一種新型設(shè)施草莓立體栽培模式的探討

揭琳南 焦書(shū)磊 王秀娟 王紅清*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，北京100193; 2.山東潤(rùn)竹山農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東 262200)

草莓是薔薇科草莓屬的多年生草本植物，其外觀呈心形，鮮美紅嫩，果肉多汁，營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值兼具，素有“水果皇后”之美譽(yù)，是深受人們喜愛(ài)的時(shí)令水果之一。

溫室反季節(jié)栽培是目前國(guó)內(nèi)最主要的草莓生產(chǎn)方式，即溫室土壤栽培。近年來(lái)，不同形式的設(shè)施草莓立體栽培模式出現(xiàn)并發(fā)展成為一種重要的新型草莓栽培方式。草莓立體栽培是在盡量不影響地面栽培的前提下，通過(guò)豎立起來(lái)的栽培裝置作為草莓生長(zhǎng)載體，充分利用溫室垂直空間和太陽(yáng)能的一種新型栽培方式。草莓立體栽培與傳統(tǒng)土壤栽培相比較的主要優(yōu)勢(shì)在于：提高土地利用率和果實(shí)產(chǎn)量。關(guān)于草莓立體栽培的研究在國(guó)外有很多報(bào)道，栽培模式種類繁多。國(guó)內(nèi)對(duì)設(shè)施草莓立體栽培模式也有很多研究，如張?jiān)コ萚1]對(duì)單層雙列、雙層品字、四層階梯型栽培架生產(chǎn)性能的研究；林曉等[2]對(duì)支架型、雙H型、A字型立體栽培不同位置光溫效益的研究；宋衛(wèi)堂等[3]對(duì)后墻立體栽培草莓設(shè)備的研究。過(guò)去大多是利用形式各異的栽培架進(jìn)行無(wú)土栽培，而對(duì)新型立體栽培設(shè)施與傳統(tǒng)地栽相結(jié)合的草莓立體栽培模式研究較少。實(shí)際生產(chǎn)中，為了推廣高架無(wú)土栽培，常常是把肥沃的土壤硬化，放上栽培架進(jìn)行無(wú)土栽培。從某種程度來(lái)說(shuō)，這是對(duì)原來(lái)肥沃土壤資源的浪費(fèi)。本研究設(shè)計(jì)一種設(shè)施草莓新型立體栽培模式(“新H型”：即“H型”架下土壤栽培一層草莓，形成雙層立體栽培模式)，不僅可以提高土地利用效率，而且能夠有效利用現(xiàn)有土壤，同時(shí)直觀對(duì)比無(wú)土栽培與土壤栽培的實(shí)際生產(chǎn)性能。本研究擬分析測(cè)定“新H型”和傳統(tǒng)栽培不同栽培模式的光照環(huán)境、植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)、果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)，旨在綜合評(píng)價(jià)“新H型”立體栽培模式實(shí)際生產(chǎn)性能，以期提高土地利用效率。

1 材料與方法

1.1 栽培模式選擇

本試驗(yàn)于2014年6月—2015年6月在北京市昌平區(qū)香屯草莓園日光溫室(50 m×8 m)內(nèi)進(jìn)行，選取了“新H型”與傳統(tǒng)栽培2種種植模式。

所選取的“新H型”立體 栽培模式以鍍鋅管架作支撐，每架栽植2層草莓，H架上層為基質(zhì)栽培，H架下層為土壤栽培。栽培架長(zhǎng)550 cm，高80 cm，栽培架間距80 cm；下層栽培畦高25 cm，畦長(zhǎng)寬同上層；整棟溫室設(shè)置栽培架42個(gè)(圖1)。所選傳統(tǒng)地栽種植模式，栽培畦長(zhǎng)600 cm，寬40 cm，高30 cm；整棟溫室種植60畦(圖2)。

