关于无土栽培发展中若干问题的探讨（5）温室自然光环境下的立体无土栽培

汪晓云+高丽红

体栽培是为了充分利用自然农田、建筑物的内外及温室环境空间的温、光、水、肥资源，通过间作、套种、混种和设置支架攀爬，实现农作物、瓜果蔬菜高效利用空间资源，获得高产的一种栽培模式，或是为了实现立体空间的绿化、美化而进行的栽培方式，这是通常广义的立体栽培。本文所述的立体栽培是指通过栽培设施、种植容器的几何组合，形成纵向或横向叠加的多层栽培设施装置，以实现株型较矮的作物在单位面积的空间中，栽植数量数倍于地面栽培，并以此获得高产量或营造立体种植景观的一种立体无土栽培模式。

立体无土栽培不仅是一种提高单位面积作物产量的技术手段和立体美化、绿化的造景技术，而且由于其离开了土地的束缚，可以在任何不具有可耕种土壤的区域应用，使植物种植可以无限地向空间拓展。只要具备良好的水、电资源，充足的光照，辅以栽培设施、植物种苗和所需的营养，就能进行植物的种植。而且，立体无土栽培设施的组合，可以充分发挥艺术想象力，只要有利于实现栽培及灌溉，可以设计、组合出各种立体艺术造型的栽培设施装置。所以，立体栽培在现代都市绿化景观营造，家庭阳台、屋顶农业种植，现代温室高产栽培，休闲观光温室的观光、采摘栽培中都得到了广泛应用。但是，作为温室环境下的立体无土栽培，其设施模式的选择、设施布局和立体层高的设计是有讲究的，立体栽培设施的设计、组合不当，不但难以获得良好的种植效果和较高的产量，反而降低了作物的品质和视觉效果，一些作物品种的优良特性、内在的良好品质难以显现出来，其结果是通过立体栽培生产了一堆“绿色垃圾”，没有实现经济价值和食用价值。笔者归纳总结了现有立体无土栽培设施特点及使用中存在的问题，并对无土栽培设施的合理利用提出了建议。

设施互相遮光，降低了空间的光利用效率

国内外的温室结构对比表明，通过科学的设计和理想型材的选择，精密的传动系统与覆盖材料配置，可以提高温室内光照5%～20%。同样，立体栽培设施的平面布置密度不同，高度不同、层间距不同、几何形状不同、设施的体量大小不同，对室内光环境的影响是很明显的。一般随着设施横向布置密度和纵向高度及层数的增加，空间的光照强度自上而下迅速递减。立体设施骨架、栽培容器体量越大，对相邻设施的阳光遮挡所造成的阴影也越大，同时层间设施结构、容器对光的吸收，均减弱了立体空间中下层的光照强度与作物的光合效率。

垂直光温条件差距较大，不宜栽培同种作物

温室中立体无土栽培不仅在垂直方向上存在光照强度的差异，而且空间的温湿度环境条件也存在较大的差异。

通过智能数据监测系统记录2011年9月下旬连栋温室内三层立体水培设施（下层离地60 cm，中层120 cm，顶层离地180 cm，每层宽60 cm，栽培架间距100 cm）各层的光照、温度、相对湿度的参数，并绘制成曲线图。

由图1可知，在晴天8：00～19：00之间，顶层光照强度在12：00～14：00最高，而中下层处于较低水平（与中午时分的太阳高度角及上下层的垂直遮挡有关），中午前后顶层的光照强度是中下层的15倍左右；中下层光照强度在9：30～10：30和15：00～16：00时较高（此时为斜射阳光照射到中下层的栽培床槽上），此时顶层光照强度是中层的1.5倍，是下层的3.7倍。

由图2可知，温度在10：00时，顶层（35.6℃）和中层（33.9℃）分别比下层（21.8℃）高出13.8℃和12.1℃。此后，随着降温设备（湿帘和风机）的使用，中层和下层温度差缩小，上下层之间温差均保持在2℃左右，顶层温度一直保持在30℃以上。15：00～19：00时，随着温度逐渐降低，各层之间温差保持在2℃左右，19：00～次日8：30，各层温度基本趋于一致。

由图3可知，立体无土栽培不同部位空气相对湿度也存在较大差异。顶层在9：00～ 18：00时的空气相对湿度只有20%左右，而中下层的相对湿度在60%～80%；19：00～次日8：00时，顶层相对湿度约为60%，而中下层相对湿度基本接近100%。顶层与中下层的空气相对湿度差平均为40%左右。

综上，在三层立体种植条件下，白天三层之间光照强度的差距是几倍到十几倍，温度差距在2～12℃，相对空气湿度相差约为40%左右。如果在不同层面上种植同一种作物，就会因为各层之间显著的环境条件差异而出现同种作物不同的生长状态（生长发育进程、健壮瘦弱、叶色、株型不一致），每层的产量、品质也就无法实现标准化生产。

