張 姚,曹 凱,鮑恩財(cái),代偉偉,吳宜文,夏禮如,伍德林,孟 蕊,公偉明
(1安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,合肥 230036;2江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)設(shè)施與裝備研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210014;3鹽城海升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技有限公司,江蘇鹽城 224200)
被賦予“魚(yú)米之鄉(xiāng)”的江蘇,位于中國(guó)大陸東部沿海地區(qū),東經(jīng) 116°18′—121°57′,北緯30°45′—35°20′,與安徽、浙江、上海并稱(chēng)為長(zhǎng)江三角洲地區(qū),自然條件適宜,屬于溫帶向亞熱帶過(guò)渡性氣候,具有南北方的獨(dú)特氣候,地形多以平原為主,農(nóng)副產(chǎn)業(yè)和工業(yè)都相對(duì)發(fā)達(dá)[1]。
園藝設(shè)施是江蘇省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要一環(huán),同時(shí)江蘇省的科技水平較高,為設(shè)施園藝的現(xiàn)代化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。前人研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段中國(guó)的園藝設(shè)施發(fā)展規(guī)模化、集約化、現(xiàn)代化程度均較不高,而江蘇省水土地勢(shì)、自然條件及設(shè)施建設(shè)均有利于園藝設(shè)施的長(zhǎng)足發(fā)展[2]。本研究從江蘇省設(shè)施類(lèi)型、種植模式及未來(lái)趨勢(shì)為切入點(diǎn),進(jìn)行歸納總結(jié),分析符合江蘇省園藝設(shè)施綠色、健康、迅速發(fā)展的途徑,為江蘇省園藝設(shè)施發(fā)展提供未來(lái)道路的參考,以期為江蘇省園藝設(shè)施產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展提供借鑒。
近些年來(lái)江蘇省的園藝設(shè)施建造面積不斷擴(kuò)大,截至2018年,江蘇省的溫室建造面積達(dá)到了33.94萬(wàn)hm2,占據(jù)全國(guó)總溫室建造面積189.42萬(wàn)hm2的17.92%(數(shù)據(jù)來(lái)源于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理司,下同),是中國(guó)的設(shè)施建造面積最大的省份,其中塑料大棚建造面積最多。如圖1所示[3],自2008年至2018年,現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了塑料大棚、連棟溫室及日光溫室的建造面積不斷增加,從側(cè)面反映出江蘇省的園藝設(shè)施的發(fā)展迅速且高效,極大地增強(qiáng)了園藝產(chǎn)品的生產(chǎn)能力[4]。
圖1 江蘇省園藝設(shè)施面積逐年變化圖(2008—2018年)
為響應(yīng)國(guó)家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的高效性、多樣性、可持續(xù)性的快速發(fā)展,江蘇不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,制定了一系列的農(nóng)業(yè)政策,推動(dòng)園藝設(shè)施產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前設(shè)施園藝已成為江蘇省的標(biāo)志性農(nóng)業(yè)[5],其高效性的經(jīng)營(yíng),增添了農(nóng)業(yè)的收益,同時(shí)提高了農(nóng)戶的收入。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展,園藝設(shè)施及配套設(shè)備也變得豐富多樣,價(jià)格更低,適用性更強(qiáng)。其中現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、農(nóng)光旅三產(chǎn)融合示范園、大型智能植物工廠的出現(xiàn)也給江蘇省的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇[6]。園藝設(shè)施也由之前的地膜覆蓋、小拱棚,中大棚,變成了現(xiàn)在的塑料大棚、連棟溫室及日光溫室[7]。總的來(lái)看,塑料大棚在江蘇的園藝設(shè)施建設(shè)和使用中占主導(dǎo)地位,同時(shí)溫室機(jī)械化、自動(dòng)化程度偏低,制約了設(shè)施園藝智能化的發(fā)展[7-8]。
