中國大部分地區冬季時間較長，氣溫較低，導致數月無法進行露地蔬菜生產，為了解決蔬菜周年供應難題，設施應運而生，并呈現不斷發展態勢。

新中國成立至20世紀60年代初，設施蔬菜的主要栽培形式是以風障和陽畦為主，進行喜冷涼蔬菜和喜溫蔬菜的“春早熟”和“秋延后”栽培。上世紀60年代中期開始利用塑料薄膜作為透明覆蓋物進行栽培，先后出現了小拱棚和中拱棚等設施栽培形式，但發展較為緩慢。70年代后期從日本引進了地膜覆蓋技術，并得到了快速推廣，相關成果獲得了國家科技進步一等獎。至1980年，中國設施蔬菜面積大約僅有0.7萬hm2，蔬菜緊缺問題突出。1985年前后國家制定了“菜籃子工程”的發展目標。在這一背景下，加大從日本和歐洲引進先進的溫室設備和技術的力度，并自主開展了設施蔬菜栽培與環境調控的系統研究與應用，形成了適合中國生態的塑料大棚和日光溫室兩大系列主要設施。在硬件方面，以低碳節能為核心，吸收和改造國外連棟溫室蔬菜生產技術，結合各地區域、資源特點因地制宜，基于采光理論對不同緯度地區溫室的采光屋面形狀和采光面角度進行優化設計，在北方建造出海城式日光溫室、琴弦式日光溫室、遼沈系列日光溫室、裝配式日光溫室以及現代連棟溫室等；在南方則大規模發展塑料大棚、連棟玻璃溫室、避雨設施等。在技術方面，研制出低碳節能型設施環境調控和蔬菜生產模式。近20年來，創建了一系列非加溫溫室光熱高效利用的蔬菜生產模式，突破了冬春低溫寡照等條件下瓜類和茄果類蔬菜生育障礙克服技術，攻克功能光譜LED精準補光技術，應用了秸稈發酵等CO2施肥技術等。至2020年，中國設施蔬菜面積約410萬hm2，面積和產量都居世界第一。

目前，在設施蔬菜低碳、綠色、高產、高效的系統化發展道路上，隨著智能控制、物聯網等技術在農業生產中得到越來越多的應用，植物工廠等智慧設施園藝技術的研究與探索已經取得進展，可以逐步構建出適宜蔬菜作物生長的生產環境，減少氣候變化的影響，提高我國設施蔬菜產業的現代化水平。

無土栽培起源于歐洲，迄今已有180余年的發展歷史。荷蘭和日本的無土栽培產業高度發達，占設施栽培80%以上，荷蘭以巖棉栽培為代表，日本以深液流水培（DFT）為主。中國的無土栽培最早出現在1937年上海的四維農場，但一直未能規模經營和生產。改革開放后，通過“七五”和“八五”科技攻關，研制了符合中國國情的高效節能無土栽培系統，形成了以秸稈和有機肥混合物為基質的無土栽培技術，推動了無土栽培產業快速發展，2016年栽培面積達到3萬hm2，2020年約5萬hm2。

中國蔬菜無土栽培技術多樣，目前果菜類以基質栽培為主，葉菜則以水培居多。總體而言，中國無土栽培技術的應用與荷蘭和日本等國相比還存在一定差距。近年來，中國在技術引進的同時自主研發不斷加強。如浙江大學發明的新型輕簡自控式無土栽培系統（CN202011039116.8），解決了營養液實時配比、自動按需供液、基質減量3個難題，初期投入降至45000元·hm-2，節省肥水1/3，提高效益20%以上，在設施蔬菜主產區和非耕地區域得到快速推廣。水培葉菜可以滿足人們對高品質、綠色、安全蔬菜的需求，在都市農業發展中具有巨大潛力。國內京東等公司相繼建立了水培葉菜工廠，但目前還無法實現全程機械化和自動化生產。無土栽培作為高效農業發展的新模式，在保障綠色生態高品質現代農業生產及非耕地農業發展中具有廣闊的應用前景。

隨著數字化、自動化、智能化技術的提升，植物工廠作為技術高度密集型產業，已被世界各國列為未來農業發展的重點方向。植物工廠最早于1957年在丹麥約克里斯頓建成，早期主要采用高壓鈉燈補光，后采用熒光燈。21世紀以來，LED的產業化及日本、荷蘭等國家多年來對營養液栽培和環境控制的研究促進了植物工廠的產業化。目前在植物工廠的高技術研發領域，日本、荷蘭、美國等走在前列，向垂直農業與無人化等方向發展，并進行全套技術和裝備輸出。

