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发达国家的设施农业通过技术创新、产品多样化、完善的服务体系和强有力的政策支持，实现了高效、可持续的发展，为全球农业现代化提供了示范和借鉴。
发达国家现代设施种植业正通过高科技手段实现转型升级，其中温室技术、自动化和机器人技术以及智能灌溉系统是推动这一变革的关键因素。例如，德国和奥地利合作的Steiner的高科技温室项目利用智能控制系统和地热能源，实现了全年无间断的有机蔬菜和水果生产，显著减少了碳排放[1]。CambridgeHOK公司为英国邱园设计的定制温室，通过精确的温湿度及光照管理，为全球热带植物的繁殖提供了理想环境[2]。在自动化领域，美国的Oishii公司的Amatelas Farm展示了如何通过先进的机器人技术和机器学习优化草莓的采摘和农场运营[3]。此外，密歇根州立大学开发的低成本传感器，通过监测作物生长条件，帮助农民更高效地进行灌溉和疾病管理，从而提高作物产量和质量，同时减少水资源的浪费。这些技术不仅提高了农业生产的效率和可持续性，也为全球食品安全和环境保护做出了积极贡献。
荷兰种植业技术的优势在于其先进的玻璃温室技术，这些温室能够精确控制作物生长环境；无土栽培的广泛应用，尤其是使用岩棉等基质，提高了土地利用效率；针对光照不足的气候条件，荷兰通过在温室玻璃上应用抗反射涂层和光学技术来增强作物的光合作用；智能机器人技术用于自动化作物修剪，提高产量；精准灌溉系统实现了水肥的高效管理；在种业科技方面，荷兰不断研发高产、抗病的种子品种；农业自动化和信息化程度高，提升了作业效率和作物管理的精确性；荷兰的拍卖制度提高了交易效率，确保了产品质量，并形成了透明的价格机制；农业专业化和标准化操作保证了产业效率和产品质量的一致性；同时，荷兰农业技术还注重环境友好和可持续发展，减少对自然资源的依赖，降低对环境的影响。这些综合技术的应用使荷兰在有限的土地上实现了高效率和高产值的农业产出，成为全球农业技术的领先者[4]。
荷兰种植业通过实施一系列精心策划的策略有效降低了成本，这些策略包括利用规模效应通过大规模玻璃温室和自动化设备实现成本效益，采用高效的生产技术如无土栽培和精准水肥管理提升产量和质量，运用自动化和智能化技术减少人工依赖，利用AI机器人和自动化设备进行作物管理和收割，减少了人工成本，提高了劳动生产率。优化作物结构专注于高利润农产品，专注于种植那些利润空间较大的农产品，如园艺花卉、黄瓜、辣椒和西红柿，这些作物的高附加值有助于摊薄成本。持续科技创新提高生产效率，整合产业链减少中间环节，荷兰农业企业往往在种子培育、种植、加工、销售等环节实现一体化，减少中间环节，降低交易成本。精准市场定位满足高人工成本国家的需求，荷兰农产品主要出口到人工成本较高的欧洲国家，通过高效率生产降低的成本可以与这些国家的高人工成本形成竞争优势。实行拍卖制度降低交易成本，发展循环经济减少资源消耗，荷兰农业注重循环利用资源，如回收利用废水和废料，减少能源和原材料的消耗。以及获得政府的政策和资金支持以降低研发和转型成本，荷兰政府为农业技术创新和可持续发展提供政策支持和资金补贴，帮助农业企业降低研发和转型成本。这些综合措施不仅保持了荷兰农业的高产出，还显著增强了其在全球市场的竞争力。
循环水养殖系统（RAS）是一种创新的闭环水产养殖技术，它通过过滤和再利用养殖水体，显著降低了水资源的消耗并优化了养殖环境。挪威作为RAS技术的全球领导者，尤其在三文鱼养殖领域，已经成功地利用这项技术减少了疾病传播和抗生素的使用，同时提高了鱼类的生长率和产量。此外，RAS技术的应用还使得养殖地点能够更接近消费市场，有效减少了运输成本和碳排放。全球领先的水产设备供应商AKVA集团与挪威鲑鱼巨头Cermaq签订了一份价值至少6400万美元（约4.6亿人民币）的循环水养殖系统（RAS）技术合同。新的养殖设施旨在培育400-800克的大规格鱼苗（post-smolt），与传统养殖相比，使用大规格鱼苗可以缩短海上养殖时间3-4个月，并且由于大规格鱼苗更强壮、抵抗力更强，可以减少海上养殖带来的疾病和其他风险[5]。丹麦也广泛采用了RAS技术，主要用于鳟鱼和鳗鱼的养殖，其系统以其高效的水处理能力和低能耗而闻名，确保了水产品的高质量生产，同时符合了严格的环境标准。
