设施蔬菜产业发展（一）我国设施蔬菜产业发展现状及展望

李天来

（沈阳农业大学，辽宁沈阳 110866）

1 我国设施蔬菜生产现状

我国是设施园艺生产大国。全国设施园艺总面积约为370 万hm2，占世界设施园艺面积的80%以上，其中设施蔬菜面积约为256.7 万hm2（含西甜瓜、食用菌），播种面积400 万hm2左右，年产量2.6 亿t，占蔬菜总产量的1/3 左右；设施类型中，小拱棚约占25%、塑料大棚约占49%、日光温室约占25%、加温温室和连栋温室约占1%。据估算，设施蔬菜总产值超过1 万亿元，约占蔬菜总产值的45%。设施蔬菜利用3%的耕地，可以生产出种植业17%的产值产品。

我国不是设施蔬菜生产强国。目前我国设施蔬菜整体生产水平不高，设施简陋，抵御自然灾害能力差，宜机化程度低；设施环境调控水平低，尚未实现环境自动调控；设施蔬菜生产管理欠规范，土地产出率不高，设施蔬菜平均单茬667 m2产量不足5 000 kg，日光温室蔬菜平均单茬667 m2产量不足7 500 kg；生产环节劳动强度大，劳动生产率不高，设施、农机、农艺融合不够，缺乏轻简化生产标准与技术，适于设施作物生产的机械设备不足，机械化率仅有35%左右，不足大田作物的50%；生产投入品不规范，化学肥料和农药施入量仍较高；耕地、水、能源和农业废弃物等资源利用还需进一步提高；土壤障碍逐年加重，过量施肥导致的土壤酸化、盐渍化、土壤板结、微生物区系失衡、重金属积累等诸多问题发生，大量元素施入过量而中微量元素施入不足导致的作物营养失衡和生育障碍常常发生；简陋设施内的环境不佳，导致蔬菜多种病害加重，施药量增大，农药利用率低，加之设施蔬菜逆境障碍频发，误用农药现象较多，农药过量施用问题亟需控制。

我国设施蔬菜生产效益逐年下降。自20 世纪90 年代初期以来的30 年间，我国设施蔬菜单产增幅小于生产成本增幅，以番茄为例，1991—2021年设施番茄年667 m2产量由0.6 万kg 提高到1.5万kg，产品均价由6 元 · kg-1下降到3 元 · kg-1，年667 m2产值由3.6 万元仅提高到4.5 万元，而人工成本由每天10 元提高到120 元以上，且劳动力年龄增大，青年人较少，其他成本增幅也大于产量增幅。此外，设施蔬菜产品质量不高，优质产品不能满足市场需求。

2 我国设施蔬菜研究现状

2.1 设施结构与棚膜的创新

近年来，设施结构不断优化创新，取得了新的进展。首先在节能日光温室结构创新方面，研发了第1 代装配式现代节能日光温室（SN-I 型）（沈阳农业大学），跨度10～12 m，34°N～46° N 地区的脊高5.5～7.5 m，具有冬季截获太阳辐射多、夏季少的特点，冬季夜间最大内外温差可达40 ℃，南北双连栋温室的土地利用率达80%以上，可实现揭盖保温被、放风、水循环蓄放热、水肥一体化系统等环境自动控制；第1 代香菇专用装配式现代节能日光温室（沈阳农业大学），在沈阳夏季室内最高温度低于24 ℃，可实现香菇的周年生产；装配式软覆盖大跨度保温日光温室（西北农林科技大学），跨度可达16～18 m，脊高5～6 m，但因其没有蓄热系统，夜间温度低；被动式太阳能水蓄放热日光温室（内蒙古农业大学），在山西太谷、榆次地区冬季温室内最低温度分别达8.1、9.5 ℃。其次在塑料大棚结构创新方面，研发了亚热带现代节能塑料大棚（沈阳农业大学）、亚热带现代节能连栋塑料大棚（沈阳农业大学）、外保温大跨度塑料大棚（山东农业大学）等。这些设施结构创新的特点是：实现了设施的标准化、装配化、宜机化和采光、保温、降温、蓄放热、肥水管理等的自动化，以及栽培模式的宜机化、栽培管理环节的轻简化和机械化。

