農業領域“設施增地”需要關注的幾個問題

鄭文鐘 洪一前

農業領域“設施增地”需要關注的幾個問題

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隨著“四換三名”工程（“四換”即騰籠換鳥、機器換人、空間換地、電商換市,“三名”即名企、名品、名家）在浙江省的提出與推進，在浙江省農機系統衍生出農業領域“機器換人”和“設施增地”兩個詞匯。農業領域“設施增地”的實質就是發展設施農業生產，其基本內涵是利用塑料薄膜等覆蓋材料，結合其他農業技術改變自然光溫條件，創造優化農作物生長的環境因子，減少或擺脫自然環境影響，與露地生產方式比較，在相同耕地面積上大幅提高復種指數，實現單位耕地面積農產品總產量增加。由此可見，采用設施生產方式能產生“增加耕地”效果。農業領域“設施增地”效果受多種因素制約。鑒此，本文從作物品種、環境調控、土壤生態、機械作業和土地利用等方面分析影響設施園藝生產的相關問題，以期為加快推進農業領域“設施增地”步伐提供參考。

1 設施栽培專用品種選育

品種是農作物產量高低與產品品質好壞的首要決定性因素。設施栽培與傳統露地栽培是兩種完全不同的農業生產方式。在露地栽培方式中表現良好的作物品種，不一定適合高溫、高濕、弱光照、二氧化碳濃度不足的設施環境。目前國內設施栽培專用品種較少，現有的溫室大棚種植品種大多是從常規品種中篩選出來的，專用型、系列化的溫室栽培品種十分缺乏，且已有的設施栽培專用品種主要局限于蔬菜、西（甜）瓜和水果、花卉等。由于許多地方的設施栽培品種多為露地品種搬到棚室中，不僅限制了農作物產量和品質的提高，而且還帶來了病蟲害頻發、輪作倒茬、鹽分積累等一系列難以解決的問題。雖然國內各省市不少地方引進歐美發達國家的設施栽培專用品種，但成本高且品種適應性方面還存在一定問題。與此形成鮮明對比的是，歐美、日本等設施農業發達國家的設施栽培品種不僅種類多，而且還具有高檔化特點。如日本，完全實用化的品種有蘿卜苗、鴨兒芹、蘑菇、豆芽菜等；進入實用化普及的品種有沙拉菜、生菜、小蔥、紫菜、番茄；少量普及的有茼蒿、小松菜、洋蘭、香豌等。因此，應采取以下兩方面措施，滿足發展設施園藝和推進農業領域 “設施增地”對農作物設施栽培專用品種的需求：一是因地制宜做好國內外設施園藝專用優良品種的引進篩選；二是根據各地地理環境、設施栽培條件，積極選育耐寡光、耐低溫、耐濕、耐病、耐熱、單性結實良好的長季節設施栽培的農作物專用品種。

2 設施園藝環境因素調控

環境是影響農作物生長發育，決定其產品產量和品質的重要因素。與傳統露地生產方式不同的是，設施園藝生產中，經營者需要對農作物生長環境的溫度、空氣相對濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤或栽培基質的溫度，以及農作物生理生長參數的變化進行測試分析、調節和控制，為作物生長發育創造適宜的環境。園藝植物優良品種的優質和高產潛力是否充分實現，很大程度上取決于生長環境的各種因素是否調控在合理的水平。農作物生長環境因素的調控主要包括溫室內部小氣候環境和作物水肥藥一體化灌溉兩方面的調控。影響溫室環境調控效果的關鍵因素是溫室環境控制系統，控制系統根據控制方式可分為手動控制系統、自動控制系統和智能控制系統，其中手動和自動控制系統在設施園藝中的應用較為廣泛。雖然自動控制系統能夠對溫室環境的各種因素進行綜合控制，并將其調控在較為合理的水平，但目前調控系統側重于對溫室和土壤的環境因素測試分析，而對作物生理生長參數變化的測試分析不夠重視，導致控制系統存在如下不足：一是控制算法中不含反映不同生長階段的作物生長實際需求的最佳環境因子模型，以及作物與環境相互作用的關系模型，對不同作物品種不同生長周期的眾多環境因子控制參數的確定，只能憑經驗根據需要靠人工修改設定，而不能靠模型自動確定；二是控制算法中缺少有效的多因子協調模型，當溫室內多個環境因子發生變化時，無法進行綜合有效控制。隨著溫室種植的高附加值經濟作物對環境因子調控性能的要求越來越高，加強作物生理生長參數變化的測試分析，并研制以“智能控制算法”為核心技術的溫室環境智能控制系統替代目前的自動控制系統，實現環境控制參數完全由算法中的模型自動確定，減少或擺脫使用者經驗對環境參數調控的影響，既是設施園藝作物生長發育對環境因素調控的客觀需要，也是進一步提高設施園藝產品產量和品質的重要手段。

