劉文科 杜連鳳

摘要：設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要業(yè)態(tài)，在保障農(nóng)產(chǎn)品（尤其是蔬菜、食用菌等）周年有效供給方面發(fā)揮著不可或缺的作用。設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)在過去40年一直持續(xù)發(fā)展，面積和產(chǎn)量逐年增加，位居世界首位。然而，我國日光溫室蔬菜生產(chǎn)依舊處于科技含量提升較少、裝備水平低、資源投入過量、環(huán)境污染嚴重、 蔬菜品質(zhì)較差的發(fā)展現(xiàn)狀，主要依靠單純擴大栽培面積提升產(chǎn)量的產(chǎn)業(yè)發(fā)展窘境，已經(jīng)到了必須進行發(fā)展策略革新、實現(xiàn)綠色發(fā)展的關(guān)鍵階段。本文重點總結(jié)了我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中存在的資源問題和環(huán)境問題，提出了創(chuàng)新采納工程技術(shù)解決設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)資源環(huán)境問題應(yīng)對技術(shù)策略，并列舉了未來可實際應(yīng)用的四個技術(shù)方向。

關(guān)鍵詞：設(shè)施蔬菜;工程技術(shù);綠色發(fā)展

中圖分類號：F303.2 文獻標識碼：A

發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，是時代的要求，是科技助推下的農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。隨著中國人口的不斷增長和城市化的加劇，我國城鄉(xiāng)居民對農(nóng)產(chǎn)品需求數(shù)量和質(zhì)量持續(xù)增加，而農(nóng)業(yè)不可再生資源不斷減少，環(huán)境污染日益嚴重，氣候變化及其災(zāi)害逐年增多，露地農(nóng)田生產(chǎn)的不確定性增加，糧食產(chǎn)出難以保證，食物安全問題日益凸顯。各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)必須以“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”為發(fā)展目標，積極踐行用現(xiàn)代物質(zhì)條件來裝備農(nóng)業(yè)、用現(xiàn)代科學技術(shù)改造農(nóng)業(yè)、用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系提升農(nóng)業(yè)、用現(xiàn)代經(jīng)營方式推進農(nóng)業(yè)、用現(xiàn)代發(fā)展理念引領(lǐng)農(nóng)業(yè)、用培養(yǎng)新型農(nóng)民發(fā)展農(nóng)業(yè)的建設(shè)途徑。

1 我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展概況

自20世紀80年代以來，我國勞動人民和科研工作者共同發(fā)明了日光溫室這種園藝設(shè)施類型，自此我國北方設(shè)施蔬菜種植開始興起。日光溫室具有較強的采光和蓄熱保溫能力，實現(xiàn)了北方地區(qū)果菜不必加溫的越冬生產(chǎn)，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)展起來。當前，我國已形成了以日光溫室為主體的北方設(shè)施蔬菜生產(chǎn)技術(shù)體系和以塑料大棚為主體的南方設(shè)施蔬菜生產(chǎn)技術(shù)體系。設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常迅速，到2017年底，我國設(shè)施園藝總面積已達370萬公頃，年產(chǎn)值超過1萬億元，且呈逐年上升趨勢。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)是環(huán)境可控農(nóng)業(yè)，是設(shè)施園藝的主體產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分和載體，在保障我國食物安全和農(nóng)產(chǎn)品有效供給，解決“三農(nóng)”問題和確?！吧鷳B(tài)文明”建設(shè)中作用明顯，尤其是在確保反季節(jié)“菜籃子”安全，滿足城鄉(xiāng)居民對新鮮蔬菜的消費需求方面具有不可或缺的作用，徹底改變了以冬儲大白菜為主的冬春季蔬菜消費模式。

