輕簡化技術對設施蔬菜生產的影響＊

楊俊剛，鄒國元，張寶海（.北京市農林科學院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，北京 00097；.北京市農林科學院蔬菜研究所，北京 00097）

中國設施蔬菜種植規(guī)模居全球之首，為保證城鄉(xiāng)菜籃子周年供應作出了巨大貢獻。但種植方式仍以人工為主，生產效率不高，隨著社會發(fā)展，依靠密集型勞動的溫室生產面臨著巨大的挑戰(zhàn)[1-2]。幾十年來，溫室以人力為主要勞動力，溫室內形成了南北向定植管理的傳統(tǒng)。常規(guī)的南北向生產是基于人工勞動方便形成的，在發(fā)展機械化方面存在較大局限性。在日光溫室內使用機器做畦時，由于南北向距離很短，一般在6～10 m，機器需不斷地折返，要消耗大量時間和人力成本。隨著城鎮(zhèn)化加快，大量農村人口進城務工，農業(yè)生產勞動力短缺和老齡化問題日益突出。設施生產管理人員短缺，往往導致栽培管理不及時、粗放管理等問題。因此，迫切需要改變傳統(tǒng)栽培模式，采用東西向栽培適應機械化操作，探索農機農藝有效融合的新方式[3-4]。本研究自2015 年開始將傳統(tǒng)的溫室南北向栽培轉變?yōu)闁|西向栽培，滿足機械化生產需求，研發(fā)出溫室蔬菜東西向生產的關鍵技術與輕簡化集成模式[5-6]。溫室內大量使用機器及配套設施，管理方便，利于標準化，有助于實現(xiàn)輕簡優(yōu)質高效生產[7-8]。

設施蔬菜東西向栽培技術

葉菜東西向栽培技術

最早采用東西向栽培技術的是溫室葉菜生產。大多葉菜高度較低，生長周期較短，采用東西向幾乎不需要考慮遮光、通風等問題，而且換茬可以不重新做畦，因此東西向生產技術首先在葉菜中得到實現(xiàn)。北京市農林科學院最早選擇在生菜上開展了東西向的栽培研究，試驗地點在北京市大興區(qū)長子營鎮(zhèn)北蒲州農業(yè)綜合試驗站，溫室為常規(guī)日光溫室，三面磚墻，頂覆聚乙烯薄膜，長70 m，寬8 m，東西走向。東西栽培主要采用兩種方式，一種為起壟，壟上雙行定植（圖1），另一種為高平畦，畦上定植4 行（圖2）。壟上雙行適合春季生產，畦上四行適合秋冬季生產。經過多年試驗示范驗證，形成了葉菜東西向生產的多項關鍵技術和配套技術。

圖1 春季壟上雙行東西向定植

圖2 秋冬季畦上4 行東西向定植

分區(qū)差異化精細管理

東西向種植后，種植畦從南到北逐畦排列，相同溫度和光照條件分布在同一畦上，可以快捷實現(xiàn)差異化管理和采收。秋冬季的生菜靠近南側的產量是北側的75%，而冬春茬番茄種植中北側產量僅是南側的70%，產量降低近1/3。因此在推廣東西向栽培過程中，對于生菜一方面可以適當降低南側的水肥供應，一方面可以通過分期采收，先采北側后采南側，增加商品性。通過這樣的措施，順應溫室環(huán)境的變化進而提供差異化管理，不僅可以降低水肥投入10% 以上，還可以增加產量和商品性，從而達到增收10% 以上。

高平畦輕簡化栽培

采用機械化開溝、起壟、作畦。傳統(tǒng)的平畦栽培需要按一定畦寬打埂和平整畦面，不僅消耗大量人工，也無法用機器替代，管理上沿用大水漫灌、大量人工施肥的粗放管理模式，土壤水分不均且容易引起大面積病害，過量灌水還會引起養(yǎng)分流失，造成環(huán)境污染?；谶@些問題，采用高平畦技術將粗放的模式變?yōu)閱卧?、網(wǎng)格化的精細管理，還可以使用機械來完成。比如開溝可以使用小型汽油機帶開溝機來完成，在溫室內將南北向平畦改為東西向高畦，用20～40 cm 的小溝代替田埂，將原來1.5～2.0 m 的寬畦變成0.8～1.2 m 的窄畦，將原來的大水漫灌改為滴灌。采用這項技術，不僅節(jié)省了人工，而且改變了土壤的水氣運動，使得土壤水分運移更加合理，縮短干濕交替周期，減少土壤高濕引發(fā)病害的風險。與人工起壟相比，采用起壟機東西向起壟效率提高近10 倍，生產成本由300 元/667 m2降至25 元/667 m2，降低投入也在10 倍以上。該技術經過幾年的驗證，目前已在北京大興、房山、延慶、通州等地區(qū)進行了大面積推廣，并且得到了用戶的肯定。

