“十一五”我國設施蔬菜生產和科技進展及其展望

喻景權

（浙江大學園藝系，浙江杭州 310058）

“十一五”我國設施蔬菜生產和科技進展及其展望

喻景權

（浙江大學園藝系，浙江杭州 310058）

近年來，我國設施蔬菜生產發展極其迅速，生產面積以每年10 %以上的速度在增長，形成了不同區域特色的設施類型、生產模式和技術體系。本文分析了近五年我國設施蔬菜產業發展特點，并從設施裝備研發、設施蔬菜生物學與基因功能研究、設施蔬菜育苗技術、資源高效利用與連作障礙克服技術、抗逆與調控技術、優質與安全生產技術等方面總結了我國近年來取得的主要科技成就。最后在分析我國當今設施蔬菜生產中存在的主要問題的基礎上，探討了我國今后設施蔬菜產業和科研的發展方向。

設施裝備；抗逆；資源高效利用；無土栽培；育苗；基因功能

設施農業是綜合應用工程裝備技術、生物技術和環境技術，創造動植物生長發育的適宜環境，實現動植物生產的現代農業生產方式。發展以設施蔬菜為代表的設施農業是實現傳統農業向現代農業生產方式轉變，建設新型現代農業的重要內容；是調整農業結構、實現農民增收和農業增效的有效方式，是提高土地利用率，建設資源節約型、環境友好型農業的重要途徑；是增加農產品有效供給、保障食物安全和社會穩定的有力措施；也是促進農民就業，緩解農業人口壓力的有效措施。我國人多地少，資源短缺，發展設施農業尤為必要。“十一五”期間，我國政府加大了對設施農業發展的重視程度和投入力度，中央十七屆五中全會明確提出“加快發展設施農業和農產品加工業、流通業，促進農業生產經營專業化、標準化、規模化、集約化”。“國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）”明確指出了“積極發展工廠化農業，提高農業勞動生產率”的發展方向。農業部也在2008年發布了“關于促進設施農業發展的意見”，北京、天津、浙江等地政府先后出臺了發展設施農業的相關文件和扶持政策，科研機構、企業和農民參與設施農業發展積極性空前高漲，各地積極落實扶植政策、穩步加大資金投入、不斷強化科技創新，技術培訓日益活躍，社會服務日益健全，初步走出了一條適合我國國情的設施農業發展道路。

1 “十一五”期間我國設施蔬菜產業發展概況

“十一五”期間，按照蔬菜設施栽培的高產、優質、高效、生態、安全的要求，以質量和效益為中心，我國設施蔬菜取得了迅猛的發展。截至2010年底，我國設施蔬菜年種植面積估計約達466.7萬hm2，分別占我國設施栽培的95 %和世界設施園藝80 %的面積，成為世界上設施面積最大的國家，比2004年末的253.3萬hm2翻了近一番，且仍以每年10 %左右的速度在增長。目前，我國設施蔬菜產值已達7000億元，分別占蔬菜和全國種植業總產值的65 %和20 %以上，人均設施蔬菜的占有量已達200 kg以上，全國農民人均增收接近800元，占農民人均純收入的16 %，提供了近4000萬個就業崗位，業已成為我國許多區域的農業支柱產業（張真和 等，2010a，2010b）。

我國的設施園藝經過近三十年的發展，基本形成了不同區域特色的設施類型、生產模式和技術體系。從設施類型上看，小拱棚約占40 %、大中棚約占40 %、日光溫室約占20 %、連棟溫室在0.5 %以下。從產地分布看，環渤海灣及黃淮地區仍是我國設施蔬菜的最大產地，約占全國面積的55 %～60 %，山東、河北和沈陽發展尤為迅速。該區域主要充分利用其充足的光能資源發展節能日光溫室，實現了冬春果菜的無加溫生產。其中，山東省的設施蔬菜產值已經達到全省種植業總產值的近一半左右。在長江中下游地區，主要通過發展塑料大棚等設施，實現果菜、根菜、葉菜、水生蔬菜等多樣化蔬菜的周年生產，面積約占全國的18 %～21 %；而在西北地區，近年來積極發展以平地和山地日光溫室以及非耕地無土栽培為代表的設施蔬菜生產，面積發展迅速，約占全國的8 %，其他地區則由于氣候等原因（如華南地區），發展相對較為緩慢，約占15 %左右。

