基于蔬菜栽种技术研究

引言

目前的现代温室蔬菜超高产只有无土栽培1年生(含1年)以上的蔬菜(番茄、黄瓜、甜椒等)可实现。根据无土栽培科学施肥作用的启迪,以创新装备和工程引入应用改变有土栽培传统施肥和耕作方式,探讨普通设施有土栽培蔬菜(1年及以上生)种植实现超高产高效生产模式的可能性。2009年我国设施面积达到335万hm2,设施蔬菜种植绝大多数为有土栽培,播种面积占2009年度蔬菜总播种面积(1841万hm2)的30%以上,实现超高产有重要意义。国家中长期科学和技术发展规划(2006—2020年)中有关农业的重点领域及其优先主题发展思路(4)明确指出:积极发展工厂化农业,提高农业劳动生产率。重点研究农业环境调控、超高产高效栽培等设施农业技术,开发现代多功能复式农业机械,加快农业信息技术集成应用。

1发展设施农业技术意义重大

国家科学和技术发展规划以现代农业发展理念,从前瞻的战略高度审视设施农业的发展。所谓现展理念的前瞻性,就是从未来发展考虑问题。要实现小康社会,人民生活提高,同时应对我国人口逐年增加的形式,就必须提高现有各种资源利用率,特别是在我国人均耕地资源逐年下降的情况下,耕地资源又不像其他资源可以通过进口或替代等措施弥补,所以提高现有耕地资源利用效率十分重要。当前现代温室的无土栽培技术能实现超高产,以荷兰无土栽培番茄种植为例,年均产量为52.5万~67.5万kghm2,是我国大田番茄种植产量的8~10倍,是一般温室有土栽培番茄种植年产量(两茬产量)的3倍左右。因此,超高产高效设施栽培技术的发展,特别是设施蔬菜超高产高效有土栽培技术的发展,对提高耕地利用效率,挖掘土地资源潜力有着巨大作用,它是一个国家现代化、高度工业化和城市化发展的重要标志,它的发展是必然趋势。

2现代温室无土栽培技术

现代温室无土栽培具有高产出、高品质、高效益,劳动条件和环境好的优势,它是现代农业的典范。设施有土栽培蔬菜种植距现代农业目标有多大差距,通过与现代温室无土栽培对比,分析无土栽培高产出、高品质和高效益生产模式的机理,可探索出设施有土栽培蔬菜超高产高效的生产方法。荷兰无土栽培番茄超高产的根本原因,是对水肥、温光(光合作用和温度影响)、时间、土地和空气各类资源利用率高。利用率高意味着单位时间内资源利用多,也就是单位时间生产的产品多,它体现了时间就是金钱,具体体现是番茄在1个(或以上)生长期(定植—拉秧)内,结果生产期(首次上市起始)占整个生长期的80%以上,让更多各类资源(含人为调控资源)转化为番茄果实。为了单位时间生产的产品多,无土栽培把现代科学技术、现代装备和工程尽可能多地引入应用,建立4大保证措施,即科学施肥、合理温度控制、适当增加光照和现代农艺管理。

(1)无土栽培科学施肥。无土栽培是把具有各种营养元素的营养液放到槽或池子内,作物根系置于营养液中,根系从营养液里吸取水和营养元素。营养液的营养元素按作物需要进行配制,营养液按需可定期补充。由于营养元素全面,水和营养元素保证及时供给;番茄秧苗可养活更多枝杈,保证番茄1年或更长生长期的正常生长,提高自然资源利用效率。

(2)合理温度控制。番茄开花结果最适宜温度,白天25~32℃,夜间15~20℃。番茄果实成熟一般50~60d,在最适温度下50d内成熟,温度不适宜时需60d以上,甚至100d成熟。总有效积温高和零度以上无效积温利用率高。荷兰现代温室无土栽培一年中适宜番茄开花结果的连续总积温可达8000℃左右;据测算北京地区日光温室实施合理温度控制,在340d的番茄种植中,总有效连续积温达7500℃以上(最适宜的温度),其中有2500℃左右的零度以上无效积温调整为有效积温,它占总有效积温的30%以上。有效积温不连续,番茄果实成熟时停时长,果实成熟时间加长,从停到长总有起动过程,使有效积温利用效率降低。总有效积温连续,提高有效积温和其他资源利用率,可使番茄成熟期不超过50d,使结果批次大大增加,达到提高产量的目的。

