都市菜园生产模式之三：蔬菜集约化生产

郭斗斗,黄丹枫

(上海交通大学农业与生物学院,200240)

都市菜园生产模式之三：蔬菜集约化生产

郭斗斗,黄丹枫

(上海交通大学农业与生物学院,200240)

分析了都市农业中发展蔬菜集约化生产的重要意义，指出集约化生产对都市新鲜蔬菜的保障供给和质量安全具有重要作用。通过对都市农业发展中蔬菜集约化生产模式的探究，总结了工厂化育苗、设施生产、资源高效利用、采后加工及商业化管理等集约化生产的关键环节，并提出了集约化生产发展中的环境问题和制约因素及其解决方案。

都市农业；蔬菜生产；集约化

专家论坛 黄丹枫

博士，上海交通大学农业与生物学院植物科学系教授，现代农业与生物工程训练中心主任，上海市重点学科蔬菜学科带头人，教育部园艺学教学指导委员会成员，上海交通大学学术委员会委员，享受国务院特殊津贴。主持国家科技支撑计划、“863”计划重点课题、科技部农业成果转化、上海市科技兴农重点攻关等科研项目；获国家科技进步二等奖、上海市科技进步奖多项。发表SCI等优秀论文100余篇，主编《现代温室园艺》、《工厂化育苗理论与技术》、《观赏蔬菜》等学术专著。曾获上海市优秀青年科技启明星、全国优秀教师、上海市优秀学科带头人、上海市巾帼创新奖、全国三八红旗手、全国优秀科技工作者、科技部世博科技先进个人等荣誉称号。

1 都市蔬菜供给保障与质量安全

1.1 都市蔬菜质量安全保障的需求

都市农业是位于城市、郊区及其周边地带,以都市为依托,为满足现代化都市发展需要而形成的现代农业,具备商品生产、生态建设、旅游休闲、文化教育、出口创汇、示范辐射等多重功能[1]。目前我国城镇化的速度越来越快,伴随城市人口的增长和人们消费水平的提高,需要提供更多高品质的新鲜蔬菜等农产品来保障城市居民的基本生活。城镇化过程中造成城郊农业用地的减少、农业劳动力的流失,农产品质量安全以及极端气候的频繁发生等问题对新鲜蔬菜的安全稳定供给提出更高的要求。

中国是蔬菜生产和消费大国,生产了全世界37.7%的蔬菜。作为居民每日生活的必需品,蔬菜供给具有生产周期长、季节性明显、储存期短、难储运易损耗等特点[2]。近些年来,大中城市的蔬菜供应问题越来越严峻,政府部门通过“菜篮子”工程等来保障城市蔬菜的供应,但仍然存在蔬菜自给率不足、蔬菜流通和配给体系不健全、蔬菜价格波动明显等问题。长期依靠外地蔬菜供给会影响城市的经济稳定,并增加物流和环境的压力,而且无法保证蔬菜生产过程中的质量安全,尤其是北京、上海等人口过千万的大都市,确保蔬菜的自给能力和安全非常重要。

1.2 集约化生产保障都市蔬菜供给与安全

蔬菜的集约化生产是指在单位面积土地上投入较多的资金、装备、技术、劳动力等,从而取得较高的产出与效益的种植模式[3]。集约化生产具有节约资源、高投入高产出、生产优势明显和周年稳定性等优点。

马克思在《资本论》中对农业集约化经营作了精辟的论述:“所谓耕作集约化,无非是指资本集中在同一土地上,而不是分散在若干毗连的土地上。”1863年发表的《孤立国》中,屠能(J.H.von Thune, 1783-1850年)提出了农业集约度理论,分析了农业生产经营与市场远近的关系:距离城市愈近,运费愈少,价格愈贵,愈需从事集约经营,而在距离城市最近的自由式农业适于生产不耐远途运输的园艺作物及饲养奶牛。1912年布林克曼(T. Brinkmann,1877-1951年)在《农业经营经济学》提出集约程度的高低受农业企业的交通位置、农场的自然状况；国民经济的发展情况；企业家个人的情况[4,5]等集约性因素的影响。

发展都市和近郊农业(Urban and Peri-urban Agriculture,UPA)为城市供应蔬菜提供了有力地保障,蔬菜的集约化生产模式可以大幅度地提高蔬菜播种面积,提高单位面积产量,保障蔬菜高产高效和营养品质,同时通过土地、水资源和肥料等的高效利用,可以节约资源、保护环境,并通过周年持续生产的方式为都市提供稳定的蔬菜保证。都市农业作为劳动密集型生产在城市郊区可以吸收部分劳动力,在近郊生产也有利于建立消费者与生产者之间的互信。在我国城镇化和农业现代化不断发展的条件下,为满足城市居民对营养丰富、种类繁多的蔬菜产品需求,在都市及郊区发展蔬菜的集约化生产具有重要意义,是实现我国现代蔬菜产业化生产的重要环节。