2 “十一五”期間我國設施蔬菜主要科技進步

“十一五”期間國家和各級政府對設施農業科技極為重視，科技投入顯著增加，是迄今設施農業科技投入最多的五年，科技部通過國家“三大”科技計劃投入了約2億元用于基礎研究、技術研發和集成示范。在國家“973”計劃中，啟動了“設施作物對環境的適應機制與產品安全的基礎研究”重點項目，在國家科技支撐項目中，先后啟動了“園藝作物安全高效生產關鍵技術研究與示范”、“現代高效設施農業工程技術研究與示范”、“設施農業配套關鍵技術裝備研究開發”、“綠色環控設施農業關鍵技術研究和產業化示范”等項目，在“863”計劃中啟動了“基于模型的日光溫室結構優化與數字化設計”等課題。農業部則通過啟動行業科技計劃、“大宗蔬菜產業技術體系”，“跨越計劃”以及“園藝標準園”等來推動設施蔬菜科技進步和成果應用。此外，國家自然科學基金委員會在“十一五”期間還專門設立了“設施園藝學”學科及其代碼，進一步加強相關基礎研究，每年資助5項左右的基礎性研究項目。通過這些項目的實施，設施蔬菜產業和科技從量到質都有了不同程度的飛躍，特別在自主知識產權設施裝備與環境控制系統研究與開發、設施蔬菜生物學與基因功能基礎研究、設施專用種質種苗選育和應用、優質高產高效栽培技術體系、資源高效利用與連作障礙克服、設施農產品安全保障、采后加工與配套設施技術研究等方面均取得了一定成果，形成了不同檔次、不同系列的溫室產品和大批實用技術，產業規模初步形成，優勢效應也得到了一定體現，其中有1項成果獲得了國家自然科學獎，多項成果獲得了國家科技進步二等獎，開發了近百個產品，申報了數百項發明與新型實用專利，在國內外發表了大量學術論文，其中SCI論文從“十五”期間的每年10篇左右增加到“十一五”的每年30～50篇。與此同時，形成了一支年齡結構、知識層次、學科搭配合理的人才隊伍。所有這些，為我國設施農業的進一步發展奠定了人才、技術、基地與物質基礎。本文圍繞設施裝備和生產技術方面的內容按領域方向分述主要科技進展。

2.1 設施裝備的研發與環境控制研究進展

“十一五”期間，針對目前我國能源短缺、設施裝備落后、智能化控制程度較低、關鍵設備受制于國外的局面，通過多學科合作研究和產學研聯合攻關，在現代溫室生產技術引進和消化、日光溫室改進、設施內部作業機具研發和環境控制等領域取得了顯著進展。在現代溫室結構改進、控制系統消化和配套器具國產化方面取得了顯著成效（王麗艷 等，2008），國外最近開發的懸掛式栽培設施也在上海市農業科學院等地得到應用。針對我國北方地區日光溫室普遍存在采光和保溫性能差的問題，張國森等（2009）（CN200920144085.5）發明了一種利用石塊漿砌墻體，用砂石堆砌保溫層的適宜非耕地地區的砂石墻下挖型日光溫室；魏家鵬等（2009）（CN200910020154.6）研發了工廠化育苗專用日光溫室和連棟溫室。白義奎等（2010）（CN201010160043.8）研發出東北新型多連棟節能日光溫室，土地利用率提高到80 %～90 %；王鐵良等（2010）（CN201010160021.1）研發出東北新型落地裝配式全鋼架結構日光溫室，比傳統的日光溫室在施工速度、用鋼量和采光量方面都有了顯著提高。在內部結構方面，王曉冬等（2007）研究了下挖深度對日光溫室保溫性的影響；楊建軍等（2009）通過研究提出了西北不同地區最佳墻體厚度，孟力力等（2009）和馬承偉等（2010）分別構建了日光溫室二維溫度場數學模型，開發出了日光溫室結構參數優化計算軟件；白義奎等（2006）研究發現綴鋁箔聚苯板空心墻體的熱工性能較聚苯板夾芯墻體更好，受環境因素的影響較小；李小芳和陳青云（2006）比較了不同厚度磚墻聚苯板等隔熱材料不同組合對保溫性能的影響；佟國紅等（2010）研究了下沉深度和跨度同太陽能供熱保證率等的關系，馬驥等（2007）在西部研發并推廣了山地日光溫室，提高了保溫性和土地利用率。

