關(guān)于無土栽培發(fā)展中若干問題的探討（5）溫室自然光環(huán)境下的立體無土栽培

汪曉云+高麗紅

體栽培是為了充分利用自然農(nóng)田、建筑物的內(nèi)外及溫室環(huán)境空間的溫、光、水、肥資源，通過間作、套種、混種和設(shè)置支架攀爬，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物、瓜果蔬菜高效利用空間資源，獲得高產(chǎn)的一種栽培模式，或是為了實(shí)現(xiàn)立體空間的綠化、美化而進(jìn)行的栽培方式，這是通常廣義的立體栽培。本文所述的立體栽培是指通過栽培設(shè)施、種植容器的幾何組合，形成縱向或橫向疊加的多層栽培設(shè)施裝置，以實(shí)現(xiàn)株型較矮的作物在單位面積的空間中，栽植數(shù)量數(shù)倍于地面栽培，并以此獲得高產(chǎn)量或營(yíng)造立體種植景觀的一種立體無土栽培模式。

立體無土栽培不僅是一種提高單位面積作物產(chǎn)量的技術(shù)手段和立體美化、綠化的造景技術(shù)，而且由于其離開了土地的束縛，可以在任何不具有可耕種土壤的區(qū)域應(yīng)用，使植物種植可以無限地向空間拓展。只要具備良好的水、電資源，充足的光照，輔以栽培設(shè)施、植物種苗和所需的營(yíng)養(yǎng)，就能進(jìn)行植物的種植。而且，立體無土栽培設(shè)施的組合，可以充分發(fā)揮藝術(shù)想象力，只要有利于實(shí)現(xiàn)栽培及灌溉，可以設(shè)計(jì)、組合出各種立體藝術(shù)造型的栽培設(shè)施裝置。所以，立體栽培在現(xiàn)代都市綠化景觀營(yíng)造，家庭陽臺(tái)、屋頂農(nóng)業(yè)種植，現(xiàn)代溫室高產(chǎn)栽培，休閑觀光溫室的觀光、采摘栽培中都得到了廣泛應(yīng)用。但是，作為溫室環(huán)境下的立體無土栽培，其設(shè)施模式的選擇、設(shè)施布局和立體層高的設(shè)計(jì)是有講究的，立體栽培設(shè)施的設(shè)計(jì)、組合不當(dāng)，不但難以獲得良好的種植效果和較高的產(chǎn)量，反而降低了作物的品質(zhì)和視覺效果，一些作物品種的優(yōu)良特性、內(nèi)在的良好品質(zhì)難以顯現(xiàn)出來，其結(jié)果是通過立體栽培生產(chǎn)了一堆“綠色垃圾”，沒有實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和食用價(jià)值。筆者歸納總結(jié)了現(xiàn)有立體無土栽培設(shè)施特點(diǎn)及使用中存在的問題，并對(duì)無土栽培設(shè)施的合理利用提出了建議。

設(shè)施互相遮光，降低了空間的光利用效率

國(guó)內(nèi)外的溫室結(jié)構(gòu)對(duì)比表明，通過科學(xué)的設(shè)計(jì)和理想型材的選擇，精密的傳動(dòng)系統(tǒng)與覆蓋材料配置，可以提高溫室內(nèi)光照5%～20%。同樣，立體栽培設(shè)施的平面布置密度不同，高度不同、層間距不同、幾何形狀不同、設(shè)施的體量大小不同，對(duì)室內(nèi)光環(huán)境的影響是很明顯的。一般隨著設(shè)施橫向布置密度和縱向高度及層數(shù)的增加，空間的光照強(qiáng)度自上而下迅速遞減。立體設(shè)施骨架、栽培容器體量越大，對(duì)相鄰設(shè)施的陽光遮擋所造成的陰影也越大，同時(shí)層間設(shè)施結(jié)構(gòu)、容器對(duì)光的吸收，均減弱了立體空間中下層的光照強(qiáng)度與作物的光合效率。

垂直光溫條件差距較大，不宜栽培同種作物

溫室中立體無土栽培不僅在垂直方向上存在光照強(qiáng)度的差異，而且空間的溫濕度環(huán)境條件也存在較大的差異。

通過智能數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄2011年9月下旬連棟溫室內(nèi)三層立體水培設(shè)施（下層離地60 cm，中層120 cm，頂層離地180 cm，每層寬60 cm，栽培架間距100 cm）各層的光照、溫度、相對(duì)濕度的參數(shù)，并繪制成曲線圖。

