發(fā)展設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)技術(shù)的探討

張志斌

發(fā)展設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)技術(shù)的探討

張志斌

張志斌，男，研究員，博士生導師，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，

北京中關(guān)村南大街12號，100081，電話：010-82109507，E-mail：zhangivf@yahoo.com.cn

氣候變化對全球環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)已產(chǎn)生著重要影響，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的目標之一就是使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)適應全球變暖并減緩溫室氣體排放。溫室氣體或溫室效應氣體主要是二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）等氣體。

低碳農(nóng)業(yè)是以低能耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，其關(guān)鍵在于提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應性并降低農(nóng)業(yè)發(fā)展對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響，維持生物圈的碳平衡，其根本目標是促進實現(xiàn)碳中性，使人為排放的CO2與通過人為措施吸收的CO2實現(xiàn)動態(tài)平衡。

我國是一個設(shè)施農(nóng)業(yè)大國，據(jù)統(tǒng)計，2008年我國設(shè)施蔬菜（包括西甜瓜）栽培面積達335萬hm2，設(shè)施蔬菜占設(shè)施園藝面積的95%以上，占世界設(shè)施蔬菜總面積的80%以上。2008年我國設(shè)施蔬菜年種植面積比2000年翻了近一番，占全國蔬菜種植總面積的18.7%。2008年我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)量2.47億t，占蔬菜總產(chǎn)量41.7%，設(shè)施蔬菜總產(chǎn)值達4100億元，占蔬菜總產(chǎn)值的51%。實踐證明，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)在我國一些區(qū)域已成為農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，也成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要標志。因此，在設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域推行溫室氣體減排和適應氣候變化措施，發(fā)展低碳生產(chǎn)技術(shù)，不僅對提高設(shè)施農(nóng)業(yè)應對氣候變化能力，促進其可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義，也能為實現(xiàn)中國政府公布的《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中，爭取2010～2020年的10年中把年均節(jié)能率提高到3%這一目標作貢獻（邢繼俊和趙剛，2007）。

1 我國設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)存在的問題

1.1 設(shè)施資源高效利用技術(shù)水平低

我國目前設(shè)施蔬菜資源利用率低，缺乏配套的資源高效利用和設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)技術(shù)，主要表現(xiàn)在能源、水資源、土地資源及勞動力資源等方面。長期以來設(shè)施蔬菜生產(chǎn)多偏重于獲得高產(chǎn)，不惜投入大量的資源，肥料、能源和水資源等浪費嚴重。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)單位面積水資源的利用率僅為以色列的1/5左右，而且肥料利用率更低，如氮素利用率只有30%～35%，與先進國家相比低20個百分點左右，不僅造成資源浪費，還會引起面源污染，嚴重影響我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的持續(xù)高效發(fā)展。大型溫室，特別是國產(chǎn)的大型溫室對環(huán)境的調(diào)控能力較差，表現(xiàn)在耗能高、單產(chǎn)低、年利用率不高。我國地處北緯40°左右，溫室每年每667m2燃煤消耗40～100 t，能源耗費占生產(chǎn)成本的50%以上。而荷蘭地處北緯52°，能源耗費僅占生產(chǎn)成本的20%左右。我國溫室在冬季有100多天不能滿足果菜生長最理想的溫度要求，果菜只能維持生長。在夏季的7～8月份，大部分溫室因高溫處于休閑，利用率不高。我國日光溫室雖節(jié)能性能較好，但日光溫室的土地利用率僅為50%左右，絕大多數(shù)日光溫室設(shè)備比較簡陋，生產(chǎn)設(shè)施和配套設(shè)備總體水平較低，環(huán)境控制的現(xiàn)代化水平和勞動生產(chǎn)率較低。

1.2 產(chǎn)品安全質(zhì)量亟待提高

我國的節(jié)能型日光溫室和塑料大棚，棚室優(yōu)化環(huán)境能力有限，與露地生態(tài)系統(tǒng)相比，棚室環(huán)境中具有溫差大、高濕和弱光等特點，病蟲害易于發(fā)生。同時，設(shè)施連作障礙已經(jīng)成為影響我國設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤資源持續(xù)高效利用的重要瓶頸。由于設(shè)施結(jié)構(gòu)不合理，加上對環(huán)境的調(diào)控能力差，造成病蟲害大量發(fā)生，致使農(nóng)藥使用過量，給產(chǎn)品造成污染，從而降低了產(chǎn)品效益。有些溫室蔬菜作物生產(chǎn)為了單純追求產(chǎn)量，盲目過量施用化肥，重茬連作，產(chǎn)品和土壤污染嚴重。隨著設(shè)施作物栽培年限的增加，引起土壤微生物種群的改變、土壤結(jié)構(gòu)的破壞和次生鹽漬化以及養(yǎng)分障礙的發(fā)生，造成土壤質(zhì)量退化。據(jù)估計，我國常年發(fā)生的重要設(shè)施園藝作物病蟲害多達百種以上，而造成嚴重危害的約有50余種，產(chǎn)量損失超過25%，防治藥劑不合理施用，嚴重污染園藝產(chǎn)品和生態(tài)環(huán)境（張志斌，2008）。