中國植物工廠雖起步較晚，但起點高，一開始就使用LED光源，并且發展十分迅速。2006年中國農業科學院建成第1個20m2的科研型人工光植物工廠，到現在中國約有250座人工光植物工廠，數量僅次于日本。中國對植物工廠的研究也取得了許多實際成果，明確了適宜的LED光譜和功能，中國農業科學院完成的“高光效低能耗LED智能植物工廠關鍵技術及系統集成”成果于2017年榮獲國家科學技術進步二等獎。但目前國內的植物工廠規模普遍偏小，植物種類單一，且在智能環境控制、水肥管理及自動化技術方面都面臨諸多瓶頸。此外，植物工廠投入成本相對較高，與日本相似，目前國內鮮見植物工廠盈利的案例。

20世紀60年代，中國主要推廣溫床育苗，以未發酵的牛馬圈糞、麥秸、稻草秸稈等作為發熱物，在冬春季節可以提早到1個半月育苗。70年代，開始引進電熱控溫催芽和電熱溫床育苗技術，并結合各地氣候，研制出新型控溫裝置。到80年代末，開始摸索穴盤基質育苗，建立工廠化育苗體系。自2000年以來，工廠化育苗逐漸規范化并在部分地區得到推廣。2010年后，全國建立多個工廠化育苗基地，配備先進的通風、循環、降溫以及加熱智能控制系統，實現集約化、規模化周年生產。

育苗基質的研發也進一步提高了秧苗培育的質量，目前，中國主要采用草炭作為育苗基質，近年來，一些適用于不同蔬菜作物的功能性育苗基質相繼被開發。通過在基質中加入菌根真菌和生防菌（如哈茨木霉、枯草芽孢桿菌等），顯著促進幼苗生長。同時，研究人員利用LED補光燈精準調控光質光強，開發適用于不同蔬菜作物育苗的光源，提高生物量、壯苗指數及抗逆性等。目前，蔬菜生產工廠化育苗推廣應用率已超90%，工廠化育苗已實現規范化、精細化和規模化生產。

20世紀80年代嫁接技術就廣泛地應用于提高蔬菜對枯萎病、萎蔫病、黃萎病等生物脅迫和低溫等非生物脅迫的抗性。由于嫁接能顯著提高蔬菜作物抗病抗逆能力，促進植物的養分吸收，有效提高蔬菜品質和產量，業已成為重要的育苗措施。利用抗性砧木嫁接，番茄產量比自根對照提高了15.4%~19.4%，在重茬溫室發病嚴重的地塊甚至可提高30%以上。但目前優良砧木品種不多，在瓜類中還缺乏抗根結線蟲的砧木品種。近年來，各地也探究改進了多種嫁接方法以提高成活率，如頂插接法、靠接法、貼接法等，使嫁接技術得以廣泛應用。20世紀90年代末，中國研制出了蔬菜自動嫁接機，采用計算機控制，實現了砧木和接穗取苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接過程自動化操作。此后，研究人員開發了不同類型的蔬菜嫁接裝置，將自動嫁接的成功率提高到95%以上，生產能力達到350株·h-1，并且實現了自動上苗，使蔬菜自動嫁接機的自動化程度不斷提高。同時，嫁接育苗的管理也逐漸精細化，在愈合期給予適宜的光照強度和光質能顯著促進嫁接苗的生長。目前，西甜瓜、番茄、茄子等蔬菜的嫁接栽培比率逐年提高，已成為解決連作障礙的一項重要綠色生態技術措施。

新中國成立后中國的蔬菜栽培生理學研究迅速發展。20世紀50—60年代著力研究了春化和光周期對白菜、芥菜以及大蒜產品器官的形成、花芽分化、抽薹等的影響；在器官脫落和性別分化等領域的研究取得了較大的突破，研發出應用生長素類物質2,4-D和氯苯氧乙酸（PCPA）誘導茄果類單性結實技術，成為各地普遍使用的生產措施。70—80年代蔬菜栽培生理研究進一步深入，植物激素與性別分化的關系、茄果類大田群體結構與光能利用、大白菜干燒心發生機理及防治對策被一一提出。在使用植物生長調節劑等激素類物質防止大白菜脫葉、控制洋蔥及大蒜在貯藏期間發芽等方面都取得了明顯效果。李曙軒教授應用乙烯利成功誘導瓜類的雌花開放，大幅度提高了產量。使用植物生長調節劑控制瓜類的性別分化是中國蔬菜栽培生理學乃至當時世界園藝學的重要進步之一。20世紀90年代以后，蔬菜設施生產面積不斷擴大，設施內低溫弱光等不利環境導致生理障礙大量發生，蔬菜逆境生理和調控技術研究進入新的發展期，在瓜類單性結實、逆境響應與光合作用調控、抗性誘導技術等方面取得了顯著進步。研究人員發現瓜類坐果關鍵調控激素是受精產生的細胞分裂素而非傳統認為的是生長素。針對設施栽培和南方梅雨季節瓜類坐果困難問題，建立了瓜類單性結實細胞分裂素誘導法，廣泛應用于瓜類生產中。一些赤霉素合成或信號的抑制劑業已用于防止生長過于旺盛和徒長。此外，發現油菜素內酯（BR）在調控蔬菜生長、光合作用和抗性中的作用，相關產品也在蔬菜生產中廣泛應用。