2 蔬菜集约化生产

2.1 蔬菜集约化生产模式

蔬菜集约化的生产方式是在同一面积上投入较多的生产资料和劳动,通过精耕细作,提高单位面积产量,增进生产效益。蔬菜集约化生产体现了资本的集中投入、资源的节约利用和社会、经济效益的最大化。

在都市农业发展中,蔬菜集约化生产的组织特点和经营模式呈现出多元化和结构化,形成了公司加农户的契约模式、基地加中央厨房的联动模式、合作社与商场的对接模式、农区与社区对接的互动模式、农民与市民的家庭农场模式。蔬菜的集约化生产以质量、规模、效益和技术集约为基本特征,把质量经营放在首要的位置上,通过提高管理质量、服务质量,实现高效生产；通过集团化、规模化的生产经营方式,集中生产要素；通过人才集聚和科学技术的推广应用,以提高效益为最终目标。

2.2 蔬菜集约化生产的关键技术

蔬菜集约化生产的关键技术主要体现在工厂化育苗、设施蔬菜生产等关键技术的应用,高效利用资源,以市场为导向,建立蔬菜产品生产、加工、储运、营销为一体的综合农业生产系统。

①工厂化育苗工厂化育苗是蔬菜集约化生产的第一步,是指在人工可控环境下,运用机械化、自动化手段,采用科学化、标准化技术,按照一定的工艺生产流程生产种苗的现代农业生产方式[6]。秧苗的整齐度、健壮程度、抗逆能力等对蔬菜后期的生产过程起到了非常重要的作用。工厂化育苗通过对育苗环境进行有效控制,集中光热水肥资源,实现了灌溉的精准化及机械化,大幅度改善蔬菜秧苗的质量,缩短育苗周期,可以为农户及蔬菜生产企业提供高质量的种苗。

工厂化育苗不仅可以使种苗企业通过技术集约、资金集约、资源合理配制进行商品苗规模化生产来获得经济效益,而且使种植的农户采用高质量商品苗种植,减少了育苗的设备和劳动投入,同时减少了品种选择的盲目性[6]。通过采用工厂化商品苗,后续的集约化种植过程更容易实现光温调控、肥水管理、农艺操作等作物管理的一致性,可以有效提高劳动效率、增加单位面积的产量和改善蔬菜品质。

目前,我国蔬菜种苗市场需求大,以上海地区为例,番茄生产面积为1 180 hm2,需育苗6.2亿株；茄子生产面积为950 hm2,需育苗3 600万株；黄瓜生产面积为1 160 hm2,需育苗6 100万株；结球甘蓝生产面积为3 000 hm2,需育苗24 100万株；西甜瓜生产面积20 010余hm2,需种苗1.6亿株以上[7]。

②设施蔬菜种植的机械化、自动化和智能化设施蔬菜是设施农业发展的重要部分,通过保护性设施如地膜、拱棚、温室等,利用现代农业工程技术,为蔬菜提供相对可控稳定的生产环境,并通过人工控制营养、水分、光照、温度等,为蔬菜生产创造相对适宜的生长环境。与传统露地蔬菜种植相比,设施蔬菜种植克服了外界环境气候资源中很多难以解决的限制因素,加强了资源的集约高效利用,同时打破了传统农业地域和季节的自然限制,能够满足都市农业对蔬菜的较高营养品质、高档次和多种类的需求[8]。

设施蔬菜种植通过对生产环境的有效控制和对操作机械的消毒措施等,能有效防止病虫害的发生和传播,从源头上减少各种真菌、细菌、病毒及害虫对蔬菜的为害,从而大幅减少各种农药的使用。设施环境还可以通过配合完善的信息监测系统和自动化的机械装备来实现生产的自动化和产品的追溯体系。其中,无土栽培技术配合设施环境控制能够明显提升作物产量品质,同时还可解决传统土壤栽培中次生盐渍、病虫害累积等限制问题,具有很好的发展前景。

由于农业劳动力成本的上升和集约化蔬菜生产过程中规模化、专一化的需求,设施蔬菜生产过程园艺机械与设备的使用越来越普遍。在灌溉中,可以配备苗床的自动灌溉水车,在滴灌渗灌中使用电磁阀控制灌溉系统；在无土栽培中,通过定比吸肥器配备潮汐灌溉苗床可以实现水肥一体的浇灌；在温湿度控制中,电动卷帘机、循环风机、空气加热器、弥雾装置、供暖系统等可以实现对温度和湿度的精确调控；在光照及CO2调节中,通过遮阳网、补光灯、CO2发生器等对植物的光合作用要素进行调控；随着设施园艺发展,在设施内作业的小型园艺机械装备如播种机、旋耕机、移栽机、采收机、授粉器、喷雾器等有效提升了劳动生产能力,替代人工劳动完成高强度、费工费时的工作；而在植物保护方面,各种生态综合防治装置如诱虫灯、蓝黄板、熏蒸器、紫外消毒器等通过物理、生物、化学的方法实现了对病虫害的有效控制。