(3)适当增加光照。荷兰在北纬49°~53°,冬季太阳照射高度低,强度弱,阴天多,日照1484h年,光照不足,必需适当增加光照,自然资源利用效率才会高,不致影响产量。

(4)现代农艺管理。有了科学施肥和开花结果最适宜的温度环境等,没有好的管理,番茄只疯长,同样不能高产。所以加强管理,合理换头,使结果批次达到合理数值,才会取得超高产。这说明现代农艺管理是番茄超高产不可缺的重要条件之一。4大措施中,有一项不足就影响各类资源利用率,各类资源转化为果实的程度降低,就没有超高产而言。就是说只靠大自然恩赐的资源不可能取得超高产的。

3现代温室无土栽培在我国的应用启示

现代温室无土栽培番茄等超高产和类似工厂工作环境的生产模式,是现代农业的典范,是学习榜样。设施有土栽培蔬菜要实现超高产,也必须建立4大保证措施。实际上无土栽培超高产并不是深不可测,关键是它用4大措施保证了番茄各生长阶段的生理机能最适宜需求,从而实现超高产。4大措施中的温度控制、增加光照和现代农艺管理水平,我国并不落后于发达国家,其最大差距是有土栽培施肥不科学———营养不能及时供给,营养元素不全面。施肥不科学严重影响各类资源利用率。只要在科学施肥上另辟新路,建立与无土栽培科学作用相同的有土栽培新的施肥方法,并使投入处于较低水平,普通设施有土栽培蔬菜超高产高效就能实现。

4普通设施有土蔬菜栽培

4.1种植模式

有土栽培大多为畦(台)田种植模式,它包括种(栽)前土地准备、种(栽)、管理和收获4大环节。在4大环节中,种前土地准备农活量最大、最重。有土栽培蔬菜种植现代农业建设中,土地准备环节全部机械化显得十分重要。

4.2种前土地准备机械化状况

传统机械作业必须通过转弯完成,而传统机械体积大,转弯半径大,即使小型微耕机作业转弯半径通常也在3~4m,机械作业时经常与设施擦碰,这就是传统机械与设施之间存在的作业障碍,这种障碍使设施边角地带不能翻耕,造成边角漏耕;传统机械作业,存在入土行程和出土行程,造成地头漏耕;传统机械作业地面不得有任何障碍物,故不能为工程应用提供支撑。因此地头、地角、做畦和畦面土壤细化平整全部人工完成。据测算土地准备环节,用传统微耕机翻地,人工挖翻地头地角,人工做畦和畦面土壤细化平整等,人工成本占87%。虽然也用机械,因机械作业项目少,机械化程度低,人工成本居高不下。特别是工资逐年提高的情况下,人工成本还要高。要提高机械化程度,减轻劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率,研发新型机械装备势在必行。

4.3有土栽培蔬菜施肥状况

施肥量及施肥方法不仅决定蔬菜产量,而且影响产品质量,这说明了科学施肥的重要性。传统有土栽培蔬菜作物的施肥存在以下问题。4.3.1不能按需供肥,肥料利用率低一般是在种前一次性施入一定量有机底肥和适当化肥做底肥,底肥与土壤混合储存在土壤耕作层内,此时土壤的肥力达到峰值。 作物各不同生长阶段所需要营养元素的量也不同,作物幼苗生长期所需营养量并不大,但此时土壤肥力处于峰值,幼苗仍按自己需要量吸取部分营养,土壤储存的剩余部分将随着灌溉等因素流失一部分,特别是土壤中的化肥流失比例会高一些。

4.3.2追肥受限不能做到及时提供营养

作物生长到中后期需要营养元素最多时,土壤的肥力已经下降,不能满足作物生长的旺盛需求,因而人们常给作物实施追肥,这种追肥大多为无机化肥。特别追肥时畦面秧苗较高,设施内气温高,在根附近挖坑,投入化肥,再掩埋,作业条件差,十分繁锁,费工、费时、费力;追肥次数多,用工多,劳动成本提高,因而追肥次数受到限制,所以不能做到及时提供营养给作物。