1.3 設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)配套栽培技術(shù)體系尚未建立

我國設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)從品種到栽培技術(shù)和病蟲害防治等栽培技術(shù)體系尚未建立，設(shè)施蔬菜專用品種的研究與利用相對較落后，特別是低能耗、抗逆強、高品質(zhì)的設(shè)施專用品種的研究與開發(fā)力度不夠，許多優(yōu)質(zhì)主栽品種如適宜設(shè)施環(huán)境種植的番茄、甜椒等還依賴進口，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的專用品種尚不能占領(lǐng)主導市場。由于缺乏設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)栽培技術(shù)體系，我國目前設(shè)施蔬菜的單位面積產(chǎn)量、質(zhì)量、效益和勞動生產(chǎn)率與國外相比還有較大的差距。設(shè)施蔬菜平均年產(chǎn)僅約為15kg·m-2左右，是國際先進國家設(shè)施蔬菜產(chǎn)量的1/2～1/3。特別是單位能量蔬菜產(chǎn)出率較低，嚴重影響了設(shè)施蔬菜產(chǎn)品的高效益，影響我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的持續(xù)性發(fā)展。要實現(xiàn)低碳發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能減排是一種重要的方式和手段。節(jié)能就是在盡可能地減少能源消耗量的前提下，獲得與原來等效的經(jīng)濟產(chǎn)出，有效地利用能源，提高能源利用效率（付允 等，2008）。

2 設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)技術(shù)對策

2.1 優(yōu)化設(shè)施結(jié)構(gòu)，提高節(jié)能效率

日光溫室和塑料棚是我國設(shè)施蔬菜栽培的主要類型。日光溫室本身節(jié)能減排優(yōu)勢突出，目前全國節(jié)能日光溫室約70萬hm2，按每公頃年節(jié)煤750 t計算，每年可節(jié)約煤炭5億t，約占全國煤炭消耗量的1/5。按每噸標準煤燃燒放出CO22.5 t計算，每年可減排 CO212.5 億 t。

應對節(jié)能減排，要進一步優(yōu)化溫室結(jié)構(gòu)，研發(fā)合理采光、減少熱損失和夜間保溫技術(shù)，提高日光溫室的節(jié)能效果。研發(fā)節(jié)能性強的日光溫室，要在保持其采光性、保溫性優(yōu)于目前溫室的前提下，進行大跨度日光溫室的自動化全季節(jié)安全利用研究，提高溫室的空間利用率、土地利用率和抗災能力。研究開發(fā)不同緯度地區(qū)大跨度日光溫室結(jié)構(gòu)材料、優(yōu)化設(shè)計技術(shù)原理與模型。優(yōu)化的新型日光溫室在冬季正常天氣下，夜間最低溫度應高于外界30℃以上。研究亞熱帶地區(qū)冬夏兩用連棟溫室結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化設(shè)計技術(shù)原理，開發(fā)具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)藥、節(jié)肥功能，有自主知識產(chǎn)權(quán)的工程技術(shù)裝備，實現(xiàn)我國設(shè)施農(nóng)業(yè)高技術(shù)的國產(chǎn)化。

2.2 研發(fā)設(shè)施綜合節(jié)能減排技術(shù)

研發(fā)高透光、高保溫多功能覆蓋材料，大幅度提高覆蓋材料的透光率，增加太陽能的入射量。同時研發(fā)防止設(shè)施內(nèi)部長波向外輻射的材料，如對溫室覆蓋材料的內(nèi)側(cè)進行鍍膜處理等。同時研發(fā)保溫技術(shù)與材料設(shè)備，提高設(shè)施夜間保溫能力。保溫材料可研發(fā)墻體和后坡面蓄熱性能好、隔熱性強的復合或相變材料等。進行便于機械化操作的多層覆蓋技術(shù)、合理通風等量化節(jié)能管理技術(shù)，提高節(jié)能效果。