自动化养殖管理系统通过集成传感器、数据分析和人工智能技术，监控并自动调节养殖条件，提高效率并降低成本。荷兰的水产养殖业利用这些系统实现实时水质监测和自动饲料投放，与区块链技术结合，提供透明的产品溯源。美国养殖场，特别是在佛罗里达州和加利福尼亚州，使用自动化系统进行大规模鱼类养殖，通过数据分析预测生长趋势和市场需求，优化养殖计划。
生物过滤与生态处理系统通过水生植物和微生物过滤等自然生物过程净化养殖水体，减少化学药剂使用，保持水质自然平衡。新加坡的水产养殖企业采用生态处理系统，利用水生植物和有益微生物处理养殖废水，减少环境污染，保持养殖环境的健康稳定。澳大利亚的养殖场使用生物过滤技术实现可持续的废水管理，符合严格的环保要求[6]。
在发达国家，设施畜牧业采用了一系列先进技术，以提高生产效率、确保动物福利和可持续发展。
荷兰的养猪场采用智能化环境控制系统，通过传感器和自动化设备监控和调节空气温度、湿度、通风和光照。这种系统可以实时调整养殖环境，确保最佳的生长条件。荷兰作为全球第二大养猪国，正通过智慧化养猪技术，包括自动化和智能化手段，有效减少成本和劳动力需求，同时提升运营效率。在荷兰，室内养猪场通过物联网技术收集关键环境数据，例如二氧化碳、氨气和湿度，利用这些数据进行大数据分析，以优化环境控制，从而提高养殖效果。此外，荷兰还运用RFID技术进行猪只的身份识别，通过电子个体识别（EID）系统实现对猪只活动的实时监控和健康状态的跟踪。荷兰智慧养猪的六大面向中，包括自动平衡升降装置以减少母猪压死仔猪的风险，声音辨识咳嗽监控技术用于预测猪只的健康状况，以及未来的发展方向，即侧重于影像识别与监控技术，以提高数据收集的准确性和实时性。这些创新不仅提升了养殖效率，也为全球养猪业提供了宝贵的经验和方向[7]。
美国的乳牛养殖业使用精准饲养技术，通过计算每头牛的营养需求，自动调配饲料和添加剂。系统通过传感器实时监测动物的体重、健康状况和乳量。美国乳牛养殖业通过规模化和集约化养殖提高了效率和质量，同时引入了智能饲喂系统和物联网技术等科技化手段，以提高养殖效率和产品安全性。养殖业注重环保，采用环保饲料和污水处理技术减少环境污染，并朝着智能化、绿色化和多元化的方向发展，以满足市场对高品质和多样化奶制品的需求。此外，精准饲养技术和生物安全措施的应用提升了养殖效率和奶牛健康，确保了奶制品的质量和安全性，为行业的可持续发展提供了坚实的基础[8]。
挪威Nofence公司开发了一种创新的虚拟围栏技术，旨在改进畜牧业中牲畜的放牧管理。这项技术利用GPS定位、移动数据网络、音频信号和太阳能，通过智能手机应用来监控和控制牲畜的移动，从而减少对实体围栏的依赖。虚拟围栏通过动物佩戴的项圈发出分级音频警告，以引导它们回到牧区内。如果动物未响应音频警告，项圈会发出电脉冲作为最后的纠正手段。此外，项圈还具备太阳能供电，确保整个放牧季节都能持续工作。Nofence公司还在研发新技术，如自动牧場移動计时器，该计时器将根据牧草覆盖率、作物生长速度、土壤类型、天气条件、牲畜年龄和体重等关键数据来优化放牧计划。未来，该公司还计划将动物的活动数据用作改善动物健康、疾病早期诊断和发情检测的工具，以提供更加精准的放牧建议[9]。
