栽培的機械設備
設施栽培的機械設備是采用現代設施栽培技術進行生產的“硬件”，是設施農業生產資料的主要部分。
設施栽培的機械產品大體可分為
1、栽培（育苗）用各種棚、室的裝配式金屬骨架及骨架的附屬機械裝置，如開窗機、拉幕機、卷簾機等；
2、棚、室內環境控制設備，如各種加溫設備、補光設備、機械通風設備、噴霧滴灌設備、CO2氣體施肥設備以及檢測和自動控制成套設備等3、棚、室內作物栽培（育苗）機械設備和各種作業機械，如小型土壤耕作機具、地膜覆蓋機具、種植機具、植保機具、育苗播種成套機械設備、嫁接機具、栽培基質制備機械設備、營養液制備及供給（循環）機械成套設備、平面或立體栽培用基質、盆及固定式可變位支撐架系統設備等。
目前常用的小型作業機具有：
1、北京農機所研制的產品：4.4KW手扶拖拉機配套機具，包括2GKF－120型耕作鋪膜機、1LCA20C型單鏵犁、2BS－2型蔬菜施肥播種機、3WC－10型噴霧機組；
2、3.7KW微型旋耕機用配套機具，包括1GXZ－50型旋耕機、1LCA20型單鏵犁作業機組、1KCA15型開溝培土器作業機組、ZMB240型噴霧（植保）作業機組、ZMB240噴灌作業機組。
育苗設備主要采用中國農業工程院等單位研制的2XB－400盤育苗成套設備。可連續完成基質處理粉碎－－攪伴－－提升填充－－刮平－－壓坑－－精點播－－覆蓋基質－－噴淋灌水等成套作業。與其配套的尚有種子丸粒化機械、催芽室、練苗和育苗溫室等。
