辜松 張躍峰 丁小明 劉珊

美國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)以規(guī)模化、集約化、自動化著稱。2015年下半年，借與美國科研單位合作研究的機(jī)會，來自農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)以及來自國內(nèi)設(shè)施園藝生產(chǎn)和裝備技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人士一行9人（圖1），在美國保爾園藝公司王士英博士的幫助和帶領(lǐng)下，對美國中部4個知名園藝企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)考察。從保爾公司的種子技術(shù)研究中心，到綠色精神農(nóng)場的蔬菜工廠，從宏大古樸的中美洲農(nóng)場，到高度自動化的曼徹雷納花卉工廠，處處展示著以實(shí)用主義為導(dǎo)向的現(xiàn)代工業(yè)文明與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的完美結(jié)合，帶給我們震撼，更帶給我們思索。

四家企業(yè)簡述

綠色精神農(nóng)場

（Green Spirit Farms）

這是一家在歐美有影響力的商業(yè)化植物工廠，曾應(yīng)邀在倫敦奧運(yùn)會期間進(jìn)行植物工廠的應(yīng)用展示。我們參觀的這個分部在密歇根州，距離芝加哥市1h車程，于2011年投入運(yùn)行，規(guī)模不算大，擁有910m2的生產(chǎn)區(qū)，930m2的儲運(yùn)區(qū)和100 m2的辦公區(qū)，利用垂直多層栽培床架，進(jìn)行水培葉菜的生產(chǎn)。垂直立體栽培架（Vertical Growing Station，VGS）為主要設(shè)備，采用LED光源和傳統(tǒng)光源為植物提供光照。每個栽培架單元有4層栽培槽，共用一套營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)。在這個植物工廠中，單個栽培架并不龐大，也不復(fù)雜，營養(yǎng)液甚至不用消毒，未配備昂貴的紫外線消毒設(shè)備。在嚴(yán)格的生產(chǎn)管理安排下，持續(xù)運(yùn)行了4年時間，從未發(fā)生病菌感染的情況。植物工廠內(nèi)生產(chǎn)羽衣甘藍(lán)、羅勒、散葉萵苣、球葉萵苣、菠菜、芝麻菜和小蘿卜等8種蔬菜，葉菜為主，但也有小型果菜。

植物工廠在土地利用率、空間利用率上的高效性在商業(yè)模式下得以體現(xiàn)。該工廠每平米可種植304棵葉菜，而地面同等面積僅可栽培7.75棵葉菜。各類蔬菜一年可產(chǎn)12～17茬之多，以羅勒為例，一年可產(chǎn)17茬，一個栽培架的產(chǎn)量可達(dá)到80磅/茬（約32.29 kg/茬），年產(chǎn)出量可達(dá)1360磅（約617 kg），單位面積年產(chǎn)量達(dá)17.12 kg/m2，以占地面積計(jì)，是同等面積地面栽培產(chǎn)量的15倍以上，在3.3 m2的種植盤上，21天可收獲生菜45 kg。同時，生產(chǎn)用水量大幅度降低，不到地栽耗水量的5%，是典型的資源節(jié)約型生產(chǎn)模式。

綠色精神農(nóng)場讓筆者震驚的不止這些。這個成功運(yùn)行的植物工廠，并沒有采用保溫密閉型建筑，而僅由一棟廢棄廠房改建而成，窗戶和門均全部保留。沒有采用空調(diào)降溫，即使在炎熱的夏季，充發(fā)發(fā)揮廠房屋面和墻體的隔熱能力，輔以通過廠房原有窗戶的強(qiáng)制通風(fēng)，便達(dá)到了環(huán)境、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)性的平衡。這是產(chǎn)業(yè)的需求，不求環(huán)境最精準(zhǔn)，但求實(shí)用和盈利能力。