2.1.1 塑料大棚 塑料大棚是一種簡(jiǎn)易適用的拱形栽培設(shè)施結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)在于建造簡(jiǎn)易、使用方便、前期投入較少,被農(nóng)戶所喜愛(ài)。按取材結(jié)構(gòu)類(lèi)型可分為竹木結(jié)構(gòu)、鋼架無(wú)柱結(jié)構(gòu)、裝配式鍍鋅鋼管結(jié)構(gòu)及鋼木混合結(jié)構(gòu)[9]。在江蘇省,蘇中地區(qū)GLP-8424型連棟大棚的單層薄膜覆蓋棚和雙層薄膜棚應(yīng)用最多[10],為江蘇省的主導(dǎo)棚型,其建設(shè)的高效性、實(shí)用性和可持續(xù)性得到廣大農(nóng)戶的肯定。
2.1.2 連棟溫室 連棟溫室,即將單一的溫室用科學(xué)方法連在一起,構(gòu)成一種連跨的相對(duì)大的單體溫室。其特點(diǎn)在于,比傳統(tǒng)大棚種植面積更大,經(jīng)濟(jì)收益更高,且連棟溫室具有統(tǒng)一化模式、科學(xué)化管理、高效化經(jīng)營(yíng)等優(yōu)勢(shì)。按照材料可分為薄膜連棟溫室、玻璃連棟溫室、陽(yáng)光板連棟溫室[11-12]。江蘇地區(qū),連棟溫室隨處可見(jiàn),其建造性雖沒(méi)有塑料大棚廣泛,但是近幾年的發(fā)展,大大加強(qiáng)了連棟溫室的實(shí)用性,內(nèi)遮陰、內(nèi)保溫拉幕系統(tǒng)以及濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等配套設(shè)備的使用,使得連棟溫室的生產(chǎn)效益更高[13],而且大型連棟溫室一般采用高架栽培模式,減少了土壤耕作需求,同時(shí)以無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)液栽培,實(shí)現(xiàn)了作物的高產(chǎn)多產(chǎn)[14]。
2.1.3 日光溫室 作為中國(guó)獨(dú)具特色的園藝設(shè)施產(chǎn)物,日光溫室可以通過(guò)后墻吸收白天的太陽(yáng)輻射蓄熱,并于夜間釋放后墻蓄熱層熱量升高室內(nèi)氣溫。一般只在連續(xù)陰天或極端寒冷天氣才少量加溫[15]。江蘇地區(qū)一般按照后墻結(jié)構(gòu)可分為土墻結(jié)構(gòu)和磚墻結(jié)構(gòu)。蘇南部分地區(qū)發(fā)展日光溫室采用秸稈砌塊墻體,保溫性能好、造價(jià)便宜[16]。近些年來(lái)日光溫室結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化以及后墻蓄熱材料的引入,突破了保溫與蓄熱性能的限制,實(shí)現(xiàn)了作物的周年優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[17]。
江蘇設(shè)施種植面積達(dá)全國(guó)第一,離不開(kāi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大優(yōu)勢(shì),在農(nóng)業(yè)機(jī)械化的大力推廣下,設(shè)施內(nèi)的深松、施基肥、旋耕(深耕)、開(kāi)溝、起壟、覆膜等機(jī)械作業(yè)的使用量大大提高,從而減少了勞動(dòng)力。目前設(shè)施內(nèi)推廣的機(jī)械主要為田園管理機(jī)械和微型耕種機(jī)械,翻耙機(jī)與施肥機(jī)械的實(shí)用性尚欠缺[18]。
此外育苗移栽機(jī)械的適配型機(jī)械,如基質(zhì)處理、裝填、精播、催芽、育苗、嫁接的育苗作業(yè)環(huán)節(jié)機(jī)械和三種常用移栽作業(yè)機(jī)械(塑料穴盤(pán)育苗、泡沫穴盤(pán)育苗、基質(zhì)塊育苗)都是目前主要設(shè)備,可以有效提高播種移栽速度減少勞動(dòng)力,但不足之處是國(guó)產(chǎn)配套設(shè)備自動(dòng)化程度低,穩(wěn)定性差,使用率低[19]。
農(nóng)業(yè)種植模式,可分為以下四種模式,詳情如圖2所示。根據(jù)江蘇省的區(qū)域特色并融合四大種植模式,使設(shè)施園藝呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化、現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì),最終形成江蘇特色的種植模式。
圖2 新型設(shè)施園藝種植模式圖
設(shè)施農(nóng)業(yè)模式,即通過(guò)工程技術(shù)的手段來(lái)改變自然光照強(qiáng)度、相對(duì)溫濕度等環(huán)境條件來(lái)創(chuàng)造動(dòng)植物優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)的內(nèi)環(huán)境,從而達(dá)到高效、高產(chǎn)、安全、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的一種模式,有效提高作物的產(chǎn)量[20-21]。在園藝設(shè)施中,高檔智能溫室、日光溫室、防蟲(chóng)設(shè)施以及避雨設(shè)施的應(yīng)用均發(fā)揮巨大的作用[22]。