在以家庭為主的生產(chǎn)經(jīng)營模式下，我國日光溫室蔬菜生產(chǎn)經(jīng)過了近40年的發(fā)展，科技含量提升卻相對較少，資源投入過量，環(huán)境污染嚴重，蔬菜品質(zhì)堪憂，可持續(xù)發(fā)展前景黯淡，已經(jīng)到了必須革新的發(fā)展階段。原因主要有三方面：一是日光溫室設(shè)施水平及環(huán)控水平提升較少，日光溫室基本無智能化環(huán)控裝備，環(huán)控水平極低，僅僅是“能保溫的露地”而已。二是至今絕大多數(shù)日光溫室的蔬菜生產(chǎn)采用畦栽、土壟覆膜或裸壟的栽培方式，采用溝灌或漫灌的灌溉方式。設(shè)施蔬菜的栽培方法主要是土壤栽培（占栽培面積的99%以上），僅有少量采納無土栽培技術(shù)生產(chǎn)。究其原因是由于土壤栽培與大田農(nóng)藝操作相似，無需購置介質(zhì)材料，具有成本低的優(yōu)勢。三是在當前以家庭農(nóng)戶為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)主體現(xiàn)狀下，為了追求高產(chǎn)，過量、頻繁地增施水肥（尤其是水溶性氮肥），導(dǎo)致大量水溶肥淋洗出根區(qū)，進入地下水或地表水，污染水體，水肥利用率很低。但是，高肥水是土壤栽培獲得高產(chǎn)的有效手段，在利益驅(qū)動下，菜農(nóng)很難自覺削減肥料用量?？傊瑥?0余年的長期生產(chǎn)實踐和跟蹤科學研究報道來看，日光溫室蔬菜土壤栽培存在嚴重的資源環(huán)境浪費、污染等生產(chǎn)問題，增產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿^差。

進入21世紀，我國國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，但我國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展和實踐卻處于相對停滯狀態(tài)，缺乏進步的動力，進展緩慢。究其原因，我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過于依賴農(nóng)藝技術(shù)及其資源投入，忽視了農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，導(dǎo)致資源物質(zhì)和能量很難高效利用，造成了諸多資源環(huán)境問題。這與黨中央提出的“美麗鄉(xiāng)村建設(shè)”“綠水青山就是金山銀山”等國家農(nóng)業(yè)發(fā)展理念有一定差距，因此，我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)必須痛定思痛，變革發(fā)展模式，采納高科技環(huán)保技術(shù)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。具體來說，我國日光溫室蔬菜生產(chǎn)必須提高工程化水平，通過工程技術(shù)創(chuàng)新提升溫室結(jié)構(gòu)功能、環(huán)控水平、栽培水平和水肥管理水平，實現(xiàn)日光溫室蔬菜生產(chǎn)過程的工程化、自動化、潔凈化和精準化，大幅提升資源和能源利用率，提高單產(chǎn)，減少生產(chǎn)資源環(huán)境釋放，從根本上為設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)增效、綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐和發(fā)展動力。

2 設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的資源與環(huán)境問題

2.1 資源問題

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)存在嚴重的資源浪費問題。首先，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)土地資源利用率偏低。日光溫室非等高的建造結(jié)構(gòu)存在相互遮蔭、過厚土墻、室內(nèi)栽培面積狹小等問題，造成土地資源利用率偏低，實際栽培面積僅占土地面積的30%～50%，亟待提高。其次，日光溫室蔬菜生產(chǎn)中過量施肥現(xiàn)象普遍存在，養(yǎng)分資源利用率只有20%～30%，浪費嚴重。再次，灌溉水資源利用率低。目前，設(shè)施蔬菜多采用土壤栽培方式，溝灌和漫灌是主要灌溉方式，蔬菜根系淺，水資源淋失嚴重。最后，土壤質(zhì)量普遍惡化。土壤質(zhì)量關(guān)系到土壤肥力，因過量施肥導(dǎo)致的養(yǎng)分累積，因有機肥、灌溉導(dǎo)致的重金屬累積，因連作障礙導(dǎo)致的農(nóng)藥殘留等問題致使土壤物理、化學和生物學屬性發(fā)生了改變，降低了土壤可持續(xù)利用能力和自我更新能力，加之土壤栽培根區(qū)環(huán)境因子無法調(diào)控的弊端，土壤生產(chǎn)力呈下降趨勢。

