网纹甜瓜工厂化种植模式与传统种植模式的比较分析

李 婷，杨夕同，李胜男，曾剑波，李新旭

(1. 北京市农业技术推广站，北京 100029；2. 北京曲辰博识农业科技有限公司， 北京102218；3. 北京华农农业工程技术有限公司，北京 100125)

甜瓜(CucumismeloL.)是全球十大水果之一，分为5个亚种，8个变种[1]，网纹甜瓜(CucumismeloL. var.reticulatusNaud.)是厚皮甜瓜亚种中的一个变种，其果实表面有均匀美丽的网状裂纹，类似浮雕，外观极其美丽，而且果肉香味浓郁，肉质细腻，是甜瓜中的精品，被誉为“水果皇后”。近几年中国网纹甜瓜受到消费者的青睐，海南、浙江、上海、山东、河北、北京、内蒙古等地均有种植，面积逐年递增[2]，栽培设施以日光温室和塑料大棚为主[3]。北京地区以日光温室种植为主。2018年中国设施农业面积189.4万hm2，其中日光温室57.8万hm2，塑料大棚126.2万hm2，智能化连栋温室5.4万hm2[4]。

网纹甜瓜生长对栽培条件要求严苛[5]，对施肥、土壤温度和湿度、空气温度和湿度等环境的控制要求比较精准[6]，目前日光温室环境控制较难实现自动化，且连年种植重茬现象日益凸显。智能化连栋温室面积在中国逐渐扩大，设计先进，抗风雪能力较强，使用寿命长，温室内部操作空间较大，可以大面积规模生产，适宜进行工厂化、规模化作业。配有增温降温、遮阳保温、加湿除湿等设备，可以进行智能精准调控，并周年生产[2]。近几年山东、陕西等地现代农业产业园逐渐使用连栋温室规模种植网纹甜瓜。智能化连栋温室基质栽培网纹甜瓜，一方面避免连续多年种植引起的土传病害重茬问题，另一方面温室的温度、湿度以及植株的水肥供给等均可以实现较为精准的调控，例如可以通过高压喷雾、环流通风系统等方式实现湿度的迅速调整，还可以通过营养液智能循环供液系统，为网纹甜瓜植株提供充足的养分，并结合网纹甜瓜的生长情况有针对性改变水肥策略，从而保证网纹甜瓜外观、品质的最优化。

本研究对比传统种植模式和工厂化种植模式的生育期、养分需求、生长量，果实膨大速率、品质和产量等指标，以期探讨2种种植模式的区别，并对网纹甜瓜可持续发展的设施种植模式进行探索。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为阿鲁斯类型网纹甜瓜品种‘维蜜’，来源于北京北农种业有限公司。

1.2 试验地点和时间

试验实施时间2019年12月到2020年6月。工厂化种植模式在北京昌平小汤山特菜大观园玻璃连栋温室进行；传统种植模式在北京金六环农业园日光温室中进行。

北京昌平小汤山特菜大观园玻璃连栋温室，面积10 000 m2。温室东西长70 m，南北长145 m，肩高6 m，脊高6.7 m，栽培槽宽0.2 m、高0.1 m、底端距地面高0.6 m、槽间距1.6 m。采用椰糠和珍珠岩混配基质，基质6 L。定植密度2.78株/m2。2020年1月7日播种，2020年5月26日采收。全生育期灌溉2.565×106L/hm2，单株灌溉95 L，养分用量见表1。

表1 工厂化种植模式养分需求Tab.1 Nutrient requirements for factory planting model

北京金六环农业园日光温室，面积325 m2，温室东西长50 m、南北长6.5 m、高3 m，后墙厚0.9 m，种植行距1.2 m、株距40 cm、定植密度约2.00株/m2。2019年12月27日播种，2020年6月2日采收。全生育期灌溉4.95×105L/hm2，单株灌溉24.7 L，种植前后土壤养分变化见表2。