觀光農(nóng)業(yè)模式將農(nóng)業(yè)與休閑觀光旅游有效結(jié)合起來(lái),形成一種以農(nóng)業(yè)為背景,提升農(nóng)業(yè)與旅游綜合效益的模式,使得休閑觀光農(nóng)業(yè)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)相互融洽,相互滲透,促進(jìn)新行業(yè)的高效、健康發(fā)展,形成江蘇的特色農(nóng)業(yè)模式[21-22]。
無(wú)土栽培模式是江蘇省的特色,可分為水培、氣培、基質(zhì)栽培等多種方式,其中基質(zhì)栽培應(yīng)用較為廣泛。如蘇南地區(qū)溫室,塑料大棚居多,適宜盆裝基質(zhì)栽培、袋裝基質(zhì)栽培蔬菜,同時(shí)配備灌溉設(shè)備和供水系統(tǒng),便于集約化管理[23]。蘇北地區(qū)的水培技術(shù)中常采用自來(lái)水或地下水,配備一定濃度的營(yíng)養(yǎng)液即可使作物高效成長(zhǎng)[24]。
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式是一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型模式[25]。由網(wǎng)絡(luò)化信息將設(shè)施園藝中的各種情況進(jìn)行定位、定時(shí)、定量的統(tǒng)計(jì)分析并實(shí)行對(duì)應(yīng)措施。但精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)前期投入較多,適配設(shè)備不先進(jìn),準(zhǔn)確實(shí)行較為困難。正如文獻(xiàn)[26-28]中所述針對(duì)江蘇地區(qū)可進(jìn)行分階段、分區(qū)域發(fā)展的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè),可先行發(fā)展節(jié)水、節(jié)肥、環(huán)保的精確農(nóng)業(yè)技術(shù)為主,最后再推廣發(fā)展。
江蘇大多數(shù)地區(qū)園藝設(shè)施采用的都是簡(jiǎn)易塑料大棚和日光溫室,其中塑料大棚占86.8%[29],而連棟溫室與日光溫室占比很少。雖然江蘇近十年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,人均GDP位居中國(guó)前列,但園藝設(shè)施的發(fā)展程度相對(duì)較低,相關(guān)農(nóng)業(yè)設(shè)施裝備標(biāo)準(zhǔn)尚未建立,因此優(yōu)化設(shè)施成為了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn),也是提高設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的有力措施[30-31]。
塑料大棚缺少加溫及環(huán)控設(shè)備,造就了塑料大棚的低成本和建造工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn),同時(shí)也伴隨著科技含量低,最終導(dǎo)致其設(shè)施種植的產(chǎn)量相對(duì)較少。2019年江蘇全省蔬菜種植面積達(dá)到了143.4萬(wàn)hm2,位居全國(guó)第四,但與之不成比例的則是其產(chǎn)量只有5520萬(wàn)t,為中國(guó)蔬菜總產(chǎn)量的7%[32]。
在江蘇省園藝設(shè)施中,常采用的種植機(jī)械有:動(dòng)力施肥機(jī)械、滅茬旋耕機(jī)械、田間管理機(jī)械、蔬菜精密直播機(jī)械及節(jié)水灌溉系統(tǒng)/水肥一體化等配套設(shè)施[33],但其普遍設(shè)施配套水平不高,設(shè)施作業(yè)效率偏低,利用率只有30%。大多數(shù)塑料大棚生產(chǎn)還是以人工為主。究其原因還是農(nóng)藝-設(shè)施-農(nóng)機(jī)融合程度低,未能找到適宜機(jī)械化生產(chǎn)的園藝設(shè)施[34-35]。
江蘇有著不可替代的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng),但園藝設(shè)施的發(fā)展并不理想,未能達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與設(shè)施農(nóng)業(yè)市場(chǎng)緊密結(jié)合的程度,同時(shí)還需要有產(chǎn)品-包裝-銷(xiāo)售巧妙結(jié)合、相互推動(dòng),并與市場(chǎng)相適應(yīng)的運(yùn)行管理機(jī)制。目前,江蘇還沒(méi)有建立該管理機(jī)制,仍以經(jīng)驗(yàn)和粗放的管理手段為主,導(dǎo)致市場(chǎng)建設(shè)和開(kāi)拓能力弱,設(shè)施農(nóng)業(yè)市場(chǎng)占有率低,未形成完善的市場(chǎng)流通服務(wù)體系,品牌的經(jīng)濟(jì)效益也隨之降低[36]。