該農(nóng)場位于伊利諾伊州，是美國中西部最大的盆栽花種植企業(yè)，成立于20世紀(jì)70年代，擁有33 hm2各種類型生產(chǎn)溫室。種植區(qū)采用普通移動苗床，通道物流則采用全程軌道的方式。這種溫室輸送技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備，是該公司在30年前就開始應(yīng)用的。灌溉方式根據(jù)植物需求不同，分別采用空中自走式噴灌、苗床潮汐灌溉和地面潮汐灌溉。為充分利用溫室的栽培空間，大部分溫室設(shè)有懸吊式盆花栽培系統(tǒng)，人在地面遙控移動，定點(diǎn)噴灌，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。圖2為采用移動苗床培育與懸吊式盆栽培育的生產(chǎn)系統(tǒng)，溫室內(nèi)下層為移動苗床，上層設(shè)有懸吊盆栽線。一條懸吊盆栽線可懸掛700盆盆栽花卉，Mid-American Growers的溫室共有30條懸吊盆栽線，總計(jì)可掛盆栽15000盆，用于生產(chǎn)周期短的小型盆栽，如一年按8茬計(jì)，增收效益相當(dāng)可觀。圖3為該農(nóng)場生產(chǎn)中采用的主要設(shè)備，基質(zhì)處理設(shè)備主要有基質(zhì)破碎機(jī)和基質(zhì)配比混合生產(chǎn)線（圖3a）、穴盤與花盆基質(zhì)填充機(jī)（圖3b），由于種植面積大，中美洲農(nóng)場根據(jù)自身的栽培需要進(jìn)行基質(zhì)的配比、添加、混合和攪拌；在種苗移植作業(yè)環(huán)節(jié)中，根據(jù)種苗的大小分別依靠種苗移植機(jī)和人工移植（圖3c和3d）。在生產(chǎn)資料物流輸送方面，農(nóng)場投入了大量資金，配置了移動苗床物流輸送系統(tǒng)和懸吊盆栽輸送系統(tǒng)，大大降低了勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率。圖4a左側(cè)為苗床縱向軌道，右側(cè)為培育區(qū)，苗床放置在橫向軌道上；圖4系列展示了溫室內(nèi)物流輸送的主要環(huán)節(jié)，其中，4b、c為苗床在作業(yè)車間與溫室培育區(qū)之間的通道，為不影響人員和其他車輛通行，苗床通道設(shè)置于地下通過；另外對于穴盤苗生產(chǎn)，不需利用大量苗床進(jìn)行搬運(yùn)的情況下（或是車間內(nèi)部苗床通道無空位情況），穴盤可通過空中穴盤輸送帶（圖4d）在溫室培養(yǎng)區(qū)與作業(yè)車間之間輸送，但需人工將穴盤搬入或搬出苗床。

中美洲農(nóng)場經(jīng)過20多年的擴(kuò)建，達(dá)到現(xiàn)在的規(guī)模。置身其中，能深深感受到其不斷創(chuàng)新、追求實(shí)用、循序漸進(jìn)的發(fā)展過程。溫室依地勢逐步擴(kuò)展，每擴(kuò)展一處，便和原有溫室形成密切關(guān)聯(lián)，空間聯(lián)通，生產(chǎn)統(tǒng)籌。當(dāng)溫室擴(kuò)展后造成空間過大，通風(fēng)和降溫超過濕簾風(fēng)機(jī)有效長度時，便創(chuàng)造性地在屋面增設(shè)濕簾窗。該農(nóng)場首批溫室建設(shè)時，智能物流栽培系統(tǒng)的技術(shù)體系尚不成熟，因此采用了主通道配置自動軌道、栽培區(qū)依靠人工推動的辦法，同樣實(shí)現(xiàn)了效率的提高。鑒于自身基質(zhì)配方獨(dú)特且需求量大的特點(diǎn)，農(nóng)場購買原料自配基質(zhì)，但從基質(zhì)配制車間到操作車間，再到種植栽培區(qū)域，全程采用機(jī)械化輸送手段?？梢哉f，在七八十年代的中美洲農(nóng)場，便以工業(yè)的生產(chǎn)組織模式裝備溫室。

該公司位于北卡羅來納州，1972創(chuàng)辦，初期的溫室面積僅為5 hm2，發(fā)展至今，溫室面積達(dá)到65 hm2，且以全開屋面玻璃溫室為主。圖5展示了該溫室的全景。在《種植者論壇》雜志評選的2015年美國種植企業(yè)排名中，位列第七。公司致力于采用自動化生產(chǎn)技術(shù)，從種苗生產(chǎn)到成品生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了全程自動化（圖6和7）。

曼徹雷納的生產(chǎn)方式主要是地面栽培、苗床栽培與懸吊栽培相結(jié)合，灌溉方式有多種。如圖6所示。懸吊盆栽采用定點(diǎn)噴水，地面栽培則根據(jù)品種與栽培階段的不同分別采用噴淋天車灌溉和地面潮汐灌溉。