圖1 “新H型”立體栽培模式Fig.1 “New H Type” three-dimensional cultivation mode

圖2 傳統(tǒng)栽培模式Fig.2 Traditional cultivation pattern

1.2 材料

本試驗(yàn)使用栽培草莓品種‘紅顏’。將草莓苗定植于日光溫室的“新H型”上層、“新H型”下層和傳統(tǒng)土壤栽培畦。“新H型”上層所用栽培基質(zhì)配方為草炭、蛭石、珍珠巖(體積比為2∶1∶1)。“新H型”上層、“新H型”下層和傳統(tǒng)栽培3個(gè)處理均栽培2行草莓，行距均為20 cm；“新H型”上層和傳統(tǒng)栽培株距為17 cm，“新H型”下層株距為20 cm。“新H型”上層、“新H型”下層和傳統(tǒng)地栽3個(gè)栽培位置定植株數(shù)依次為：2 730、2 310和4 260株/棟。3個(gè) 處理田間生產(chǎn)常規(guī)管理。

1.3 測(cè)定方法

選取位于日光溫室中部，長(zhǎng)勢(shì)和位置一致的草莓植株，掛牌標(biāo)記。分為“新H型”上層、“新H型”下層和傳統(tǒng)地栽3個(gè)處理。以10株為一個(gè)小區(qū)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.3.1 光照條件測(cè)定

使用?，敻呔葦?shù)字照度計(jì)(型號(hào)：AS823)測(cè)定晴天時(shí)日光溫室內(nèi)的光照條件。9:00—16:00 每隔1 h測(cè)定一次每個(gè)處理(再細(xì)分為溫室南部、溫室中部和溫室北部各位置)的光照強(qiáng)度。

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)調(diào)查

株高：采用直尺測(cè)量基質(zhì)/土壤表面到大多數(shù)葉片的自然高度，cm；葉面積：取第二片展平的功能葉，用直尺測(cè)量三出復(fù)葉中央小葉的長(zhǎng)和寬，以長(zhǎng)×寬×0.73計(jì)算葉面積；植株葉片數(shù)(三出復(fù)葉)：統(tǒng)計(jì)植株所有的功能葉片數(shù)；地上、地下部生物量：用精度為0.001 g的電子天平稱量鮮重，置于烘干箱105 ℃下殺青15 min，再85 ℃烘干至恒重，稱量干重。

1.3.3產(chǎn)量及品質(zhì)測(cè)定

單株產(chǎn)量：每個(gè)栽培位置標(biāo)記草莓30株，記錄全生育期產(chǎn)量，進(jìn)而折合成平均單株產(chǎn)量；總產(chǎn)量由平均單株產(chǎn)量乘以總株數(shù)得到；果實(shí)硬度利用KM-1型果實(shí)硬度計(jì)(株式會(huì)社藤原制作所，日本)測(cè)定；可滴定酸含量利用pH電位滴定法測(cè)定；可溶性固形物含量利用用B-1型手持糖度計(jì)(株式會(huì)社井內(nèi)盛榮堂，日本)手持折光儀測(cè)定。

1.3.4經(jīng)濟(jì)效益分析

月產(chǎn)量測(cè)定：3個(gè)處理草莓全生育期單株月產(chǎn)量比較；“新H型”立體栽培模式與傳統(tǒng)栽培模式月產(chǎn)量比較(50 m×8 m溫室)；通過(guò)2種模式單株生產(chǎn)成本及單株產(chǎn)量推算單位土地面積生產(chǎn)效益。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖與做表，用方差分析軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 “新H型”立體栽培模式對(duì)草莓接受光照的影響

