设施农业定义及其技术分类范文

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引言

农业现代化是中国社会经济发展的一项长期战略任务，发展设施农业则是实现这一战略任务的重要内容和途径，也具有长期性和艰巨性的特点。作为中国农业工程技术发展战略的重要组成部分[1]，设施农业技术是产业最有效的生产要素和实现农业现代化的重要技术手段。以中国设施园艺为例，30多年来，技术进步已经获得了全面突破，正在进行和已经完成的科研项目及成果数量近700项[2]，一个庞大、独立、融合了多学科、多门类科学和知识的技术体系正在发展中形成，并越来越体现出动态性、开放性、自组织性等复杂系统的特征，有必要建立技术分类的理论和方法，从更加系统、科学的角度对技术进行分类，以指导中国设施农业技术的战略、研发、选择和应用。虽然中国学者对设施农业技术进行了一些综合研究和归纳[3-7]，但在对设施农业技术全貌的把握上还比较模糊，对体系的揭示还不够完整、深入和科学，专门针对技术分类的研究还处于空白。科学发展的现实证明，给对象以正确的分类，把握不同类对象的特殊矛盾和特殊运动规律，是科学研究取得成功的关键，完备的分类是建立完备学科体系的前提[8]和技术进步的基础性工作，在宏观、微观上都具有理论和现实意义，不仅对推动科技进步具有重要指导作用，对设施农业技术发展战略制订、学科建设、工程集成应用、标准体系建设、人才培养乃至设施农业产品结构、产业结构的调整都具有重要的借鉴和参考价值。

1技术分类的范畴

总体上，设施农业工程技术主要由生物技术、环境技术和工程技术[9]三大部分组成，这是其宏观层面的共性特征，还不足以体现设施农业技术的层次结构、专业特点和时代特征，在当前以可持续为总要求的现代农业发展阶段下，需要在广义设施农业概念的基础上，对其技术所涉及的要素进行科学分析，从而确定技术分类的范畴。

1.1设施农业的广义概念与定义

从生产对象和外延方面看，广义的设施农业主要包括设施栽培和设施养殖2个方面[10]。传统设施农业的概念和定义往往局限于生产过程[11-13]。但从现代设施农业技术发展的内涵来看，需以设施农业整个产业链为基础、从设施农产品实现其使用价值的全过程出发，在广义上对其概念进行重新定义，即设施农业是为农产品商品化各阶段提供最适宜环境和条件,以摆脱自然环境和传统生产条件的束缚,从而获得高产、优质、高效（经济、社会、环境）农产品的现代农业经营活动，具有目标商品化、途径全程化、环境可控化、效益全面化的特点。从世界温室装备技术发展趋势[4]和中国设施农业发展的经验教训[2,14]看，就充分印证了此概念的科学性、合理性和前瞻性。技术分类中也要体现并贯穿这一概念。

1.2设施农业与技术的广义要素

在传统农业长期存在的条件下，设施农业始终是一种先进生产力的代表，其涉及的要素也应当是广义的，即不仅针对生产工具，还要针对生产者、生产对象和生产环境（自然与社会）。设施农业工程技术也要体现出这种特点，即将其作为一个涉及自然技术、社会技术和人文技术的广义技术系统[15]，使之成为一个既相互联系、相互作用又相互区别的技术实践、技术产品、技术方法、技术科学、技术的社会建制、技术文化、技术精神等要素共同组合而成的、具有特定结构和功能的有机整体[16]，这种广义化的演变就如同工程概念已经从最初的土木工程发展到当今的文化精神工程一样。当然，在中国目前的社会经济发展阶段，自然技术和社会技术是主流，但也应尽量体现人文技术的精神，因为对于设施农业，提高组织的管理效率和生产者素质是充分发挥技术效用的关键，也是转变设施农业发展方式中需要解决的主要矛盾。

1.3技术分类的范畴

设施农业工程技术是在设施种养殖生产中实际应用的技术，或者说是应用科学知识或技术发展的研究成果于农业生产，以达到摆脱自然环境和传统生产条件束缚的工程化手段和方法。为使技术作用有效发挥，其应当有助于形成技术集成化、装备工程化、模式标准化、管理现代化[17]的模式并充分体现出现代农业工程的内涵，即不仅是以其他部门的技术来为农业服务，而且要着重研究解决农业本身作为工程的问题[18]。因此在确定技术范畴时，要将一个在不同层次上具有完整功能（实现商品化）的设施农业工程作为技术依附的主体和对象，以服务于整个生产过程作为主要的技术特征，以直接或间接地通过设施装备发挥效用作为表现形式，以经济、社会、环境效益全面化作为技术的时代特征，将符合上述要求的技术、工艺、材料、产品进行分类研究。