发达国家设施农业出口高品质、标准化的蔬菜、水果、花卉等新鲜或加工产品。荷兰的农业在全球市场上占有重要地位，是仅次于美国的世界第二大农产品出口国，尤其是鲜花市场，年销售额达45亿欧元，花卉植物销售量达125亿株。2023年，荷兰共出口了91亿欧元的花卉。荷兰还是全球最大的温室番茄和甜椒出口国，依靠其先进的温室技术和严格的品质控制标准。以色列出口的高品质甜瓜和草莓享有盛誉，得益于其创新的滴灌技术和沙漠农业技术。日本出口的高端水果如草莓和葡萄，以其卓越的质量和包装成为全球市场的高档产品。
美国是全球领先的粮食生产和出口国，拥有巨大的粮食储备，其谷物结转库存量接近世界总量的三分之一。美国农业主要集中在几个关键种植带上，包括东北部和新英格兰的牧草和乳牛带，适合青贮玉米和牧草生长，同时也是马铃薯、苹果、葡萄的重要产区；中北部的玉米带，作为世界最大的玉米生产区，大豆和小麦产量也占有重要地位；大平原小麦带，以肥沃土壤和平坦地势著称，春小麦和硬粒红冬小麦是主要作物；南部棉花带，集中了全国约三分之一的棉花农场，得克萨斯州是最大的棉花生产州；太平洋沿岸综合农业区，气候温和湿润，适宜多种作物生长，加利福尼亚州在水果、蔬菜、谷物和水稻生产方面尤为突出。美国粮食产量的波动受天气、政府政策、国际市场需求和灌溉面积比例较小等因素影响[10]。
发达国家设施农业出售温室大棚、自动化灌溉系统、智能环境控制设备等先进农业设备。荷兰出口大量温室大棚，广泛应用于世界各地的农业项目。荷兰的温室系统具有高度的自动化和节能特性。以色列以其自动化滴灌系统闻名，这些系统在全球干旱地区被广泛使用，以优化水资源利用。美国的智能环境控制设备，包括气候控制系统和自动化施肥设备，广泛应用于全球高科技温室中，提高农业生产效率。
德国和奥地利的Steiner项目、英国邱园的CambridgeHOK项目，以及新加坡Sky Greens的A-Go-Gro垂直系统，实现了全年可持续生产和高效率的垂直农业。此外，纽约布鲁克林的马尔波罗农业教育中心和ColdPICK EZ58系统的便携式温控种植场，为城市农业和新鲜果蔬种植提供了创新解决方案，强化了食品安全和生产效率。
发达国家提供精细化管理、精准种植、智能化农业管理系统等完整技术解决方案。英国的CambridgeHOK是一家专注于垂直农业技术的公司，自1955年以来在温室设计和建造方面积累了丰富经验。他们提供从研究、商业案例分析、设计规划、工程实施、系统测试到项目启动的全方位服务，旨在提高作物生长的可靠性和产量，同时优化供应链。公司能够为不同规模和预算的项目提供定制化的垂直农业解决方案，确保投资回报最大化，并通过全面的测试和专业的技术支持确保项目的顺利实施。客户评价显示，CambridgeHOK在规划、设计和建造垂直农业项目方面提供了全面而专业的服务。
发达国家设施农业提供培训、技术支持、维护服务、远程监控等售后服务，确保设施农业系统高效运行。荷兰公司提供温室建设后的技术支持、维护服务，并通过远程监控系统帮助农民优化生产流程。以色列企业在提供自动化灌溉系统时，附带全面的技术培训和远程支持服务，以确保系统在不同环境下的稳定运行。美国供应商提供智能农业设备的安装指导、定期维护服务，并通过在线平台提供持续的技术支持与远程监控。
荷兰在2024年为设施农业提供了多项补贴和扶持政策，包括国家层面的温室节能资产税收减免40%、环保资产投资扣除、创新温室系统补贴（最高40%）、温室节能措施补贴（高达20%），以及WBSO补贴，旨在支持企业开发新技术和解决技术问题。此外，地区政府通过农村地区投资预算（ILG）支持农村地区的温室建设，各省可根据具体规定使用该预算实现建设目标。这些政策旨在促进设施农业的可持续发展和技术创新[11]。
日本政府通过立法确立技术引进的主要目标和基本政策。《外资法》的制定和《外汇管理令》的颁布，以及“引进补助制度”的实施，为引进外国先进技术的企业提供财政补助和支持[12]。