針對溫室環境數據信息監控特點，韓華峰等（2009）研究了基于ZigBee協議的傳感器節點技術，通過組裝現場監控無線傳感器網絡，實現數據遠程傳輸至指定數據庫服務器，并提出了基于遮陽網、天窗等機械運動圖像處理的溫室視頻監控新方法；宋樹民和祝詩平（2009）將嵌入式遠程視頻采集技術應用到溫室監測中，獲取溫室作物的生長狀況、肥水需求情況以及病蟲草害動態等信息的反應載體作物的生長圖像；張培新等（2006）建立了一套周年連續的溫濕通用數據庫，對番茄、黃瓜等設施蔬菜的生長發育進程和病害發生進行預測，并可借助新數據的采集對原有環境數據庫進行改進、補充和完善；李萍萍等（2006）將溫室內外的環境信息實時接入溫室蔬菜栽培的專家系統中去，作為驅動變量，為環境控制、病蟲害及營養等的管理決策提供參數依據；楊碩等（2008）和董永勝（2010）還分別建立了基于無線傳感器網絡的溫室植物生長光照強度和溫室環境監控系統；張洪波等（2010）針對溫室環境的多輸入、多輸出、非線性和難以建立數學模型等特點，提出一種基于 BP神經網絡的專家系統并用于溫室控制，實現了神經網絡和專家系統功能上的互補。在溫室環境控制裝置研發方面，王定成等（2007）研制了基于USB的溫室環境數據采集器；趙春江等（2009）（CN200910078126.X）研制了一種溫室環境控制裝置，可根據白天和夜間溫室環境控制的不同特點實現溫室環境白天和夜間兩種控制模式，更加精確和高效地實現對環境參數的自動控制，提高設備的使用效率、降低能耗；楊婷和汪小旵（2010）提出了基于ZigBee無線傳感器網絡的自動控制滴灌系統，該系統能夠監測植物土壤濕度、環境溫度和光照的變化，通過無線網絡將傳感器信號反饋，結合傳感器融合技術可對滴灌動作做出精確判斷，實施高效的節水灌溉措施；馬丹等（2007）研制了 SG-1型高效熱風爐，其性能達到了茄果類蔬菜生長的適宜溫度要求；柴立龍等（2008）研究了地源熱泵溫室夏季降溫效果；喬正衛等（2008）利用噴膠棉、羊毛、PE發泡片和毛氈做保溫芯材試制了4種保溫被；李金城等（2008）（CN200720026906.6）研發了一套新型液壓卷簾機；宋衛堂等（2008）（CN200810240328.5）研制了營養液紫外線臭氧組合式消毒方法，極大提高殺菌效果，使營養液中微生物數量下降到更低；馬偉等（2009）開發了移動式溫室精確灌溉施肥機，該產品移動方便，并在不同溫室之間快速連接管路，性能穩定，成本低；賀超興等（2009）研制開發了燃煤式土壤基質高溫熱水消毒機，對根結線蟲的防效達60 %以上。

2.2 設施蔬菜生物學與基因功能研究進展

“十一五”期間，我國設施蔬菜基礎生物學的研究發展有了質的飛躍，取得了一系列喜人成果。期間最大的事件是中國農業科學院蔬菜花卉研究所聯合國內外其他有關單位進行了世界上第一個蔬菜作物黃瓜全基因組的測序，其研究成果發表在《Nature Genetics》（Huang et al.，2009），開啟了蔬菜作物基因組測序的新時代。黃瓜基因組序列的揭曉為進行黃瓜產量、品質、抗病性等重要農藝性狀相關基因的克隆與功能應用研究提供了便捷。此外，通過比較基因組學在黃瓜基因組中發現了686個基因亞家族與植物維管束的形成和功能相關，這也為未來研究植物系統信號傳遞等提供了重要資源。繼黃瓜基因組測序之后，我國又開展了大白菜、普通白菜和西瓜等基因組測序工作。此外，番茄作為另一重要的設施蔬菜作物，中國正承擔著番茄12條染色體中的2條染色體的測序工作。這些基因組工作的完成將大大提高中國在設施蔬菜功能基因和遺傳育種研究上的能力（杜永臣 等，2010）。

設施蔬菜作物重要功能基因的分離與克隆研究在“十一五”期間也取得了一定的發展。黃瓜中已有大量基因被分離克隆，發育相關基因如兩性花基因M的分離（Li et al.，2009），黃瓜果實膨大生長相關基因CsEXP5的克隆（孫涌棟 等，2008），營養生長與生殖生長調控基因CsMADS06的克隆（姚丹青 等，2009），胚胎發育相關基因的分離鑒定（盛慧 等，2010）等。其他重要功能基因如黃瓜脂肪酸去飽和酶基因（Cs-FAD）（劉春香 等，2008）、磷脂酶D（杜棟良 等，2009）、6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶基因Cs6PGDH（魏躍 等，2009）、乙烯受體ETR1基因片段（曹迪 等，2009）等也相繼被克隆。甜瓜中，果實發育相關基因果實酸性轉化酶（于喜艷 等，2006）、蔗糖磷酸合成酶（于喜艷 等，2007）、醇酰基轉移酶（馮燕青 等，2009）等基因也得到了分離。另外，泛素蛋白（龍皎月 等，2008）、γ生育酚甲基轉移酶基因（鄒禮平，2008）、辣椒花藥胚狀體發育等相關基因（張菊平 等，2008）、番茄ACC氧化合成酶（符秀梅 等，2009）、絡合素酶基因（李慧 等，2010）也已由我國學者進行了克隆與分析。Fu等（2008）還系統研究了 BR在果實發育過程中如何通過調節細胞分裂周期蛋白（CycD等）從而調節果實發育的機制，Wu等（2010）研究了黃瓜性別分化中的相關基因表達譜。這些基因信息的獲得為進行黃瓜、甜瓜、辣椒、番茄等蔬菜作物的風味品質、產量育種及抗逆機制研究等提供了理論依據。

