楊俊剛，鄒國(guó)元，張寶海（.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，北京 00097；.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究所，北京 00097）

中國(guó)設(shè)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(yīng)作出了巨大貢獻(xiàn)。但種植方式仍以人工為主，生產(chǎn)效率不高，隨著社會(huì)發(fā)展，依靠密集型勞動(dòng)的溫室生產(chǎn)面臨著巨大的挑戰(zhàn)[1-2]。幾十年來(lái)，溫室以人力為主要?jiǎng)趧?dòng)力，溫室內(nèi)形成了南北向定植管理的傳統(tǒng)。常規(guī)的南北向生產(chǎn)是基于人工勞動(dòng)方便形成的，在發(fā)展機(jī)械化方面存在較大局限性。在日光溫室內(nèi)使用機(jī)器做畦時(shí)，由于南北向距離很短，一般在6～10 m，機(jī)器需不斷地折返，要消耗大量時(shí)間和人力成本。隨著城鎮(zhèn)化加快，大量農(nóng)村人口進(jìn)城務(wù)工，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)力短缺和老齡化問題日益突出。設(shè)施生產(chǎn)管理人員短缺，往往導(dǎo)致栽培管理不及時(shí)、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(yīng)機(jī)械化操作，探索農(nóng)機(jī)農(nóng)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(zhuǎn)變?yōu)闁|西向栽培，滿足機(jī)械化生產(chǎn)需求，研發(fā)出溫室蔬菜東西向生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)與輕簡(jiǎn)化集成模式[5-6]。溫室內(nèi)大量使用機(jī)器及配套設(shè)施，管理方便，利于標(biāo)準(zhǔn)化，有助于實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)[7-8]。

設(shè)施蔬菜東西向栽培技術(shù)

葉菜東西向栽培技術(shù)

最早采用東西向栽培技術(shù)的是溫室葉菜生產(chǎn)。大多葉菜高度較低，生長(zhǎng)周期較短，采用東西向幾乎不需要考慮遮光、通風(fēng)等問題，而且換茬可以不重新做畦，因此東西向生產(chǎn)技術(shù)首先在葉菜中得到實(shí)現(xiàn)。北京市農(nóng)林科學(xué)院最早選擇在生菜上開展了東西向的栽培研究，試驗(yàn)地點(diǎn)在北京市大興區(qū)長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)北蒲州農(nóng)業(yè)綜合試驗(yàn)站，溫室為常規(guī)日光溫室，三面磚墻，頂覆聚乙烯薄膜，長(zhǎng)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(chǎn)，畦上四行適合秋冬季生產(chǎn)。經(jīng)過多年試驗(yàn)示范驗(yàn)證，形成了葉菜東西向生產(chǎn)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和配套技術(shù)。

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(xì)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(shí)現(xiàn)差異化管理和采收。秋冬季的生菜靠近南側(cè)的產(chǎn)量是北側(cè)的75%，而冬春茬番茄種植中北側(cè)產(chǎn)量?jī)H是南側(cè)的70%，產(chǎn)量降低近1/3。因此在推廣東西向栽培過程中，對(duì)于生菜一方面可以適當(dāng)降低南側(cè)的水肥供應(yīng)，一方面可以通過分期采收，先采北側(cè)后采南側(cè)，增加商品性。通過這樣的措施，順應(yīng)溫室環(huán)境的變化進(jìn)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(chǎn)量和商品性，從而達(dá)到增收10% 以上。

高平畦輕簡(jiǎn)化栽培

采用機(jī)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(wú)法用機(jī)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(huì)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(shù)將粗放的模式變?yōu)閱卧?、網(wǎng)格化的精細(xì)管理，還可以使用機(jī)械來(lái)完成。比如開溝可以使用小型汽油機(jī)帶開溝機(jī)來(lái)完成，在溫室內(nèi)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(lái)1.5～2.0 m 的寬畦變成0.8～1.2 m 的窄畦，將原來(lái)的大水漫灌改為滴灌。采用這項(xiàng)技術(shù)，不僅節(jié)省了人工，而且改變了土壤的水氣運(yùn)動(dòng)，使得土壤水分運(yùn)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(fēng)險(xiǎn)。與人工起壟相比，采用起壟機(jī)東西向起壟效率提高近10 倍，生產(chǎn)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(shù)經(jīng)過幾年的驗(yàn)證，目前已在北京大興、房山、延慶、通州等地區(qū)進(jìn)行了大面積推廣，并且得到了用戶的肯定。