2.2 環(huán)境問題

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)存在嚴重的環(huán)境污染問題。首先，過量施肥導(dǎo)致氮磷等養(yǎng)分離子通過淋洗和徑流等方式進入地下水和地表水，致使水體硝酸鹽超標，水體富營養(yǎng)化等嚴重水污染問題產(chǎn)生。而且，氮肥過量施用導(dǎo)致嚴重的土壤氮素殘留和溫室氣體N2O排放，造成土壤、水和大氣環(huán)境污染風險加大，后果嚴重。據(jù)報道，設(shè)施蔬菜每年的有機氮和無機氮投入總量高達300～2500 kg·hm-2，有些地區(qū)甚至高達3000 kg·hm-2以上，遠遠超過了大田作物氮肥投入量[1]。其次，施肥、灌溉、病蟲害防治等農(nóng)藝措施使得重金屬[2]、農(nóng)藥、抗生素[3]、有機污染物和病原菌等污染源進入設(shè)施內(nèi)部，污染土壤和地下水，進而通過根系吸收進入蔬菜體內(nèi)和可食部分，危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。重金屬、農(nóng)藥和有機污染物多具有致癌、致畸和致突變危害，必須加以防治。全國范圍內(nèi)，設(shè)施蔬菜規(guī)?；a(chǎn)地區(qū)，其地下水或地表水、土壤和蔬菜產(chǎn)品中的重金屬、農(nóng)藥、抗生素、有機污染物含量超標嚴重，對生態(tài)環(huán)境與城鄉(xiāng)居民健康造成了巨大的潛在危害。因此，為了削減設(shè)施蔬菜用地對環(huán)境污染的影響，提質(zhì)增效已成為當前亟待解決的問題，這已經(jīng)成為業(yè)界學者的共識。

3 應(yīng)對策略

要解決目前設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的資源與環(huán)境問題，最關(guān)鍵的應(yīng)對策略，就是創(chuàng)新采納工程技術(shù)。具體如下：

3.1 采納工程技術(shù)促進設(shè)施類型更新?lián)Q代

我國應(yīng)借鑒歐美國家和日本等設(shè)施園藝發(fā)達國家的發(fā)展成功經(jīng)驗，適度加大連棟溫室和人工光植物工廠等高端園藝設(shè)施類型的發(fā)展規(guī)模，部分取代低端日光溫室和塑料大棚面積，釋放更多土地資源，減輕環(huán)境污染風險和污染程度。連棟溫室和人工光植物工廠維護結(jié)構(gòu)堅實、栽培空間大、環(huán)控水平高、資源和能量管理精準，水肥資源幾乎可達到環(huán)境零排放，環(huán)保高效，周年生產(chǎn)。

3.2 采納工程技術(shù)實現(xiàn)水肥一體化管控

水肥一體化是現(xiàn)代設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的標志性技術(shù)裝備。水肥一體化和滴灌相結(jié)合，可將水肥釋放在狹小的根區(qū)內(nèi)，提高根系與水肥接觸面積和強度，大幅提高水肥利用效率。同時，較小灌溉水量條件下，在根系吸收和蒸騰拉力的綜合作用下，養(yǎng)分很難淋洗出根區(qū)進而累積在深層土壤或進入地下水體，阻斷了土壤污染和水體污染的途徑。