研發(fā)熱能的多渠道利用和余熱回收技術(shù)，開發(fā)淺層地能的利用技術(shù)，將土壤作為蓄熱源，夏季把低溫冷源抽到地里，把經(jīng)過熱交換的熱量打到地下，使溫室降溫；冬季用熱泵把高溫熱源抽上來，升溫至45～50℃，只需要少許加溫就可以用于溫室采暖，節(jié)能幅度可達60%以上。

研究提高單位能量的作物產(chǎn)出率相關(guān)技術(shù)，重點研究設(shè)施逆境管理技術(shù)、作物防衰老技術(shù)等，提高單位面積蔬菜產(chǎn)量，主要是低溫、弱光、高濕，高溫、強光等亞適宜環(huán)境作物的響應機理與代謝調(diào)控技術(shù)，特別是散射光利用技術(shù)的研究。通過配套機械工程和微電子技術(shù)，使設(shè)施內(nèi)溫度、濕度、光照、水分、養(yǎng)分、CO2濃度等綜合環(huán)境自動調(diào)控到作物生育所需的最佳狀態(tài)。生產(chǎn)作業(yè)高度自動化和機械化，達到科學配置利用資源、能源，提高土地利用率、勞動生產(chǎn)率和優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出率，大幅度提高作物單產(chǎn)水平。荷蘭溫室蔬菜單位產(chǎn)量的耗能率低的原因之一，就是通過應用綜合高新技術(shù)，使溫室番茄年平均產(chǎn)量可達40～50kg·m-2，黃瓜年產(chǎn)60kg·m-2以上，商品率高達90%以上，從而降低了溫室蔬菜單位產(chǎn)量的耗能率。

2.3 研究開發(fā)設(shè)施蔬菜保質(zhì)減藥技術(shù)

減少化學農(nóng)藥使用，也是低碳農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容。隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們對生活的質(zhì)量和食品的品質(zhì)提出了更高的要求，純天然、無污染的健康食品已成為人們一種新的追求。在設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達的國家，利用生物防治技術(shù)、生態(tài)調(diào)控技術(shù)防治設(shè)施蔬菜病蟲害越來越普遍。荷蘭設(shè)施蔬菜生物防治率已達90%以上，但我國這樣一個設(shè)施農(nóng)業(yè)大國，根據(jù)我國蔬菜生長的復雜自然環(huán)境以及我國目前的科技水平，防治蔬菜病蟲害仍然要使用化學農(nóng)藥。但要加強病蟲害診斷技術(shù)的研究、推廣與應用，準確、合理使用農(nóng)藥（李寶聚，2010）。同時要加強農(nóng)藥使用技術(shù)的研究，用最少量的農(nóng)藥達到最佳的防治效果。目前我國農(nóng)藥有效利用率只有10%～30%，遠低于發(fā)達國家50%的平均水平，噴撒的大部分農(nóng)藥流失，造成了嚴重的環(huán)境污染（中國農(nóng)藥網(wǎng)，2010）。研究生物防治和物理防治相結(jié)合的綜合防控技術(shù)，減少化學藥劑的使用，努力實現(xiàn)對蔬菜和環(huán)境的零污染。

為保障設(shè)施蔬菜保質(zhì)減藥，需要研究設(shè)施條件下病蟲害發(fā)生的規(guī)律和控制技術(shù)，重點研究主要設(shè)施病蟲害的發(fā)生的規(guī)律和生化與分子早期診斷技術(shù)，設(shè)施毀滅性病蟲害的高效專一性天敵和生物制劑的篩選與研制，天敵與生物制劑規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)及其在不同設(shè)施環(huán)境下的應用技術(shù)。

針對設(shè)施栽培中土壤線蟲帶來的毀滅性危害問題，研究土壤耕作強度、方式、作物茬口、土質(zhì)、土壤pH、土壤微生物和殺線蟲劑對線蟲發(fā)生、流行與控制的影響，研究綜合治理技術(shù)。根據(jù)線蟲流行、加重的生態(tài)規(guī)律，在化學防治大幅度抑制的基礎(chǔ)上，尋求初步的微生物防治手段，最終使土壤生物環(huán)境趨于平衡。

2.4 研究開發(fā)資源綜合高效利用技術(shù)，建立設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)技術(shù)體系

研發(fā)低能耗、資源高效利用、無污染等設(shè)施蔬菜低碳綜合生產(chǎn)技術(shù)，研究利用農(nóng)業(yè)廢棄物等建立設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)技術(shù)體系。

