胡清秀
(中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所國家食用菌產業技術體系研發中心,北京100081)
“立體農業” (Stereo farming)這一名詞在20世紀50年代初提出,經過廣泛的研究和實踐認為是指在單位面積 (水域)上、一定的區域范圍內或不同海拔高度的地形區內,根據各種植物、動物、微生物的特性和生長繁殖特點,充分利用時、空、熱、水、土、氧等自然資源和物資、資金、勞力的投入,運用現代科學技術,把種植業、養殖業及相關的加工業科學地結合起來,建立多物種共生、多層次配置、多級質能循環利用轉化的立體種植 (立體養殖、立體種養)以及庭院立體種養的高產高效生產模式,在不斷增強區域農業的綜合生產能力和綜合效益的同時,提高土壤肥力,減少環境污染,促進生態平衡,使農業生產處于良性循環之中,達到經濟、社會、生態效益的統一[1-3]。立體農業最核心的問題是實現合理的能量轉化和物質循環,而循環農業 (Circular agriculture)則是運用于農業經濟發展系統中,通過農業系統內循環和系統外反饋循環相結合,提高能量轉化率和物質循環利用率;通過食物鏈加環、組鏈,減少非生產循環,增加生產循環,提高物質循環周轉率,生產出更多產品,降低環境污染的風險[4-5]。在循環農業的發展過程中,離不開運用立體農業的發展技術模式;而立體農業的開發,促進循環農業發展和效益增長。
立體菌業 (Stereo mushroom cultivation)從屬于立體農業的技術模式與范疇,著眼于食用菌與自然環境資源(尤其是光、熱、水、土資源)的多梯度利用,按照食用菌與其他生物之間互利共生的原理、空間生態位人工匹配原理、生物節律與自然資源的時間節律配合原理,充分發掘生產潛力,使各類投入在時間、空間、物種、層次等的最佳配置,形成多層次配置、多級質能循環利用轉化的立體種植的高產高效生產方式,從而實現食用菌產業 “高產、高效、優質”目標,大幅度提高食用菌產業的社會、經濟、生態綜合效益。隨著現代農業與科技的進步,立體菌業呈現多樣化發展模式,顯示巨大效益和生命力,為食用菌產業發展和現代農業進步注入了強勁的力量。由于立體菌業對農業廢棄物和環境資源的高效益利用,成為我國現代循環農業的發展的重要部分。文章根據循環農業和立體農業的理論,對我國當前立體菌業發展模式進行分析,并針對我國立體菌業發展中存在的問題,提出立體菌業發展的建議,為立體菌業和食用菌產業的健康穩定發展提供參考。
隨著食用菌產業的發展和科技進步,現代食用菌產業已形成了多種多樣復合高效立體菌業模式,如塑料大棚立體種植模式、林地食用菌套種栽培模式、冬閑田套種模式、菇房層架立體種植模式、防空洞立體栽培模式、多品種周年栽培模式、農作物—食用菌—菌渣有機肥—食用菌循環模式等。
溫室大棚立體菌業模式是當前我國立體菌業主要發展模式,其特點是:主體結構為日光溫室,出菇模式采用墻式或層架式 (圖1),復種指數高,一般北墻高2.5~3m,南墻高1~1.5m。北墻有的是夯實的土墻,有的是磚墻,墻上打1~2排通風孔。大棚骨架多采用竹木或水泥預制品。一般栽培面積300~500m2,栽培量1萬~3萬袋。