从联邦到省级政府,近年来加拿大各级政府纷纷推出新政策和提供资金支持,促进垂直农业的发展。据悉,加拿大可持续农业合作伙伴关系 (Sustainable CAP)是联邦、省和地区政府之间的一项为期5年的协议。该法案于 2023年4月1日生效,为有关的联邦项目和活动提供10亿加币,由联邦、省和地区政府资助的项目和活动提供25亿加币,对包括垂直农场设备在内的农业创新项目进行重大改造。不列颠哥伦比亚省为垂直农业企业提供温室碳税减免补助。2020年魁北克省拨款1亿多加币,扩大该省垂直农业规模,截至2023年1月,增长已超20%[13]。
美国政府对农业进行比较有效的宏观调控，对农业采取了有力的价格保护和收入支持政策。美国农业的宏观调控有三个特点：一是有专司政府调控职能的机构（商品信贷公司），并建立了巨大而灵活的联邦储备体系；二是有充足的财政支持，联邦政府用于农业支持的经费；三是政府实行农场主“自愿”的农业计划，并用价格、信贷、补贴等手段予以有力的配合。美国虽然不可能消除大小农场主收入的巨大差别，但农业生产者作为个整体，其经济地位有了明显提高[10]。
美国对设施农业发展实行有力的资金支持。美国的农场经营基本上是私人投资。农场主解决资金问题，主要有两个途径：一是政府的农产品抵押贷款计划，即如果在作物收获之后价格偏低，农民可以用农产品进行抵押而不偿还贷款；二是政府提供信贷担保。农业贷款期限短则1－5年，长的可达40年，利率都比较低。在农业发展的早期，与农业发展有关的基础设施，因为投资大、收效慢，曾经是政府投资的重点。美国政府对农业投资实行税收优惠，税收减免可达到应税收入的48％。农业投资被认为是农场主合法的“避税所”。美国实行的作物保险制度也有利于农业发展[14]。
美国农业部（USDA）的风险管理机构（Risk Management Agency, RMA）2023年宣布了一项针对使用受控环境农业技术的新型作物保险计划。这项计划专门为那些在受控环境中种植作物的农业生产者设计，如植物工厂和温室，以提供额外的风险保护。通过这项保险，生产者可以更好地管理与这些高科技农业系统相关的不确定性，包括自然灾害、作物病害和市场波动等风险。该保险计划的目标是支持农业创新，鼓励生产者采用更可持续和高效的生产方法。它不仅有助于保障农业生产者免受意外损失，还促进了农业技术的采用和推广。RMA的这一举措反映了美国农业部对农业现代化和可持续发展的承诺，旨在通过提供保险保障来降低农业生产者采用新技术的门槛。此外，这项计划还可能包括一系列教育和培训资源，帮助生产者了解如何在受控环境中有效地管理作物，以及如何利用保险计划来优化他们的风险管理策略。随着农业技术的不断进步，这种类型的保险计划可能会成为农业生产者管理风险和确保稳定收入的重要工具。总体而言，这一新政策是美国农业部推动农业创新和增强农业竞争力的一部分，预计将对农业产业产生深远的影响[15]。
2023年5月1日，美国农业部宣布将提供1.3亿美元的财政援助，帮助面临财务风险且符合农业贷款计划的农民脱离财务困境。从5月份开始，美国农业部农场服务局将开始接受和审查借款人的个人困境援助申请，确定借款人资格。美国农业部长汤姆·维尔萨克表示，该措施将帮助全国各地陷入困境的农业生产者提供长期稳定的援助，以应对其财务风险。农业部将进一步了解陷入财务困境的农民所面临的最新情况，并继续向借款人和公众更新资格标准，以保证资金的合理使用[10]。
加拿大安大略省政府投资于圭尔夫大学的农业食品研究项目，旨在推动农业创新并为农民、农业企业和农村社区提供实际解决方案，同时培养农业食品领域的下一代领导者。加拿大安大略省政府投资700万美元于圭尔夫大学超过40个农业食品研究项目，旨在推动农业创新并为农民、农业企业和农村社区提供实际解决方案。这些项目由安大略省农业食品创新联盟资助，该联盟是安大略省、圭尔夫大学和安大略省农业研究与创新机构(ARIO)的合作项目，致力于经济发展、动物健康与福利的保护以及本土食品的可持续性研究。