我國每年農(nóng)產(chǎn)秸稈6億t左右，若燃燒將造成CO2排放和空氣污染，研發(fā)其利用技術(shù)意義重大。實驗表明，大氣中的CO2濃度約為300mg·kg-1，而當設(shè)施內(nèi)CO2濃度達600～900mg·kg-1時，大部分蔬菜產(chǎn)量可以提高1倍。CO2濃度充足可使蔬菜提早上市，減少農(nóng)藥用量，抑制硝態(tài)氮的反硝化作用，改善作物品質(zhì)。一般瓜類、茄果類蔬菜CO2飽和點濃度為1500mg·kg-1左右，而設(shè)施內(nèi)白天在日出后至上午放風前CO2濃度往往不足，甚至低于外界大氣中的CO2濃度，遠遠不能滿足設(shè)施蔬菜光合作用的需要。所以研究利用CO2施肥技術(shù)和開發(fā)“碳基肥料”，不僅可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，而且還可以大幅度減少CO2排放來發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)。

研究沼氣利用和設(shè)施環(huán)境土壤有機栽培關(guān)鍵技術(shù)，研究開發(fā)秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物無害化快速腐熟技術(shù)，栽培系統(tǒng)的施肥、灌溉等量化管理及病蟲害全過程控制的綠色化技術(shù)，集成適合我國國情的土壤有機栽培生產(chǎn)體系。研究替代草炭和巖棉的無土栽培生態(tài)型基質(zhì)和栽培基質(zhì)理化性質(zhì)的優(yōu)化配比，研究作物營養(yǎng)與水分精準管理技術(shù)，基質(zhì)與營養(yǎng)液的環(huán)境友好型消毒技術(shù)，建立園藝作物高產(chǎn)復合生態(tài)基質(zhì)無土栽培的操作技術(shù)規(guī)范。

研究配方量化科學施肥技術(shù)，通過測土壤養(yǎng)分，根據(jù)作物生長所需的養(yǎng)分提出營養(yǎng)配方。重點是提高化肥利用率和減少化肥用量技術(shù)。按提高氮肥利用率10%計算，我國每年可減少氮肥250萬t，折成尿素則為540萬t。我國尿素約占氮肥的50%以上，按生產(chǎn)1 t尿素需要1 t標煤計算，可減少1350萬t CO2排放。研發(fā)緩釋肥料應用技術(shù)，減緩或控制肥料中養(yǎng)分化合物在土壤中的釋放速度，減少肥料養(yǎng)分特別是氮素在土壤中的損失，從而減少施肥次數(shù)，節(jié)省勞力和費用。

研究開發(fā)節(jié)水模式和雨水收集利用技術(shù)，推廣蔬菜節(jié)水灌溉技術(shù)和蔬菜滲灌、微噴灌、滴溉等技術(shù)。

總之，通過低能耗、抗逆和抗病性強的設(shè)施專用品種選育和低能耗、資源高效利用、無污染等設(shè)施蔬菜綜合生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，研究建立適合我國國情的設(shè)施蔬菜低碳生產(chǎn)技術(shù)體系。為盡快建立該栽培技術(shù)體系，提高設(shè)施蔬菜產(chǎn)品的科技含量和國際競爭力，建議國家“十二·五”農(nóng)業(yè)科技專項應向設(shè)施蔬菜低碳技術(shù)研究傾斜，將之列入國家有關(guān)部委的國家“支撐計劃”、“863”計劃、“973”計劃等重點項目，并將設(shè)施蔬菜低碳技術(shù)示范與產(chǎn)業(yè)化列入國家重大專項。

邢繼俊，趙剛.2007.中國要大力發(fā)展低碳經(jīng)濟.中國科技論壇，10：87-92.

張志斌.2008.我國設(shè)施蔬菜存在的問題及發(fā)展重點.中國蔬菜，5：1-3.

付允，馬永歡，劉怡君，牛文元.2008.低碳經(jīng)濟的發(fā)展模式研究.中國人口·資源與環(huán)境，3：14-19.

李寶聚.2010.安全蔬菜是種出來的——對海南豇豆事件的思考.中國蔬菜，5：1-2.

中國農(nóng)藥網(wǎng).2010.我國農(nóng)藥使用技術(shù)存在的問題和認識上的“誤區(qū)”.〔2010-04-14〕.http://www.agrichem.cn/news/2010/4/14/201041416582422580.shtml.

2010-04-17；接受日期：2010-04-21