3 設施園藝生產作業機械化

設施園藝生產具有作業環節多、作業量大，設施內溫度高、濕度大，作業環境條件差等特點，加之農作物的種植、收獲等關鍵環節基本上采用人工作業，因而勞動力成本高已成為設施園藝生產經濟效益提高的重要制約因素。發達國家設施園藝的實踐經驗表明，采用機械化作業是降低勞動力成本的有效途徑。設施園藝機械從廣義上來說也是農業機械的重要組成部分，但由于設施園藝作物有其特殊性，其生產過程和露地栽培的大田作物如水稻、油菜等糧油作物有很大區別；因而設施園藝機械與露地栽培作物生產機械有許多不同特點，設施園藝機械的基本要求是機型矮小、重心低，突出機身外的零部件盡可能少，轉彎半徑小，通過性能好，操作靈活，便于在設施內進行各種作業，且能有效保證設施內邊角均可作業到，以最大限度地滿足設施內作業的需要。另一方面，設施內生產的特殊性決定了設施園藝機械化生產方式與露地有著極大的不同。如在設施生產的播種作業中，由于蔬菜種子的粒徑小、質量小、形狀復雜、表面光潔度差異大，有些種子（如胡蘿卜、番茄）表面粗糙且帶有絨毛，因此要精確地分成單粒比較困難；有些種子的特性要求在比較理想的條件下發芽后再播種，即播芽種。同時設施園藝的復種指數高，播種作業頻繁，加之播種時期不同，因而對環境條件的要求也不盡相同，甚至有些種子還有特定的農業技術要求等。以上各種不同要求決定了設施栽培作物大都采用專用播種機械。設施園藝作物的收獲機械亦有類似要求。上述各類設施園藝機械的特殊要求、特殊種類和不同特點說明，實現設施園藝機械化難度要比露地生產機械化大許多，這也是導致目前設施園藝機械化作業水平不高的主要原因，也在一定程度上制約了設施園藝發展。因此，加快適應浙江省設施園藝作物種類和作業環境的機械裝備研發，同時加強設施園藝生產過程中的農機農藝融合，既是當今設施園藝發展的現實需要，也是加快農業領域“機器換人”步伐的必然選擇。