蔬菜科學研究工作者一直重視蔬菜土壤保育工作。傳統的蔬菜生產通過輪作或間套作制度來維持土壤養分平衡，如利用豆科作物的根瘤菌固氮來維持土壤氮素平衡，利用綠肥作物秸稈還田漚腐維持土壤有機質平衡，利用不同蔬菜作物茬口特性來優化資源配置，保障土地持續產出。但到了20世紀末至21世紀初，隨著蔬菜的專業化和規模化發展，有機質投入下降，蔬菜周年生產，土壤結構發生改變，土壤肥力下降。南京農業大學研究團隊發現生物有機肥可以調控土壤菌群、防控植物土傳枯萎病，證實了生物有機肥在有效抑制土壤病害發生方面的潛在微生物生態學機制，為通過技術措施提高土壤抑病能力提供了理論基礎，相關成果榮獲2013年國家科技進步二等獎。近年來生物菌肥在調理土壤微生物結構、改良土壤方面的作用也受到廣泛關注。目前在農業農村部登記的產品種類有農用微生物菌劑、生物有機肥和復合微生物肥料三大類。此外，應用測土配方施肥技術也可以有效改善菜田土壤環境，維護土壤和蔬菜作物的平衡，有助于可持續發展。中國水資源時空分布不均勻，農業用水占據年耗水量的70%左右，而蔬菜種植又屬于高耗水產業，在農田灌溉水分消耗中大約30%以上用于蔬菜作物種植。同時，中國蔬菜種植化肥用量也較大，平均為1092.0kg·hm-2，是全國農作物化肥用量的3.3倍。因此，蔬菜水肥資源的高效利用一直是重要的科學和產業問題。要改善中國蔬菜產品綠色增產和水肥“減量增效”等問題，水肥一體化起到至關重要的作用。1974年，中國從墨西哥引進了滴灌水肥一體化設備，并建立了5.3hm2的試驗研究基地，開始滴灌技術的研究工作；1980年中國第一代成套滴灌設備研制成功；1981—1996年，引進國外先進工藝技術，肥水灌溉設備規模化生產基礎逐漸形成；20世紀90年代中期，開始大量開展技術培訓和研討，水肥一體化理論及應用受到重視。2000年后，溫室及大棚蔬菜的集約化生產，推動了水肥一體化技術的不斷完善和發展，一些研究單位和企業結合，研究開發出適合當地條件的施肥設備和灌溉技術，如膜下滴灌施肥技術等。如今，水肥一體化技術與微噴灌技術相結合，在蔬菜生產上不斷向自動化、智能化方向發展，并逐步實現精準控制、精量灌溉。

隨著我國蔬菜產業的發展及全球氣候變化，蔬菜病蟲害高發頻發。20世紀60—80年代，中國科學家對主要蔬菜病蟲害的種類與分布、發生為害規律及暴發機制進行了調研，但其防控主要依賴化學農藥。2006年以來農業農村部提出綠色植保理念，2015年政府啟動農藥減量行動，倡導蔬菜病蟲害綠色綜合防控。近20余年，在蔬菜病蟲害發生流行規律、預測預報、IPM綠色綜合防控方面取得了長足進步，逐步推廣應用了農業防治、系統誘抗、棉隆消毒、高溫悶棚、色板、防蟲網、殺蟲燈、性誘劑、有色薄膜、生物農藥及使用天敵等綠色防控技術。期間，陳劍平團隊鑒定了大量植物病毒，并在國際上首次提供了真菌傳播植物病毒的直接證據，成果獲1995年國家科技進步獎一等獎。張修國團隊研發了主要蔬菜卵菌病害關鍵防控技術與應用，成果獲2018年國家科技進步二等獎。張友軍等研發了重大外來入侵害蟲煙粉虱的綜合防治技術體系，并研發出“日曬高溫覆膜”綠色防治韭蛆新技術，分別于2008和2019年榮獲國家科技進步二等獎。陳學新等在寄生蜂防控蔬菜害蟲方面取得重要突破，于2021年榮獲國家科技進步二等獎。

