網(wǎng)紋甜瓜工廠化種植模式與傳統(tǒng)種植模式的比較分析

李 婷，楊夕同，李勝男，曾劍波，李新旭

(1. 北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029；2. 北京曲辰博識(shí)農(nóng)業(yè)科技有限公司， 北京102218；3. 北京華農(nóng)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)有限公司，北京 100125)

甜瓜(CucumismeloL.)是全球十大水果之一，分為5個(gè)亞種，8個(gè)變種[1]，網(wǎng)紋甜瓜(CucumismeloL. var.reticulatusNaud.)是厚皮甜瓜亞種中的一個(gè)變種，其果實(shí)表面有均勻美麗的網(wǎng)狀裂紋，類似浮雕，外觀極其美麗，而且果肉香味濃郁，肉質(zhì)細(xì)膩，是甜瓜中的精品，被譽(yù)為“水果皇后”。近幾年中國(guó)網(wǎng)紋甜瓜受到消費(fèi)者的青睞，海南、浙江、上海、山東、河北、北京、內(nèi)蒙古等地均有種植，面積逐年遞增[2]，栽培設(shè)施以日光溫室和塑料大棚為主[3]。北京地區(qū)以日光溫室種植為主。2018年中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積189.4萬(wàn)hm2，其中日光溫室57.8萬(wàn)hm2，塑料大棚126.2萬(wàn)hm2，智能化連棟溫室5.4萬(wàn)hm2[4]。

網(wǎng)紋甜瓜生長(zhǎng)對(duì)栽培條件要求嚴(yán)苛[5]，對(duì)施肥、土壤溫度和濕度、空氣溫度和濕度等環(huán)境的控制要求比較精準(zhǔn)[6]，目前日光溫室環(huán)境控制較難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且連年種植重茬現(xiàn)象日益凸顯。智能化連棟溫室面積在中國(guó)逐漸擴(kuò)大，設(shè)計(jì)先進(jìn)，抗風(fēng)雪能力較強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，溫室內(nèi)部操作空間較大，可以大面積規(guī)模生產(chǎn)，適宜進(jìn)行工廠化、規(guī)?；鳂I(yè)。配有增溫降溫、遮陽(yáng)保溫、加濕除濕等設(shè)備，可以進(jìn)行智能精準(zhǔn)調(diào)控，并周年生產(chǎn)[2]。近幾年山東、陜西等地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園逐漸使用連棟溫室規(guī)模種植網(wǎng)紋甜瓜。智能化連棟溫室基質(zhì)栽培網(wǎng)紋甜瓜，一方面避免連續(xù)多年種植引起的土傳病害重茬問(wèn)題，另一方面溫室的溫度、濕度以及植株的水肥供給等均可以實(shí)現(xiàn)較為精準(zhǔn)的調(diào)控，例如可以通過(guò)高壓噴霧、環(huán)流通風(fēng)系統(tǒng)等方式實(shí)現(xiàn)濕度的迅速調(diào)整，還可以通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液智能循環(huán)供液系統(tǒng)，為網(wǎng)紋甜瓜植株提供充足的養(yǎng)分，并結(jié)合網(wǎng)紋甜瓜的生長(zhǎng)情況有針對(duì)性改變水肥策略，從而保證網(wǎng)紋甜瓜外觀、品質(zhì)的最優(yōu)化。

本研究對(duì)比傳統(tǒng)種植模式和工廠化種植模式的生育期、養(yǎng)分需求、生長(zhǎng)量，果實(shí)膨大速率、品質(zhì)和產(chǎn)量等指標(biāo)，以期探討2種種植模式的區(qū)別，并對(duì)網(wǎng)紋甜瓜可持續(xù)發(fā)展的設(shè)施種植模式進(jìn)行探索。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為阿魯斯類型網(wǎng)紋甜瓜品種‘維蜜’，來(lái)源于北京北農(nóng)種業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)和時(shí)間

試驗(yàn)實(shí)施時(shí)間2019年12月到2020年6月。工廠化種植模式在北京昌平小湯山特菜大觀園玻璃連棟溫室進(jìn)行；傳統(tǒng)種植模式在北京金六環(huán)農(nóng)業(yè)園日光溫室中進(jìn)行。