該公司的超大苗床輸送系統(tǒng)頗為壯觀，苗床為鋁合金框架（圖7a），作為輸送工具運(yùn)送盆栽花卉，花盆置于盤托內(nèi)再放入苗床，苗床長度大于10 m，寬度在2 m左右，運(yùn)送能力極強(qiáng)。在溫室兩端和中間設(shè)有縱向軌道（圖7b），沿軌道按一定長度設(shè)置有電機(jī)，通過電機(jī)驅(qū)動膠輪交替帶動苗床沿溫室跨度方向自動行進(jìn)；苗床長度同溫室跨度一致，橫向進(jìn)入每跨的移動采用行走在溫室立柱結(jié)構(gòu)上的桁架天車（圖7c），桁架天車將苗床提起沿溫室開間方向橫向搬運(yùn)，每跨內(nèi)配備一臺桁架天車（圖7d），由于超大苗床負(fù)載大，且桁架天車的行走距離在500 m左右，采用電力作為驅(qū)動很困難，因此，每臺桁架天車以配置柴油發(fā)動機(jī)的方式作為動力。

在曼徹雷納的溫室中，工業(yè)文明與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的結(jié)合體現(xiàn)得淋漓盡致。無論是花卉產(chǎn)品和生產(chǎn)資料的輸送，都展示著工廠化生產(chǎn)的特征。大型輸送桁架天車、植保天車、移栽作業(yè)設(shè)備等眾多裝備集于一個大型溫室內(nèi)，成為一套植物生產(chǎn)流水線。當(dāng)然，可圈可點(diǎn)之處不僅這么多，增強(qiáng)抗風(fēng)能力的側(cè)墻設(shè)置、生物質(zhì)燃料加溫系統(tǒng)，不一而足，篇幅所限，無法一一分享。

保爾園藝公司成立于1905年，業(yè)務(wù)涉及觀賞植物的育種、生物技術(shù)、種子技術(shù)、種子生產(chǎn)、種子批發(fā)和零售、市場推廣、教育培訓(xùn)、媒體出版等方面，在全球25個國家有獨(dú)資或合資公司，是當(dāng)今世界觀賞園藝產(chǎn)業(yè)界最具影響力的公司之一。國內(nèi)熟知的泛美種子公司，就是其旗下的花卉育種專業(yè)公司?！斗N植者論壇》雜志，也是由旗下的出版社出版發(fā)行。園藝生產(chǎn)權(quán)威指導(dǎo)用書—《保爾紅皮書》，已經(jīng)出到第18版。由于時間所限，我們只參觀了位于西芝加哥市的集團(tuán)總部、種子技術(shù)中心和種子包裝中心。

保爾公司對種子質(zhì)量有著苛刻的要求，也有著完善的生產(chǎn)體系及相應(yīng)的檢測設(shè)備（圖8和9）。在對種子進(jìn)行包衣或丸?；庸ぬ幚砗?，還要進(jìn)行二次分級篩選，剔除不合格的種子。入庫后的種子和加工處理過的種子，都要進(jìn)行冷藏儲放，并定期進(jìn)行芽率測試，保證種子的高品質(zhì)。

在保爾公司，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈幕療o處不在。數(shù)量繁多的商品種子整齊排列，標(biāo)識一絲不茍。通過對每一個新品種特性的研究，包括對種子加工方式的研究比選，確定最佳的生產(chǎn)工藝，完整的種植指導(dǎo)規(guī)程，從而給用戶提供完善周到的服務(wù)?？梢哉f，這是一個以工業(yè)產(chǎn)品的嚴(yán)謹(jǐn)理念經(jīng)營的優(yōu)秀園藝企業(yè)。

幾點(diǎn)思考

規(guī)模化和生產(chǎn)集約化是設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)競爭力提升的重要保障

美國設(shè)施園藝企業(yè)以規(guī)模著稱，前文所述的中美洲農(nóng)場、曼徹雷納花卉工廠，設(shè)施種植面積分別為33 hm2和65 hm2，產(chǎn)量分別為5000萬盆和1億盆。通過規(guī)模優(yōu)勢，取得產(chǎn)品綜合成本、營銷、定價、供應(yīng)和服務(wù)能力等方面的綜合競爭優(yōu)勢，形成了較高的進(jìn)入門檻，使優(yōu)勢得以持續(xù)保持。更為重要的是，以自動化裝備為支撐，以規(guī)模化為基礎(chǔ)，這兩個企業(yè)均實(shí)現(xiàn)了高效流程化生產(chǎn)組織模式的應(yīng)用，從而取得集約化帶來的效率提升、成本降低的優(yōu)勢。在我國，有些溫室生產(chǎn)基地的規(guī)模不算小，卻因經(jīng)營管理、裝備技術(shù)等方面的原因，無法解決流程再造問題，從而無法實(shí)現(xiàn)真正的集約化，只能在現(xiàn)代化的廠房（溫室）里從事作坊式的生產(chǎn)。