2.3 設施蔬菜育苗技術研究進展

“十一五”期間，育苗技術無論在理論上還是應用上都有了長足的進步。全國各地育苗設施逐步完善，北方主要推廣應用日光溫室穴盤育苗，而在南方主要研究推廣電熱加溫穴盤育苗，逐步從傳統的家庭育苗走向集約化工廠化育苗，其中工廠化育苗在山東等地已經達到了20 %左右的水平，涌現出多家年產2000萬～5000萬成苗的企業。在育苗基質上，各地根據其材料來源情況，研發了以玉米秸、麥稈、醋糟、草炭、蛭石等不同比例的混合基質來替代傳統育苗基質，形成適合各地的規模化和商品化生產模式（錢笑天 等，2009；邵秀麗 等，2009；劉超杰 等，2010）。基于我國目前存在的連作障礙和冬春低溫弱光問題，國內多家單位開展了嫁接砧木資源的評價和利用的研究。在抗病方面，已篩選出番茄抗青枯病、枯萎病和抗根結線蟲砧木，以及黃瓜抗枯萎病、茄子抗黃萎病的砧木，但目前還缺少具有實用價值的瓜類抗根結線蟲的嫁接砧木（張朝坤 等，2009；王明耀 等，2010）。近年來，顧興芳等（2006）發現以野生瓜棘瓜為砧木的黃瓜嫁接苗在嫁接親和性、抗南方根結線蟲能力、產量、株高和果實品質等方面，均優于目前生產上大面積推廣的以黑籽南瓜或火鳳凰為砧木的黃瓜嫁接苗。有關嫁接提高抗逆性是近年來國內外的研究熱點，喻景權等評價了我國主要栽培瓜類在不同根系溫度下生長、抗氧化系統和地上部光合作用的響應，并把我國主要瓜類分為耐冷但熱敏感型、冷敏感與熱敏感型、冷敏感但耐熱型三類（Zhang et al.，2008）。Huang等（2010）報道了黃瓜嫁接黑籽南瓜可緩解鹽分對大量元素吸收的抑制作用，李漢美和朱祝軍（2009）發現嫁接抗性砧木能通過提高光合作用和抗氧化酶活性來提高植物耐鹽性，黃瓜嫁接黑籽南瓜可通過提高多胺含量和抗氧化酶活性來提高對銅害的耐性（Zhang et al.，2010）。在嫁接方法上，除傳統的嫁接方法外，近年來形成和完善了一些新型或實用嫁接方法，如套管嫁接法、雙砧嫁接法和離體嫁接技術。其中雙砧木嫁接是利用不同品種砧木之間抗病性、抗低溫能力、生長狀況等差異特點進行互補，在黃瓜生產中應用增產作用明顯（儲昭勝 等，2010）。

2.4 資源高效利用與連作障礙克服技術研究進展

我國人口眾多，但資源匱乏，同時，設施生產中存在養分、水分等資源利用率低的問題。鑒于此，“十一五”期間我國各地開展了大量提高包括土地、光能、水分和養分等在內的資源利用率的研究。其中，中國農業科學院蔬菜花卉研究所和甘肅、寧夏等地在非耕地利用方面取得了顯著進展，他們利用我國西部區域充足的光能資源和非耕地資源，通過發展以農作物秸稈和沙地等為栽培基質，配合使用有機和無機肥料來進行主要設施蔬菜的生產，實現了非耕地的有效利用（劉偉 等，2006；李建明 等，2006；卜燕燕 等，2010）。在水分和養分方面，傳統的灌水和施肥模式存在利用率低的問題，主要養分利用率僅為10 %～30 %，為此，近年來開發了膜下滴灌、膜下滲灌等微灌技術，滴灌結合施肥，可減少肥料淋溶損失，同時肥料利用率可提高1倍（李戰國，2008；姬景紅 等，2009）。通過整合蔬菜配方施肥和肥水一體化水肥耦合新技術，將含可溶性化肥的水以較小流量均勻、準確地直接輸送到作物根部附近的土壤表面或土層中的灌水施肥方法，可以把水和養分按照作物生長需求定量、定時直接供給作物，明顯降低大棚濕度，達到節水、節肥、省藥、省工的效果，并能明顯提高蔬菜的產量和品質（王榮蓮 等，2010）。與之配套的設施如移動式溫室精確灌溉施肥機也已實現產業化生產。CO2施肥可以增強蔬菜對生物逆境和非生物逆境的抗性，改變蔬菜作物的礦物質吸收和分配，提高光合作用和產量。但缺少 CO2來源則一直困擾我國設施園藝的發展，近年來，北方逐步推廣應用了以農作物秸稈為材料的地下式“生物反應堆”技術（李明霞 等，2008），而在南方，樊琳等（2009）研發了利用水稻等秸稈好氣發酵技術。這些技術不僅能有效利用農作物廢棄秸稈產生 CO2而提高蔬菜作物光合作用，也可產生熱量，提高設施中的溫度，提高冬春季節蔬菜生產的安全性，增產幅度達20 %左右。