由表1可見(jiàn)，本試驗(yàn)中，在晴天，“新H型”上層栽培架南、中、北3個(gè)位置與傳統(tǒng)栽培畦南、中和北3個(gè)位置接受光照強(qiáng)度無(wú)顯著差異；“新H型”下層栽培架南、中和北3個(gè)位置與傳統(tǒng)栽培畦南、中和北3個(gè)位置接受光照強(qiáng)度均差異顯著；其中，“新H型”下層栽培架南部位置是傳統(tǒng)栽培畦南部位置接受光照強(qiáng)度的73%；“新H型”下層栽培架中部、北部?jī)晌恢脙H能接受傳統(tǒng)栽培畦中部、北部?jī)晌恢?0%的光照強(qiáng)度。

表1 不同栽培模式不同栽培位置光照度日變化Table 1 Diurnal variation of light intensity of different cultivation patterns in different cultivation modes klx

2.2 “新H型”立體栽培模式對(duì)草莓植株生長(zhǎng)的影響

由表2可見(jiàn)，本試驗(yàn)中，“新H型”上層和傳統(tǒng)栽培兩處理草莓植株的株高、葉面積、葉片數(shù)差異不顯著，“新H型”下層與前兩者有差異，表現(xiàn)出相對(duì)較差的生長(zhǎng)狀況。

表2 不同處理草莓植株生長(zhǎng)情況比較Table 2 Comparison of different treatments on the growth of strawberry plants

2.3 “新H型”立體栽培模式對(duì)草莓產(chǎn)量的影響

2.3.1各處理草莓單株產(chǎn)量月比較

由圖3可見(jiàn)，本試驗(yàn)中，12月份，“新H型”下層草莓暫無(wú)產(chǎn)量，“新H型”上層草莓產(chǎn)量略高于傳統(tǒng)栽培；1月份，3個(gè)栽培位置均有產(chǎn)量，且無(wú)明顯差異；2月份，3個(gè)處理進(jìn)入一茬果盛果期，產(chǎn)量同時(shí)達(dá)到較高水平；3月份，3個(gè)處理進(jìn)入一茬果與二茬果之間的“間歇期”，均呈現(xiàn)出全生育期最低單產(chǎn)水平；4和5月份氣溫升高，“新H型”下層和傳統(tǒng)栽培兩處理單株月產(chǎn)量無(wú)明顯差異。與傳統(tǒng)栽培模式相比，“新H型”上層表現(xiàn)出產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，“新H型”下層結(jié)果較晚，總產(chǎn)量低于“新H型”上層。

圖3 不同處理草莓單株月產(chǎn)量比較Fig.3 Comparison of monthly yield of strawberry in different treatments

2.3.2“新H型”立體栽培模式與傳統(tǒng)栽培模式月產(chǎn)量比較

由圖4可見(jiàn)，本試驗(yàn)50 m×8 m溫室中，12月，“新H型”立體栽培模式草莓產(chǎn)量略低于傳統(tǒng)栽培模式；1—5月，“新H型”立體栽培模式草莓產(chǎn)量均高于傳統(tǒng)栽培模式；4和5月“新H型”立體栽培模式草莓產(chǎn)量明顯高于傳統(tǒng)栽培模式，分別高出48.8%和53.6%。

圖4 “新H型”立體栽培模式與傳統(tǒng)栽培模式月產(chǎn)量比較(50 m×8 m溫室)Fig.4 Comparison of the monthly production of “New H Type” stereo cultivation mode and traditional cultivation mode (50 m ×8 m greenhouse)

2.3.3“新H型”立體栽培產(chǎn)量分析

由表3可見(jiàn)，本試驗(yàn)中，“新H型”立體栽培模式栽培數(shù)量12.6萬(wàn)株/hm2，比傳統(tǒng)栽培模式的10.5萬(wàn)株，高出20%。從單株產(chǎn)量來(lái)看，“新H型”上層處理草莓單株產(chǎn)量0.381 kg/株，優(yōu)于傳統(tǒng)栽培的0.313 kg/株，優(yōu)于“新H型”下層的0.234 kg/株。從總產(chǎn)量來(lái)看，“新H型”立體栽培模式為39 516.75 kg/ hm2，傳統(tǒng)栽培模式為32 865 kg/ hm2，“新H型”立體栽培模式比傳統(tǒng)栽培模式高出20.24%。