北京昌平小湯山特菜大觀園玻璃連棟溫室，面積10 000 m2。溫室東西長(zhǎng)70 m，南北長(zhǎng)145 m，肩高6 m，脊高6.7 m，栽培槽寬0.2 m、高0.1 m、底端距地面高0.6 m、槽間距1.6 m。采用椰糠和珍珠巖混配基質(zhì)，基質(zhì)6 L。定植密度2.78株/m2。2020年1月7日播種，2020年5月26日采收。全生育期灌溉2.565×106L/hm2，單株灌溉95 L，養(yǎng)分用量見(jiàn)表1。

表1 工廠化種植模式養(yǎng)分需求Tab.1 Nutrient requirements for factory planting model

北京金六環(huán)農(nóng)業(yè)園日光溫室，面積325 m2，溫室東西長(zhǎng)50 m、南北長(zhǎng)6.5 m、高3 m，后墻厚0.9 m，種植行距1.2 m、株距40 cm、定植密度約2.00株/m2。2019年12月27日播種，2020年6月2日采收。全生育期灌溉4.95×105L/hm2，單株灌溉24.7 L，種植前后土壤養(yǎng)分變化見(jiàn)表2。

表2 傳統(tǒng)種植模式種植前后土壤養(yǎng)分變化Tab.2 Changes of soil nutrient in traditional planting model

1.3 取樣和分析方法

每個(gè)種植模式隨機(jī)標(biāo)記10株網(wǎng)紋甜瓜瓜苗，分別測(cè)定定植后20 d和30 d的植株莖粗、株高、中部葉片的葉片面積以及葉片數(shù)等生育期指標(biāo)。其中植株高度和葉片面積(葉長(zhǎng)×葉寬)用標(biāo)準(zhǔn)卷尺測(cè)量，莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量。

在授粉后每10 d測(cè)量果實(shí)縱徑和橫徑。網(wǎng)紋甜瓜成熟后，每小區(qū)隨機(jī)取樣10個(gè)。利用天平測(cè)量單瓜質(zhì)量；用手持測(cè)糖儀測(cè)量可溶性固形物含量的方法測(cè)量糖含量；用最小刻度1 mm的刻度尺測(cè)量網(wǎng)紋甜瓜縱切面的縱徑和橫徑，內(nèi)腔縱切面的縱徑和橫徑(小數(shù)點(diǎn)后保留2位)，計(jì)算果形指數(shù)(果形指數(shù)=縱徑/橫徑)；邀請(qǐng)不同年齡段的人員品嘗評(píng)價(jià)網(wǎng)紋甜瓜瓜瓤質(zhì)地和纖維。記錄種植環(huán)節(jié)主要操作的效率，并核算人工成本。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行處理及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜生長(zhǎng)發(fā)育期比較

日光溫室后墻為磚墻，2020年2月定植架設(shè)小拱棚提溫保溫，最低土壤溫度15 ℃以上，最低空氣溫度13 ℃以上；連棟溫室進(jìn)行夜間加溫，保證夜間最低溫度15 ℃以上。2種種植模式的網(wǎng)紋甜瓜生長(zhǎng)發(fā)育期見(jiàn)表3，傳統(tǒng)種植模式的網(wǎng)紋甜瓜定植時(shí)間較工廠化種植模式早10 d，大批量雌花開(kāi)放授粉時(shí)間較工廠化種植模式晚7 d，大批量果實(shí)成熟的時(shí)間較工廠化種植模式晚8 d，全生育期比工廠化種植模式多17 d。定植后在適宜的灌溉條件下，連棟溫室的環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)保證適宜的溫度和均衡的光照，通過(guò)加溫等設(shè)施設(shè)備為網(wǎng)紋甜瓜創(chuàng)造較適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，而日光溫室沒(méi)有智能化調(diào)控溫度的設(shè)備，僅通過(guò)棉被、風(fēng)口或者架設(shè)小拱棚調(diào)節(jié)棚室溫度，最高溫度和最低溫度跨幅大，升降變化劇烈，棚室南北光照資源差距大，不利于網(wǎng)紋甜瓜生長(zhǎng)，影響緩苗伸蔓的時(shí)長(zhǎng)，這是傳統(tǒng)種植模式的緩苗伸蔓比工廠化種植模式多17 d左右的原因。2種種植模式的發(fā)育時(shí)間相同，均為60 d，工廠化種植模式通過(guò)智能化調(diào)節(jié)保證棚室溫度恒定，60 d達(dá)到網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)發(fā)育所需積溫1 200 ℃；傳統(tǒng)種植模式網(wǎng)紋甜瓜授粉已經(jīng)進(jìn)入4月，光照和溫度均可滿足網(wǎng)紋甜瓜生長(zhǎng)，可抵御個(gè)別極端倒春寒天氣，同樣60 d達(dá)到果實(shí)發(fā)育所需積溫1 200 ℃。