表2 传统种植模式种植前后土壤养分变化Tab.2 Changes of soil nutrient in traditional planting model

1.3 取样和分析方法

每个种植模式随机标记10株网纹甜瓜瓜苗，分别测定定植后20 d和30 d的植株茎粗、株高、中部叶片的叶片面积以及叶片数等生育期指标。其中植株高度和叶片面积(叶长×叶宽)用标准卷尺测量，茎粗用游标卡尺测量。

在授粉后每10 d测量果实纵径和横径。网纹甜瓜成熟后，每小区随机取样10个。利用天平测量单瓜质量；用手持测糖仪测量可溶性固形物含量的方法测量糖含量；用最小刻度1 mm的刻度尺测量网纹甜瓜纵切面的纵径和横径，内腔纵切面的纵径和横径(小数点后保留2位)，计算果形指数(果形指数=纵径/横径)；邀请不同年龄段的人员品尝评价网纹甜瓜瓜瓤质地和纤维。记录种植环节主要操作的效率，并核算人工成本。

试验数据采用Excel和SPSS软件进行处理及分析。

2 结果与分析

2.1 2种种植模式网纹甜瓜生长发育期比较

日光温室后墙为砖墙，2020年2月定植架设小拱棚提温保温，最低土壤温度15 ℃以上，最低空气温度13 ℃以上；连栋温室进行夜间加温，保证夜间最低温度15 ℃以上。2种种植模式的网纹甜瓜生长发育期见表3，传统种植模式的网纹甜瓜定植时间较工厂化种植模式早10 d，大批量雌花开放授粉时间较工厂化种植模式晚7 d，大批量果实成熟的时间较工厂化种植模式晚8 d，全生育期比工厂化种植模式多17 d。定植后在适宜的灌溉条件下，连栋温室的环境调控系统保证适宜的温度和均衡的光照，通过加温等设施设备为网纹甜瓜创造较适宜的生长环境，而日光温室没有智能化调控温度的设备，仅通过棉被、风口或者架设小拱棚调节棚室温度，最高温度和最低温度跨幅大，升降变化剧烈，棚室南北光照资源差距大，不利于网纹甜瓜生长，影响缓苗伸蔓的时长，这是传统种植模式的缓苗伸蔓比工厂化种植模式多17 d左右的原因。2种种植模式的发育时间相同，均为60 d，工厂化种植模式通过智能化调节保证棚室温度恒定，60 d达到网纹甜瓜果实发育所需积温1 200 ℃；传统种植模式网纹甜瓜授粉已经进入4月，光照和温度均可满足网纹甜瓜生长，可抵御个别极端倒春寒天气，同样60 d达到果实发育所需积温1 200 ℃。

表3 2种种植模式下网纹甜瓜生育期比较Tab.3 Comparison of the growth period of netted melon under two planting models

2.2 2种种植模式网纹甜瓜生长量对比

测量定植后网纹甜瓜20 d和30 d的植株生长量，见表4。定植后20 d，2种种植模式的叶片数差异不显著，植株高度、茎粗和中部叶片面积的差异在5%水平和1%水平均显著；定植后30 d，2种种植模式的中部叶片面积差异不显著，株高、茎粗和叶片数的差异在5%水平和1%水平均显著。

表4 2种种植模式网纹甜瓜生长量比较Tab.4 Comparison of plant growth of netted melon under two planting models

比较授粉后20 d到授粉后30 d之间的生长量变化，工厂化种植模式的株高生长量101.11 cm，茎粗生长量3.77 mm，叶片增加14.33片，中部叶片面积增加223.89 cm2；传统种植模式的株高生长量79.12 cm，茎粗生长量2.75 mm，叶片增加13.16片，叶片面积增加255.65 cm2。授粉后20 d到授粉后30 d这个阶段，工厂化种植模式植株的株高、茎粗和叶片数均较传统种植模式增速快，但叶片面积传统种植模式的增速大于工厂化种植模式，因为传统种植模式缓苗时间较长，定植后20 d植株生长量相对较小，比工厂化种植模式的小1.3倍，比较的起点值低。

