高標準設施農業發展研究綜述

李 霞，趙吉坤，呂小峰，蔡元新

（南京農業大學信息管理學院 江蘇,南京 210031）

農業不僅提供糧食、副食品、工業原料、資金和出口物資，還是國家經濟建設和社會發展的重要支撐。高標準設施農業可以運用農業科技創新技術，加強農作物防災減災能力，提高土地資源的可持續利用和改善農業生產條件讓糧食高產出，并且一定程度上能夠有效解決人口老齡化所帶來的勞動力短缺等問題。據“大食物觀”學術研討會的數據，截至2022年5月26日，我國設施農業面積高達4270 多萬畝，占世界設施農業總面積的80%以上。在設施農業發展日益凸顯的時代，國內外研究學者開始重點關注高標準設施農業的發展路徑，本文從學者已有研究出發，采用文獻細粒度和文獻計量法對國內外2013—2023 年的設施農業研究進行總結與分析，本文使用可視化工具CiteSpace 進行文獻分析，從整體上把握高標準設施農業研究的動態，繪制知識圖譜，為設施農業高標準化發展的未來研究方向提供有價值的建議。

1 材料與方法

1.1 數據準備與研究方法

文獻細粒度分析是一種內容分析方法，通過科學識別、全面統計和系統整理文獻，可以幫助研究者更好地理解文獻內容。文獻計量法是一種客觀科學的定量分析方法，它通過捕獲文獻的外部特征，如關鍵詞、引文等，用來描述研究分布規律、發展歷程和預測未來研究趨勢[1]。本文使用CiteSpace 6.1R.6軟件對高標準農田建設相關研究文獻進行可視化操作，繪制知識圖譜并分析聚類特征，客觀報告該領域的發文數量、研究熱點和未來研究方向[2]。

本文引文檢索的來源是2020 年1 月1 日—2023 年1月1日《中國知識基礎工程數據庫（CNKI）》和Web of Science 核心合集（WOS）。在CNKI庫中搜素關鍵詞為“設施農業”，得到551篇相關文獻，檢索“高標準農田建設”得到3335篇文獻，檢索“高標準農田水利建設”僅7篇文獻，檢索“高標準農業機械化建設”則顯示無結果。但搜索關鍵詞搜索內容為“設施農業OR 溫室OR 大棚”，文獻總數：1523 篇，并在Web of Science 核心合集搜索關鍵詞“Protected Agriculture OR Greenhouse”，搜索結果僅出現171篇文獻。本文依據2020年2月26日習近平總書記對全國春季農業生產工作作出重要指示，即“要加強高標準農田、農田水利、農業機械化的現代農業基礎設施建設”，結合文獻細粒度法對高標準設施農業的研究劃分為四大類：高標準農田建設、高標準農田水利建設、高標準農業機械化建設、溫室與大棚（見圖1）。

圖1 高標準設施農業研究分類

1.2 我國高標準設施農業發展現狀分析

由于資源稟賦和發展水平的不同，農業現代化的發展道路也各有差異，國內不同地區設施農業建設模式也存在著較大的差異。隨著我國設施農業的不斷深入發展，目前中國各個省份都在依靠區域優勢，因地制宜打造特色農業、數字農業等，將科技、人才、資金、信息等生產要素聚集起來，投身于高標準設施農業建設。高標準設施農業強調的是高標準，通過運用農業科技創新技術，加強農作物防災減災能力，同時提高糧食產量。然而，相較于荷蘭、以色列、日本等設施農業發達的國家，中國設施農業建設在集約化生產、智能化的生產管理和標準化的病蟲害防治方面還有一定差距。

根據2016年的設施農業面積調研數據顯示，貴州、江西及廣西等相對落后的省份在設施農業建設方面仍有較大的發展空間，雖然這些省份的年輕人大多外出務工，但仍有相當多的農村勞動力無法完全脫離農業。西藏、青海等地區因地形、土壤、氣候等因素，設施農業建設難以開展。這表明設施農業建設的水平正在成為中國地域差距的一個新體現，并且這種差距還在不斷擴大。這種差距的原因主要是地形地貌等因素以及智能化與機械化水平的不足。例如，青海半干旱地區以及湖南、貴州等山區由于地形原因，大型機械設備難以進入。雖然湖南省近年來一直大力發展智慧農業與數字農業，2022 年該省農林牧漁業增加值預計將增長3.7%，但設施農業建設是一項高度集約化、高投入的產業，如何吸引資源、技術人才等向設施農業聚集需要進一步思考。根據農業部農業機械化管理司的統計數據，2016 年全國（不含港澳臺）設施農業總面積（連棟溫室、日光溫室、塑料棚）為2082.88 千公頃，具體各?。ㄊ?、自治區）的設施面積分布情況如圖2所示。

圖2 2016年我國各省份設施農業占地面積

2 國內外高標準設施農業研究進展

2.1 高標準農田發展現狀

高標準基本農田是經過土地整治建設形成的一種高產穩產、生態良好、抗災能力強、與現代農業生產和經營方式相適應的集中連片基本農田，高標準農田建設有助于土地資源的可持續利用。近幾年，國內學者研究農田的基本特征，根據當地情況提出不同的農田建設模式以及構建高標準農田的評價體系。國內的農田整治研究與國外略有不同。國外更多考慮農場不同利益相關者的農田分配與整治、土地最大利用價值問題以及可持續農田建設；國內更加關注耕地廢棄和土壤環境污染問題。最近，國內外的學者都在專注于人口老齡化和人口減少導致糧食供應能力及農業用地價值問題。依據國內外高標準農田建設現狀列出了主要參考文獻，具體情況如表1所示。