圖1 日光溫室大棚立體菌業模式

圖2 溫室大棚黑木耳立體栽培模式 (A-來源于中國東寧政府網,B-戴元平攝)
北方地區冬季氣候寒冷,溫室內除后墻采用保溫措施外,室內還應采取增溫措施,以提高棚內溫度。河北石家莊、甘肅河西走廊、遼寧阜新等地食用菌采用半地下室日光溫室大棚栽培食用菌,取得較好的效果。半地下式菇棚一般為東西走向,棚內凈寬7m、長20m,棚底低于地平面0.5~0.6m,四周為土壘墻,東西山墻微拱,中脊墻高2m,南北墻高1.7m,外墻近地面厚0.9m、頂厚0.6m。菇棚南北墻上各設兩排風口,底排風口從棚底斜向地面,上排風口距頂0.5m左右,風口間距1m,風口直徑0.3m,南北兩側風口對應。上覆塑料薄膜。薄膜用壓膜線固定,四周圍墻上用土袋壓牢。半地下式大棚適宜栽培金針菇、雙孢蘑菇、杏鮑菇等。
日光溫室大棚可以通過調整覆蓋物、揭膜通風等手段,可在一定范圍內調整棚內溫度、光照、通氣條件,因此,采用該設施可進行多種食用菌栽培。但由于棚膜和覆蓋物保溫效果有限,冬季棚內溫度低,夜間有時低于5℃;而夏季棚內溫度高,尤其是中午可能高于35℃,不適宜于食用菌生長。因此,大棚栽培受季節限制,生產者應根據當地氣候特點,做出合理的生產規劃。
黑龍江東寧等地采用大棚內立體栽培黑木耳方式(圖2),大幅度提高了土地利用率,與常規地擺式栽培黑木耳相比,具有環境控制操作方便,省工、省料、產量高、品質優、栽培難度小、周期短、效益高的特點,100m2即可栽培1萬袋以上,經濟效益較普通露天擺放栽培木耳增加產值2倍以上。
我國福建、江蘇、浙江等南方各地普遍采用竹架大棚立體菌業模式 (圖3),如福建漳州栽培毛木耳、福建羅源栽培秀珍菇、四川什邡栽培毛木耳、福建古田栽培茶樹菇等。整個大棚采用毛竹建造,棚寬8~10m、長度根據地塊大小而定、頂高4~5m、拱邊高3.5m,覆蓋農膜和遮陽網以及草簾遮陰,也有的加蓋彩鋼板頂棚。棚頂設通風口,用于高溫季節降溫。棚內采用層架式擺放或墻式碼放,層數多,空間利用率高。以漳州竹架大棚栽培毛木耳為例,棚內一個橫排安排兩個 “出耳墻”,每個橫排之間留0.7~1.0m過道,每排 “出耳墻”高1.8~2.2m,排包16~18層。每667m2地可排放5萬菌包左右,可生產毛木耳 (干品)3500kg以上,實現產值10萬元以上。

圖3 竹架塑料大棚立體菌業模式

圖4 磚瓦菇房雙孢蘑菇立體栽培模式
該模式下的設施投入低,經濟耐用 (一般可用3~5年);管理較方便,特別是通風管理簡單,保溫性能較好;遮光性強,高溫季節能降溫,低溫季節能保溫。但此類設施一般在毛竹資源豐富的地區搭建,對溫、光、水、氣調節范圍有限,只適宜于季節性食用菌栽培。
該模式目前主要栽培雙孢蘑菇 (圖4)。菇房通常高5~6m,長12~15m,寬8~9m,菇房內設多層菇床,床架擺列與菇房方向垂直,床架間通道兩端墻面自上而下50cm開設通風窗口,窗大小為0.3m×0.4m。相對于塑料大棚來說,這種菇房保濕保溫性能好,菇房栽培面積的利用率高,一般菇房內安裝菇床層架10~12層,因此,200m2的菇房栽培面積可達2000m2以上。