3.3 采納無土栽培技術(shù)杜絕土壤栽培弊端

土壤栽培是日光溫室蔬菜生產(chǎn)資源和環(huán)境污染問題產(chǎn)生的根本原因。其一，農(nóng)業(yè)化學品的投入在時間和空間上的數(shù)量，已經(jīng)超過了設(shè)施作物和土壤的消納能力;其二，作物根系與土壤直接接觸，單一作物長期種植導(dǎo)致化感物質(zhì)的積累和養(yǎng)分離子積累;其三，土壤比重大、緊實難移動、三相組分復(fù)雜、固有和外源有害組分龐雜，成分不可能精準剔除，物理、化學和生物學屬性難以精準調(diào)控;其四，設(shè)施農(nóng)田土壤為立體空間，體積龐大且與地下水、大氣連通，更深層土壤質(zhì)量環(huán)境的演變將影響地下水和大氣質(zhì)量環(huán)境。

而無土栽培則是采納人造生產(chǎn)介質(zhì)（營養(yǎng)液和基質(zhì)）取代土壤進行設(shè)施園藝作物的生產(chǎn)，與土壤介質(zhì)相比，強化了介質(zhì)水肥涵養(yǎng)的功能，弱化了環(huán)境緩沖能力、支撐功能，簡化、凈化了介質(zhì)組分，提高了根區(qū)環(huán)境的可控性。然而，受低溫、高溫的影響，無土栽培無法在日光溫室、塑料大棚中直接應(yīng)用，其關(guān)鍵機理在于，基質(zhì)缺少了土壤的緩沖環(huán)境能力，無法阻止高溫和低溫脅迫對植物（尤其是根系）的傷害。為此，傅國海和劉文科（2016）[4]提出一種新型的日光溫室栽培方法，即土壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培方式。該方法是通過基質(zhì)替代部分土壤，隔絕根系與土壤，起壟、覆膜、滴灌調(diào)控根區(qū)水分、養(yǎng)分、溫度等理化性狀，促進日光溫室冬季低溫作物生產(chǎn)，實現(xiàn)了在冬季低溫條件下的基質(zhì)栽培，解決了阻礙設(shè)施蔬菜生產(chǎn)水肥資源浪費、地下水和土壤污染、連作障礙、土壤質(zhì)量惡化等一系列問題，實現(xiàn)了設(shè)施農(nóng)田由粗放生產(chǎn)向可控精準生產(chǎn)轉(zhuǎn)換。該技術(shù)結(jié)合了無土栽培與土壤栽培各自的優(yōu)勢，一方面，基質(zhì)栽培能夠有效解決土壤栽培過程中存在的問題，發(fā)揮其高產(chǎn)的優(yōu)勢;另一方面，通過土壤包被基質(zhì)，增強了基質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定性[5]。設(shè)施土壤功能的轉(zhuǎn)變和調(diào)整實現(xiàn)了新的栽培方法變革，對解決長期困擾設(shè)施農(nóng)田的資源與環(huán)境問題提出了可行途徑。

3.4 采納環(huán)控工程技術(shù)解決資源與環(huán)境問題

利用具有生物效應(yīng)的電、磁、聲、光、熱、核等物理因子調(diào)控植物的生長發(fā)育及其生活環(huán)境，減少農(nóng)業(yè)對化學肥料、化學農(nóng)藥等化學品的依賴以及自然環(huán)境的束縛，最終獲取高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品是綜合的環(huán)控工程技術(shù)體系。目前，有諸多環(huán)控工程技術(shù)已經(jīng)進入了設(shè)施蔬菜生產(chǎn)實踐中，比如，溫室電除霧防病促生技術(shù)、煙氣電凈化二氧化碳增施技術(shù)、溫室病害臭氧防治技術(shù)、土壤電消毒技術(shù)、多功能靜電滅蟲燈、LED補光技術(shù)和墻體主動蓄放熱技術(shù)等。采用這些環(huán)控工程技術(shù)可大幅降低農(nóng)用化學品的使用劑量，減少化學品殘留，從而保障了食物安全。此外，根區(qū)和冠層局部環(huán)境調(diào)控工程技術(shù)，優(yōu)化了設(shè)施蔬菜局部空間的二氧化碳、溫度、濕度、氣流和光照條件，亦可更加節(jié)能、高效。