溫室設(shè)施和生產(chǎn)裝備缺一不可

歐美溫室種植企業(yè)，無論規(guī)模大小，基質(zhì)處理、播種、移栽、灌溉植保、商品化處理、物流輸送等必要裝備一應(yīng)俱全。其目的不僅是解決勞動力替代問題，更是為了解決生產(chǎn)過程的組織化，從而挖掘最大的產(chǎn)能，提供均勻一致的植物商品。可以說，溫室主體建筑和生產(chǎn)裝備，二者相輔相成，缺一不可。溫室主體建筑包括配置于其中的加溫、降溫等環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備，如同一座現(xiàn)代化的工業(yè)廠房；生產(chǎn)裝備包括從種子或種苗、種球開始至產(chǎn)品包裝后發(fā)貨的全程設(shè)備，如同廠房里的生產(chǎn)流水線。廠房再好，沒有流水線的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)安排，是無法取得工廠化的效益的。

設(shè)施和裝備要以實(shí)用和效益為導(dǎo)向

美國的園藝企業(yè)追求創(chuàng)新，緊跟現(xiàn)代科技的發(fā)展。但設(shè)施和裝備是為生產(chǎn)服務(wù)的，可以通過自身管理解決的問題，絕不過度建設(shè)，增加投資。綠色精神農(nóng)場的植物工廠裝備水平并非一流，沒有采用密閉環(huán)境，也不配置空調(diào)降溫系統(tǒng)，更不要說安裝濕度調(diào)控設(shè)備。但他們有一套精細(xì)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過窗戶和電扇的開啟，使環(huán)境條件達(dá)到植物正常生長的需求。同樣的道理，他們通過保持生長區(qū)域的清潔衛(wèi)生（包括環(huán)境隔離、工具消毒等）和營養(yǎng)液的定期更換，免去了物理和化學(xué)的殺蟲、殺菌環(huán)節(jié)。在中美洲農(nóng)場同樣有此感受。潮汐灌溉可以提高品質(zhì)、增加產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本，便安裝；塑料膜溫室雖然透光率較低，但植株的品質(zhì)、產(chǎn)量仍然可以接受，便繼續(xù)使用。以實(shí)用和效益為導(dǎo)向的技術(shù)裝備的選擇應(yīng)用，看似經(jīng)營之道，實(shí)際上是產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要標(biāo)志。

充分利用和挖掘生產(chǎn)空間

溫室是一個人工環(huán)境創(chuàng)建場所，溫室內(nèi)適宜于植物生長的光溫濕環(huán)境都是付出了代價了，當(dāng)然，溫室本身更是付出了建造代價。為此，出于提高回報(bào)率的目的，美國生產(chǎn)者對溫室內(nèi)部空間的利用可謂吃干榨凈。從圖10可以看到，在曼徹雷納和中美洲農(nóng)場的溫室里，只要有空間，就會有植物。通過一點(diǎn)點(diǎn)的挖掘，使生產(chǎn)利用面積提高10%左右。

美國溫室生產(chǎn)理念同樣源于歐洲，主要是荷蘭。但是美國和歐洲諸國體量差異大，發(fā)展需求差異也大。與歐洲相比，美國大型種植企業(yè)的溫室面積比較大。在2015年，美國溫室面積超過15 hm2的花卉企業(yè)有40家，其中最大的一家，有近200 hm2的溫室。因此，直接引進(jìn)歐洲的設(shè)備，難以滿足美國生產(chǎn)者的需要，尤其是在大型化、個性化方面。一般都需要根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)自身的條件和需求，對溫室或生產(chǎn)裝備提出具體的要求，開發(fā)和形成個性化的成套解決方案。這種路徑，在推動國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，是值得借鑒的。即使是以日光溫室和塑料大棚為主的設(shè)施種植，同樣需要生產(chǎn)組織化的系統(tǒng)解決方案和相應(yīng)的機(jī)械化、自動化設(shè)備。如何快速形成這一能力，不僅需要我國設(shè)施園藝裝備從業(yè)者認(rèn)真探討并付諸實(shí)施，也需要我們的生產(chǎn)企業(yè)全面提升專業(yè)技術(shù)水平。

*項(xiàng)目支持：國家科技支撐計(jì)劃課題“設(shè)施節(jié)能與綠色能源利用裝備研制與產(chǎn)業(yè)化示范”（2014BAD08B02）。