目前,該模式已在福建、山東、河南、浙江、江蘇、湖南等省廣泛推廣。該模式下雙孢蘑菇栽培過程中,栽培原料在菇房外進行一次發酵,菇房內進行第二次發酵,然而進行鋪料、播種和出菇管理。每667m2產量可達到5萬kg,產值30萬元以上。

圖5 環境調控菇房立體栽培模式

圖6 菌糧 (菜)間作套種立體菌業模式
隨著科技的進步,食用菌產業的發展,以及資金投入不斷加大,原有的立體菌業模式已不能滿足產業發展需要,限制了生產季節性,產品不能滿足市場需求。因此,必須提高食用菌生產設備設施條件,按照工廠化生產理念,實現周年化生產和產品周年供應。保溫設施菇房立體菌業模式 (圖5),即菇房采用保溫材料建造,并安裝溫度、濕度、通風設備,食用菌生長環境實現完全人工控制,生產不受季節限制。該模式下菇房保溫效果與制冷設備的控溫效果尤其重要。為了實現高效運行,菇房內最大限度地進行立體種植,每平方米栽培面積擴大20倍以上,每667m2栽培量達到9萬~10萬包 (瓶)以上。目前,按照該模式主要栽培杏鮑菇、金針菇、真姬菇、白靈菇、雙孢蘑菇等。
菌農間作套種立體菌業模式是指食用菌與農作物套種或輪作的栽培模式 (圖6),有稻菇型、麥菇型、蔗菇型、菜菇型、棉菇型等。福建漳州、浙江等地,采用稻菇輪作模式,利用冬閑稻田小拱棚栽培雙孢蘑菇,在雙季晚稻收割后,在大田中整地作畦,畦床上栽培雙孢蘑菇,雙孢蘑菇采收完畢時,正是早稻的插秧季節,不誤農時,且稻田輪作蘑菇,經過冬耕冬種,加深了土壤的耕作層,翻耕到田土中的蘑菇廢料還可改良土壤生態環境,提高土壤肥力,促進早稻豐收,效益顯著。以福建漳州為例,第一批早菇栽培的季節安排:9月下旬開始制作一級種,10月上旬開始制作二級種,10月下旬至11月上旬、中旬制作栽培種,同時準備稻草,建堆發酵,12月上旬播種,次年1月中旬開始采收;第二批冬菇推遲10~15天;第三批春菇再遲10~15天。同時,在11月10日左右應整地作畦、搭建簡易大棚,次年1月中旬開始采收蘑菇,4月上旬全部采收完畢。

圖7 林下立體菌業模式
菌菜與食用菌套種是利用蔬菜密集葉片的遮陰作用,能為食用菌生長提供良好的生態環境,既能充分利用土地,又能明顯增加經濟效益.這種新型的食用菌栽培模式很受農民歡迎。采用這種栽培模式,蔬菜宜選生長期長、葉片密的長蔓型菜類,食用菌可根據菇種不同,采用畦栽培,或室內發菌、菜行間套放的方法。
林間套種食用菌,充分利用林間小氣候條件,根據林間二氧化碳與光照對樹木與食用菌的互補、互促原理,實現食用菌的反季節栽培生產,達到提高食用菌產品質量和促進林木生長的雙重效果,從而促進林業與食用菌產業的共同發展。林下食用菌栽培主要有3種形式:一是林間覆土畦栽食用菌:所謂畦栽是指選取林間空地挖成一定長和寬的畦坑,然后播種栽培的方法。適合畦栽的食用菌有平菇、雞腿菇、姬松茸、雙孢蘑菇、灰樹菇(圖7-A)等。二是林間地表地栽食用菌:將食用菌菌袋直接放在林間出菇的方法,適合地栽的食用菌有香菇、黑木耳、毛木耳等 (圖7-B)。三是林間立體栽培食用菌,如多層掛袋出菇出耳的栽培方法、林間層架式栽培法。適合于林下立體種植食用菌的林地要求:地勢較平坦;樹木生長比較均勻整齊,郁閉度較大,遮陰效果較好;樹木排列比較規范,便于搭建拱棚。此外,一些地方采用葡萄架下種植的食用菌:平菇、香菇、木耳、雞腿菇等。