4 結(jié)語

我國是設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)大國，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展迫在眉睫。與世界設(shè)施農(nóng)業(yè)強國相比，我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)在溫室設(shè)施、栽培技術(shù)、環(huán)控技術(shù)、管理水平、單產(chǎn)水平和優(yōu)質(zhì)蔬菜產(chǎn)率等方面仍有相當差距。要實現(xiàn)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展，需要摒棄我國設(shè)施農(nóng)業(yè)“環(huán)控裝備低投入—水肥資源高投入—低產(chǎn)出—低效益”的惡性運行循環(huán)狀態(tài)，因其特征在于耕地、水肥、人力、農(nóng)藥等資源粗放投入，資源浪費嚴重，環(huán)境污染加劇，這與我國當前農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展戰(zhàn)略目標相背離。

實際上，環(huán)境因素也是一種資源，通過提高環(huán)境因素的利用水平，帶動耕地、水肥、人力等資源的利用效率是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的技術(shù)核心，我們稱之為“環(huán)境替代資源戰(zhàn)略”[6]?，F(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)可通過實施高水平的設(shè)施環(huán)境控制提高設(shè)施農(nóng)業(yè)單產(chǎn)水平，顯著增加耕地等資源的利用效率和產(chǎn)業(yè)效益，提升生態(tài)環(huán)境保護功能。依據(jù)荷蘭等設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達國家的經(jīng)驗，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展至今，已經(jīng)到了必須轉(zhuǎn)型的階段，迫切需要提高設(shè)施環(huán)控水平，推進現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展，使之走向“環(huán)控裝備適投入—水肥資源適投入—高產(chǎn)出—高效益”的良性運行循環(huán)的發(fā)展軌跡。因此，在我國耕地資源緊缺的國情下，可通過科技創(chuàng)新大力發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)，提高單產(chǎn)是我國設(shè)施農(nóng)業(yè)乃至現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)選之路[7]。

此外，我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后三個鏈條環(huán)節(jié)上還存在許多亟待解決的問題，但遠沒有我國設(shè)施蔬菜發(fā)展中存在的環(huán)境污染問題那樣突出和嚴重。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)長期耕作導(dǎo)致的連作障礙、化學品（農(nóng)藥、化肥、重金屬、抗生素等）在土壤和農(nóng)產(chǎn)品中累積、地下水污染、溫室氣體排放等環(huán)境污染問題，已經(jīng)嚴重制約了我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

受設(shè)施園藝發(fā)達國家設(shè)施無土栽培成功經(jīng)驗的啟示，與農(nóng)藝有機結(jié)合是解決日光溫室和塑料大棚蔬菜生產(chǎn)資源、環(huán)境污染嚴重問題的優(yōu)選途徑，我們可通過工程技術(shù)的創(chuàng)新，在設(shè)施類型、栽培技術(shù)、水肥一體化、環(huán)控技術(shù)等方面大力創(chuàng)新工程技術(shù)得以實現(xiàn)。通過工程技術(shù)創(chuàng)新，以工業(yè)化的理念發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)，必將為實現(xiàn)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展提供新的發(fā)展動力。在我國甘肅、新疆等地甚至已經(jīng)出現(xiàn)了戈壁農(nóng)業(yè)和沙漠農(nóng)業(yè)，在有效擴展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積的同時，也提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的優(yōu)勢，這種對非可耕地進行開發(fā)利用進行設(shè)施蔬菜的生產(chǎn)方式創(chuàng)新是非常好的嘗試，發(fā)展勢頭強勁。但是，如果仍然無法擺脫低水平擴展的惡性循環(huán)，無法實施強有力的工程技術(shù)支撐，無法實現(xiàn)潔凈高效生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)環(huán)境勢必將逐年惡化，從這個角度來說，其生態(tài)環(huán)境危害和綜合效益還有待評估。

參考文獻

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