20世紀末至21世紀初，隨著設施蔬菜的專業化和規模化發展，連作障礙問題凸顯。童有為等（1991）報道了溫室土壤次生鹽漬化的形成機制及其治理途徑。喻景權等發現茄果類和瓜類等根系釋放的肉桂酸和4–硫氰基苯酚等15種自毒物質，并提出自毒物質、有害生物和次生鹽漬化三因子互作連作障礙發生理論。基于此，形成了一系列蔬菜連作障礙防控技術并在產業中得到應用，如溫濕石灰氮耦合土壤快速消毒技術、1,3–二氯丙烯等化學消毒技術，利用具有化感作用的蔥蒜類蔬菜與設施蔬菜輪作或間套作，采用抗性砧木嫁接，利用芽孢桿菌等生防菌以改善土壤微生態等。喻景權等創建的“除障因、增抗性、減鹽漬”三位一體連作障礙綠色防控技術成果獲得了2016年國家科學技術進步二等獎。這些為扭轉傳統大肥大藥、盲目防控局面，實現蔬菜優勢產區可持續發展貢獻了科技力量。

中國曾長期把蔬菜產量作為優先指標，20世紀90年代以來隨著城市化進程的深入，人們對蔬菜供給提出了更高的要求。現階段許多蔬菜雖然抗性強、耐運輸、外觀漂亮，但“沒了兒時的味道”。為了改善風味丟失的問題，研究人員解析了番茄風味調控機制，發現與傳統品種相比，在現代番茄品種中13種風味物質含量顯著降低。同時，通過代謝組、基因組及轉錄組等多組學大數據分析，發現影響番茄果實風味和營養物質的多個遺傳位點，為品質改良提供了新思路。近年來，人們日益關注飲食健康，蔬菜品質的研究逐步從以傳統的口感（如糖酸比）為中心轉向以功能性物質為中心的次生代謝物質。適當減少灌水量能提升番茄干物質、維生素C含量等品質性狀；應用轉光膜顯著提升甜椒果實的維生素C、類胡蘿卜素、游離氨基酸含量；增施CO2能提升番茄中番茄紅素、類胡蘿卜素等功能性化合物含量；培育了富含花青苷的紫色番茄。

蔬菜產品的安全性也是人們關注的問題。近年來，中國在亞硝酸鹽、農藥殘留控制和重金屬污染防控方面取得了顯著進展。為解決過量施肥導致亞硝酸鹽積累等系列問題，中國從上世紀80年代開始推廣測土配方施肥，并推廣肥水一體化等技術，實現“精準施肥”；針對土壤持久性農藥污染問題，研究人員分離了多個農藥降解菌，并實現產業化生產；為解決重金屬富集問題，科技工作者陸續挖掘多個超富集植物，如龍葵作為鎘的超富集植物，與茄子間作能顯著減少茄子地上部中的鎘含量。這些研究為提高蔬菜品質提供了解決途徑。

中國自20世紀50年代初便開始蔬菜耕地機械的研制，相繼研發了小型菜園與溫室用旋耕起壟、平整、覆膜綜合作業機。近年來，北京信息農業技術中心采用5G＋北斗聯合定位，集成激光/紅外雷達技術、雙目視覺等智能避障感知模塊，實現露地蔬菜智能化平地技術和無人深松旋耕作業。

移栽機械的研究始于20世紀50年代末60年代初，最早出現的是甘薯秧苗移栽機的試驗研究。70年代開始研制裸根苗移栽機，80年代研制出半自動化蔬菜移栽機。近年來，通過可編程邏輯控制器（PLC）控制、基于計算機人機交互、控制系統和傳感器配合控制等，實現了送苗、取苗、栽苗、覆土等一系列自動化作業。蔬菜機械化施藥和產品收獲起步較晚，“九五”期間，在引進煙霧機的基礎上研發改進，有效提高了作業質量。21世紀以來，懸掛式噴桿噴霧機、自走式噴桿噴霧機和植保無人機越來越多地被應用到大田露地蔬菜病蟲害防治。同時，基于人工智能和機器視覺，在無人化作業和精準噴施技術上邁出了一大步。蔬菜種類多樣且收獲復雜，主要依靠人力完成。近10年來，隨著研究的不斷推進，機械化收獲有了長足發展。研制了自走式葉菜類蔬菜和甘藍收獲機，并實現了露地甘藍耕整地、起壟/移栽、水肥灌溉、打藥和采收的全程智能化無人作業。

隨著連棟溫室、日光溫室、塑料大棚等多種類型的設施農業在中國快速發展，越來越多的信息科技應用在了農業領域，人工智能、大數據、物聯網等為蔬菜生產從機械化向智能化發展帶來了新的驅動力。配套物聯網信息技術，可做到溫室內環境溫度、濕度、通風等智能化監測和管理，構建環境與作物生命感知數據采集的傳輸網絡，為用戶提供數據決策分析，更加有效地提高土地資源的利用率和蔬菜產能。（內容來源：園藝學報、農業科技俠數字與智慧農業公眾號）

更多干貨、市場分析、重磅案例、實戰課程歡迎訂閱 [農業行業觀察]公眾號：nyguancha