立體菌業開發其生產原料主要是木屑、果枝、玉米芯、稻草、麥草、棉籽殼、花生殼、棉稈、豆秸、麩皮等農業廢棄物,在食用菌生長發育過程中農業廢棄物中的纖維素、木質素、半纖維素等大分子有機物轉化為高蛋白、低脂肪的新型食品—營養保健食品,食用菌生產后剩下的培養基廢料 (菌渣),仍含有大量菌類多糖、蛋白質、氨基酸和Fe、Ca、Zn、Mg等微量元素及嘌呤、維生素等生長因子,經加工處理又可作為綠色有機肥用于農田;或加工生產節糧型飼料,用于魚、禽、畜的喂養;或經過配方調整繼續作為原料栽培其他種類的食用菌,使農業廢棄物得到 “整體、高效、循環、再生”的利用,在實現農業資源高效利用和提高經濟效益的同時,形成了立體菌業為紐帶的多種農業循環模式 (圖8)。

圖8 菌業循環基本模式
該模式以農業廢棄物為原料栽培食用菌,食用菌菌渣和菌床廢棄物則作為大田作物的肥料,并根據食用菌與作物生態互補互促關系采用大田套種或輪作的種植方法。例如福建漳州以玉米芯、甘蔗渣、麥麩為主要原料規模化栽培杏鮑菇,杏鮑菇菌渣栽培草菇或雙孢蘑菇,雙孢蘑菇菌渣再經過堆肥處理加工成有機肥回田利用;江蘇鎮江以稻草或廢棉栽培草菇,草菇菌渣加工成有機肥回田利用。四川金堂縣是我國食用菌主產縣,發展食用菌產業年可消耗近30萬t農業廢棄物,但長期以來大量食用菌菌渣無法處理,菌農亂倒亂放現象嚴重,2009年至今,先后引進3家企業建廠處理菌渣,利用食用菌廢料生產有機肥,有效解決了制約食用菌產業發展的瓶頸,發揮了經濟效益和社會效益,推動了食用菌產業的健康發展[5]。
這種模式是以農作物廢棄物為原料栽培食用菌,栽培食用菌的下床料加工為禽畜飼料,或發酵制成生豬養殖有機墊料,發展養殖業,墊料和禽畜糞便既可以作為作物有機肥料,也可以與農作物的秸稈混合栽培雙孢蘑菇、姬松茸等食用菌的原料,農業資源的利用率高。例如,山東農科院以金針菇菌渣15%,與玉米、豆粕、大豆皮、食鹽等制成精飼料,飼喂奶牛,與對照相比奶牛產奶量和乳脂率差異不大,每頭奶牛每日增加經濟效益4.53元,增效比例為8.84%[5]。杭州銀峰生態農業開發有限公司采用松木屑、谷殼、食用菌菌渣混合制發酵處理后,制成有機墊料,生豬養殖周期縮短10~15天;墊料清出后經簡單二次發酵處理后直接栽培雞腿菇、草菇,效益顯著。福建、浙江等地 “稻菇畜”相結合的模式,以冬閑田為場地,以稻草和牛糞為原料栽培雙孢蘑菇,每667m2年增加產值3500元以上。
據報道,用食用菌下腳料養殖蚯蚓比常規用馬糞發酵養殖蚯蚓效果好,蚯蚓繁殖速度快。蚯蚓不僅具有較高的藥用價值,而且是輕化工農業不可缺少的原料,也可加工成高蛋白營養品及禽畜高蛋白飼料,還可以用來提煉一種防治腦血栓的蚓激酶,蚯蚓糞又是一種很好的花肥。因此,將大田作物秸稈、谷物糠麩、棉籽殼和甘蔗渣等用作培養食用菌的原料,栽培食用菌的下腳料養殖蚯蚓,通過食用菌和蚯蚓的兩次利用將秸稈等農業廢棄物轉變為社會生產、人民生活所需要的資源產品,從而達到 “變廢為寶,化害為利”的目的。
這種模式即利用工農業副產品如鋸末、酒渣、蔗渣、豆腐渣加適量米糠、麥麩培養昆蟲如蠅蛆,蠅蛆的蛋白質含量高,可作為動物優質添加飼料,也可以提取幾丁質、抗生素、凝聚素等物質;養殖蠅蛆的下腳料通過滅菌處理,完全可以作為食用菌生產原料;反過來,食用菌生產下腳料由于含有豐富的菌體蛋白,也是幼蟲喜愛的食物,只要添加一些輔料,如麥麩、米糠等,又可養殖昆蟲;養殖昆蟲或培養食用菌的下腳料均可作為農作物的優質有機物,培肥地力。
