蔬菜园艺场种养结合规模匹配探索

刘冲,张瑞明,李珍珍,陈珏

(1.上海市嘉定区农业技术推广服务中心,201800；2.上海市农业技术推广服务中心)

蔬菜园艺场种养结合规模匹配探索

刘冲1,张瑞明2,李珍珍2,陈珏1

(1.上海市嘉定区农业技术推广服务中心,201800；2.上海市农业技术推广服务中心)

规模化蔬菜园艺场采用种养结合生产模式科学处理利用废弃物资源,种植业与养殖业规模相匹配问题成为关键性要素。以常规蔬菜生产和鹅、鸡肉禽养殖的基础数据为基础,通过简单数量关系推导出种养结合规模匹配计算模型,为规模化蔬菜园艺场利用“菜―鹅―肥”与“菜―鸡―肥”2种种养结合生产模式提供了可靠的计算依据。

蔬菜园艺场；种养结合；规模；匹配

种养结合模式是指将蔬菜种植、畜禽养殖联合成一体,通过设施大棚实现蔬菜种植与畜禽养殖的有机结合,即利用设施大棚种植蔬菜和养殖肉禽,以蔬菜生产与加工的可饲类废弃物为饲料,利用管棚进行畜禽养殖,以茄果类等秸秆废弃物为畜禽养殖垫料,以畜禽粪便与不可利用的蔬菜废弃物等为原料制成有机肥还田,实现资源的循环利用。

近年来,随着规模化蔬菜园艺场的发展,蔬菜生产加工产生的蔬菜皮壳、秸秆等废弃物资源的科学处理成为热点问题,众多园艺场种植蔬菜的同时进行鹅、鸡等肉禽养殖,以蔬菜生产加工废弃物作为肉禽养殖的补饲青料,同时将肉禽养殖的垫料和粪肥返回至蔬菜生产。这种种养结合的生产模式能实现种植、养殖废弃物的资源化利用,不仅经济效益、生态效益显著,而且有利于农业结构的调整和产业的可持续发展[1～4]。但是,蔬菜种类繁多、茬口布局复杂,不同种类蔬菜、不同茬口结构产生的蔬菜皮壳、秸秆等蔬菜废弃物量有所差别,不同类肉禽对饲料、垫料即蔬菜皮壳、秸秆的需求也存在较大差异,若种植规模大,养殖规模小则不能有效处理种植废弃物,反之则不能满足养殖饲料、垫料的需求,因此解决种植规模与养殖规模的匹配问题非常重要[5]。针对这一问题,多采用线性规划的方法进行解决[6～8],虽具有丰富的理论意义,可实际应用中有一定难度,本文通过简单数量关系推导种养结合规模匹配计算模型。

1 蔬菜园艺场废弃物生成与需求情况

1.1 蔬菜废弃物分类及生成量

随着蔬菜种植以及加工配送规模的不断扩大,规模化蔬菜园艺场每年产生大量的蔬菜废弃物,包括绿叶菜皮、茄果类蔬菜秸秆等多类废弃物,根据养殖对蔬菜废弃物的利用途径可将其划分为可饲类、垫料类和沤堆类3类。其中可饲类主要包括生菜、青菜、杭白菜、油麦菜等绿叶菜和卷心菜、花椰菜、西兰花等甘蓝类蔬菜；垫料类主要包括番茄、辣椒、茄子等茄果类蔬菜和毛豆、玉米等秸秆成分较重的蔬菜种类；沤堆类则为蔬菜园艺场生产过程中产生的既不可直接喂饲肉禽又无法用于垫料的蔬菜,如豇豆、豌豆、黄瓜等藤蔓类蔬菜。通过调查典型蔬菜园艺场得知(图1及表1),可饲类、垫料类、沤堆类蔬菜种植总面积分别为396.198、30.682、148.207 hm2,所占比例分别为69%、5%、26%；各类废弃物总生成量占比与面积比相当；用作肉禽养殖的鲜食饲料及补饲青料的可饲类蔬菜废弃物667 m2生成量鲜质量为1.32 t、干质量0.09 t,干物质比重为6.8%；用作肉禽养殖垫料的垫料类蔬菜废弃物667 m2生成量鲜质量为1.43 t、干质量0.54 t,干物质比重为37.8%,茄果类、毛豆、玉米等种类中玉米的667 m2生成量最高,约为1.26 t；用作沤堆制肥的沤堆类蔬菜废弃物667 m2生成量鲜质量约0.94 t,干质量为0.21 t,干物质比重为22.3%。