2.3 2种种植模式网纹甜瓜坐果期果实膨大速率

比较2种种植模式授粉后网纹甜瓜10、20、30和40 d的果实纵径和横径，并计算果实膨大速率，见表5。授粉后10 d，2种种植模式的纵径差异极显著，横径差异显著；授粉后20 d，2种种植模式纵径无显著差异，横径差异极显著；授粉后30 d，2种种植模式纵径和横径差异均显著；授粉后40 d，2种种植模式纵径差异显著，横径无显著差异；待果实成熟后2种种植模式果实纵径无显著差异，横径差异显著，传统种植模式果实横径0.85 cm。

表5 2种种植模式网纹甜瓜果实膨大速率的比较Tab.5 Comparison of fruit expansion rates of netted melon under two planting models

网纹甜瓜果实生长的另一特点，是纵径的增长先于横径的增长，因此纵径的长度总是首先达到成熟果的最大值[7]，授粉后10 d，2种种植模式的网纹甜瓜果实纵径均达到成熟果的98%以上。授粉后30 d增长速率均达到85%以上：传统种植模式纵径和横径增长速率分别为90.9%和94.05%；工厂化种植模式纵横和径增长速率分别为86.58%和90.95%，增长速率略低。传统种植模式条件下执行“两灌两控”灌溉策略[8]，授粉后7 d和授粉后25 d横网形成时进行灌溉，周期较长而且每次灌溉量较大，致使授粉后10 d和30 d果实均大于工厂化种植模式，而中间控水的阶段(授粉后14～24 d)，工厂化种植模式的纵径增长速率变快，阶段性大于传统种植模式。最终传统种植模式的果实纵径和横径大于工厂化种植模式果实。

2.4 2种种植模式网纹甜瓜果实品质比较

比较2种种植模式网纹甜瓜授粉后60 d的果实产量及品质，见表6。单瓜质量和产量均无显著差异。传统种植模式的网纹甜瓜单瓜质量较工厂化种植模式的高0.13 kg，但通过定植密度(工厂化种植模式定植密度2.78株/m2，传统种植模式定植密度2.00株/m2)和商品果率(工厂化种植模式商品果率80%，传统种植模式商品果率90%)计算，产量反而低于工厂化种植模式4 695 kg/hm2，产量方面工厂化种植模式表现更优。果形指数、肉厚和糖度均无显著差异。2种种植模式中心糖含量相差0.54%，果肉心边糖度梯度相差1.15，另外考虑香味、糯性和纤维，品质方面以传统种植模式更优。

表6 2种种植模式网纹甜瓜果实产量及品质的比较Tab.6 Comparison of fruit yield and qualityof netted melon under two planting models

2.5 2种种植模式网纹甜瓜主要操作效率分析

网纹甜瓜生产的主要操作如绑蔓打杈、疏花疏果、绕秧疏果、吊瓜、套袋和打药等工作效率、劳务成本以及单次操作的成本，见表7。工厂化种植模式绑蔓打杈4次，绕秧疏果和吊瓜1次，套袋1次，预防或者防治打药共12次，田间操作用工费用合计1.07万元/hm2，加上技术人员费用累计2.99万元/hm2；传统种植模式用工次数基本相同，打药较工厂化种植模式少2次，传统种植模式效率相对低下，田间操作用工费用合计2.57万元/hm2，加上技术人员费用累计7.24万元/hm2。工厂化种植模式工作规模较大，工人操作环节的无用功相对较少；另外适度规模化生产条件下，技术人员同时统筹协调的工作面积较大，均摊的技术人员费用就相对较低；此外大型的设施条件采用一系列农用设备器械，如轨道车、喷药机等辅助实现较高的工作效率。

表7 2种种植模式网纹甜瓜主要操作效益分析Tab.7 Comparison of major field operation efficiency and cost of netted melon under two planting models