這種模式是將大田作物秸稈、谷物糠麩、棉籽殼和甘蔗渣等用作培養食用菌的原料,栽培食用菌的下腳料放入沼氣池發酵,產生沼氣,提供能源,而沼氣的廢渣又是優質有機肥;同時沼氣渣經處理后,也可作為蘑菇生產的原料進入再次循環,沼氣廢液排入魚池肥水養魚,塘泥還田是優質有機肥。
該模式由福建農科院提出,由生豬養殖、沼氣工程、沼液利用和固廢處理4個部分組成,沼渣和豬糞進行固廢處理環節,生產食用菌,食用菌菌渣加上沼渣、豬糞生產有機肥,反饋到蔬菜、作物、牧草種植及魚飼養系統,牧草收成后作為飼料反饋回生豬養殖系統,完成“畜禽養殖—沼氣—食用菌—種植業”的閉合循環。該模式與單純生豬養殖相比較,經濟效益提高1.07倍,環境承載能力提高,促進了農業可持續發展。
立體菌業發展促進了循環農業發展,循環農業發展推動立體菌業發展。大力發展立體菌業對于提高農業資源利用率,促進農業增效和農民增收將發揮極其重要的作用。為了促進食用菌產業和循環農業的發展,特提出如下建議。
目前我國野生食用菌超過2000多種,馴化栽培的食用菌種類超過100種,商品化的種類約為60個,除了占食用菌主要市場份額的香菇、木耳、平菇、雙孢菇、草菇、金針菇等10余個品種外,一系列的珍稀品種也相繼馴化栽培成功[6]。在立體菌業過程中,應根據不同品種的生物學特性,按照生態互補、營養互補、時間互補的原則,實現立體菌業高產、高效益。
以林下栽培食用菌為例,首選應對當地氣候條件、森林郁閉度、原料來源、水源、當地勞動力、產品市場等多個方面進行考察分析,選擇管理看護方便,地勢平坦,水源充足,3年生長期以上的人工林地進行食用菌栽培。由于林地栽培開放式的,人工環境調控能力有限,選擇抗逆性強、適應性廣的中、高溫型高產菌株。南方林下可選擇草菇、雞腿菇、大球蓋菇、雙孢蘑菇、平菇等;北方可生產黑木耳、雞腿菇、平菇、香菇等。根據林下栽培規模,建設與之相匹配的菌包生產和培養廠和菌渣處理場。
對于近年來快速發展的工廠化生產,已形成立體化、規模化、周年化栽培模式。但食用菌工廠化生產開發過程中,應根據食用菌生產的特點和資源環境狀況、經濟條件及生產計劃,科學規劃生產場地,合理匹配生產設備、設施以及人員、生產和管理、產品銷售等軟件條件,并根據菇房大小和菌包 (瓶)數理配置適當制冷設備。由于能耗、菇房內氣流組織與菇房結構尺寸、內部設計、風機布局等直接有關,因此,根據菇體生生長發育不同階段,合理調控溫度、溫度、光照、通氣等環境條件,如發菌早期、中期、后期溫度控制;原期、菇蕾期、幼菇期、伸長生長期、成熟期環境協調控制等。只有這樣,才能確保食用菌產量和質量,提高立體菌業效益。
隨著傳統農業向現代農業跨越的進程不斷遞進,隨著中國人口日益增長,耕地不斷減少,農產品供需矛盾凸顯[7],積極探索適于本地區應用的立地菌業技術模式,一方面要體現現代農業的效率,另一方面更要體現 “整體、協調、循環、再生”的內涵。為此,要求立體菌業的發展需要在形式上予以創新,在內容上加以優化,在功能上加以拓展,力求順應新時期農村經濟發展的更高層次的要求。