圭尔夫大学利用其在农业和兽医学领域的专业知识，每年有240多名专家参与研究，旨在培养农业食品领域的下一代领导者，并确保安大略省人民的食品供应安全健康。这项投资是省政府支持其488亿美元农业食品行业承诺的一部分。
项目实例包括：开发用于番茄温室的采摘机器人和草莓种植自动化。利用负责任的人工智能推动农业食品创新。制造不含微塑料的绿色复合材料以替代一次性塑料。研究膳食补充剂对虹鳟鱼生长和遗传的影响。将农业废弃物转化为生物石墨烯用于电池。提高奶牛犊的抗热应激能力。
该联盟结合了学术界、政府和业界的力量，为安大略省的农业食品行业提供研究、创新、培训和实验室服务，每年为省GDP增加14亿美元，产生1.2亿美元的经济影响，并支持超过1300个就业岗位 。
美国政府一直把农业的教育、研究和技术推广作为自己重要的职责，形成了极有特色的“三位一体”的体系，被许多国家所仿效。它有效地提高了农业技术在农业发展中的作用，是美国农业发展的重要经验。这个体系有三个特点：（1）由州农学院（即19世纪建立的所谓“赠地学院”）同时承担教育、研究和推广三项任务，使三者结合在起，互相促进，并切实为农业生产服务；（2）每年的研究推广计划由基层向上申请，推广站提供的服务应尽量满足农业生产的需要；（3）推广经费由联邦、州和县共同负担。美国农业科学研究的经费充足，它主要来自公共和私人（公司）两大系统，二者互相补充，其数额之比大致为46.54。前者侧重于基础研究和应用研究（两者共占总经费的97％），后者侧重于新产品开发和应用研究（二者共占91％）[10]。
美国农业部国家粮食和农业研究所2023年投资7000万美元用于可持续农业项目,将研究、教育和推广工作结合起来。目标是建立健全、有复原力和气候智能的粮食和农业系统。其中，奥本大学将获得9500万美元的赠款,用于改造受控环境农业(CEA)--这是美国快速扩张的一部分。农业包括在温室和室内种植粮食作物,在减少碳排放的同时生产我们需要的粮食。该项目将减少CEA食品生产环境中的加热和冷却需求,提高CEA气候控制环境的总体效率,降低资源投入的碳密度,改变消费者和生产者围绕CEA产品和做法的行为。目前,受控环境农业的价值为740亿美元,预计每年增长约10%[16]。
荷兰高度创新的农业发展模式——三螺旋合作模式是一个集结了政府、企业与高校三方力量的合作模式。政府在其中发挥了两个重要的作用：一是大力投资教育，提高农业从业人员的技术和科研水平；二是将先进的农业知识和技能输送给农民，促进农业生产力的不断提升[17]。
[1] https://www.netafim.com/en/success-stories/greenhouse-project-steiner/
[2] https://cambridgehok.co.uk/news/two-bespoke-glasshouses-to-support-major-renovation-project-at-kew-gardens
[3] Oishii opens its 22,000m2 solar-powered farm in New Jersey.[EB/OL].2024-06-05.https://www.verticalfarmdaily.com/article/9632551/oishii-opens-its-22-000m2-solar-powered-farm-in-new-jersey/
[4] 农业出口看荷兰.[EB/OL].2023-05-03.http://news.cnhubei.com/content/2023-05/03/content_15785202.html
[5] 价值4.6亿元！签署挪威最大的RAS三文鱼合同.[EB/OL].2023-06-26.http://www.wanzefeng.com/index.php?c=show&id=507