應用專用農機具

設施溫室大棚空間相對狹小，推進東西向高平畦也為現(xiàn)代小型機械推廣應用提供了可能。開溝做畦所需動力較小，小型微耕機（5.1～6.6 kW）以汽油發(fā)動機為動力，輕便省力、油耗低、動力適量，與起壟機、開溝機配套即可高效便捷地完成作業(yè)，不但壟形整齊，而且解決了農忙時勞動力緊張的問題。篩選和改進小型耕作機械，加長翻耕機的刀口、增加起壟機側壓條，發(fā)揮其靈活性強、功能多的作用，更換作業(yè)部件后，可進行犁耕、培土、開溝和起壟等一系列作業(yè)。機械化運輸提高采收效率。采收時東西距離較長，人工搬運費時費力，采用小型運輸車或空中吊軌車可以直接從畦間行走，大幅減少人力，運輸效率提高80% 以上。進而實現(xiàn)從種到收多個環(huán)節(jié)的節(jié)本增效。

配套滴灌設施

設施蔬菜生產采用滴灌施肥已經成為一種趨勢，但傳統(tǒng)大水大肥的管理思想仍未徹底改變。據(jù)筆者在北京郊區(qū)的調研，目前設施蔬菜生產園區(qū)中還有25% 沒有采用滴灌施肥，一些平畦和高畦仍在沿用管灌、漫灌。本技術研究開展以來，推行的高平畦東西向栽培，不僅改變了傳統(tǒng)的栽培管理，而且?guī)优涮姿始夹g發(fā)生改變。東西向長畦必須與滴灌施肥水肥一體技術配套，否則畦面太長難以完成灌溉。隨著中國人力成本的增加，采用滴灌施肥更加省工高效，東西向栽培配套滴灌施肥技術為設施生產轉型升級、提高水肥利用效率提供了有力的技術支撐。由于東西向主管道縮短85%，安裝滴灌帶減少用工50%，滴灌設施總成本降低了28%，進一步降低了農戶使用滴灌的成本，增加了技術使用積極性。目前該項技術已在北京市大興、房山、順義等區(qū)，以及河北省張家口等地區(qū)得到大量應用。使用該技術可以減少19% 肥料用量，顯著改善蔬菜品質，提高糖度，降低硝酸鹽含量。該技術的應用推廣基本實現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)省勞動力、節(jié)約成本，提高效率的“四節(jié)一增”的效果。

配套綠色防控

將防蟲網(wǎng)、黏蟲板、篩選得到的益生菌應用到葉菜的生產中，降低病蟲害、增強植株抗性，秋冬季生菜生產病害防治“零”用藥，僅使用少量防蟲類藥劑，化學農藥用藥總量較傳統(tǒng)減少約30%。

果菜東西向栽培技術

溫室除了種植葉菜，還要種植果類蔬菜。因此實現(xiàn)果類蔬菜東西向栽培是全面推進溫室東西向栽培的關鍵環(huán)節(jié)。在葉菜東西向技術的基礎上，針對果菜群體結構與葉菜的差別，經過多年實踐與技術改進，證明日光溫室栽培果類蔬菜是可以采用東西向。

果菜群體結構控制與配套

與葉類菜相比，果類菜采用東西向最大的問題是株高較高，東西向種植會產生南北（前后）的遮光，進而影響生長和產量?；谶@一問題，我們按照果類菜光合飽和點的大小將蔬菜分為兩類，第一類是光合飽和點較高的蔬菜，以番茄為典型作物（7.0 萬lx）；第二類光合飽和點較低的蔬菜，以黃瓜和茄子為典型作物（4.0～5.5 萬lx）。光飽和點越高的作物，對光的需求量越高，如果番茄采用東西向可以克服遮光的不利因素，那么其他作物相應的則更好解決。