表3 2種種植模式下網(wǎng)紋甜瓜生育期比較Tab.3 Comparison of the growth period of netted melon under two planting models

2.2 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜生長(zhǎng)量對(duì)比

測(cè)量定植后網(wǎng)紋甜瓜20 d和30 d的植株生長(zhǎng)量，見(jiàn)表4。定植后20 d，2種種植模式的葉片數(shù)差異不顯著，植株高度、莖粗和中部葉片面積的差異在5%水平和1%水平均顯著；定植后30 d，2種種植模式的中部葉片面積差異不顯著，株高、莖粗和葉片數(shù)的差異在5%水平和1%水平均顯著。

表4 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜生長(zhǎng)量比較Tab.4 Comparison of plant growth of netted melon under two planting models

比較授粉后20 d到授粉后30 d之間的生長(zhǎng)量變化，工廠化種植模式的株高生長(zhǎng)量101.11 cm，莖粗生長(zhǎng)量3.77 mm，葉片增加14.33片，中部葉片面積增加223.89 cm2；傳統(tǒng)種植模式的株高生長(zhǎng)量79.12 cm，莖粗生長(zhǎng)量2.75 mm，葉片增加13.16片，葉片面積增加255.65 cm2。授粉后20 d到授粉后30 d這個(gè)階段，工廠化種植模式植株的株高、莖粗和葉片數(shù)均較傳統(tǒng)種植模式增速快，但葉片面積傳統(tǒng)種植模式的增速大于工廠化種植模式，因?yàn)閭鹘y(tǒng)種植模式緩苗時(shí)間較長(zhǎng)，定植后20 d植株生長(zhǎng)量相對(duì)較小，比工廠化種植模式的小1.3倍，比較的起點(diǎn)值低。

2.3 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜坐果期果實(shí)膨大速率

比較2種種植模式授粉后網(wǎng)紋甜瓜10、20、30和40 d的果實(shí)縱徑和橫徑，并計(jì)算果實(shí)膨大速率，見(jiàn)表5。授粉后10 d，2種種植模式的縱徑差異極顯著，橫徑差異顯著；授粉后20 d，2種種植模式縱徑無(wú)顯著差異，橫徑差異極顯著；授粉后30 d，2種種植模式縱徑和橫徑差異均顯著；授粉后40 d，2種種植模式縱徑差異顯著，橫徑無(wú)顯著差異；待果實(shí)成熟后2種種植模式果實(shí)縱徑無(wú)顯著差異，橫徑差異顯著，傳統(tǒng)種植模式果實(shí)橫徑0.85 cm。

表5 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)膨大速率的比較Tab.5 Comparison of fruit expansion rates of netted melon under two planting models

網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)生長(zhǎng)的另一特點(diǎn)，是縱徑的增長(zhǎng)先于橫徑的增長(zhǎng)，因此縱徑的長(zhǎng)度總是首先達(dá)到成熟果的最大值[7]，授粉后10 d，2種種植模式的網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)縱徑均達(dá)到成熟果的98%以上。授粉后30 d增長(zhǎng)速率均達(dá)到85%以上：傳統(tǒng)種植模式縱徑和橫徑增長(zhǎng)速率分別為90.9%和94.05%；工廠化種植模式縱橫和徑增長(zhǎng)速率分別為86.58%和90.95%，增長(zhǎng)速率略低。傳統(tǒng)種植模式條件下執(zhí)行“兩灌兩控”灌溉策略[8]，授粉后7 d和授粉后25 d橫網(wǎng)形成時(shí)進(jìn)行灌溉，周期較長(zhǎng)而且每次灌溉量較大，致使授粉后10 d和30 d果實(shí)均大于工廠化種植模式，而中間控水的階段(授粉后14～24 d)，工廠化種植模式的縱徑增長(zhǎng)速率變快，階段性大于傳統(tǒng)種植模式。最終傳統(tǒng)種植模式的果實(shí)縱徑和橫徑大于工廠化種植模式果實(shí)。