[6] Eurotubi Pressfittings参考：澳大利亚鱼类养殖池中的氧气循环设备.[EB/OL].2023-06-26.https://www.pressfitting.it/zh-hans/eurotubi-pressfittings%E5%8F%82%E8%80%83%EF%BC%9A%E6%BE%B3%E5%A4%A7%E5%88%A9%E4%BA%9A%E9%B1%BC%E7%B1%BB%E5%85%BB%E6%AE%96%E6%B1%A0%E4%B8%AD%E7%9A%84%E6%B0%A7%E6%B0%94%E5%BE%AA%E7%8E%AF%E8%AE%BE/
[7] 資訊補給站-當科技碰上畜殖業 看荷蘭如何智慧化養豬.[EB/OL].2023-05-05.https://www.taisugar.com.tw/monthly/CPN.aspx?ms=1431&p=13386817&s=13386841
[8] 美国奶牛养殖.[EB/OL].2024-08-19.http://m.dashipin.com/xmyz/9766.html
[9] 虛擬圍欄技術應用於畜牧業.[EB/OL].2021-11-05.https://agritech-foresight.atri.org.tw/article/contents/3722
[10] 美国农业概况及其特点.[EB/OL].2004-09-02.http://www.rcre.agri.cn/zjsd/gwnj/202106/t20210608_7695221.htm
[11] 十问十答 | 揭秘荷兰温室大棚为什么能年产值近百亿欧元！.[EB/OL].2024-08-16.https://www.sohu.com/a/801234882_100124068
[12] 美国奶牛养殖.[EB/OL].2024-08-19.https://cohd.cau.edu.cn/main/uploads/COHDFBLW/2010/10-15.pdf
[13] Sustainable Canadian Agricultural Partnership.[EB/OL].2023-06-19.https://agriculture.canada.ca/en/department/initiatives/sustainable-canadian-agricultural-partnership
[14] USDA Offers New Crop Insurance Program for Producers Using Controlled Environments.[EB/OL].2023-11-02.https://www.rma.usda.gov/news-events/news/2023/springfield-illinois/usda-offers-new-crop-insurance-program-producers-using
[15] 中外乡村发展信息摘要 | 2023年第18期.[EB/OL].2023-05-05.https://www.iprcc.org.cn/article/4DqKzPT74zc
[16] NIFA Invests $70M in Sustainable Agricultural Research.[EB/OL].2023-02-09.https://www.nifa.usda.gov/about-nifa/press-releases/nifa-invests-70m-sustainable-agricultural-research
[17] 荷兰农业的5种经营模式.[EB/OL].2024-08-19.http://www.bsnasia.cn/9119/