表3 “新H型”立體栽培模式與傳統(tǒng)栽培模式草莓產(chǎn)量比較Table 3 Comparison of the yield of the “New H Type” stereo cultivation mode and the traditional cultivation mode

2.4 “新H型”立體栽培模式對(duì)草莓品質(zhì)的影響

由表4可見(jiàn)，本試驗(yàn)中，新“H”型上層、“新H型”下層和傳統(tǒng)栽培3個(gè)處理的草莓果實(shí)可滴定酸含量無(wú)顯著差異，硬度和可溶性固形物有差異?！靶翲型”下層的果實(shí)硬度顯著低于“新H型”上層和傳統(tǒng)栽培兩處理；“新H型”上層的果實(shí)可溶性固形物含量顯著高于“新H型”下層和傳統(tǒng)栽培兩處理。

表4 不同栽培模式草莓品質(zhì)比較Table 4 Comparison of quality of strawberry in different cultivation models

2.5 “新H型”立體栽培模式效益分析

如表5所示，本試驗(yàn)中，50 m×8 m的溫室以傳統(tǒng)栽培模式生產(chǎn)草莓，單株生產(chǎn)成本6.33元?！靶翲型”立體栽培與傳統(tǒng)栽培模式相比，額外增加了“H”形架栽培裝置的建設(shè)成本及栽培耗材成本。“H”形架栽培設(shè)施一次性投資2萬(wàn)元，按10年使用年限計(jì)算，每年使用成本為0.2萬(wàn)元，另外基質(zhì)耗材0.15萬(wàn)元/年，滴灌裝置耗材0.2萬(wàn)元/年，栽培槽耗材0.1萬(wàn)元/年。50 m×8 m溫室種植5 040株，折合到每株的成本是1.29元。所以，“新H型”立體栽培模式生產(chǎn)草莓，單株生產(chǎn)成本為7.62元。

由表6可見(jiàn)，以2種栽培模式生產(chǎn)溫室草莓，單位面積土地上，“新H型”立體栽培模式比傳統(tǒng)栽培模式種植株數(shù)多20%，投入增加44.455%，產(chǎn)量增加20.240%，總收入增加35.269%，純利潤(rùn)增加25.876%，投入產(chǎn)出比減少6.790%。

表5 傳統(tǒng)栽培模式草莓生產(chǎn)成本分析Table 5 Production cost analysis of traditional cultivation mode

表6 “新H型”立體栽培與傳統(tǒng)栽培草莓效益比較Table 6 Comparison of the efficiency of “New H Type” stereo cultivation and traditional strawberry

3 結(jié)論與討論

3.1 “新H型”立體栽培模式下層栽培位置光照條件不佳且弱光條件對(duì)草莓植株生長(zhǎng)影響較大

本試驗(yàn)中，在晴天，“新H型”上層栽培架南、中、北3個(gè)位置與傳統(tǒng)栽培畦南、中、北3個(gè)位置接受光照強(qiáng)度無(wú)顯著差異；“新H型”下層栽培架南、中、北3個(gè)位置與傳統(tǒng)栽培畦南、中、北3個(gè)位置接受光照強(qiáng)度均差異顯著；其中，“新H型”下層栽培架南部位置能接受傳統(tǒng)栽培畦南部位置大約7成的光照強(qiáng)度；“新H型”下層栽培架中部、北部?jī)晌恢脙H能接受傳統(tǒng)栽培畦中部、北部?jī)晌恢么蠹s2成的光照強(qiáng)度；整體而言，“新H型”立體栽培模式上層栽培架接受光照能力與傳統(tǒng)栽培畦持平，下層栽培架接受光照能力明顯不如傳統(tǒng)栽培畦；原因是“新H型”立體栽培模式下層受到上層栽培裝置遮光。在立體栽培草莓光合性能與產(chǎn)量品質(zhì)之間的關(guān)系方面，前人做了很多研究。大部分研究者認(rèn)為，草莓立體栽培模式下，光照是影響產(chǎn)量的最重要因子。還有研究表明草莓具有一定耐陰性?！柏S香”草莓對(duì)弱光環(huán)境有一定的適應(yīng)能力，遮陰處理可以減輕強(qiáng)光下的草莓葉片光抑制程度，提高植株對(duì)光能的利用能力[4]。據(jù)報(bào)道美國(guó)黑毒遮陰處理后凈光合速率日變化為單峰曲線，透光率50%時(shí)葉綠素含量顯著高于全光處理，具有一定的耐陰性[5]。本試驗(yàn)中，弱光對(duì)“新H型”下層草莓植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)影響較大，“新H型”下層草莓植株表現(xiàn)出相對(duì)較差的生長(zhǎng)狀況，株高、葉片萌發(fā)數(shù)量以及葉面積都相對(duì)較差。