自20 世纪90 年代以来，我国棚膜创新取得巨大进步，特别是近年来已经接近了国际先进水平。首先是聚烯烃多层共挤防老化、防流滴、防雾涂覆棚膜（简称PO 涂覆膜）取得突破，该类膜的透光率高、强度大、伸长率高；在膜外层涂覆了1 层防流滴、防雾涂层，使其具有与防老化膜同等寿命的防流滴、防雾性能。一般0. 1 mm 厚棚膜使用寿命达3～4 年；其次是蔬菜专用转光棚膜取得新进展，多功能转光棚膜制造工艺取得新突破，破解了长寿命、高接枝、双光效、涂覆协同增效及低成本制造等关键技术，研制出的转光棚膜实现蔬菜增产16%～34%；此外散射光棚膜可以提高中下部冠层光合作用，蔬菜专用棚膜雾度＜15%，透光率90%以上。

2.2 设施环境调控

创新了设施蔬菜信息获取技术，研制出设施环境传感器、设施蔬菜影像识别系统，并开展高通量图像识别的设施蔬菜生长表型研究；建立了日光温室综合环境精准控制模型；研发了第1 代现代节能日光温室综合环境管控系统，基于统一物联网平台，可实现设备协同调控、温室专用、低成本；开发出双侧卷帘、平卷内保温、水蓄热、上翻窗、降温箱、运输车、打药车、室内监测、水肥机、气象站、物联网平台等温室管控关键装备；构建了基于统一物联网平台的系列环境和轻简化生产管控系统。

2.3 植物工厂技术创新

植物工厂近年来取得许多突破，研发出各种植物工厂专用装备，构建了最优产量、品质形成的光质优化配方，创制出多通道LED 光源及智能管控系统；光-温耦合调控可以显著降低运行能耗，比空调能效提高3.4 倍，能耗降低24.6%～63.0%。

2.4 机械装备研发及技术应用

设施蔬菜生产小型装备研发创新方面，研发出适合设施使用的深旋机、深松机、灭茬机等耕整地设备；起垄 + 铺滴灌带 + 覆膜为一体的多功能起垄机，可自带动力手扶式，也可配套悬挂动力；人工喂苗秧苗移栽机和自动喂苗秧苗移栽机；蔬菜有序收获机和叶菜无序收获机；以及设施内使用的多功能作业平台车、运输车等。相应设施蔬菜宜机化栽培技术得以推广应用。设施蔬菜栽培畦方向顺着塑料大棚和日光温室走向设置，以便机械操作；针对不同作物和不同茬口，探索出相应的宜机化栽培参数。

2.5 种子种苗创新

设施蔬菜集约化育苗集成技术体系得到新的提升。育成众多设施蔬菜优异专用品种；筛选出蔬菜野生本砧，解决了嫁接不亲和与品质降低的问题；研制出嫁接机器人，提高了嫁接效率和嫁接苗成活率；开发出嫁接流水线，提高了劳动效率；探讨设施蔬菜无人化育苗工厂。

2.6 设施蔬菜低成本无土栽培及高品质栽培

低成本设施蔬菜无土栽培技术创新取得新成果。适宜盐碱地、荒漠、戈壁、山坡等非耕地和严重设施障碍土壤应用的低成本无土栽培技术已经成熟。研制出以农林废弃物为原料，配置滴灌系统的低成本、有机营养基质栽培；结合营养液自控系统开发以花生壳为原料的低成本、轻简自控式基质无土栽培；利用珍珠岩进行封闭式无机基质槽式栽培，可实现营养液零排放，环境更友好。

解析了多种蔬菜作物风味品质、营养品质和外观品质的遗传规律、形成机制与调控技术，采用土壤栽培、有机基质栽培、营养液栽培方式，提高番茄、甜瓜、西瓜、黄瓜等作物的风味、口感、营养、外观品质，达到高品质栽培的目的。

2.7 设施蔬菜病虫害绿色防控技术

设施蔬菜病虫害绿色防控以物理、生物、生态环境、农艺措施防控为主，农药防治为辅。

物理防控病虫害：夏季高温闷棚使土温达70℃，可钝化病原菌70%以上，控病50%以上，对线虫有效；防虫网防虫和黄蓝板诱虫可防虫害90%以上；诱虫灯防虫和臭氧消毒可防虫害90%以上。