2技术分类的原则

设施农业工程技术是一个复杂系统，作为要素的各类单项技术间相互联系并相互作用、集成后表现出设施农业工程的特定功能，并在合理的结构下体现出超越单项技术简单叠加、系统功能被放大的整体涌现性[19]。为体现这种系统特征，需要在技术分类中体现以下原则。

2.1层次性

复杂系统是由多个下级子系统耦合而成，因此分类时要从不同层次上揭示设施农业工程技术的结构与功能，获得在内容上较为完整、在结构上具有相对自稳定性的技术分类体系。在层次的划分上，本着提高基础层次稳定性的原则，使分类层次由低到高自稳定性逐步增加，而开放性和动态性则逐步减弱。

2.2稳定性

在内容上，要根据设施农业产业发展和技术创新的历史轨迹、未来发展趋势等，从众多技术中提炼出基础性、独立性、结构性、长期性的组成要素，尽量使分类后的技术分支具有鲜明的个性功能，并可以融合趋势性、阶段性的共性技术来提高自身的水平、强化自身的功能；各层次上的技术须在整体上形成内容相对完整、结构相对稳定的体系，使设施农业功能在不同层次（档次）上得到充分发挥。如节能（含新能源）、人工智能、机械化等设施农业工程技术热点因服务于多种功能、结合于多个技术种类，在功能上缺乏个性和独立性，因而不能单独构成技术分类的基础层次。

2.3开放性

开放性是技术创新和发展的基本特征与本质要求，也是保持其动态性和成长性的前提。作为一个融合多领域科学技术的应用型交叉学科，设施农业技术体系需要一定的开放性，以保持知识积累、技术增长、实践运用的动态平衡。因此在技术分类的不同层次上要保持技术内涵和外延的开放性，使技术系统能在充分吸收技术环境积极因素的基础上，提高自组织水平和技术进步效率，如分类内容上要保持一定的前瞻性以便对新兴技术的吸收，层次上不宜过多，要为层次的延伸提供空间，分支不宜过细，要减少技术内容消长而造成的系统不稳定。

2.4现实性

由于技术的目的在于合乎规律地改造客观世界、以指导实践为落脚点，因此在技术选择上，要以在科学上的成熟度和在实践中的应用度作为主要考量标准。分类中要注重对产业技术的归纳总结，即那些真正进入生产过程的技术，它们不仅在技术上是成熟的，而且是经过了技术系统的整合，以及经济核算和制度制约的技术[20]；对那些还处于发明向技术转化或技术向产品转化阶段中的技术则作为“潜力”型技术处于次要地位，在未来技术系统的成长中再获得明确定位。

3技术分类的方法

3.1技术支撑关系说明

由于技术系统本身的复杂性和设施农业工程技术作为典型交叉学科的开放性，在科技加速发展的大背景下，其技术内容和结构也不断调整以适应外部技术环境的变化，由此造成了研究者对其技术类别、技术阶段和技术特性等认识上的困境，特别是相关前沿技术、高新技术、产业共性技术等与设施农业工程技术体系本身的关系，将某些阶段性的技术形态（如节能、信息、物理农业等）作为分类、总结的依据，而不是在一个相对稳定的合理框架内显示诸多新技术的地位与相互关系。从设施农业工程技术的来源、支撑特点、发展动力来看，其长远性、基础性的支撑在于来源于实践、科学、已有技术中相关技术的独立或综合应用，并受基础研究和应用基础研究影响，在形式上表现为常规技术和高新技术。常规技术在产业共性技术的影响和制约下维持技术体系的基本结构、属性和普遍运动规律；高新技术在前沿技术的引领下对设施农业工程技术的发展产生阶段性影响，促进其技术结构的优化、进化乃至跨越式突变，呈现出特殊的运动规律。各类相关技术的作用关系如图1所示。