因此，番茄東西向栽培首先需要解決株高的問題。措施有兩個方向，第一是降低株高，增加密度；第二是降低密度，提高株高。在華北光照不是太強烈的地區(qū)適宜采用降低株高增加密度的方式；在西北高原光照強烈的地區(qū)可以采用降低密度增加株高的辦法。以華北地區(qū)為例，試驗表明，采用密度增加1 倍，株高降低50% 的方法，留果穗數(shù)降至2～3 穗，密度增加到4400 株/667 m2，連續(xù)3 年產量可以達到9300 kg/667 m2。水肥的投入與傳統(tǒng)相比可以降低30%～50%，勞動投入降低20%。實現(xiàn)了東西向番茄高產高效的輕簡化生產（圖3～5）。

圖3 日光溫室東西向番茄果實膨大期

圖4 日光溫室東西向番茄成熟期

圖5 2018～2020 年不同模式下溫室番茄產量

溫室黃瓜和茄子（圖6～7）則不用采取改變株高的方式，僅需將原來一側放置灌水施肥設施改為溫室中部滴灌施肥，使滴灌更加均勻，產量與傳統(tǒng)南北栽培相比沒有下降，水肥投入和勞動投入相應的都會減少。

圖6 日光溫室茄子東西向栽培

果實品質提升與污染控制

采用東西向種植模式后，番茄果實硝酸鹽含量降低18%，VC 含量增加13%，糖酸比提高12%，口感明顯提升。同時完成病蟲害生物綠色生物防治技術2 套,顯著降低用藥次數(shù)，減少化學農藥污染風險，采用小型噴藥車打藥，進一步降低勞動強度和提高勞動效率。采用高平畦東西向設施綜合栽培技術在環(huán)境保護上也作出了較大的貢獻。通過在田間的試驗監(jiān)測，采用高平畦配合液體肥技術，可以減少20% 以上活性氮氣體（NH3、N2O）排放，降低土壤剖面硝態(tài)氮累積20%，為減輕空氣和土壤污染提供了重要的技術支持。

設施蔬菜輕簡高效技術模式集成

設施蔬菜復種指數(shù)高，常常是周年生產，合理安排茬口是提質增效的重要手段。采用東西向高平畦不僅要考慮當季種植的方便適用，還要考慮下茬種植的有序科學銜接。

葉菜連作輕簡生產技術模式

形成秋冬季溫室反季節(jié)比同品種生菜-生菜連作輕簡栽培模式，配套滴灌施肥及其機器噴藥、軌道運輸采收設備。技術要點：①由南北畦改為東西畦，去掉北側過道，土地利用率提高11%，小馬力汽油機（5.1 kW）配開溝機機械化做畦，省人工1～2 個；②畦面配套滴灌帶2～3 條，大幅減少水肥用量，溫室內濕度降低，病害發(fā)生幾率顯著降低；③定植畦差異化管理，南北畦調控澆水、施肥等操作，實現(xiàn)管理與生長同步，促進均衡生長，提高資源利用效率和商品化率；④收獲機械化運輸，軌道車安裝于舊棚架上，承重>150 kg，微力運輸；⑤下茬免耕移栽，由全年土壤翻耕2～3 次，減少到1 次，一次覆膜種植2～3 茬。生菜東西向栽培與水肥一體化技術實現(xiàn)增產8.6%，節(jié)肥19%，提高運輸效率400%（圖8～9）。