图1 各类蔬菜种植面积占比

1.2 肉禽养殖对蔬菜废弃物需求量调查

利用种植蔬菜的设施大棚进行肉禽养殖,以蔬菜生产与加工的可饲类废弃物为饲料,以茄果类等秸秆废弃物为畜禽养殖垫料,但不同的肉禽种类和养殖方式对补饲青料和垫料的需求量有所区别。

对相关蔬菜园艺场试验性养殖鹅、鸡的情况进行统计,根据蔬菜园艺场的规模及养殖管理技术规范确定,肉禽苗分批入场,一般鹅每月可入场1批,考虑极端低温、高温对鹅苗生长的不利影响,全年入场10批为宜,而鸡苗则2～3月入场1批为宜,考虑批次之间的科学间隔,全年入场5批为宜。相对鸡而言,鹅养殖过程中对可饲类蔬菜废弃物及垫料的消耗量较高。据统计,每羽鹅整个生育期需要可饲青料约400 kg、垫料约4 kg,每只鸡整个生育期需要可饲青料约45 kg、垫料约2.5 kg。养殖一周期后垫料均有所增加,鹅养殖垫料由4 kg增加为6 kg,鸡养殖垫料由2.5 kg增加为3 kg,回收垫料可用作有机肥沤堆原料。

1.3 种养配比分析

在蔬菜园艺场种植加工的基础上,利用蔬菜废弃物进行肉禽养殖,主要应用可饲类和垫料类废弃物, 2种规模相匹配的理论条件是蔬菜种植的可饲类、垫料类废弃物的生成量能达到一定养殖规模的需求量,且利用量接近但不超过生成量,实际操作中还需考虑蔬菜种类、各类蔬菜种植面积比对废弃物生成量的影响及肉禽对废弃物的实际利用率等问题。

表1 园艺场蔬菜种植情况及废弃物生成量统计

2 模型的建立

2.1 符号含义

为了建立种养结合生产模式的模型,现用特定字母表示相关量:

Sc表示园艺场耕地面积(667 m2)；Im表示复种指数；

St表示园艺场年种植面积(667 m2)；

Rf、Rb、Rs分别表示可饲类、垫料类和沤堆类蔬菜种植比例(%)；

Sf、Sb、Ss分别表示可饲类、垫料类和沤堆类蔬菜年种植面积(667 m2)；

UQf、UQb、UQs分别表示可饲类(鲜)、垫料类(干)和沤堆类(鲜)蔬菜废弃物667 m2生成量(t)；

Qf、Qb、Qs分别表示可饲类(鲜)、垫料类(干)和沤堆类(鲜)蔬菜废弃物总生成量(t)；

Vfpg、Vbpg分别表示1羽鹅的补饲青料量(kg)和垫料量(kg)；

Vfpc、Vbpc分别表示1只鸡的补饲青料量(kg)和垫料量(kg)；

Vfg、Vfc、Vbg、Vbc分别表示鹅、鸡养殖补饲青料、垫料总需求量(t)；

PQg、PQc和Qg、Qc分别表示鹅、鸡的每批养殖量和总养殖量(羽、只)；

Ng、Nc分别表示鹅、鸡的全年养殖批次(批)；

MRf、MRb、MRs、MRo分别表示可饲类、垫料类、沤堆类蔬菜和商品有机肥干物质比重(%)；

Qo表示有机肥生成量；

Qof、Qob、Qos分别表示可饲类、垫料类、沤堆类蔬菜废弃物可制成有机肥量(t)；

△Qf、△Qb分别表示可饲类、垫料类蔬菜废弃物养殖利用后的剩余量(t)。

2.2 数量关系

根据常识,单纯鹅养殖(鸡养殖)中上述相关量之间存在如下关系:St=Sc×Im；Sf=St×Rf；Sb=St×Rb；Ss=St×Rs；Qf=UQf×Sf；Qb=UQb×Sb；Qs=UQs×Ss；Qg= PQg×Ng(Qc=PQc×Nc)；Vfg=Qg×Vfpg/1 000(Vfc= Qc×Vfpc/1 000)；Vbg=Qg×Vbpg/1 000(Vbc=Qc× Vbpc/1 000)；△Qf=Qf-Vfg；(△Qf=Qf-Vfc)；△Qb= Qb-Vbg；(△Qb=Qb-Vbc)；Qof=△Qf×MRf/MRo；Qob=△Qb/MRo；Qos=Qs×MRs/MRo；Qo=Qof+Qob+ Qos。

2.3 相关量分析及常规假设

模型中使用的各相关量中,St即园艺场年种植面积(667 m2),为园艺场全年种植所有蔬菜面积总和,园艺场可根据往年的种植情况简单统计得出；Im即复种指数,指全年种植蔬菜总面积(667 m2)与园艺场实际耕地面积的比值,由St数据可计算得出,按照综合类蔬菜园艺场生产安排,可假设为5～6；Rf、Rb、Rs分别为可饲类、垫料类和沤堆类蔬菜亩次种植比例(%),通过生产统计,可常规假设Rf、Rb、Rs值分别为60%、10%、30%；UQf、UQb、UQs分别为可饲类(鲜)、垫料类(干)和沤堆类(鲜)蔬菜废弃物亩次生成量(t),由蔬菜废弃物分类及生成量统计得知 UQf=1.32 t、UQb=0.54 t、UQs=0.94 t；Vfpg、Vbpg即1羽鹅的补饲青料量(kg)和垫料量(kg),Vfpc、Vbpc即1只鸡的补饲青料量(kg)和垫料量(kg),经试验养殖统计得知,Vfpg=400 kg、Vbpg=4 kg、Vfpc=45 kg、Vbpc=2.5 kg；Ng、Nc即鹅、鸡的全年养殖批次(批),根据蔬菜园艺场的规模及养殖管理技术规范确定Ng为10批、Nc为5批；MRf、MRb、MRs、MRo分别为可饲类、垫料类、沤堆类蔬菜和商品有机肥干物质比重(%),根据表1中平均值可计算得MRf=6.8%、MRb=37.8%、MRs= 22.3%,根据商品有机肥含水量指标知MRo约为70%；根据Qf、Vfg、Vfc和Qb、Vbg、Vbc的值可分别算得△Qf、△Qb的值。

2.4 模型建立

理论上,可行的种养结合生产模式应满足△Qf≥0、△Qb≥0,即有条件的种养相结合,计划制定时可根据园艺场原先的种植规模及品种结构计算养殖规模或通过可行的计划养殖规模合理调整种植品种结构,从而形成规模相匹配的种养结合生产模式。考虑实际生产中蔬菜园艺场以种植为主,且废弃物利用过程中存在一定的浪费,一般可饲类、垫料类蔬菜废弃物养殖利用率计算值不高于70%,即△Qf/Qf≥0.3,△Qb/Qb≥0.3。鸡养殖中对场地及管理措施要求较高,而对废弃物的需求量相对较低,可饲类、垫料类蔬菜废弃物养殖利用率不足20%,因此单纯养鸡时△Qf/Qf、△Qb/Qb值需控制得更高,即△Qf/Qf≥0.8,△Qb/Qb≥0.8。因此,鹅养殖、鸡养殖模型可分别总结为,鹅养殖:PQg≤70% Qf/(Vfpg×Ng)且PQg≤70%Qb/(Vbpg×Ng)；鸡养殖: PQc≤20%Qf/(Vfpc×Nc)且PQc≤20%Qb/(Vbpc× Nc)。