大棚及日光温室的机械化和自动化的程度相对较低,目前比较普遍采用的技术有地膜覆盖、滴灌、喷灌等,环境控制主要通过人工放风和覆盖材料的收放,但单位面积的产量和露地生产相比仍有很大提高,由于成本低和建造简易等优点目前在我国的实际生产中占据较大比例。在部分塑料及玻璃连栋温室中配备有苗床、浇水车、循环风机等,并通过加温、补光设备对设施环境进行优化,是目前国内农业企业进行集约化生产的主要方式,以育苗和高档花卉生产为主。

在大型智能连栋温室中,集约化生产以设施环境及作物生产综合控制系统作为管理的核心,通过信息收集整合、计算机处理、模型智能预测结合商业目标配置对整个作物生产系统进行实时监控和调整。各种环境因素和植物生长信息通过全面高效的信息监测系统进行捕获,并结合温室硬件的自动化控制,对温室小气候实现精确调控,是目前荷兰等园艺产业发达国家设施蔬菜生产的主要方式,目前在我国主要以观光展示和技术示范为主。

密闭型植物工厂是设施环境完全人工控制的形式,采用人工光在与外界环境隔绝的条件下进行植物生产,通过营养液栽培、空气调节、温光控制等实现植物生长的全程精确控制[9]。与开放型利用阳光的温室相比更加节约土地和肥水资源,植物工厂通过高密度、多层立体栽培和全封闭的环境控制,使单位面积蔬菜产量达到更高的水平,体现了集约化栽培的优势。目前,在日本已有叶菜类蔬菜的商业化植物工厂投入运营。

③资源高效利用集约化生产过程中,距离城市越近,土地的成本越高,因此需要充分发掘土地的利用价值。土地的高效利用需要露地种植配合设施生产,例如北方日光温室外耕地可用于种植部分耐荫及香辛类蔬菜,以达到补充生产和趋避害虫的效果；南方水域面积较多,可以种植水生蔬菜,设施周围的边角地带可以生产需求量较小的特种蔬菜及观赏性蔬菜。

在目前中国城市水资源短缺较为严重的条件下,蔬菜集约化生产对水资源的要求更高,例如无土栽培中对水质的要求比较严格,pH值及各种离子浓度需要控制在一定的范围内。在集约化生产中,通过设施集雨、地表水生态净化、温室冷凝水回收等技术,可以增加农用水资源；同时,在生产中,还可通过精准灌溉、适度灌溉、营养液循环等措施节约农业用水。

有机肥的使用不仅能够满足植物营养需求,还能促进土壤理化结构的改善,有利于实现菜田的可持续生产。在生产中,作物秸秆及城市生物垃圾等均可以通过腐熟发酵制作有机肥,应因地制宜,选择当地较为可靠稳定的有机肥来源进行加工或者使用商品有机肥,防止自制有机肥出现病原菌和重金属污染。

光热资源在集约化农业中的高效利用体现在对温室加温技术改进及可再生能源的利用,如利用太阳能提供温室环境监控系统的电力供应；利用地下水体储热放热,实现夏季和冬季温度的协调。

④商品化及物流管理蔬菜的商品化处理技术是蔬菜从农产品转化为商品过程中,减少采后损失和提高附加值的重要手段,它包括蔬菜的采收、整修、清洗、分级、包装、运输及销售过程中的保鲜方法与技术[10]。以上海为例,蔬菜的商品化处理率很低,机械化程度更低,采后损耗率达到20%,其中叶菜类的损耗率最高,达到20%～25%,而发达国家的农产品采后损失控制在5%以下,在集约化的蔬菜商品化处理中应当提高机械化程度,建立健全蔬菜产品标准化制度,建设冷链系统,引导和培养消费者形成净菜消费和绿色消费习惯[11]。

在集约化生产中,需要引进现代物流管理系统,建立蔬菜生产流通物联网及产品追溯系统,对蔬菜的种子来源、产地、播种收获期、农药化肥使用情况等种植信息进行记录,可以利用条形码或者二维码等快速识别技术进行物流追踪。