生物防控病虫害：利用抗病虫品种，虽然目前筛选和育成了一批品种，但仍不能满足需求；嫁接防病虫主要防控土传病虫害，对地上部病虫害效果极小；多数生物农药防效不高，成本较高，诱导抗病持效时间短，防效为40%左右。

生态环境防控病虫害：多数真菌性蔬菜病害（除白粉病外）发病最适气温为15～25 ℃，最适空气相对湿度＞90%，每天持续时间4 h（小时）以上利于发病，每天低于2 h（小时）发病较少；因此控病调控指标为：温度15～25 ℃，空气相对湿度控制＜85%；空气相对湿度＞90%，温度控制＜15 ℃；空气相对湿度＞90%，温度＞15 ℃，时间控制在2 h（小时）以下，防效可达60%以上。

农艺措施防控病虫害：可采用膜下滴灌，夏季少灌、勤灌，冬季少灌并一次灌透，降低蒸发蒸腾量；垄沟间铺锯末、稻壳、秸秆碎末等有机物料，具有吸湿、保温的作用；及时摘除老叶、病叶，并烧毁或深埋。

科学施药：少量病虫害发生后采用低毒高效农药及时进行防治，选用绿色生产允许的农药和高效施药器具，做到节药、省时、省力、高效率，确保绿色生产。

2.8 设施蔬菜土壤障碍绿色防控技术

目前，我国设施蔬菜土壤障碍主要由不科学施肥导致，其影响已经超过了连作障碍。科研人员经过30 年长期定位施肥试验表明，偏施氮肥造成土壤酸化，显著影响作物产量，土壤酸化是土壤障碍的关键因素。通过30 余茬番茄和黄瓜连作定位适量施肥试验证实，连作对土壤pH 和作物产量无显著影响，自根苗黄瓜无枯萎病发生。模拟酸化土壤试验结果表明，pH 低于6.0，番茄显著减产；pH 5.0 以下，随着土壤酸化番茄产量显著下降。表明土壤酸化是影响日光温室果菜土壤障碍发生的主要原因。

通过土壤分析结合长期定位施肥和连作试验结果，构建设施果菜土壤健康评价体系。按照土壤评价指标体系，将土壤分为3 个等级，创建了日光温室果菜土壤障碍绿色防控策略：健康土壤保持均衡施肥策略—抑酸增碳补钾添钙；轻度障碍土壤绿色修复策略—控酸减盐增碳；重度障碍土壤高效利用策略—营养基质替代土壤或无土栽培。例如，采用设施果菜轻度障碍土壤绿色修复技术，可实现日光温室番茄和黄瓜每667 m2年产量30 t，节水23.6%，节肥26.4%。同时，建立了健康土壤施肥方案，构建了土壤健康保持施肥模型公式：M=b×W，b= 〔1.5 + （A-Y）/A〕，其中，M—施肥量，W—目标产量营养需求量，A—健康土壤营养指标，Y—土壤供肥能力；研制出以有机肥为主增钾补钙的设施果菜施肥方案，在确保土壤健康的同时，保证高产稳产。

3 我国设施蔬菜展望

3.1 我国现代化设施生产研究方向

我国设施蔬菜未来研究方向包括设施装备现代化、生产管理现代化、设施蔬菜优质化和多样化、多业态融合高效化以及设施蔬菜空间拓展等。

设施装备现代化研究方向：提升节能设施现代化水平，将其改造成装配式、低成本装备化以及便于环境控制自动化和作物生产机械化的设施类型；降低现代设施的成本和能耗，改造成低成本可高效利用太阳能以及低成本利用清洁能源的设施类型。

生产管理现代化研究方向：应提升环境调控的自动化和智能化水平，节能日光温室、节能单栋和连栋大棚要实现环境调控自动化和智能化；提升设施蔬菜生产的机械化水平，要构建宜机化生产模式与技术体系，筛选和研发适合节能日光温室和塑料大棚的小型农机装备。