另试验养殖中发现,可饲类废弃物的利用率高于垫料类,因此计算养殖量时可根据Qf值计算,后以Qb复核更为简便。

3 模型的求解

按照20 hm2规模的蔬菜园艺场计算,考虑上海地区蔬菜园艺场的蔬菜品种以绿叶菜为主,设定:Sc=20 hm2,Im=5,Rf=60%,Rb=10%,Rs=30%,则根据UQf=1.32 t、UQb=0.54 t、UQs=0.94 t可算得Qf =1 188 t、Qb=81 t、Qs=423 t。

“菜—鹅—肥”模式:根据△Qf/Qf≥0.3以及Ng=10批、Vfpg=400 kg算得Qg≤2 079羽、PQg≤207.9羽；按照2 000羽计算,△Qb/Qb=0.9,验证知可行；按PQg=200羽、Vfpg=400 kg、Vbpg=4 kg计算得Vfg=800 t、Vbg=8 t,△Qf=388 t、△Qb=73 t；根据MRf=6.8%、MRs=22.3%、MRo=70%可计算得Qo= 276.74 t；综上可知,20 hm2耕地规模蔬菜园艺场按照常规Im=5、Rf=60%、Rb=10%、Rs=30%的种植方式,可承载2 000羽鹅的年养殖量,全年分10批进行,同时可产生276.74 t有机肥。

“菜—鸡—肥”模式:根据△Qf/Qf≥0.8以及Nc=5批、Vfpc=45 kg已知量算得Qc≤5 280只、PQc≤1 056只；按照5 000只计算△Qb/Qb=0.85,验证知可行；按PQc=1 000只、Vfpc=45 kg、Vbpc= 2.5 kg可计算得Vfc=225 t、Vbc=12.5 t,△Qf=963 t、△Qb=68.5 t；根据MRf=6.8%、MRs=22.3%、MRo= 70%可计算得Qo=326.14 t；综上可知,20 hm2耕地规模蔬菜园艺场按照常规Im=5、Rf=60%、Rb=10%、Rs=30%的种植方式,可承载5 000只鸡的年养殖量,全年分5批进行,同时可产生326.14 t有机肥。

4 模型应用讨论

利用文中所建立的模型,可依据规模化蔬菜园艺场的生产情况,通过基础生产数据的调查统计,便捷测算出养殖存载量,但仅适用于鹅养殖或鸡养殖的单一种养结合生产模式应用计算,若某规模化蔬菜园艺场条件允许,可同时开展鹅养殖和鸡养殖,则该模型应用需进一步深化,可分4步进行:首先,按照单一模式进行测算,计算出相关数据量,如鹅的养殖存载量；其次,将鹅养殖量减少并定量,以确保鸡养殖,并计算出鹅养殖中各类资源实际使用量；第三,依照相关数量关系计算出鹅养殖之外各类资源的剩余量,再通过单一鸡养殖模型测算存载量；最后,核算鹅养殖和鸡养殖对各类资源的实际需求量,以确定能共同存载。

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Research on Scale Matching of Planting-breeding Combined Pattern in Vegetable Farms

Planting-breeding combined production pattern was considered as a scientific processing and utilizing way for the wastes in large scale vegetable farms,and the scale matching of planting and breeding became the critical factor. Based on the essential data of vegetable production and goose and chicken breeding,this paper gave the scale matching calculation model of planting-breeding combined pattern through the simple quantitative relation,and also provided credible calculation basis for the"vegetable-goose-manure"and"vegetable-chicken-manure"production patterns in large scale vegetable farms.

Vegetable farms；Planting-breeding combined pattern；Scale；Matching

10.3865/j.issn.1001-3547.2013.02.018

上海市科技兴农推广项目（沪农科推字（2008）第4-3号）

刘冲（1981-）,男,硕士,农艺师,主要从事蔬菜生产技术研究

陈珏（1968-）,女,通信作者,硕士,高级农艺师,主要从事蔬菜生产技术研究,E-mail:goodbaby001@126.com

2012-10-30