3.2技术分类方法分析

在人类当前认识水平和技术固有特点的双重影响下，技术定义不是唯一的[21]，针对不同领域技术分类的方法也不统一，即技术个性的差异影响了共性分类方法论的确定。从供给技术的宏观层面，按照客观物质在工程中的流向，工程技术可分为资源（材料、能量、信息）、采集加工（探测、采集、运输、加工）和制造（建造）3个方面[22]；上世纪80年代，有学者提出了按照技术过程和技术形态进行分类的原则[23]；在技术创新概念引入中国后，人们开始在技术形态的3个层次（技术发明、生产技术、产业技术）上进行技术分类；在建筑新技术中，有学者根据技术论和技术创新论的原理，从技术成因、技术研制目标、技术发展进程和生产要素[24]几个方面进行分类。比较上述分类方法，在原则上可以充分借鉴，但在技术分类后的相对稳定性、具象性和指导性方面还略有不足，需根据行业和技术领域的特点加以选择和完善。

3.3技术分类方法选择

由于每一项设施农业工程技术都是以数门基础学科为理论基础、以多个应用技术和生产技术为条件，如湿帘降温系统就涉及数学、物理学、材料科学、工程科学等多个基础学科和应用基础学科。因此按照技术属性和技术形态来分类不仅会形成过多的技术交叉、也难以反映技术的目的，而应将设施农业工程本身作为主体，按照设施农业广义定义、广义要素和分类范畴的界定以及设施农业技术发展的特点和目标，将实现设施农业的完整功能作为技术分类的基本依据，在设施农业技术分类原则的要求下确定分类的方法和形态。

1）横向技术链条

由于设施农业的完整功能有赖于产业链的有效运转和设施农产品使用价值的最终体现，因此将实现设施农产品商品化的过程作为技术目标实现和技术效用发挥的主要途径，将技术链作为产业链的基础和重要内在依据，使技术内容涵盖设施农业产业链的全过程，以此为特征在不同层次上横向展开。

2）纵向分类层次

为简洁、清晰地揭示设施农业工程技术系统的结构与功能，采用线分类法[25]进行纵向层次划分，即将设施农业工程技术按所选定的若干个属性或特征逐次地分成相应的类目，并排成一个有层次的、逐渐展开的分类体系。在层级数量上，采用大类、中类、小类、子类4个层次，分别反映设施农业工程技术链条、技术环节、技术功能、具体技术手段等属性，层次关系如图2。

3）技术分类定位

具体技术定位需遵循前文所述的稳定性原则，尽量使不同层次上的技术点都具有独立和鲜明的个性功能（特别是较基础的分支），在横向形成并列关系，因此原则上以主要属性和最显著的功能作为分类的依据，而对那些具有多种创新思路、可以发挥多种功能的技术，则按照其主要属性进行分类定位。如湿帘系统在温室或畜舍中兼具降温和加湿的功能，但生产实践和功能实现过程上须以通风为前提，因此将降温作为其主要属性进行分类；其他如遮阳保温幕、定比施肥器等也须依照其主要属性进行分类。

4设施园艺工程技术分类

以设施园艺为例，按照上述方法对其进行技术分类。

4.1横向技术链条

设施园艺产业链主要包括“育种、生产、贸易”[26]3个主要环节。为使产业链与技术链充分契合，在工程技术所涵盖的范畴上要注重技术的相关性。在“育种”链条上以工程化、商品化的籽种技术为主，在“贸易”链条上以产地物流、产地加工和质量控制等与设施农业生产紧密衔接的工程技术为主。

4.2纵向分类层次

1）大类（技术链条层次）

是反映技术链条特点的基础层次，主要是维持产业链有效运转的相关工程技术，包括与产业链直接对应的专项技术体系和为维持整个产业链正常运转所需的公共管理技术体系，具体包括种苗工程技术、设施生产技术、产地物流技术和综合管理技术4个大类。具体内容比较稳定，受其他技术变化的影响不大，见表1。

2）中类（技术环节层次）

是各技术链条中体现其基本特征的主要技术集合，包括相互关联的中观技术环节，揭示技术服务的主体与主要行为特征，如种苗工程技术包括籽种、育苗2个环节，产地物流技术包括内部输送、分级、洗净、包装、贮藏保鲜、追溯6个环节等。该类别具体内容会受到技术进步的影响，发生变化的可能性较大。