设施蔬菜产品需求研究方向：① 强力开发市场需求的优质、特色产品。首先是商品品质、营养品质和风味品质均优质的产品是未来发展的核心；养生与治疗的功能性蔬菜、居民教育蔬菜等保健和教育产品是未来发展的新方向；都市家庭蔬菜、观光旅游蔬菜、绿地立体休闲蔬菜、生态餐厅蔬菜、多生物共生蔬菜、餐馆超市蔬菜等休闲产品是未来发展的新领域；重要工业用植物原料、重要医药类植物原料等产品是未来发展的新特色。② 大力研发特需产品，例如满足海岛需求、沙漠需求、极地需求、远洋船舶航运需求、太空需求的产品。植物工厂将是这个方向的主体。

积极拓展多业态融合的研究方向：例如饭店设施蔬菜、超市设施蔬菜、观光园区设施蔬菜、园艺教育设施蔬菜、农业博物馆设施蔬菜等的发展方向。

促进设施蔬菜空间拓展的研究方向：在因地制宜拓展蔬菜发展空间方面，要合理规划布局，华南热带地区主要以防台风遮阳避雨棚为主，长江以南亚热带地区以遮阳保温塑料大棚（连栋）为主，黄淮海及中原地区以节能日光温室和保温塑料大棚为主，西北、华北和东北地区以节能日光温室为主。非耕地的空间高效拓展具有较大潜力，特别是沿海滩涂和矿山废弃地等非耕地开发潜力巨大，戈壁沙漠及荒山荒坡在确保生态环境安全条件下可适量开发。未来通过设施蔬菜种植面积拓展、非耕地的高效利用、设施蔬菜单产的提升以及周年利用率的提高，力争蔬菜产业为粮食作物提供优质耕地333 万hm2以上。

3.2 我国设施蔬菜研究方向及任务

面向现代化，我国设施蔬菜基础研究的主要方向及任务：一是在搜集原始及特色设施蔬菜种质资源的基础上，构建种质资源数据库、表型数据库、基因表达数据库等综合数据库，利用后基因组时代大数据挖掘、数学建模或机器学习等思路，解析重要物种的系统演化及驯化机理，为专用种质创新和育种提供共性基础理论与技术。

二是通过人工栽培选择变异、有计划地进行远缘和近缘杂交选择变异、采用各种诱变技术人为创造变异，从中选择各器官多样化的优异变异植株和品系，开发种质资源的DNA 序列分析及分子标记，揭示野生资源到栽培品种的系统演化，为充分利用我国丰富的设施蔬菜种质资源提供信息。

三是开展设施蔬菜轻简化栽培的生物学基础，设施蔬菜水肥需求规律与高效利用的基础，设施蔬菜土壤障碍发生及调控机制，小型节能设施环境及蔬菜作物生长发育模型研究，以及植物工厂蔬菜栽培光-温-营养耦合及其调控机制研究。

面向现代化，我国设施蔬菜重点技术与产品创新的方向与任务：一是现代节能蔬菜设施结构优化设计及其装配式建造技术。研制适于不同生态区和不同作物的装配式现代节能日光温室与大跨度多层覆盖现代节能大棚，在不同生态区实现设施建造装配化、设施空间大型化、设施作业宜机化、土地利用高效化、设施性能优良化、环境调控自动化和物联网化、能耗成本低值化；研制节能日光温室和塑料大棚的保温和蓄热材料、装备及系统，实现保温和蓄热的低成本、高性能，提高设施蔬菜节能减排的整体水平。

二是现代节能蔬菜设施环境智能调控技术。研制低成本高性能蔬菜设施专用环境监控传感器，构建基于设施环境变化模型和蔬菜生长发育模型的设施蔬菜现代专家管理系统；研制基于物联网和现代专家管理系统的低成本高效环境自动调控技术体系；研究适于我国节能设施的低成本环境调控装备；从而提高我国特色设施蔬菜生产的精准调控能力，为促进我国设施蔬菜产业现代化和智能化提供技术支持。