應(yīng)用專用農(nóng)機(jī)具

設(shè)施溫室大棚空間相對(duì)狹小，推進(jìn)東西向高平畦也為現(xiàn)代小型機(jī)械推廣應(yīng)用提供了可能。開溝做畦所需動(dòng)力較小，小型微耕機(jī)（5.1～6.6 kW）以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，輕便省力、油耗低、動(dòng)力適量，與起壟機(jī)、開溝機(jī)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(nóng)忙時(shí)勞動(dòng)力緊張的問題。篩選和改進(jìn)小型耕作機(jī)械，加長(zhǎng)翻耕機(jī)的刀口、增加起壟機(jī)側(cè)壓條，發(fā)揮其靈活性強(qiáng)、功能多的作用，更換作業(yè)部件后，可進(jìn)行犁耕、培土、開溝和起壟等一系列作業(yè)。機(jī)械化運(yùn)輸提高采收效率。采收時(shí)東西距離較長(zhǎng)，人工搬運(yùn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，采用小型運(yùn)輸車或空中吊軌車可以直接從畦間行走，大幅減少人力，運(yùn)輸效率提高80% 以上。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從種到收多個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)本增效。

配套滴灌設(shè)施

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)采用滴灌施肥已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，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(diào)研，目前設(shè)施蔬菜生產(chǎn)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(shù)研究開展以來(lái)，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)?dòng)配套水肥技術(shù)發(fā)生改變。東西向長(zhǎng)畦必須與滴灌施肥水肥一體技術(shù)配套，否則畦面太長(zhǎng)難以完成灌溉。隨著中國(guó)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(shù)為設(shè)施生產(chǎn)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高水肥利用效率提供了有力的技術(shù)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(shè)施總成本降低了28%，進(jìn)一步降低了農(nóng)戶使用滴灌的成本，增加了技術(shù)使用積極性。目前該項(xiàng)技術(shù)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(yīng)用。使用該技術(shù)可以減少19% 肥料用量，顯著改善蔬菜品質(zhì)，提高糖度，降低硝酸鹽含量。該技術(shù)的應(yīng)用推廣基本實(shí)現(xiàn)了節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)省勞動(dòng)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(yīng)用到葉菜的生產(chǎn)中，降低病蟲害、增強(qiáng)植株抗性，秋冬季生菜生產(chǎn)病害防治“零”用藥，僅使用少量防蟲類藥劑，化學(xué)農(nóng)藥用藥總量較傳統(tǒng)減少約30%。

果菜東西向栽培技術(shù)

溫室除了種植葉菜，還要種植果類蔬菜。因此實(shí)現(xiàn)果類蔬菜東西向栽培是全面推進(jìn)溫室東西向栽培的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在葉菜東西向技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)果菜群體結(jié)構(gòu)與葉菜的差別，經(jīng)過多年實(shí)踐與技術(shù)改進(jìn)，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(jié)構(gòu)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(huì)產(chǎn)生南北（前后）的遮光，進(jìn)而影響生長(zhǎng)和產(chǎn)量?；谶@一問題，我們按照果類菜光合飽和點(diǎn)的大小將蔬菜分為兩類，第一類是光合飽和點(diǎn)較高的蔬菜，以番茄為典型作物（7.0 萬(wàn)lx）；第二類光合飽和點(diǎn)較低的蔬菜，以黃瓜和茄子為典型作物（4.0～5.5 萬(wàn)lx）。光飽和點(diǎn)越高的作物，對(duì)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(yīng)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(gè)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(qiáng)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(qiáng)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(yàn)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(chǎn)量可以達(dá)到9300 kg/667 m2。水肥的投入與傳統(tǒng)相比可以降低30%～50%，勞動(dòng)投入降低20%。實(shí)現(xiàn)了東西向番茄高產(chǎn)高效的輕簡(jiǎn)化生產(chǎn)（圖3～5）。

圖3 日光溫室東西向番茄果實(shí)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(chǎn)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(lái)一側(cè)放置灌水施肥設(shè)施改為溫室中部滴灌施肥，使滴灌更加均勻，產(chǎn)量與傳統(tǒng)南北栽培相比沒有下降，水肥投入和勞動(dòng)投入相應(yīng)的都會(huì)減少。

圖6 日光溫室茄子?xùn)|西向栽培

果實(shí)品質(zhì)提升與污染控制

采用東西向種植模式后，番茄果實(shí)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(shí)完成病蟲害生物綠色生物防治技術(shù)2 套,顯著降低用藥次數(shù)，減少化學(xué)農(nóng)藥污染風(fēng)險(xiǎn)，采用小型噴藥車打藥，進(jìn)一步降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)效率。采用高平畦東西向設(shè)施綜合栽培技術(shù)在環(huán)境保護(hù)上也作出了較大的貢獻(xiàn)。通過在田間的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，采用高平畦配合液體肥技術(shù)，可以減少20% 以上活性氮?dú)怏w（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(shù)支持。

設(shè)施蔬菜輕簡(jiǎn)高效技術(shù)模式集成

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

葉菜連作輕簡(jiǎn)生產(chǎn)技術(shù)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(jiǎn)栽培模式，配套滴灌施肥及其機(jī)器噴藥、軌道運(yùn)輸采收設(shè)備。技術(shù)要點(diǎn)：①由南北畦改為東西畦，去掉北側(cè)過道，土地利用率提高11%，小馬力汽油機(jī)（5.1 kW）配開溝機(jī)機(jī)械化做畦，省人工1～2 個(gè)；②畦面配套滴灌帶2～3 條，大幅減少水肥用量，溫室內(nèi)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(diào)控澆水、施肥等操作，實(shí)現(xiàn)管理與生長(zhǎng)同步，促進(jìn)均衡生長(zhǎng)，提高資源利用效率和商品化率；④收獲機(jī)械化運(yùn)輸，軌道車安裝于舊棚架上，承重>150 kg，微力運(yùn)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(shù)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)8.6%，節(jié)肥19%，提高運(yùn)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(chǎn)模式的產(chǎn)量