智能化,即為了得到更好的作物生長(zhǎng)環(huán)境而通過(guò)智能設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)[37],多通過(guò)在溫室中配備環(huán)境控制設(shè)備,并利用傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè),以及時(shí)對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行如加溫或降溫等調(diào)控[38]。但江蘇省大部分溫室都缺乏智能化調(diào)控系統(tǒng),數(shù)據(jù)傳感器較少,溫室內(nèi)缺少同步數(shù)據(jù)的傳遞,環(huán)控調(diào)整多憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,最終造成經(jīng)濟(jì)損失[39]。
國(guó)家“十四五”規(guī)劃中提出,在質(zhì)量效益明顯提升的基礎(chǔ)上,可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展。在設(shè)施園藝中,隨著農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)的進(jìn)一步夯實(shí),現(xiàn)代化設(shè)施的實(shí)用性會(huì)更加先進(jìn)??蓮囊韵滤膫€(gè)方面對(duì)江蘇省園藝設(shè)施的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行展望,詳情如圖3。
圖3 江蘇省園藝設(shè)施發(fā)展趨勢(shì)圖
隨著生活水平的提高,人們對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品的需求也變得越來(lái)越高,而園藝設(shè)施可以周期性供應(yīng)優(yōu)質(zhì)、安全、豐富的農(nóng)產(chǎn)品。同時(shí),設(shè)施園藝可以兼顧觀賞、休閑、食用的需求,消費(fèi)者在品嘗優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的同時(shí),還可以體驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)的生活方式。第三,其發(fā)展對(duì)教育事業(yè)和保健行業(yè)也有一定幫助,如功能性園藝產(chǎn)品的生產(chǎn),家庭園藝的知識(shí)教育甚至是園藝養(yǎng)生與治療產(chǎn)品的發(fā)展達(dá)到治療疾病的作用[40]。最后,對(duì)于特定場(chǎng)所的供應(yīng)需求,在海島上、沙漠中、極地地區(qū)、太空中都是可以看到園藝的身影。因此園藝設(shè)施的發(fā)展應(yīng)與市場(chǎng)供求關(guān)系緊密結(jié)合,通過(guò)市場(chǎng)的需求來(lái)優(yōu)化其生產(chǎn)模式和品種結(jié)構(gòu)[41]。
江蘇省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,對(duì)園藝設(shè)施產(chǎn)業(yè)有著巨大的推動(dòng)作用,為該產(chǎn)業(yè)的提升提供了新的思考。第一,更新園藝設(shè)施。如對(duì)單體塑料大棚、節(jié)能型日光溫室、環(huán)境調(diào)控、生產(chǎn)管理輕簡(jiǎn)化裝備進(jìn)行提檔升級(jí)[42]。第二,優(yōu)化栽培模式以及提升資源利用率。規(guī)范化的種苗生產(chǎn)以及栽培模式的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施,可以有效提高土地利用率、優(yōu)質(zhì)水資源利用率和大量農(nóng)業(yè)廢棄物二次利用率[43]。第三,設(shè)施園藝生產(chǎn)模式規(guī)?;约爱a(chǎn)業(yè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化。開(kāi)展以農(nóng)場(chǎng)為主,個(gè)體為輔的規(guī)?;a(chǎn),其中產(chǎn)業(yè)服務(wù)可由政府主導(dǎo),企業(yè)輔助并將技術(shù)、信息、設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)、產(chǎn)后等服務(wù)形成一條強(qiáng)大的服務(wù)體系鏈[44]。園藝設(shè)施的產(chǎn)業(yè)提升所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也將為江蘇省的發(fā)展提供新的機(jī)遇。