隨著設施蔬菜的專業化和規模化生產的發展，連作障礙問題也日益突出。“十一五”期間，我國各地針對連作障礙發生機制與防治開展了大量研究。土傳病蟲害、次生鹽漬化和自毒作用是引起連作障礙的主要原因。吳艷飛（2008）、吳鳳芝等（2008）、吳鳳芝和周新剛（2009）、賀麗娜等（2009）研究發現，黃瓜等作物連作引起次生鹽漬化，土壤呼吸強度降低，土壤蔗糖酶活性下降，微生物種群由細菌型向真菌型轉化，土壤病原菌增多。而間套作或輪作則明顯保持了微生物種群的平衡，減輕了土傳病害的發生。在自毒作用研究方面，已從番茄、黃瓜、西瓜和茄子根系分泌物中分離鑒定出一些自毒物質，并對其作用機制開展了研究。近年來有關連作障礙研究的一個主要特點是從傳統的單因子研究拓展到多因子研究。喻景權課題組研究發現，黃瓜和黑籽南瓜對黃瓜根系分泌物中的自毒物質具有不同的吸收特性，黃瓜根系對其自毒物質具有較高的親和性和吸收性，引起根系細胞活性氧的產生和根系生活力的下降，從而助長了病原菌的侵染，加劇連作障礙的發生，并提出了連作障礙是多因子綜合作用的結果的觀點（Ogweno & Yu，2006；Ye et al.，2006；Ding et al.，2007）。韓雪等（2006）、吳鳳芝和王學征（2007）和劉娜等（2008）的研究發現，不同感抗品種根系分泌物和自毒物質對病原菌生長和土壤中的微生物結構具有顯著影響，沈其榮課題組（2008）的工作也發現，西瓜枯萎病病原菌Fusarium產生的鐮刀菌酸能抑制西瓜的生長，間套作水稻對枯萎病的發生具有明顯的抑制作用。一些研究還發現，黃瓜中的自毒物質可通過抑制其根系細胞細胞分裂周期蛋白相關基因表達而抑制根系細胞分裂和生長（Zhang et al.，2008）。

連作障礙防治是今后相當長一段時間內蔬菜產業面臨的一大難題。目前主要從種植制度和種植方式的優化、抗土傳病蟲害品種和嫁接砧木的篩選和利用、土壤消毒和土壤管理以及生物防治等角度著手，如利用具有化感作用的蔥蒜類作物同禾本科植物輪作或間套作，采用隔離和半隔離式栽培模式，推廣應用水旱輪作栽培模式，選育抗性砧木和品種，開發石灰氮和1,3-二氯丙烯（1,3-D）等化學消毒物質，應用蒸汽消毒和高溫燜棚等環境友好型消毒技術，完善放線菌和穿刺巴氏桿菌等生物防治技術等。

2.5 抗逆機制與設施蔬菜抗逆生產調控技術研究進展

我國的設施生產中經常遭遇包括低溫和高溫、弱光和強光、干旱和澇害、高鹽和重金屬以及病蟲害等的為害，這些非生物與生物逆境對蔬菜光合作用、抗氧化系統和養分吸收的影響以及調控是近年來我國設施園藝的研究熱點，其中光合效率分析、抗氧化系統分析和利用RT-PCR技術進行基因表達分析成為“十一五”期間利用最多的方法手段，一些實驗室還采用SSH、基因芯片和蛋白組學技術篩選了一系列包括低溫弱光、鹽和干旱等脅迫下的響應基因和蛋白，如毛偉華等（2006）構建了黃瓜首張cDNA芯片并分析了低溫等脅迫下的差異表達基因，任華中等利用SSH方法篩選出一系列低溫弱光響應基因（Mi et al.，2008），郭世榮等研究了鹽脅迫下黃瓜根系的蛋白組變化（Du et al.，2010），葉志彪等利用基因芯片技術研究了干旱脅迫下番茄轉錄組水平的變化（Gong et al.，2010），Sun等（2010）比較了耐鹽野生番茄和鹽敏感栽培番茄鹽脅迫下的轉錄本水平的變化，這些工作為深入研究抗逆機制和分子育種奠定了基礎。低溫弱光是設施栽培環境的典型逆境，最近的研究發現，低溫弱光后黃瓜葉片RuBP羧化效率下降導致PSI產生更多的光合作用過剩電子流向 O2即 Mehler-Asada途徑的加劇，產生的過剩電子和活性氧又進一步導致Calvin循環酶的失活和CO2同化速率的下降。上述低溫弱光對光合作用電子傳遞和RuBP羧化效率的影響可通過嫁接黑籽南瓜來緩和，品種間的抗性差異可通過上述過程指標加以評價（Zhou et al.，2006；2007）。黃瓜葉片中的SOD基因表達和編碼酶活性同Cu、Zn、Fe和Mn等水平有關（Gao et al.，2009），不同品種的耐低溫弱光能力還同果實生長所需的碳水化合物引起的反饋調控有關（Miao et al.，2009）。