由圖1可知，在晴天8：00～19：00之間，頂層光照強(qiáng)度在12：00～14：00最高，而中下層處于較低水平（與中午時(shí)分的太陽高度角及上下層的垂直遮擋有關(guān)），中午前后頂層的光照強(qiáng)度是中下層的15倍左右；中下層光照強(qiáng)度在9：30～10：30和15：00～16：00時(shí)較高（此時(shí)為斜射陽光照射到中下層的栽培床槽上），此時(shí)頂層光照強(qiáng)度是中層的1.5倍，是下層的3.7倍。

由圖2可知，溫度在10：00時(shí)，頂層（35.6℃）和中層（33.9℃）分別比下層（21.8℃）高出13.8℃和12.1℃。此后，隨著降溫設(shè)備（濕簾和風(fēng)機(jī)）的使用，中層和下層溫度差縮小，上下層之間溫差均保持在2℃左右，頂層溫度一直保持在30℃以上。15：00～19：00時(shí)，隨著溫度逐漸降低，各層之間溫差保持在2℃左右，19：00～次日8：30，各層溫度基本趨于一致。

由圖3可知，立體無土栽培不同部位空氣相對(duì)濕度也存在較大差異。頂層在9：00～ 18：00時(shí)的空氣相對(duì)濕度只有20%左右，而中下層的相對(duì)濕度在60%～80%；19：00～次日8：00時(shí)，頂層相對(duì)濕度約為60%，而中下層相對(duì)濕度基本接近100%。頂層與中下層的空氣相對(duì)濕度差平均為40%左右。

綜上，在三層立體種植條件下，白天三層之間光照強(qiáng)度的差距是幾倍到十幾倍，溫度差距在2～12℃，相對(duì)空氣濕度相差約為40%左右。如果在不同層面上種植同一種作物，就會(huì)因?yàn)楦鲗又g顯著的環(huán)境條件差異而出現(xiàn)同種作物不同的生長(zhǎng)狀態(tài)（生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程、健壯瘦弱、葉色、株型不一致），每層的產(chǎn)量、品質(zhì)也就無法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

另外，用A字架多層立體種植草莓，雖然增加了兩側(cè)栽培槽的植株栽植數(shù)量，但如果栽培架布置間距、層間距過小，就會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)種植槽的植物只能享受到半天的陽光照射，一側(cè)的中下層栽培槽的草莓果實(shí)產(chǎn)量之和與頂層種植槽的產(chǎn)量基本相當(dāng)。而且，中下層草莓的果形小、品質(zhì)低、商品性較差。所以，自然光利用型的立體栽培并不能如人們期望的那樣，隨立體栽培層數(shù)的增加，產(chǎn)量也呈“幾何級(jí)”提高。而如果將立體栽培架的間距拉開，雖然相鄰設(shè)施的互相遮光少了，但立體種植的植株數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)也就體現(xiàn)不出來了。

立體栽培的蔬菜、花卉“商品性”欠佳

相比于草莓，人們普遍認(rèn)為葉菜要耐弱光一些，一些花卉或觀葉植物也比較耐弱光，但無論哪種作物，只要在同一溫室環(huán)境下的不同垂直層面上種植，生長(zhǎng)成熟周期、產(chǎn)品外觀、商品性均很難獲得一致。比如：人們采用倒V型種植架種植霧培蔬菜，由于其定植于傾斜的種植面上，受植株自身重心和設(shè)施傾斜角度的影響，蔬菜苗的成長(zhǎng)就是偏離重心的生長(zhǎng)，難以達(dá)到常規(guī)平面栽培四周均衡生長(zhǎng)的“圓滿”狀態(tài)，上半部的植株光照相對(duì)較好，植株生長(zhǎng)較快，較為健壯，下半部植株生長(zhǎng)比較瘦弱，生長(zhǎng)較為緩慢。不僅是霧培設(shè)施，其他如立柱栽培、墻面式栽培、多層平面栽培模式，盡管其定植孔是垂直設(shè)置，初期可以確保植株直立生長(zhǎng)，但植株在生長(zhǎng)過程中，仍然會(huì)受到設(shè)施遮光的影響，出現(xiàn)“背光”生長(zhǎng)現(xiàn)象，其重心產(chǎn)生偏離，并容易引起倒伏，而后生長(zhǎng)點(diǎn)再次翹起生長(zhǎng)（自我調(diào)節(jié)），最終的植株外觀形狀即商品性會(huì)大打折扣。