4.3.3营养元素不全面

追肥大多为化肥,只补充N、P、K元素,微量元素无法补充,营养元素不全面。

4.3.4施肥不科学使番茄生长期缩短

番茄虽然是多年生作物,但因有土栽培下传统施肥方式不能满足其更长生长期的需要,造成番茄一般只有几个月生长期。若在营养保证的情况下,采收期(生产期)增加2个月,就意味着番茄产量增加1倍。

5设施蔬菜超高产有土栽培技术内容及作用

设施蔬菜超高产高效有土栽培技术研究的切入点主要是通过引入新型耕作机械和工程手段,取得两个方面突破:①机械装备与设施内畦田种植模式之间相适应,并建立全新的有固定畦埂的耕作模式;②按照无土栽培科学施肥作用的启迪,建立相应的有土栽培科学施肥方法,并使其固定资产投入降低到较低水平。

5.1纵横行走微耕机为核心的机械化

纵横行走微耕机前面装有平碎土机具,后面装有旋转深耕机,两轮纵向走于两畦埂。作业从日光温室后墙处畦端开始,平碎土机具抬起,旋转深耕机落下,进行畦面翻耕作业,到畦的另一端,返回时旋转深耕机抬起,平碎机具落下进行畦面碎土和平土作业,直到后墙处畦端,然后轮子在横向畦埂行走,使机组到下一畦作业,如此返复实现不转弯的翻整地作业。使用效果如下:

(1)土地准备环节全部机械化作业。机组作业不用转弯,没有入土行程和出土行程,翻耕时无地头地角漏耕,不用做畦,土地准备环节可全部机械化。提高劳动生产率,降低成本。

(2)为各项工程应用提供支承点。传统机械翻耕土地,地面不允许存在任何永久性固定物体。纵横行走微耕机作业畦埂不翻耕,因此畦埂就可以改为永久性畦埂,如用混凝土或其他材料做成予制件,然后组装成固定畦埂。这种固定畦埂相比于传统土堆积的畦埂有许多优势:①它为工业工程应用提供了固定支承点;②为探索和深入发展现代农业提供支持。

(3)节能减排。纵横行走微耕机动力为低压直流电动机,蓄电池提供能源,特别是设施内空气流动差,没有尾气排放有利于环保;蓄电池可以在电网负荷最低时充电,在大环境内有利于节能。传统微耕机由于驱动轴分配质量有一定限制,没有条件使用低压直流电动机,所以传统微耕机只能使用汽油机或柴油机,因有尾气排放造成污染,在设施内应用不利于人的健康。

5.2改良土壤提高肥料利用率

(1)沟施底肥,增加土壤肥力。有土栽培有机底肥,大多由牲畜、人粪便和沼气池的堆积物等与土混合堆放而成,如在种植中施入有机底肥30thm2,均匀撒播后,实际只分摊3kgm2左右,铺摊后约1.5mm厚,许多株行距较大的作物,多数根系分布在30cm范围,则分摊有机底肥0.212kg株。30cm范围以外的有机底肥利用率低。沟施有机底肥,可以把全部有机底肥集中在作物根系周围。

  (2)改良土壤。设施内土壤因常年耕种有机质含量低,甚至含量不到1%,并有不同程度板结(盐渍化),孔隙度小,不利于作物生长。纵横行走微耕机开沟,实施秸秆埋施生物腐熟技术,利用微生物分解动植物遗体,增加土壤肥力(含微量元素),利用微生物分解消除有害物质,改良土壤。

5.3利用暗精量灌施工程追施液肥

水和营养液具有良好流动性,极易实现人为定量输送到一定位置。暗精量灌施工程应用是由纵横行走微耕机的作业特性引伸拓展而来。暗精量灌施工程由固定畦埂、管路地下网络和管路网络终端等组成。固定畦埂由混凝土或其他材料的多种予制件组装而成,管路网络置于固定畦埂内,纵向畦埂内的管路设置适量接口,它们常年不拆卸,管路终端与接口联接,管路终端出口可置于作物根茎周围的表土层以下一定深度,也可以采用其他方式放置,管路终端每种一茬拆一次装一次。所谓精量是指把一定的水或营养液注入到作物根系周围一定范围的土壤内,一定范围以外的土壤不渗入或极少渗入。由于表面张力作用,水和营养液可储存在一定范围土壤间隙内,作物从中吸取营养。一定范围的土壤作为营养液容器与无土栽培营养液的载体(池或槽)作用相同,这里只是载体形式上的不同。