最近五年，我國各地開展了大量有關植物生理活性物質如油菜素內酯（BR）、ABA、多胺、NO、水楊酸、H2O2等在抗逆調控中的作用效果和機理的研究。夏曉劍等發現，BR通過細胞膜NADPH氧化酶產生H2O2來提高包括對低溫、化學氧化和病毒等脅迫的抗性（Xia et al.，2009a）。BR還能提高對高溫、低氧脅迫、化學農藥等抗性，提高在逆境和正常生長環境下作物的光合效率（Xia et al.，2006；2009b），且高溫下BR處理還伴隨著ABA水平的提高（Yuan et al.，2010）。ABA和H2O2等具有提高抗氧化酶活性，保護高溫和滲透等逆境下葉片葉綠體結構的作用（Gao et al.，2010），H2O2參與了NO引起的番茄銅抗性調控（Wang et al.，2010）。多胺等具有提高黃瓜等耐鹽性、耐低溫性和耐低氧性的作用，且這種作用同其調控內在多胺代謝、抗氧化系統和光合作用氣體交換有關（Duan et al.，2008；Zhang et al.，2009；Zhang et al.，2009），此外，研究還發現嫁接通過提高多胺和抗氧化酶系統以及光合作用來增強番茄的銅抗性（Zhang et al.，2010），CO2加富能通過增強鐵供應不足誘導的防御反應提高鐵營養水平（Jin et al.，2009），外源硅能提高黃瓜抗氧化能力和對低溫的抗性等（Liu et al.，2009）。

“十一五”期間一個重要進展是利用包括轉基因技術、VIGS技術和化學遺傳和藥理法等方法來研究抗逆基因功能。番茄轉基因技術已在不同實驗室所采用，并取得了許多有意義的結果，如過量表達甘油-3-磷酸酰基轉移酶提高了番茄的抗冷脅迫能力（Sui et al.，2007），反義抑制葉黃素代謝相關基因則減緩了低溫弱光對番茄PSI和PSⅡ的光抑制（Wang et al.，2010），而過量表達則增加了其對強光低溫下的PSⅡ光抑制（Wang et al.，2008）；過量表達葉綠體中的MDHR基因提高了番茄對溫度和氧化脅迫的抗性（Li et al.，2010），過量表達轉錄因子LeERF2通過調節乙烯合成而提高抗凍能力（Zhang & Huang，2010）。黃瓜過量表達冷脅迫誘導的轉錄本調節基因ICE1表現出更強的耐低溫性（Liu et al.，2010），反義抑制酸性轉換酶編碼基因MAI1顯著改變了植株的生長和果實的發育（Yu et al.，2008）。

2.6 蔬菜優質與安全生產技術研究進展

設施蔬菜產品優質安全是“十一五”期間備受人們關注的一個問題。期間，王實娟等（2010）研究了水氮處理對溫室黃瓜風味品質成分如醛類物質、可溶性糖、VC和蛋白質等的影響；安順偉等（2010）發現番茄植株單株結果數、果實干物質、可溶性固形物、VC、有機酸含量和糖酸比等品質性狀均隨灌水量降低呈增加趨勢；張瑞華等（2007）研究發現有色膜覆蓋還可創造較好的溫光環境，提高全生育期內葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量；劉明池和劉向莉（2005）則在“十一五”期間進一步研究了調虧灌溉對番茄、甜瓜果實風味物質形成的影響和改善措施，并在產業化應用方面取得了進展；師愷等研究了限根栽培條件下根系可能產生的缺氧和相應的能量代謝和光合效率變化（Shi et al.，2007，2008 a，2008b，2008c）。保水抗旱材料在我國具有廣闊的發展前景（Xie et al.，2010；Zhang et al.，2010），近年來在新型多功能保水劑系列產品研制與產業化，保水劑的有機-無機復合，以及保水劑與肥料、植物生長調節劑、殺蟲劑、殺菌劑等物質的復配等方面取得了一些進展。隨著我國城市化進程的加快，城鄉交錯區重金屬污染問題越來越受到人們的關注。近年內，全國各地對菜地重金屬污染情況進行了普查，并對其來源、不同蔬菜和不同器官中的累積特征、對養分吸收以及相關生理代謝過程都進行了大量的研究。這些研究明確了重金屬的輸入途徑為施肥和灌溉，有機肥施用是生產過程中重金屬輸入的主要來源，在目前的生產條件下，葉菜類蔬菜重金屬健康風險較高（徐勇賢 等，2009）。劉蘋等（2008）發現，壽光大棚土壤中除Pb與Ni外，其他重金屬含量均與大棚使用年限呈正相關關系，棚內土壤重金屬含量明顯高于棚外麥地土壤相，Cd的樣本超標率為15.4 %，Ni的樣本超標率為5.8 %。如何通過栽培模式、土壤改良、優質灌溉水和有機肥等的保障以及篩選低重金屬吸收品種來減少蔬菜中的重金屬含量是我們今后面臨的問題。近年來，我國各地在蔬菜植保技術取得顯著進展的同時，農藥殘留與控制技術等方面也取得了顯著突破。設施生產中除選育出一批抗病品種外，推廣應用了防蟲網、性誘劑、粘蟲板、硫磺熏蒸、生物農藥和有色薄膜等環境友好型病蟲害防治技術（石延霞 等，2007；楊宇紅 等，2008）。此外，針對土壤持久性農藥等污染問題，南京農業大學李順鵬課題組（Jiang et al.，2007）和浙江大學虞云龍課題組（Fang et al.，2008）等分離了多個農藥降解菌，并實現了產業化生產。喻景權課題組（Xia et al.，2009c）還發現，植物激素中的油菜素內酯能通過加速植物體內的農藥代謝降解過程，降低蔬菜等產品中的農藥殘留含量，這些都為今后提高蔬菜產品的安全性提供了技術保障。“十一五”期間，農藥殘留合格率達到了98 %，比2001年提高了30 %以上，特別是農業部啟動“園藝標準園”建設項目以來，標準園產品農藥殘留合格率更是達到了99.8 %。