增加了作業(yè)難度和勞動(dòng)力成本

立體栽培是通過增加層數(shù)向空間發(fā)展，不同的立體栽培設(shè)施有其獨(dú)特的設(shè)施結(jié)構(gòu)，其安裝、定植、采收、清理、換茬方式均不相同，但無論哪種栽培設(shè)施，必然隨著高度和層數(shù)增加，操作的難度加大，勞動(dòng)效率降低，勞動(dòng)力成本隨之升高。因此需要開發(fā)自動(dòng)升降的作業(yè)車并配置作業(yè)軌道，或?qū)崿F(xiàn)立體栽培層的上下傳動(dòng)，以機(jī)械升降或上下轉(zhuǎn)換栽培設(shè)施來輔助人工作業(yè)，才能更好地發(fā)揮立體栽培的優(yōu)勢(shì)，而如果依賴于“架梯”人工作業(yè)的傳統(tǒng)方式，則會(huì)顯著增加勞動(dòng)力的投入，并存在一定的安全隱患，反而增加生產(chǎn)作業(yè)的勞動(dòng)力成本。

通常高度在2 m以下的小型立柱栽培、墻體栽培、管道式立體水培，在柱間距、墻間距、支架間距、層間距布置合理的情況下，設(shè)施垂直高度上的蔬菜植株生長(zhǎng)還能基本保持一致，而如果布置密度超過一定限度，中下部植株就會(huì)出現(xiàn)徒長(zhǎng)、瘦弱的問題，有些立體栽培設(shè)施定植作業(yè)及采收、清茬還很繁瑣，導(dǎo)致效率很低。

顯著增加固定設(shè)施投入，高投入難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出

立體栽培必然是依靠現(xiàn)代工程裝備來實(shí)現(xiàn)的，相對(duì)于單層平面栽培而言，隨著立體高度及層數(shù)的增加，單位面積的設(shè)施、工程投資就會(huì)增加，每增加一層，投資就會(huì)增加一倍?？傮w而言，在完全利用自然光的溫室立體生產(chǎn)環(huán)境下，依靠增加立體層數(shù)、立體高度的設(shè)施投入，雖然可以實(shí)現(xiàn)幾倍于單層平面栽培的植株數(shù)量，但幾乎不可能實(shí)現(xiàn)理論的“幾何”級(jí)產(chǎn)量提高，實(shí)際的產(chǎn)量必然使投資者失望。所以，投資立體多層栽培設(shè)施不等于獲得相應(yīng)的多層投資回報(bào)。

小結(jié)

綜上所述，溫室環(huán)境下的自然光利用型立體栽培，首先必須基于種植品種的光需求特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，其次要考慮溫室環(huán)境下的垂直溫度差異來選擇相應(yīng)品種。因此無論采用多高的立體設(shè)施，無論在哪個(gè)立體層面上均栽植同一個(gè)品種的栽培模式，均難以獲得理想栽培效果。必須充分考慮不同位置的溫光環(huán)境合理安排作物品種，比如底層可以用于種植食用菌；二層可以培植芽苗菜；三層可以培育耐陰的葉菜；四層培育較喜光的葉菜；頂層培育喜高溫、強(qiáng)光的葉菜或果菜。使空間每一層有最適宜的品種來對(duì)應(yīng)其光溫環(huán)境，實(shí)現(xiàn)溫室空間光熱資源的合理高效利用，我們把這種多樣化品種的立體生產(chǎn)方式稱之為“仿生（自然環(huán)境）態(tài)立體種植”。

而如果是為了立體綠化、休閑觀光場(chǎng)所的立體栽培，其目標(biāo)需求與溫室的立體栽培完全不同，其主要目標(biāo)是美化立體空間，營(yíng)造綠色優(yōu)美的休閑環(huán)境，對(duì)于立體栽培設(shè)施的高度、布置密度沒有嚴(yán)格要求，是基于環(huán)境美學(xué)來設(shè)計(jì)布置，品種選擇與組合也主要考慮的是視覺與藝術(shù)的美學(xué)效果，并應(yīng)選擇耐候性強(qiáng)（強(qiáng)光或弱光）、耐粗放管理（耐寒、耐旱、耐澇，生長(zhǎng)緩慢，不需要經(jīng)常修建），生命力強(qiáng)的品種。

作者簡(jiǎn)介：汪曉云（1966-），男，浙江常山人，北京綠東國(guó)創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技有限公司董事長(zhǎng)，長(zhǎng)期從事蔬菜無土栽培技術(shù)研究與推廣。