2.3 集约化生产管理策略

集约化生产过程中因为单位面积的产值较高,设施条件下环境改变导致出现病虫害的风险相对较高,环境危险因素的控制要求较为严格。因此,在环境条件控制不好时,容易发生病虫害,为了预防病虫害发生而采用的植保防治以及生产过程中污染的控制等需要按照一定的标准规范来进行,如GAP、QACCP等质量管理体系[12]。同时,根据生产目标定位,进行相关农产品的认证,如无公害蔬菜、绿色蔬菜、有机蔬菜等,并严格按照相关标准指导生产。集约化生产中管理理念包括产品可追溯、有害生物综合防治IPM、节能减排以及有机物循环利用等,在保证经济效益的基础上最大幅度地实现环境生态效益。

集约化生产过程中首先需要做到作物种类品种的合理选择,在结合当地气候条件的基础上,适宜城市近郊生产的园艺作物包括以下特点:不耐储运、附加值高、新奇特、高档专供等,在生产中注重品牌效益,可以申请蔬菜商标。

充分利用地缘优势,可以通过城市冷链物流系统进行食堂、酒店、超市配送；利用港口机场等进行出口创汇；利用蔬菜生产基地的示范展示效应进行品牌推广；通过网络平台,建立电子商务,进行虚拟化生产,将生产基地与社区或学校等单位结合；采用产业合作联盟形成农业企业群,通过农业园区中的不同公司之间合作与竞争,促进整体产业发展[13]。

3 集约化生产存在的问题与解决方案

3.1 集约化生产对环境的影响

在都市农业发展的过程中,集约化蔬菜生产由于长期土地高强度利用和农用化学品过度投入会导致土壤出现养分失衡、土壤酸化、有害物质积累、生物多样性衰退等弊端,给种植系统与环境带来巨大压力和严重威胁[14]。由于前期发展水平限制,集约化生产过程可能出现的问题有:合成农药的安全使用问题,肥料过度使用导致营养流失、水资源浪费和污染、有机肥腐熟过程对环境的污染问题等。例如,非洲西部地区在都市蔬菜种植过程中旱季使用城市废水进行灌溉,存在重金属离子超标等安全隐患[15]。而在我国山东寿光,由于化肥的过度使用,土壤次生盐渍化和地下水的污染问题很严重。

3.2 集约化生产发展的制约因素

目前,我国的农业设施化水平相对较低,大部分的设施生产集中在日光温室和塑料大棚,环境控制和机械化程度较低。相对传统蔬菜种植,发展集约化生产的前期投入成本较高,单个农户难以经营,需要通过蔬菜生产基地、农业企业或农业合作社的组织来实现。

土地流转问题、财政支持力度、资金技术人才引进等在发展集约化农业生产中也起到制约作用,在政策方面,政府需要根据实际情况对集约化蔬菜进行合理的区域规划、建设集约化农业生产园区、对生产单位进行补贴和支持等。

3.3 解决方案和建议

城市发展的供给需求和环境压力同样重要,应十分重视集约化蔬菜生产带来的土地长期高强度利用和农用化学品过度投入等环境影响。合理规划蔬菜生产,稳定生产区域；依靠科学技术,合理使用农药化肥；通过建立生态补偿机制,加强对土壤、水资源的保护；通过政策引导,发展生态农业、低碳农业。

在实施新一轮“菜篮子”工程建设过程中,通过推进蔬菜标准园建设,提高农业设施化水平和机械化程度；通过政策扶持和科技驱动,增强农业企业发展集约化生产的能力；形成和完善集约化生产区利益补偿、耕地保护补偿和生态补偿措施[16],扶持蔬菜集约化生产企业的发展。

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Urban Agriculture Production Mode 3:Intensive Production of Vegetables

This paper mainly discussed the importance of developing intensive management of vegetable production in urban agriculture,and pointed out the important roles of intensive production playing on guaranteeing the supply and quality and safety of fresh vegetables.The paper also studied the intensive production mode of vegetables in the development of unban agriculture,and summarized the key links of intensive production,such as industrialized seedling production,facilities production,efficient cultivation,postharvest processing and commercial management,in addition,the paper put forward environmental problems and restricting factors and related solutions in the development of vegetable intensive production.

Urban agriculture;Vegetable production;Intensive management

10.3865/j.issn.1001-3547.2013.04.001

国家863计划课题“设施农业数字化管理与精准化作业技术研究（2012AA101903）”，农业部公益性行业（农业）科研专项“都市型农业生产结构与种养殖模式研究（200903056）”，上海市农委项目“上海市绿叶蔬菜产业技术体系建设”

郭斗斗，男，博士研究生，研究方向为设施园艺，E-mail：adoutx@sjtu.edu.cn

黄丹枫（1956-），女，通信作者，博士，教授，主要从事设施园艺技术研究，E-mail：hdf@sjtu.edu.cn

2013-02-06