3 我國設施蔬菜產業發展和科研中面臨的突出問題

我國的設施蔬菜產業在“十一五”期間得到了飛速發展，設施栽培的面積一直位于世界各國之首，但客觀地分析，迄今為止我國的設施蔬菜產業只是一個栽培面積和生產量的擴展，而在科技含量、單位面積產量水平和產品品質上同發達國家存在很大的差距。從一定意義上講，我國是一個設施蔬菜產業大國，但不是強國。目前，我國設施蔬菜產業主要面臨以下幾個問題。

① 生產盲目性、災害性氣候和病蟲害爆發帶來的蔬菜生產供應的不穩定性。目前，我國各地都加大力度發展設施蔬菜生產，但缺少產業發展宏觀規劃研究。我們還難以回答我國設施栽培規模達到多少水平較為合適這一基本問題。我國大多設施環境可控性差，生產中因短期和長期的低溫弱光導致的產量不穩定情況在所難免。近年來因土傳和病毒傳播病蟲害如根結線蟲和番茄黃化曲葉病毒造成的黃瓜和番茄產量毀滅性現象也在一些區域不斷發生。這些都導致了蔬菜生產供應不穩定性。

② 設施的可靠性、產業的規模化、生產的專業化、操作的機械化、環境的可控性和控制的智能化水平有待提升。占我國設施蔬菜栽培大多數的日光溫室和塑料大棚設施目前普遍存在設施簡陋、環境可控性差、冷害凍害頻發的問題；由于我國的土地制度特點，單位農戶的經營規模普遍較小，影響了操作的機械化和管理的智能化發展，導致勞動生產效益和經營效益低，技術推廣難度大和產品穩定性差等問題。

③ 國外品種大量涌入對我國設施蔬菜種子產業產生沖擊。盡管我國各地加大了設施專用品種的選育力度，但其速度明顯落后于產業的快速發展，而國外的許多種子企業憑借其多年的種質和技術積累，育成的許多蔬菜瓜果品種如番茄、黃瓜、甜椒、甜瓜和西瓜等在產量、抗性和商品性方面具有一定的優勢，壟斷了一些區域的種子市場。

④ 過量化肥農藥帶來的環境與蔬菜產品安全性問題。由于低溫弱光等原因，我國各地特別是北方一些地區采用過量施肥的方式來提高產量，很多地區的養分利用率僅為10 %～20 %左右。此外，設施條件下的低溫和高濕等環境也導致病蟲害高發，必須依賴大量的化學合成農藥投入來防控。所有這些不僅引起設施產品的農藥和化肥污染，也容易造成土壤鹽漬化以及環境和生態污染，成為社會各界普遍關心的問題。

⑤ 連作障礙和病蟲害問題成為制約設施蔬菜可持續生產的瓶頸。我國的設施生產存在品種單一化的特點，連作條件下的病蟲害和連作障礙問題尤為嚴重，但我們的連作障礙克服技術體系尚未成熟，日益嚴重的黃瓜根結線蟲和番茄黃化曲葉病毒病未能得到根本控制。

⑥ 單位面積產量與發達國家的差距日益明顯。經過長達數十年的努力，我國設施栽培技術有了較大的進步，但我國在硬件和軟件上都同荷蘭等發達國家存在很大的差異。目前，荷蘭的番茄和黃瓜等單位面積產量已經達到了100 kg·m-2，而我國大多地區的產量僅為15 kg·m-2左右，這種差距不是在縮小，而是在加大。