一方面繼續加強多種代用料栽培研究,解決生產原料不足和成本不斷上升問題,同時應加強廢菌糠再利用、果枝、桑枝、豆稈、果殼、谷殼等農林企業廢棄物資源綜合利用和多級利用研究,真正確保食用菌產業成為污染零排放的節約型、環保型、循環型產業。二是應加強高校與科研院所低毒或無毒的生物農藥的研發,以解決食用菌生產過程中各個環節的滅菌、殺蟲等難題,降低農藥殘留,避開發達國家的貿易壁壘。三是加強食用菌機械設備等深加工技術的研發,尤其是儲藏保鮮技術、營養保健產品、休閑產品飲料以及特殊療效的各類藥物制品等系列產品開發技術等,盡可能改變過去只停留在保鮮烘干、鹽漬等粗加工水平,盡可能延長產業鏈,提升食用菌深加工開發與生產能力,提高附加值,減輕勞動強度,提高勞動效率。四是加強立體菌業標準體系建設。
食用菌產業具有現代農業、有機農業、循環農業等特點,創新立體菌業技術模式,拓展立體菌業功能,尤其要注重立體菌業與種植業、畜牧業優化耦合模式,提高立體菌業綜合效益。同時,將立體菌業與休閑農業、低碳農業、信息農業、植物工廠、綠色農業、創意農業等相結合,不斷賦予代立體菌業新的內涵,促進立體菌業與社會、環境整體協調發展。
近年來,各級政府在食用菌產業發展方面有所投入,但較其他產業投入比重太小,由于投入不足,導致資源開發、科學研究、品種改良、技術推廣等體系和環節的建設嚴重滯后于食用菌生產的發展,有些工作難以開展甚至就不能開展。因此,要將食用菌產業作為循環經濟(循環農業)的重要成分,納入各級政府農業和農村經濟工作規劃,統籌協調,增加財政資金投入,設立食用菌產業發展專項資金,每年應投入一定的資金用于食用菌的科研推廣、技術培訓及相關科研設備的裝備,帶動社會、企業、個人多元投資,建立多渠道投入機制。
立體菌業技術集成開發時間不長,涉及專業面廣,如真菌、微生物、發酵、園藝、環境工程、加工、市場管理等,需要從業人員接受專業訓練。據調查,我國目前有食用菌從業人員2500萬人以上,而受過良好的專業訓練的人員有限,估計只有1%左右[8]。因此,應選擇具有代表性的區域,在農戶、鄉村、園區、區域等多個層面開展菌業循環培訓,培養一批骨干技術人員,以點帶面,抓好示范工程,不斷積累我國菌業循環農業技術經驗。與此同時,加強梯隊建設和后備人才培養,包括農菇專業知識的培訓和中、高級專業技術人員的培養。縱觀我國各高校菌物學相關課程體系設置,多數學校將其設在生物系、植保系 (專業)、森林系 (專業)和微生物專業,這種狀況很難適應時代發展和學科領域拓展的需要,更難滿足我國食用菌產業快速發展對人才的需要,需要盡快扭轉或改變,。
把宣傳食用菌營養功效,作為食用菌產業的組成部分,多渠道進行產品展示宣傳,經常在電視、報紙上宣傳健康飲食新觀念,使人們樂意消費食用菌。提高民眾對食用菌新上市品種和營養功效的認識,引導和促進消費。努力挖掘整理我國幾千年豐富的食用菌文化,定期舉辦新產品展示會,通過餐飲業的窗口,把食用菌的新吃法推向單位食堂和家庭,讓食用菌成為餐飲業和民眾的日常消費品,挖掘國內消費市場巨大的潛力。
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