5.3.1追施效果明显

利用暗精量灌施工程追施营养液,只要作物生长需要随时随地可进行追施。这样无论作物生长期多长,根据作物不同生长期的需求,合理安排每次精量灌施营养液的数量和一定时段的灌施频次,就可实现供肥及时、营养元素全面的科学施肥目标。

5.3.2与滴灌相比具有的优势

滴灌使水或液肥从土表面施入,不能做到精量施入,施入面积大,施入的水或液肥多,作物根系不能吸收的比例比暗精量灌施工程大。滴灌使水从土表面施入,表土层含水量大,在低温情况下易形成设施内的高湿。而暗精量灌施工程从土层以下2~3cm注入水或营养液,水分含量从下往上成递减状态,水的蒸发少,有利于降低湿度,减少高湿引起的病害。

5.3.3有效提高劳动生产率

传统追化肥一般在根茎附近挖坑,投肥,掩埋费工费力费时,用地下管路网络追施液肥,人只操纵控制机构就可实现追施肥,大大提高劳动生产率,降低成本,减轻劳动强度。

5.3.4有利于环保

实施精量追施营养液,底肥不在施入化肥,减少化肥的流失。追施营养液等使根系以外土层不渗入或极少渗入,这样基本杜绝肥力的流失,提高肥料利用率,又减少对土壤环境的不利影响。

5.3.5能够提高地温

在寒冷季节,白天太阳照射表土层温度有所提高,但耕作层土壤温度受地下低温传导作用,使整个耕作层温度上高下低,不能满足作物根系的需要;日光温室传统种植用水温度在10℃以下,灌溉后不利作物生长。暗精量灌施工程可以把水或其他溶液加温后注入到土层以下2~3cm,从而使整个耕作层的温度环境有利于作物生长。

5.3.6探索在盐碱和瘠薄沙地土壤的扩大应用

暗精量灌施工程能在作物根系附近建立适于作物生长的小环境,所以在盐碱和瘠薄沙地土壤扩大应用完全可能。

(1)在盐渍土地应用的可能性。由于风吹日晒,水分的蒸发,盐渍地表土1~2cm的盐量比例高,极易形成板结,板结的地表使农作物不易破土出苗,造成农田缺苗和弱苗的比例高。本技术在盐渍地应用有4个优势:①整地后蔬菜钵苗移栽其上,根部在表土层2cm以下,不存在破土出苗问题;②设施内地表水分蒸发少,另外水和营养液按需从表土层以下2~3cm处注入,有一部分水分往地表方向渗入,增加表土层的水分含量,表土层盐(碱)的含量比例降低,表土层不发生板结;③选合理精量灌施水和营养液的频次,能使作物根系附近的土壤含盐量控制在0.1%~0.2%,各种蔬菜都可种植;④每茬种植行面中线机械开沟埋施农家土肥和有机肥,使种植行土壤得到改良,增加肥力,不发生板结,此外畦面中线机械可沟埋施生物技术腐熟秸秆,二者结合逐步使土壤得到改良,不断增加土壤中的有机质含量,增加土壤肥力,有机质含量高,在设施内的温度和湿度环境下,有利于微生物生长繁殖,微生物多有利于土壤中的污染物的分解,消除污染。

(2)在瘠薄沙地应用的可能性。瘠薄沙壤地含砂量多、孔隙度大,水和其他液肥不易藏储,水分极易蒸发,甚至较深层的水分也保不住。本技术在瘠薄沙壤地应用有3个优势:①埋施生物腐熟秸秆和沟施有机底肥以及加入适当的黏土粉,有利于改良土壤,提高肥力,增加水肥储蓄能力;②暗精量追施水和营养液,极易实现勤追少追,又不使水和营养液渗漏或极少渗漏到根系以外;③设施内的环境可减少水分蒸发,有利于水土保持。

6小结

暗精 量追施营养液与畦内机械开沟埋施生物腐熟秸秆还田,沟施有机底肥相结合,这样番茄等作物初、中生长期由土壤提供营养和水,蔬菜生长到后期或更长生长期,肥力不足时,由暗精量灌施工程追施营养液,使作物在整个生长期内得到及时的全面营养。这样就形成与无土栽培科学施肥效果相同的具有有土栽培特色的一套科学施肥方式。综上所述,本技术在设施有土栽培蔬菜超高产的生产中有着广阔的发展前景