葉菜-果菜輪作輕簡(jiǎn)生產(chǎn)技術(shù)模式

形成葉菜-果菜輪作周年生產(chǎn)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(lán)-秋冬生菜周年生產(chǎn)模式，以及早春甘藍(lán)-春黃瓜（豆角）-秋甘藍(lán)-秋冬生菜模式。早春甘藍(lán)-豆角-越冬茄子等多種輪作模式，配套機(jī)械開溝起壟、病害生物綜合防治技術(shù)、液體肥滴灌施肥、熊峰授粉等輕簡(jiǎn)高效栽培技術(shù)。春番茄-秋甘藍(lán)、秋冬生菜模式技術(shù)要點(diǎn)：①東西向作高畦，機(jī)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(shè)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(fēng)；④熊蜂授粉，每棚1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)蜂箱，節(jié)省人工40%；⑤收獲，分畦采收，小型推車運(yùn)輸；⑥8 月下旬移栽甘藍(lán)，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(dòng)投入時(shí)間20%。

溫室東西向輕簡(jiǎn)生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)

將傳統(tǒng)的南北向栽培改為東西向種植，可以促進(jìn)機(jī)械的使用和普及。南北向作業(yè)距離僅有6～8 m，機(jī)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(jī)械化作業(yè)的需求。

針對(duì)東西向茄果類吊秧產(chǎn)生前后遮光問題，以光飽和點(diǎn)較高、光照影響產(chǎn)量較大的番茄為突破點(diǎn)，通過群體結(jié)構(gòu)與個(gè)體根系調(diào)控，形成番茄矮化密植高產(chǎn)栽培技術(shù)（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(chǎn)與光合效率協(xié)同提升的難題。

圖9 不同模式下生產(chǎn)1000 kg 生菜的水（左）、氮（右）消耗量

以東西向?yàn)榛A(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)格化管理。將種植區(qū)從南到北劃為5～8 個(gè)條帶，機(jī)器起壟做畦，畦面配套滴灌施肥，避免了平畦漫灌，調(diào)節(jié)了土壤水氣轉(zhuǎn)化。針對(duì)起壟、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)配套起壟機(jī)（5.1～6.6 k W）、空中軌道車（承重150～200 k g，溫室中間或1 側(cè)）、地軌車（雙軌電動(dòng)，溫室1 側(cè)）等小型機(jī)械作業(yè)技術(shù)。

分區(qū)管理可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、差異化的水肥藥供應(yīng)。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(zhǔn)供應(yīng)，引進(jìn)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(zhǔn)的水肥周供應(yīng)方案，形成低成本緩釋液體肥滴灌技術(shù)及園區(qū)配肥站技術(shù)，節(jié)本23%。采用分時(shí)分區(qū)、先北后南收獲，商品率提升6%～11%，進(jìn)一步提升水肥資源利用效率和經(jīng)濟(jì)收益。

最終可形成綜合技術(shù)集成模式。將品種篩選、機(jī)器起壟、滴灌施肥、綠色防控、群體調(diào)控、收獲機(jī)械運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)集成在生菜、韭菜等葉菜，和番茄、茄子、黃瓜等果類蔬菜上實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)高效應(yīng)用，同時(shí)形成葉菜-葉菜周年連作、番茄-甘藍(lán)-生菜周年輪作輕簡(jiǎn)模式。勞動(dòng)力節(jié)省20%，產(chǎn)量提升12%～24%，水肥藥節(jié)約19%～30%，經(jīng)濟(jì)效益增加2512～5780 元/667 m2。

應(yīng)用前景

2020 年，中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出了推動(dòng)溫室蔬菜機(jī)械化生產(chǎn)的戰(zhàn)略，以促進(jìn)提高設(shè)施裝備水平支撐輕簡(jiǎn)化高效生產(chǎn)。東西向栽培符合這一發(fā)展需求，溫室東西向栽培技術(shù)通過改變?cè)耘喾较驅(qū)鹘y(tǒng)生產(chǎn)升級(jí)為輕簡(jiǎn)模式，操作簡(jiǎn)單，省工省時(shí)，高產(chǎn)高效，成功解決了溫室機(jī)械化與輕簡(jiǎn)化的難題，得到國(guó)內(nèi)同行專家認(rèn)可，被評(píng)定為國(guó)內(nèi)先進(jìn)的溫室輕簡(jiǎn)創(chuàng)新技術(shù)，可在中國(guó)北方的溫室蔬菜生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。