三是现代节能设施蔬菜宜机化优质多抗专用新品种选育。针对适于我国不同生态区的设施蔬菜宜机化优质专用品种缺乏问题，需要加快研究进程，使之适应设施蔬菜现代化发展的要求。挖掘适于不同生态区的设施蔬菜宜机化优质多抗关键功能基因；创建适于设施蔬菜宜机化优质多抗新品种选育的现代育种技术；创制设施蔬菜宜机化优质多抗优异新种质，培育设施蔬菜宜机化优质多抗新品种，从而提高我国特色设施蔬菜生产能力，为促进我国设施蔬菜产业现代化提供品种保障。

四是现代节能设施蔬菜绿色高效栽培模式与关键技术。包括适于机械化生产的设施蔬菜高产优质绿色种植模式；基于物联网的低成本设施蔬菜生长发育及环境要素监测系统；设施蔬菜气候环境要素与肥水的自动化调控系统；设施蔬菜小型智能机械化生产技术；设施蔬菜机械化作业系统；设施蔬菜生产管理全程自动化服务系统等。

五是非耕地节能设施蔬菜绿色高效栽培模式与关键技术。沿海滩涂、沙漠戈壁、荒山荒坡等非耕地设施蔬菜宜机化高产优质绿色种植模式创建；基于物联网的非耕地低成本设施蔬菜环境要素监控系统；适于不同生态环境非耕地设施蔬菜肥水自动化调控系统；适于非耕地设施蔬菜智能机械化生产技术；适于不同生态区非耕地设施蔬菜生产管理全程自动化服务系统。

六是设施蔬菜抗逆减灾生产关键技术。包括筛选耐低温和弱光的设施蔬菜专用品种；研发设施蔬菜高光效植株群体合理配置与形态调整技术；研制提升设施内土壤温度和通气栽培的关键技术；研发以光为核心的各种设施蔬菜最佳综合环境（温度、湿度、CO2浓度、土壤水分、植株营养等）调控技术；创建以光照为核心的设施蔬菜综合环境管理技术模型。

七是设施蔬菜土壤障碍调控模式与技术。研发调控设施蔬菜土壤障碍的施肥配方及施用技术，建立不同设施蔬菜、不同土壤质地、不同栽培茬口的防止土壤障碍的科学施肥模型；探讨生物炭、秸秆等有机物料和关键营养元素等土壤投入品抑制和修复设施蔬菜土壤障碍的作用及关键技术；研制各种嫁接砧木嫁接栽培抑制设施蔬菜土壤障碍的作用及技术；研究设施蔬菜重度障碍土壤高效替代栽培技术。

八是设施蔬菜新发、重大、难控病虫害绿色防控策略与技术。强化外来病虫害快速监测、检验检疫与除害处理技术，重大入侵病虫害种群扩张蔓延机制与高效防控技术，重大病虫害灾变机制与可持续防控技术，病虫害与蔬菜作物互作机制及关键防控技术，病虫害物理防控机理及其关键技术，病虫害生态防控机理及其关键技术的创新。

九是蔬菜植物工厂节能高效生产模式与技术。包括不同蔬菜生长发育和品质形成的最佳光配方（人工光植物工厂），基于最佳光配方为核心的耦合环境的蔬菜生长发育模型，植物工厂内的各环境因子模拟模型，基于上述两种模型的植物工厂环境物联网自动调控系统，选育适合蔬菜植物工厂的专用品种，研发蔬菜植物工厂栽培模式、技术系统和生产工艺流水线，以及适于蔬菜植物工厂的低成本智能装备、栽培设施与设备、基质与营养液配方。

十是特需设施蔬菜相关产品与关键技术。包括适合海岛、极地、边防、远洋以及家庭小型设施蔬菜的新品种选育，新装备、新基质开发，生产模式、栽培系统与技术研发。

4 结语

设施蔬菜是我国不可或缺的重要产业，设施蔬菜现代化势在必行。通过设施蔬菜现代化发展，力争为粮食作物提供333.3 万hm2（5 000 万亩）以上耕地，同时中国特色设施蔬菜产业将为碳达峰和碳中和作出贡献。当前设施蔬菜现代化的科技需求重点是提质增效和推进现代化技术，智能化技术应用也将成为未来的重点。科技工作者及科研单位应围绕以上几个方面开展相关工作，推动我国设施蔬菜产业高质量发展。