圖7 日光溫室黃瓜東西向栽培

圖8 2017～2019 年溫室不同生產模式的產量

葉菜-果菜輪作輕簡生產技術模式

形成葉菜-果菜輪作周年生產體系。葉菜果菜采用統(tǒng)一的畦壟，果菜收獲后畦壟少耕或免耕，以番茄東西向矮化密植高畦栽培為核心，形成春季矮化密植番茄-秋甘藍-秋冬生菜周年生產模式，以及早春甘藍-春黃瓜（豆角）-秋甘藍-秋冬生菜模式。早春甘藍-豆角-越冬茄子等多種輪作模式，配套機械開溝起壟、病害生物綜合防治技術、液體肥滴灌施肥、熊峰授粉等輕簡高效栽培技術。春番茄-秋甘藍、秋冬生菜模式技術要點：①東西向作高畦，機器開溝，畦寬80 cm，溝寬60 cm，壟高20 cm，省工90%。壟上雙行交叉定植，株距20 cm，密度4400 株/667 m2；②滴灌施肥，壟上3 行滴灌帶，東西向布置，節(jié)省主管道70%，節(jié)省鋪設滴灌帶人工50%，液體肥滴灌，均勻度增加，大幅減少堵管；③田間管理，棚前2 畦二穗果打頂，其他畦3 穗果打頂，后期打掉下部老葉，保證通風；④熊蜂授粉，每棚1 個標準蜂箱，節(jié)省人工40%；⑤收獲，分畦采收，小型推車運輸；⑥8 月下旬移栽甘藍，原畦壟上淺翻平整后定植；⑦10 月下旬移栽生菜，原壟直接移栽，不翻耕，節(jié)省人工。該模式與傳統(tǒng)種植相比，每667 m2降低肥料用量50%，降低灌溉量30%，年增收8100 余元，節(jié)省勞動投入時間20%。

溫室東西向輕簡生產技術要點

將傳統(tǒng)的南北向栽培改為東西向種植，可以促進機械的使用和普及。南北向作業(yè)距離僅有6～8 m，機器需要頻繁往返掉頭，改為東西向后，直線作業(yè)距離可以增加8～10 倍以上，完全滿足了機械化作業(yè)的需求。

針對東西向茄果類吊秧產生前后遮光問題，以光飽和點較高、光照影響產量較大的番茄為突破點，通過群體結構與個體根系調控，形成番茄矮化密植高產栽培技術（密度4400 株/667 m2，棚前2 畦每株留果2 穗，棚后4 畦留果3 穗）解決了東西向生產與光合效率協(xié)同提升的難題。

圖9 不同模式下生產1000 kg 生菜的水（左）、氮（右）消耗量

以東西向為基礎，可以實現(xiàn)區(qū)格化管理。將種植區(qū)從南到北劃為5～8 個條帶，機器起壟做畦，畦面配套滴灌施肥，避免了平畦漫灌，調節(jié)了土壤水氣轉化。針對起壟、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)配套起壟機（5.1～6.6 k W）、空中軌道車（承重150～200 k g，溫室中間或1 側）、地軌車（雙軌電動，溫室1 側）等小型機械作業(yè)技術。

分區(qū)管理可以實現(xiàn)精準化、差異化的水肥藥供應。溫室南北光、溫、濕存在較大的差異，光合有效輻射相差20% 以上。為不同條帶配套密植群體和水肥藥精準供應，引進基于每天溫濕度光照的水肥模擬決策模型，為每畦提供精準的水肥周供應方案，形成低成本緩釋液體肥滴灌技術及園區(qū)配肥站技術，節(jié)本23%。采用分時分區(qū)、先北后南收獲，商品率提升6%～11%，進一步提升水肥資源利用效率和經濟收益。

最終可形成綜合技術集成模式。將品種篩選、機器起壟、滴灌施肥、綠色防控、群體調控、收獲機械運輸?shù)燃夹g集成在生菜、韭菜等葉菜，和番茄、茄子、黃瓜等果類蔬菜上實現(xiàn)輕簡高效應用，同時形成葉菜-葉菜周年連作、番茄-甘藍-生菜周年輪作輕簡模式。勞動力節(jié)省20%，產量提升12%～24%，水肥藥節(jié)約19%～30%，經濟效益增加2512～5780 元/667 m2。

應用前景

2020 年，中國農業(yè)農村部提出了推動溫室蔬菜機械化生產的戰(zhàn)略，以促進提高設施裝備水平支撐輕簡化高效生產。東西向栽培符合這一發(fā)展需求，溫室東西向栽培技術通過改變栽培方向將傳統(tǒng)生產升級為輕簡模式，操作簡單，省工省時，高產高效，成功解決了溫室機械化與輕簡化的難題，得到國內同行專家認可，被評定為國內先進的溫室輕簡創(chuàng)新技術，可在中國北方的溫室蔬菜生產中推廣應用。