4 設施環境內土壤生態改善

設施栽培經過多年發展，在增加農產品供給和農民收入的同時，也破壞了土壤生態環境，不僅帶來了農產品質量安全問題，而且影響了設施栽培可持續發展。目前設施栽培存在的主要生態問題及導致原因如下：一是土壤耕作層次生鹽漬化。施肥是設施作物生產不可缺少的環節，即使采用常規施肥量，所施肥料也不能被一茬作物完全吸收，導致肥料殘留在土壤中。而設施園藝經營者為追求高產高效，在作物生長過程中的施肥量較露地栽培多，土壤中殘留肥料連年積累，使土壤鹽分逐年增加，加之設施內土壤長年或季節性被玻璃或塑料農膜遮蓋，無法像露地土壤得到雨水淋溶，引發土壤內的鹽分隨水分蒸發向上運動而積累在土壤耕作層，不僅加劇了土壤次生鹽漬化，而且還造成設施作物的生理機能和產量下降。二是土壤呈現酸化趨勢。由于缺乏科學施肥的指導，通常施肥過程中氮磷肥用量多，而鉀肥用量太少，過量而不合理的施肥導致土壤營養元素失衡，由此產生了植物抗逆性差、病蟲害嚴重，以及土壤酸化等問題。其中，土壤酸化問題不僅會造成土壤中有機物的礦化和分解速率減緩，而且還降低了土壤中養分的有效性，進而影響作物對土壤營養的吸收、作物的正常生長發育和作物產量。三是設施內連作障礙。在設施內的同一土壤上連續種植同種或近緣作物，帶來了嚴重的連作障礙，導致土傳病蟲害的頻發蔓延、土壤理化性狀劣化和自毒作用發生等問題，其中土傳病蟲害尤為嚴重。此外，過量施肥和肥料結構不合理，致使設施環境條件下土壤中的硝酸鹽含量較露地栽培土壤中高出許多，進而導致蔬菜產品中硝酸鹽含量超標現象時有發生，影響了農產品質量和品質。為此，根據各地設施栽培實踐和成功經驗與做法，可采取不同作物輪作或水旱輪作、選用抗重茬品種和應用嫁接栽培技術、科學合理平衡施肥、應用高效節水灌溉技術、高溫燜棚與灌水洗鹽結合，以及運用環境調控、物理防治、精確化學防治等相結合的病蟲害綜合防治技術等措施，以解決當今設施栽培中普遍存在的各種土壤生態環境問題，實現設施栽培的可持續發展。

5 設施園藝土地科學利用

土地資源是設施園藝發展的物質基礎。長期以來，浙江省乃至全國發展設施園藝主要利用常用耕地資源，不僅消耗了大量優質農田，而且帶來了果菜等經濟作物與糧食作物間爭地的矛盾。隨著工業化、城鎮化進程加速，耕地減少趨勢已不可逆轉，加之保障糧食安全的需要，因而利用常用耕地資源發展設施園藝的方式來推進農業領域“設施增地”將變得更加困難。耕地尤其是常用耕地缺乏的國家及國內一些地區發展設施園藝的經驗表明，發展非耕地設施園藝是解決耕地資源不足的有效且可行的措施。非耕地是指沙漠、戈壁灘、鹽堿地、旱砂地、荒山坡地、沿海灘涂等不適于耕作的土地。利用現代農業工程技術、節水技術及材料技術等最新技術成果，發展非耕地設施園藝農業，國內外均有成功的例子。例如，以色列是一個氣候干旱，耕地、淡水資源都十分匱乏的國家，多年來由于大力發展非耕地、節水型高效設施農業，使其在蔬菜、花卉等園藝產品的出口方面居于世界前列；日本鳥取縣在沙漠地帶利用塑料大棚種植蔬菜，也取得了良好的效果。國內西北地區的甘肅、新疆等利用戈壁灘、沙漠及不適于糧食作物生產的荒坡地等發展設施園藝，并成功建立起“多采光、少用水、高效益”的非耕地設施農業發展模式，如甘肅省酒泉市肅州區、新疆生產建設兵團農五師等地利用沙漠、戈壁灘和鹽堿地等推廣應用“非耕地設施蔬菜無土栽培技術”“非耕地葡萄高效種植技術”等非耕地高效設施農業，取得畝收入均超萬元的成效。非耕地設施園藝栽培技術主要從土壤、水源、光照等資源入手，利用各種農作物秸稈經過轉化生成有機基質和有機固態肥，并用清水直接灌溉作物。國內有關地區成功實踐經驗表明，非耕地設施蔬菜的有機基質栽培可比土壤栽培節水70%、節肥50%以上，可見發展非耕地設施園藝不僅能有效利用各種農作物秸稈，還可提高水資源利用率。因此，在提升依托常用耕地的設施園藝產出水平的同時，還應充分利用未利用地、荒山緩坡、閑置土地和劣質農用地等發展非耕地設施園藝，不僅能解決果菜等經濟作物與糧食作物爭地矛盾及農作物秸稈處理問題，而且還能滿足社會對各種優質蔬菜、果品的需求，同時保障糧食安全。

作者信息：1副教授，浙江大學生物系統工程與食品科學學院，310058，杭州；2金華市農業機械管理站，321017，浙江