連棟溫室以及節(jié)能型日光溫室是重要的現(xiàn)代化園藝設(shè)施,其中節(jié)能型日光溫室的標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化發(fā)展提高了日光溫室的收益與投入比重[45-46]。連棟溫室設(shè)施內(nèi)環(huán)境調(diào)控優(yōu)化、圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能提升、農(nóng)藝技術(shù)層次提升均是現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)[47-48],如小型設(shè)施環(huán)境自動(dòng)化控制裝備與系統(tǒng)(物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,卷簾、保溫、灌溉、遮光、放風(fēng)自動(dòng)化)的高效應(yīng)用和水肥一體化現(xiàn)代裝備與系統(tǒng)的優(yōu)化改造,以及農(nóng)業(yè)機(jī)器人(嫁接機(jī)器人、管理機(jī)器人)的大量使用,這些自動(dòng)化機(jī)械裝備帶動(dòng)了園藝設(shè)施現(xiàn)代化的發(fā)展,并加快了園藝設(shè)施的智能化生產(chǎn)管理進(jìn)程。
近年來(lái),政府積極提倡三大綠色農(nóng)業(yè)理念,即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色化、農(nóng)產(chǎn)品無(wú)公害化、生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染化,這與智慧農(nóng)業(yè)體系不謀而合[49]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈中農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用、農(nóng)機(jī)車(chē)載終端設(shè)備的投入并與人工收集系統(tǒng)的相互融合,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全領(lǐng)域、全過(guò)程、全覆蓋的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),因此園藝設(shè)施的智能化生產(chǎn)也是未來(lái)的一種趨勢(shì)[50]。園藝設(shè)施的發(fā)展應(yīng)采用先進(jìn)工業(yè)技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)相融合的發(fā)展模式[42],如將農(nóng)藝-設(shè)施-農(nóng)機(jī)高度融合,篩選適合不同種類(lèi)園藝種植作物生長(zhǎng)發(fā)育的光質(zhì)配方及光量、研制符合不同種類(lèi)設(shè)施園藝工廠生產(chǎn)的低成本設(shè)施設(shè)備以及營(yíng)養(yǎng)液配方及供應(yīng)量等,形成江蘇省獨(dú)有的設(shè)施園藝工廠,并通過(guò)設(shè)施內(nèi)環(huán)境調(diào)控實(shí)現(xiàn)作物資源的有效利用和生產(chǎn)管理的大幅提升[51-52]。
江蘇省園藝設(shè)施產(chǎn)業(yè)多數(shù)分布在連云港、徐州等地,并形成園藝產(chǎn)業(yè)群體,是一條“節(jié)能、低成本、生態(tài)、安全、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效”的特色產(chǎn)業(yè)鏈。從江蘇省未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略來(lái)看,園藝設(shè)施的發(fā)展應(yīng)以現(xiàn)代化為目的,以四大趨勢(shì)為導(dǎo)向,堅(jiān)持“一主四輔”五大方向,采用供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的方法,完成園藝設(shè)施提檔升級(jí)和提質(zhì)增效,并在未來(lái)10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)園藝設(shè)施現(xiàn)代化。
隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,江蘇現(xiàn)有的園藝設(shè)施及配套設(shè)備在技術(shù)層面和適用層次上與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的差距日益凸顯,影響了設(shè)施農(nóng)業(yè)的效益水平,也制約了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的提升,本文以江蘇省的區(qū)域面積情況為基礎(chǔ),對(duì)江蘇三大園藝類(lèi)型的發(fā)展情況與配套設(shè)備,以及四大種植模式進(jìn)行歸納總結(jié),分析發(fā)現(xiàn)江蘇省園藝設(shè)施目前存在發(fā)展水平低、科技含量低、機(jī)械化程度低、運(yùn)行管理水平低、智能化程度低的問(wèn)題。進(jìn)而提出江蘇省園藝設(shè)施未來(lái)發(fā)展應(yīng)以園藝設(shè)施現(xiàn)代化為目的,以四大趨勢(shì)為導(dǎo)向,高度融合農(nóng)藝技術(shù)-園藝設(shè)施-農(nóng)機(jī)水平,并與智慧農(nóng)業(yè)接軌,發(fā)展具有江蘇區(qū)域特色的園藝設(shè)施,以期為江蘇省園藝設(shè)施產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供參考與借鑒。