2.6 2种种植模式网纹甜瓜生产成本分析比较

生产成本包括生产环节成本和生产设施投入成本。

生产环节成本见表8，主要包括种苗、肥、耗材和人工。可重复利用的耗材如基质、滴灌、吊蔓绳、勾子计算的是使用5个生育期均摊后的成本。传统种植模式的生产环节成本17.36万元/hm2，工厂化种植模式生产环节成本14.84万元/hm2。

表8 2种种植模式网纹甜瓜生产环节成本比较

生产设施投入成本见表9，主要包括折旧、能耗、其他(用电、CO2)。工厂化种植模式网纹甜瓜生产设施投入成本52.51万元/hm2[9]，传统种植模式生产设施投入成本7.8万元/hm2。

表9 2种种植模式网纹甜瓜全生育期设施投入成本比较Tab.9 Comparison of input costs of single stubble facilities of netted melon under two planting models

工厂化种植模式生产成本约67.35万元/hm2，传统种植模式生产成本25.16万元/hm2。

北京地区2020年地头平均批发价格约15元/kg，工厂化种植模式销售价格为55.26万元/hm2，传统种植模式销售价格为48.33万元/hm2。

3 讨 论

工厂化种植模式的网纹甜瓜的株高、茎粗和叶片数均较传统种植模式增速快，环境适宜网纹甜瓜生长，全生育期比传统种植模式少17 d，前期较好的生长量为后期奠定基础。

网纹甜瓜果实的增长在最初几天主要是靠子房组织的细胞迅速分裂，使细胞数目急剧增加而增长，增长的速度缓慢，但却是进一步增长发育的基础。因为果实后期的增长主要是靠细胞体积的增大而增长[7]。影响网纹甜瓜果实膨大的主要因素就是增长初期的灌溉，传统种植模式是在授粉后5 d灌大水，灌溉量0.75×105m3/hm2～1.2×105m3/hm2，约3.75～6 L/株；工厂化种植模式参考荷兰番茄灌溉模型(1 J/cm2=3 mL/m2)并结合天气和排量调整，膨瓜阶段灌溉量为1.35 L/(株·d)。传统种植模式下膨瓜阶段水分供给充足与植株的需求相匹配，影响最终的果实大小。

传统种植模式的网纹甜瓜中心糖含量较工厂化种植模式高0.54%，果肉心边糖度梯度相差1.15，影响口感。此外香味、糯性和纤维，品质方面均是传统种植模式更优，初次进行工厂化种植，水肥养分、光照、温度、湿度等环境因素相互耦合的参数还不成熟，有待进一步探索；工厂化种植模式的养分持续供给特别是氮素供给充足或许也是品质有差别的原因，有研究认为氮素供应量过高会使大部分光合同化产物与氮形成蛋白，影响光合产物的转化和输出[10]，且导致根系活力下降，不利于对矿物质养分的吸收利用，从而影响品质[11]。土壤环境复杂，各种微生物菌群参与根系养分代谢和物质交换，可能也是影响风味的一个原因[12]。

比较2种种植模式生产环节(生产环节成本)以及硬件设施设备耗能的成本，工厂化种植模式的主要田间操作的工作效率比传统种植模式高1.4～7.5倍，生产效率占明显优势。考虑前期投入计算折旧后，工厂化种植模式的生产成本比传统种植模式高42.19万元/hm2；工厂化种植模式利润为-12.09万元/hm2，传统种植模式利润为23.17万元/hm2，通过计算，假设收购价格不变，在定植密度2.78株/m2的情况下，商品率需保证96%以上，工厂化种植模式才可盈利。

工厂化种植模式生产效率高，标准化程度高，但前期硬件投入成本和运营成本均较高；传统种植模式的果实商品率和品质均较优，但工作效率和标准化程度低。工厂化种植模式还需选择高附加值的产品，通过一定的运营手段，实现收支平衡；而传统种植模式还需进一步细化田间操作管理标准，研究适度规模生产技术，提高工作效率。未来可以探索硬件投入成本较低的设施，如双坡面拱棚或塑料薄膜温室(规模1 hm2)，规模生产机械化操作工作效率高，适度规模也可提高生产的标准化程度。