2.4 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)品質(zhì)比較

比較2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜授粉后60 d的果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)，見(jiàn)表6。單瓜質(zhì)量和產(chǎn)量均無(wú)顯著差異。傳統(tǒng)種植模式的網(wǎng)紋甜瓜單瓜質(zhì)量較工廠化種植模式的高0.13 kg，但通過(guò)定植密度(工廠化種植模式定植密度2.78株/m2，傳統(tǒng)種植模式定植密度2.00株/m2)和商品果率(工廠化種植模式商品果率80%，傳統(tǒng)種植模式商品果率90%)計(jì)算，產(chǎn)量反而低于工廠化種植模式4 695 kg/hm2，產(chǎn)量方面工廠化種植模式表現(xiàn)更優(yōu)。果形指數(shù)、肉厚和糖度均無(wú)顯著差異。2種種植模式中心糖含量相差0.54%，果肉心邊糖度梯度相差1.15，另外考慮香味、糯性和纖維，品質(zhì)方面以傳統(tǒng)種植模式更優(yōu)。

表6 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)的比較Tab.6 Comparison of fruit yield and qualityof netted melon under two planting models

2.5 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜主要操作效率分析

網(wǎng)紋甜瓜生產(chǎn)的主要操作如綁蔓打杈、疏花疏果、繞秧疏果、吊瓜、套袋和打藥等工作效率、勞務(wù)成本以及單次操作的成本，見(jiàn)表7。工廠化種植模式綁蔓打杈4次，繞秧疏果和吊瓜1次，套袋1次，預(yù)防或者防治打藥共12次，田間操作用工費(fèi)用合計(jì)1.07萬(wàn)元/hm2，加上技術(shù)人員費(fèi)用累計(jì)2.99萬(wàn)元/hm2；傳統(tǒng)種植模式用工次數(shù)基本相同，打藥較工廠化種植模式少2次，傳統(tǒng)種植模式效率相對(duì)低下，田間操作用工費(fèi)用合計(jì)2.57萬(wàn)元/hm2，加上技術(shù)人員費(fèi)用累計(jì)7.24萬(wàn)元/hm2。工廠化種植模式工作規(guī)模較大，工人操作環(huán)節(jié)的無(wú)用功相對(duì)較少；另外適度規(guī)模化生產(chǎn)條件下，技術(shù)人員同時(shí)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的工作面積較大，均攤的技術(shù)人員費(fèi)用就相對(duì)較低；此外大型的設(shè)施條件采用一系列農(nóng)用設(shè)備器械，如軌道車、噴藥機(jī)等輔助實(shí)現(xiàn)較高的工作效率。

表7 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜主要操作效益分析Tab.7 Comparison of major field operation efficiency and cost of netted melon under two planting models

2.6 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜生產(chǎn)成本分析比較

生產(chǎn)成本包括生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本和生產(chǎn)設(shè)施投入成本。

生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本見(jiàn)表8，主要包括種苗、肥、耗材和人工?？芍貜?fù)利用的耗材如基質(zhì)、滴灌、吊蔓繩、勾子計(jì)算的是使用5個(gè)生育期均攤后的成本。傳統(tǒng)種植模式的生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本17.36萬(wàn)元/hm2，工廠化種植模式生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本14.84萬(wàn)元/hm2。

表8 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本比較

生產(chǎn)設(shè)施投入成本見(jiàn)表9，主要包括折舊、能耗、其他(用電、CO2)。工廠化種植模式網(wǎng)紋甜瓜生產(chǎn)設(shè)施投入成本52.51萬(wàn)元/hm2[9]，傳統(tǒng)種植模式生產(chǎn)設(shè)施投入成本7.8萬(wàn)元/hm2。

表9 2種種植模式網(wǎng)紋甜瓜全生育期設(shè)施投入成本比較Tab.9 Comparison of input costs of single stubble facilities of netted melon under two planting models

工廠化種植模式生產(chǎn)成本約67.35萬(wàn)元/hm2，傳統(tǒng)種植模式生產(chǎn)成本25.16萬(wàn)元/hm2。

北京地區(qū)2020年地頭平均批發(fā)價(jià)格約15元/kg，工廠化種植模式銷售價(jià)格為55.26萬(wàn)元/hm2，傳統(tǒng)種植模式銷售價(jià)格為48.33萬(wàn)元/hm2。