表1 高標準農田建設研究現狀

2.2 高標準農田水利發展現狀

農田水利工程建設是高標準農田的重要組成部分，主要包括田間溝渠和排水灌溉系統的建設。目前，中國學者在高標準農田水利的建設中，主要關注水資源利用和節省能源以及CO2排放等問題；西方學者除了早期考慮灌溉方式對水資源的利用，還更多地考慮智能化、機械化等問題。同時，在當前農業生產現狀下，國內學者研究農業生產與農田水利之間的關系時，大多關注勞動力不足帶來的影響，而國外則已經開發了兼顧農民生產力的灌溉智能系統。本文將農田水利工程研究分為節水灌溉系統、農田水利建設與農業生產、農田水利工程建設研究進展等方面（見表2）。

表2 高標準農田水利建設研究現狀

2.3 高標準農業機械化發展現狀

加強高標準機械化建設，農業機械化是現代農業的重要標志和物質技術基礎，關系到農業結構調整、產業鏈條延伸、農產品市場競爭力提升和農業可持續發展。高標準農業機械化建設可以改善農業生產條件，提高耕地生產率。首先，農業機械化高質量發展方面，西方研究大多為大規模的農業機械化研究，國內學者認為可以提高農田流轉效率，發展規?；r場。其次，在農業機械化能源節約方面，國內外學者出現相對的意見，國外學者認為應減少農業機械化設備的數量，國內認為降低能源消耗的實施應在不損害農業生產的前提下進行。在高標準農業機械化建設方面，國內外研究學者研究熱點存在異質性。本文對國內外農業機械化研究進行分類和整合為幾個研究問題（見表3）。

表3 高標準農業機械化發展研究現狀

2.4 溫室與大棚發展現狀

在國外，溫室和大棚的區分研究并不明確，但我國的學者認為溫室和大棚是不同的概念。2004 年，西方國家開始研究溫室，國內學者也開始關注溫室研究。自2017年起，國內外學者開始對溫室建設展開研究，如光伏溫室、智能溫室等。溫室最初的設計是利用太陽能提高塑料溫室或玻璃溫室的空氣溫度，以滿足植物生長對溫度的要求。大棚是為了實現農作物早熟增產而設計的。近年來，國內外的研究主要關注溫室和大棚的節能和可持續發展方面，研究主題也主要分為三個方面：節能與可持續發展、溫室技術和大棚技術。學者們的主要研究方向包括提高作物產量和高效利用能源。本文將溫室大棚技術研究分類和整合（見表4）。

表4 溫室與大棚研究現狀

3 我國高標準設施農業發展的研究主題分析

通過文獻關鍵詞統計分析，發現高標準設施農業領域內關鍵詞存在較強的相互關聯，形成了221 個節點和930 條連線的關鍵詞共現圖譜（見圖3）。使用CiteSpace提供的指標，如Modularity Q 值和Mean Silhouette S 值，研究得出，當Q 值＞0.3 時，聚類結構顯著；當S 值＞0.7 時，聚類可信。該聚類圖譜的Q值為0.5099，S值為0.9532，說明聚類結構顯著，結果可信。查閱相關文獻關鍵詞時間線圖譜發現，用地管理和鄉村振興是近幾年主要研究熱點，其研究方向主要為設施農業基礎建設與土地利用之間的可持續發展，以及農業生產產生的廢物利用問題。除了考慮設施農業建設，研究還非常重視智能化、機械化、網絡化等問題。溫室是設施農業的典型代表，研究也主要圍繞溫室和大棚構成的系統進行。在智慧農業研究方面，主要關注農機化發展、農業生產效率、能源環境績效等相關關系，以及結合農村農戶特征及行為的能源、環境、最大化產出等影響因素分析。

圖3 設施農業相關文獻關鍵詞共現圖譜及時間線圖譜

4 結論與展望

本文對高標準設施農業建設內容總結并概括為以下幾點：一是規?；?。大型先進設施農業，規?；姆N植提升產量；二是現代化。先進的配套設施和現代化的管理模式，降低對勞動力的依賴；三是自動化。機械化程度高，分工明確；四是專業化。工作人員對設施的設計建造、種植管理，運營等各環節的高度專業化。國內外的研究表明，我國的高標準設施發展仍面臨著三大難題。

（1）勞動力及技術人才不足。面對人口老齡化現狀與技術人才需求增加帶來的社會成本，技術人才與中年群體是否可以接受和使用高標準的設施，而政府層面上的相關普惠信貸和相關政策可以驅動農戶行為。

（2）我國設施農業發展缺乏的并不僅僅是高技術集成的農業設備，更是與不同區域經濟水平、農業生產水平相匹配的高標準的設施農業發展方案與評價體系。由于近幾年國內氣候嚴峻，考慮連續季節性降雨量不足條件下的高標準農田水利建設是比較重要的。故在借鑒國外研究的可持續農業排水系統的基礎上，根據我國地區的地理特征加強小型可持續發展的農田水利工程建設。

（3）由于大棚與溫室環境的控制過程極其復雜，許多發達國家已經開始利用機器學習方法對其控制系統研究，故國內的研究應多考慮先進的控制算法應用到溫室控制系統中，讓溫室生產基本實現了自動化及智能化。在解決上述難題時，更多要考慮到《減污降碳協同增效實施方案》，統籌能源安全、生態環境及農業生產的工作。綜上，我國地域遼闊、資源豐富，同時受到不同地區的自然、技術和社會經濟因素的影響，設施農業尚未實現穩定發展。此外，一些農村地區仍存在傳統小農經濟占主導、土地所有權主體虛置等社會問題，這也制約了高標準設施農業的全面可持續發展。