為解決下層栽培位置光照“短板”問(wèn)題，適當(dāng)提高“新H型”栽培架高度，可一定程度上減輕上層栽培裝置對(duì)下層植株的遮光，改善下層植株光照條件，擴(kuò)大下層草莓植株的垂直生長(zhǎng)空間，促進(jìn)植株生長(zhǎng)。

3.2 “新H型”立體栽培模式草莓產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)表現(xiàn)

從“新H型”上層、“新H型”下層和傳統(tǒng)栽培3個(gè)處理看，“新H型”立體栽培模式上層栽培位置草莓植株產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)于下層栽培位置?！靶翲型”上層栽培位置植株與傳統(tǒng)栽培相比，上層基質(zhì)比地面升溫快，上層栽培苗木生長(zhǎng)量顯著高于傳統(tǒng)栽培；而且上層基質(zhì)栽培草莓植株緩苗時(shí)間少于傳統(tǒng)栽培，因此在溫室草莓生長(zhǎng)前期，上層位置草莓植株生長(zhǎng)發(fā)育速度快于傳統(tǒng)栽培，12月份“新H型”上層栽培位置果實(shí)產(chǎn)量高于傳統(tǒng)栽培即印證了這一點(diǎn)；1—3月份，溫室草莓進(jìn)入生長(zhǎng)中期，“新H型”上層、“新H型”下層和傳統(tǒng)栽培3個(gè)位置草莓產(chǎn)量差異不大；4月份氣溫逐漸升高后，溫室草莓進(jìn)入生長(zhǎng)后期，上層基質(zhì)栽培創(chuàng)造的生長(zhǎng)環(huán)境增強(qiáng)了草莓植株的耐高溫性，使植株保持相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的旺盛生長(zhǎng)，延長(zhǎng)整個(gè)生育期；因此，這一時(shí)期“新H型”上層位置草莓單株產(chǎn)量明顯高于傳統(tǒng)栽培位置。

從“新H型”立體栽培模式整體看，除12月份由于“新H型”下層栽培位置暫無(wú)產(chǎn)量，致使“新H型”立體栽培模式草莓產(chǎn)量略低于傳統(tǒng)栽培模式之外，自1月份開(kāi)始至生育期結(jié)束，“新H型”立體栽培模式草莓產(chǎn)量均高于傳統(tǒng)栽培模式；4和5月份“新H型”立體栽培模式草莓產(chǎn)量明顯高于傳統(tǒng)栽培模式，分別高出48.8%和53.6%。所以“新H型”立體栽培模式與傳統(tǒng)栽培模式相比，后期優(yōu)勢(shì)明顯。