⑦ 蔬菜產品采后處理能力與產品質量有待提高。面前我國蔬菜產業的采后處理和運輸能力遠遠跟不上產業的發展，冷鏈系統還不夠健全，大多區域及其產品多以常溫流通為主，不僅損耗大，而且流通末端產品的質量不高。

⑧ 蔬菜生產成本（勞動力、土地、肥料、農藥和薄膜）增加，生產效益波動明顯。近來出現的通貨膨脹和用工荒在一定程度上導致了設施生產資料如農膜、化肥和用工成本的增加，加上不確定的氣候災害等因素，導致了蔬菜市場價格和農民經營效益的不穩定性。

⑨ 設施蔬菜科技投入不足，科技推廣體系有待完善。近年來，我國設施蔬菜科技投入增加明顯，但還未能滿足產業的技術需求，相比其他產業規模，設施蔬菜產業的科技投入相對較少。

4 發展方向

為解決上述問題，要在積極吸收國外先進科學技術的同時，立足我國的基本國情，研發適合不同生態環境、社會和經濟發展水平的設施蔬菜生產技術，形成相應的生產模式和技術體系。為此，我們有必要加強以下幾方面的工作。

① 發展專業化、集約化、規模化和機械化生產，提高經營規模和生產效益，通過園藝標準園和農業科技示范園等建設，帶動科技成果的普及與推廣，改變我國設施蔬菜生產的增長方式。

② 優化北方日光溫室和南方塑料大棚結構，提高環境智能化控制水平，完善北方設施蔬菜長季節栽培技術和南方避雨栽培、遮陽網和防蟲網栽培技術，發展環境友好型蔬菜安全生產模式，推廣應用生物防治技術、肥水一體化供應技術、CO2施肥技術和抗逆誘導技術等，提高單位面積產量和質量，減少肥料和農藥投入，實現真正意義上的標準化生產。

③ 基于基因組學分析和分子育種方法和技術選育一批抗病、優質、低能耗和高養分利用率的品種；完善蔬菜作物有害生物綜合防治技術，研發環境友好型土壤消毒技術和蔬菜作物病蟲害特別是土傳及病毒傳播的病蟲害的控制技術，如根結線蟲和番茄黃化曲葉病毒等。

④ 加強蔬菜產業基礎設施投入，強化產業信息系統，提高抵御災害與市場變化風險的能力；提高蔬菜采后處理與冷鏈流通技術，發展產品溯源技術，保障產品質量與安全。

綜上所述，我國設施蔬菜產業與科學研究在過去的五年中以前所未有的速度快速發展，并在一些重要領域取得了顯著突破，日光溫室創造了寒冷區域無加溫蔬菜生產的奇跡，走出了一條具有中國特色的設施農業發展道路，引起了國際同行的普遍關注和好評。與此同時，我國的設施蔬菜產業發展中存在設施相對比較簡陋、連作障礙嚴重、缺乏適合設施生產的專用品種以及化肥投入過多引起的次生鹽漬化等問題，今后要加強相關技術研發，形成適合我國國情的現代設施蔬菜生產技術體系。

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Progress in Protected Vegetable Production and Research during‘The Eleventh Five-year Plan’in China

YU Jing-quan
（Department of Horticulture, Zhejiang University, Hangzhou310058, Zhejiang, China）

In recent years, great progress has been made in greenhouse vegetable industry in China.The areas of greenhouse agriculture increased by10 % every year and different types of greenhouse facilities, production modes and technical systems based on characteristics of certain specific districts were developed. This paper analyzed the characteristics of the progress made in greenhouse vegetable industry during the past5 years in China. We summarized the key research accomplishments and development in greenhouse facility, biological and functional genomics of vegetable science, nursery technology of greenhouse vegetable, high efficient usage of resources, overcoming of soil sickness,mechanism and regulation of stress tolerance, and system establishment for high quality and safety production. We also analyzed the major problems existing in greenhouse vegetable production and discussed about the future trend for industry development and research activities.

Greenhouse facility; Stress tolerance; Resources high efficient utilization; Soilless cultivation; Nursery technology; Gene function

S62

A

1000-6346（2011）02-0011-13

2010-12-15；接受日期:2011-01-05

國家大宗蔬菜產業技術體系，國家“973”計劃（2009CB119000）

喻景權，教授，博士生導師，專業方向:設施蔬菜生長發育與安全生產，E-mail:jqyu@zju.edu.cn

致謝:在資料收集和整理中陳雙臣博士、夏曉劍博士、李萍芳博士和李鑫、李好、周杰和楊有新等同學提供了幫助。郭世榮教授、于賢昌教授和師愷副教授等對本文初稿提出了一些修改意見，在此一并致謝。