3 討 論

工廠化種植模式的網(wǎng)紋甜瓜的株高、莖粗和葉片數(shù)均較傳統(tǒng)種植模式增速快，環(huán)境適宜網(wǎng)紋甜瓜生長(zhǎng)，全生育期比傳統(tǒng)種植模式少17 d，前期較好的生長(zhǎng)量為后期奠定基礎(chǔ)。

網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)的增長(zhǎng)在最初幾天主要是靠子房組織的細(xì)胞迅速分裂，使細(xì)胞數(shù)目急劇增加而增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的速度緩慢，但卻是進(jìn)一步增長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)。因?yàn)楣麑?shí)后期的增長(zhǎng)主要是靠細(xì)胞體積的增大而增長(zhǎng)[7]。影響網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)膨大的主要因素就是增長(zhǎng)初期的灌溉，傳統(tǒng)種植模式是在授粉后5 d灌大水，灌溉量0.75×105m3/hm2～1.2×105m3/hm2，約3.75～6 L/株；工廠化種植模式參考荷蘭番茄灌溉模型(1 J/cm2=3 mL/m2)并結(jié)合天氣和排量調(diào)整，膨瓜階段灌溉量為1.35 L/(株·d)。傳統(tǒng)種植模式下膨瓜階段水分供給充足與植株的需求相匹配，影響最終的果實(shí)大小。

傳統(tǒng)種植模式的網(wǎng)紋甜瓜中心糖含量較工廠化種植模式高0.54%，果肉心邊糖度梯度相差1.15，影響口感。此外香味、糯性和纖維，品質(zhì)方面均是傳統(tǒng)種植模式更優(yōu)，初次進(jìn)行工廠化種植，水肥養(yǎng)分、光照、溫度、濕度等環(huán)境因素相互耦合的參數(shù)還不成熟，有待進(jìn)一步探索；工廠化種植模式的養(yǎng)分持續(xù)供給特別是氮素供給充足或許也是品質(zhì)有差別的原因，有研究認(rèn)為氮素供應(yīng)量過(guò)高會(huì)使大部分光合同化產(chǎn)物與氮形成蛋白，影響光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化和輸出[10]，且導(dǎo)致根系活力下降，不利于對(duì)礦物質(zhì)養(yǎng)分的吸收利用，從而影響品質(zhì)[11]。土壤環(huán)境復(fù)雜，各種微生物菌群參與根系養(yǎng)分代謝和物質(zhì)交換，可能也是影響風(fēng)味的一個(gè)原因[12]。

比較2種種植模式生產(chǎn)環(huán)節(jié)(生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本)以及硬件設(shè)施設(shè)備耗能的成本，工廠化種植模式的主要田間操作的工作效率比傳統(tǒng)種植模式高1.4～7.5倍，生產(chǎn)效率占明顯優(yōu)勢(shì)。考慮前期投入計(jì)算折舊后，工廠化種植模式的生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)種植模式高42.19萬(wàn)元/hm2；工廠化種植模式利潤(rùn)為-12.09萬(wàn)元/hm2，傳統(tǒng)種植模式利潤(rùn)為23.17萬(wàn)元/hm2，通過(guò)計(jì)算，假設(shè)收購(gòu)價(jià)格不變，在定植密度2.78株/m2的情況下，商品率需保證96%以上，工廠化種植模式才可盈利。

工廠化種植模式生產(chǎn)效率高，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，但前期硬件投入成本和運(yùn)營(yíng)成本均較高；傳統(tǒng)種植模式的果實(shí)商品率和品質(zhì)均較優(yōu)，但工作效率和標(biāo)準(zhǔn)化程度低。工廠化種植模式還需選擇高附加值的產(chǎn)品，通過(guò)一定的運(yùn)營(yíng)手段，實(shí)現(xiàn)收支平衡；而傳統(tǒng)種植模式還需進(jìn)一步細(xì)化田間操作管理標(biāo)準(zhǔn)，研究適度規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，提高工作效率。未來(lái)可以探索硬件投入成本較低的設(shè)施，如雙坡面拱棚或塑料薄膜溫室(規(guī)模1 hm2)，規(guī)模生產(chǎn)機(jī)械化操作工作效率高，適度規(guī)模也可提高生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化程度。