3）小类（技术功能层次）

是实现各技术环节特定功能的层次，包括实现各种微观技术功能的综合性技术行为、技术方式，揭示了各环节下技术功能特点和实现功能的基本流程和构成，如种苗工程技术（大类）中的籽种技术（中类）包括育种技术、种子检测、种子加工等，设施生产技术（大类）中的环境调节技术（中类）包括增温、降温、调光、调湿、通风、供水、调气、保温等。小类技术综合性强、受技术变化的影响很大。

4）子类（技术手段层次）

是实现微观技术功能的具体技术手段，包括构成各种技术行为和方式的具体技术措施或方法，进一步揭示出技术功能的具体实现过程，如种子加工技术（小类）包括清选、分级、干燥、消毒、包衣、包装等技术，供水技术（小类）包括净化、消毒、储水、输水、保水等。子类技术种类丰富、手段多样，受技术变化直接影响，动态性、成长性很强。4个层次的技术分类见表1。

4.3具体技术定位

按照前文提出的具体技术定位原则和方法，将设施园艺技术进行详细分类，如表1所示。

5技术分类的应用

作为一种手段而不是目的，技术分类研究初步揭示了技术体系的全貌以及内部构成、相互关系。在实现研究价值的过程中需要完成由手段到目的的跨越，并在以下技术发展的微观层面和宏观层面具体应用。

5.1技术仓库构建

技术模式是形成设施农业发展模式和进行装备技术推广应用的基础，而技术仓库的构建是形成技术模式的必要前提，设施农业工程技术分类可以有效地指导整体或局部技术仓库的构建，并为相关数据库、信息化软件平台、专家系统等技术模式支撑体系的研发提供基础性的指导。

5.2技术发展评价

技术对产业的影响并不是单个技术对个别区域或使用者的影响，而是结构性的作用和影响。某一项技术的进步可能会影响整个产业的水平，起到牵一发而动全身的效果，因此分析并发现这些技术点将对完善作为产业结构基础的技术结构起到四两拨千斤的作用。在技术分类的基础上，通过对不同时期各类技术的作用分析和多层次权重设定，不仅可以判断设施农业工程技术的整体发展水平，也可以发现影响整体技术水平的关键技术点，作为技术发展战略的方向和重点。

5.3学科发展完善

学科交叉已成为知识创新、科学发展的时代特征[27]，设施农业作为典型的交叉学科在专业分支的设定、专门知识的积累和专业人才的储备方面都存在很多问题。面临着将不成熟学科建设成为成熟学科的历史任务和挑战。科学合理的技术分类，可以在专业设置、研究方向把握、复合型科研教学人才培养方面提供全面系统的指导，特别是通过分类过程中对技术内在矛盾关系的揭示，对解决不同学科间融合与支撑的难题、形成设施农业“大学科”格局具有较强的指导意义。

5.4技术战略实施

技术战略的核心是技术选择与组织实施，不仅影响创新型国家的建设和设施农业产业发展，也对企业技术创新、技术能力和组织绩效产生显著的正相关影响[28]。保证技术分类的完整性、科学性以及技术评价的客观性是技术选择的前提，也是技术集成和完整实施的保证，在此基础上，不仅可以对产业共性技术进行较准确定位、对标准体系的实施勾勒框架，也对相关边缘学科的布局和发展提供方向。

6结论与讨论

本研究在广义设施农业概念和广义技术要素的基础上，确定了设施农业工程技术分类的原则；在对技术支撑关系和现存各种技术分类方法比较研究的前提下，确定了按照工程技术链、技术环节、技术功能、技术手段4层次的线分类方法，并以设施园艺为例进行了技术分类。采取该方法进行的设施园艺工程技术分类能较准确地反映设施农业工程技术全貌、揭示出技术系统的结构与功能特征，并能在设施农业技术仓库构建、技术评价、学科发展和技术战略实施等方面加以应用，对设施农业技术进步、产业升级都具有较高的参考价值和理论意义。

作为复杂系统，设施农业技术发展的动态性、开放性、成长性会愈加显著，作为科学研究和建立完备学科体系前提的技术分类也会随着人类认识水平和实践水平的提高而变化，并更多地体现出技术集成化、装备信息化、手段人本化等现代特征，其层次和内容也将不断调整、变化，因此在方法的运用中也要充分尊重技术分类方法的这些特点，在动态中予以把握。此外，为进一步提高该研究的运用水平，对不同层次技术普遍运动规律和特殊规律的揭示还有待进一步研究和深化。