從果實(shí)品質(zhì)看，“新H型”下層栽培位置果實(shí)硬度顯著低于“新H型”上層和傳統(tǒng)栽培兩位置，因?yàn)椤靶翲型”下層位置受到上層栽培架遮光，所以果實(shí)相對(duì)較軟。這與鐘霈霖等[6]的“草莓較高果實(shí)硬度需要較強(qiáng)的光照”的結(jié)論是一致的。“新H型”上層位置的果實(shí)可溶性固形物含量顯著高于傳統(tǒng)栽培?！靶翲型”下層栽培位置植株與傳統(tǒng)栽培相比，呈現(xiàn)出“生長(zhǎng)狀況差、單株產(chǎn)量低”的特點(diǎn)。原因是，整個(gè)生育期相對(duì)較差的光照條件使下層植株生長(zhǎng)受限、產(chǎn)量受到一定影響。

本試驗(yàn)中，“新H型”上層位置草莓表出諸多優(yōu)勢(shì)，除了因?yàn)楹玫墓鉁貤l件之外，與基質(zhì)栽培也是分不開(kāi)的。因此，可以考慮將“新H型”下層同樣改為基質(zhì)栽培。在“新H型”下層用高30 cm的塑料擋板作為栽培槽的四壁，槽內(nèi)填充基質(zhì)。將“新H型”變成雙層基質(zhì)栽培模式，發(fā)揮基質(zhì)栽培優(yōu)勢(shì)、避免土壤種植連作障礙、增加草莓產(chǎn)量、提高果實(shí)品質(zhì)。此外，由于下層栽培位置光溫條件相對(duì)較差，草莓植株生長(zhǎng)發(fā)育速度慢于上層位置草莓，可以考慮將下層草莓植株提前定植10～15 d，使上下2層草莓植株生育進(jìn)程一致。

3.3 “新H型”立體栽培模式經(jīng)濟(jì)效益可觀且增產(chǎn)增收潛力較大

與傳統(tǒng)栽培模式相比，“新H型”立體栽培模式為上下2層栽培，充分利用垂直方向空間，單位面積土地上，新H型”立體栽培模式比傳統(tǒng)栽培模式種植株數(shù)多20%，投入增加44.455%，產(chǎn)量增加20.240%，總收入增加35.269%，純利潤(rùn)增加25.876%，投入產(chǎn)出比減少6.790%?？梢?jiàn)，增產(chǎn)增收效果明顯且投入產(chǎn)出比無(wú)明顯下降。

生產(chǎn)實(shí)際中，在發(fā)展都市休閑型農(nóng)業(yè)、觀光采摘方面，與傳統(tǒng)栽培草莓相比，“新H型”立體栽培模式打造出的農(nóng)田景觀效果以及舒適的采摘體驗(yàn)，更能吸引市民采摘，提升草莓果實(shí)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。宗靜等[7]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有很多北京市民經(jīng)常性的采摘草莓且很多采摘者能夠接受價(jià)格較高的采摘體驗(yàn)。本試驗(yàn)中，按“新H型”立體栽培模式草莓果實(shí)售價(jià)提升5元/kg 計(jì)算，即45元/kg，純利潤(rùn)比傳統(tǒng)栽培模式增加25.876%。因此，如果將“新H型”立體栽培模式應(yīng)用到發(fā)展都市休閑型農(nóng)業(yè)、觀光采摘方面，可創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。與此同時(shí)，可考慮適當(dāng)加大“新H型”定植密度。如保守設(shè)計(jì)，上層株距15 cm，下層株距17 cm，上層可定植3 108株，下層可定植2 730株，合計(jì)5 838株，比本試驗(yàn)中的5 040株多定植798株，多定植15.8%。相信通過(guò)合理密植，可進(jìn)一步挖掘“新H型”立體栽培模式增產(chǎn)增收潛力。

綜合分析2種草莓栽培模式下的光照環(huán)境、植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)、果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益等生產(chǎn)性能指標(biāo)表明，“新H型”立體栽培模式整體表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)栽培模式，表現(xiàn)出更高的經(jīng)濟(jì)效益；通過(guò)合理的技術(shù)手段，可以為提高土地利用效率、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供一個(gè)新的嘗試。