另外，用A字架多層立体种植草莓，虽然增加了两侧栽培槽的植株栽植数量，但如果栽培架布置间距、层间距过小，就会导致两侧种植槽的植物只能享受到半天的阳光照射，一侧的中下层栽培槽的草莓果实产量之和与顶层种植槽的产量基本相当。而且，中下层草莓的果形小、品质低、商品性较差。所以，自然光利用型的立体栽培并不能如人们期望的那样，随立体栽培层数的增加，产量也呈“几何级”提高。而如果将立体栽培架的间距拉开，虽然相邻设施的互相遮光少了，但立体种植的植株数量优势也就体现不出来了。

立体栽培的蔬菜、花卉“商品性”欠佳

相比于草莓，人们普遍认为叶菜要耐弱光一些，一些花卉或观叶植物也比较耐弱光，但无论哪种作物，只要在同一温室环境下的不同垂直层面上种植，生长成熟周期、产品外观、商品性均很难获得一致。比如：人们采用倒V型种植架种植雾培蔬菜，由于其定植于倾斜的种植面上，受植株自身重心和设施倾斜角度的影响，蔬菜苗的成长就是偏离重心的生长，难以达到常规平面栽培四周均衡生长的“圆满”状态，上半部的植株光照相对较好，植株生长较快，较为健壮，下半部植株生长比较瘦弱，生长较为缓慢。不仅是雾培设施，其他如立柱栽培、墙面式栽培、多层平面栽培模式，尽管其定植孔是垂直设置，初期可以确保植株直立生长，但植株在生长过程中，仍然会受到设施遮光的影响，出现“背光”生长现象，其重心产生偏离，并容易引起倒伏，而后生长点再次翘起生长（自我调节），最终的植株外观形状即商品性会大打折扣。

增加了作业难度和劳动力成本

立体栽培是通过增加层数向空间发展，不同的立体栽培设施有其独特的设施结构，其安装、定植、采收、清理、换茬方式均不相同，但无论哪种栽培设施，必然随着高度和层数增加，操作的难度加大，劳动效率降低，劳动力成本随之升高。因此需要开发自动升降的作业车并配置作业轨道，或实现立体栽培层的上下传动，以机械升降或上下转换栽培设施来辅助人工作业，才能更好地发挥立体栽培的优势，而如果依赖于“架梯”人工作业的传统方式，则会显著增加劳动力的投入，并存在一定的安全隐患，反而增加生产作业的劳动力成本。

通常高度在2 m以下的小型立柱栽培、墙体栽培、管道式立体水培，在柱间距、墙间距、支架间距、层间距布置合理的情况下，设施垂直高度上的蔬菜植株生长还能基本保持一致，而如果布置密度超过一定限度，中下部植株就会出现徒长、瘦弱的问题，有些立体栽培设施定植作业及采收、清茬还很繁琐，导致效率很低。

显著增加固定设施投入，高投入难以实现高产出

立体栽培必然是依靠现代工程装备来实现的，相对于单层平面栽培而言，随着立体高度及层数的增加，单位面积的设施、工程投资就会增加，每增加一层，投资就会增加一倍。总体而言，在完全利用自然光的温室立体生产环境下，依靠增加立体层数、立体高度的设施投入，虽然可以实现几倍于单层平面栽培的植株数量，但几乎不可能实现理论的“几何”级产量提高，实际的产量必然使投资者失望。所以，投资立体多层栽培设施不等于获得相应的多层投资回报。

小结

综上所述，温室环境下的自然光利用型立体栽培，首先必须基于种植品种的光需求特性进行设计，其次要考虑温室环境下的垂直温度差异来选择相应品种。因此无论采用多高的立体设施，无论在哪个立体层面上均栽植同一个品种的栽培模式，均难以获得理想栽培效果。必须充分考虑不同位置的温光环境合理安排作物品种，比如底层可以用于种植食用菌；二层可以培植芽苗菜；三层可以培育耐阴的叶菜；四层培育较喜光的叶菜；顶层培育喜高温、强光的叶菜或果菜。使空间每一层有最适宜的品种来对应其光温环境，实现温室空间光热资源的合理高效利用，我们把这种多样化品种的立体生产方式称之为“仿生（自然环境）态立体种植”。

而如果是为了立体绿化、休闲观光场所的立体栽培，其目标需求与温室的立体栽培完全不同，其主要目标是美化立体空间，营造绿色优美的休闲环境，对于立体栽培设施的高度、布置密度没有严格要求，是基于环境美学来设计布置，品种选择与组合也主要考虑的是视觉与艺术的美学效果，并应选择耐候性强（强光或弱光）、耐粗放管理（耐寒、耐旱、耐澇，生长缓慢，不需要经常修建），生命力强的品种。

作者简介：汪晓云（1966-），男，浙江常山人，北京绿东国创农业科技有限公司董事长，长期从事蔬菜无土栽培技术研究与推广。