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0引言 隨著科學技術的迅速發展，設施農業的內涵越來越豐富，技術含量越來越高，集約經營越來越高效，已成為現代農業的重要標志之一。目前，我國各類農業設施面積已超過335萬hm2，為世界第一。設施的類型也由以季節性利用的中小拱棚等簡易設施為主體，發展到周年可利用的溫室和塑料大棚為主體(約占各類設施總面積的50%);現代化的連棟溫室和環境自動控制系統從依靠進口發展到能夠完全國產化自主生產，并在一些城市郊區和經濟發達的農村得到推廣應用。由于溫室大棚是裝備水平較高的農業設施，代表著一個國家和地區的設施農業發展水平，因此對溫室農業的研究一直是設施農業中研究的重點和熱點。然而，我國溫室園藝在生產實踐中存在很多問題，制約了溫室生態經濟系統基本功能。本文試圖通過分析溫室生態經濟系統功能與結構內在聯系，探討我國溫室生態經濟系統的結構改善途徑。 1我國溫室園藝的積極作用 溫室園藝的發展對于促進我國農業的高產、高效和可持續發展起到了積極的作用。主要表現為:一是提高農業氣候資源利用率，采用設施栽培能提高環境的溫度，在北緯35°以上的高寒地區，日光溫室的室內溫度可達0℃以上，而加溫溫室的氣溫可保持在10℃以上，使得冬季栽培變成為可能，土地的復種指數增加，農業集約化程度提高。二是大幅度提高土地生產力，在溫室栽培條件下，可以人為調節光溫水肥氣因子，使作物在較好的生態條件下生長，加上復種指數的提高，耕地產出比露地可成倍提高，農產品產出增加，使農業生產更好地滿足社會對農產品的需求，為解決我國人多地少的矛盾、實現農業可持續發展提供了一條長遠的有效途徑。三是提高農產品供應的穩定性，大田農業生產受到氣候所左右，穩定性較差，尤其是蔬菜的抗災、堵缺及貯運能力弱，更是難以克服嚴冬和酷暑季節蔬菜短缺的矛盾。溫室栽培不但在冬季可以通過加溫實現反季節栽培，還可以在夏季通過降溫措施進行越夏栽培，在南方地區可有效避免夏季的臺風、暴雨及蟲害對蔬菜和瓜果等作物造成的毀滅性災害，對于周年穩定供應新鮮蔬菜，改善人民群眾的生活質量具有積極影響。四是提高農業生產的經濟效益，由于溫室建造、環境控制及生產投入比露地生產高，但是單位土地面積產量高以及反季節栽培農產品的價格高，因此產出也高。溫室經營得好是可以實現高產高效同步。以江蘇省為例，根據報道，設施農業的發展帶來了可觀的經濟效益，效益在15萬元/hm2以上，占設施農業總規模的5%以上，效益在7．5萬～15萬元/hm2的占20%以上。其中，南京市設施蔬菜效益達12萬～22．5萬元/hm2，是露地蔬菜的3～5倍。經過高效設施農業的帶動，全省農民人均收入顯著增加。 2溫室農業產生的問題 近年來，我國溫室生產蓬勃發展，對促進農業增產、農民增收、農村發展及提高城鄉人民的生活水平起到了積極的作用。但溫室園藝在生態可持續性和經濟可持續性方面也出現了一些問題。 2．1能量投入過高，人工輔助能利用率較低 溫室生態經濟系統的能量來源主要是太陽能和人工輔助能。與農田蔬菜生態系統相比，人工輔助能在溫室能量來源中的比例要高得多。為了創造溫室作物的適宜條件，需要投入大量的電能、機械能和燃料。但是，我國環境控制研究總體上較落后，無論是硬件系統，還是技術都還有很多方面亟待提高;不少溫室經營者對環境合理控制的知識相當貧乏，導致環境控制的能耗很高。目前，溫室的投能水平一般是農田的8倍以上，而產量只有一般農田的2～3倍，能量的產投比一般農田低［1－2］。因此，人工輔助能投入過大和能耗高是溫室生產中突出的問題之一。 2．2肥料施用量過大，土壤生態問題嚴重 合理的肥料投入是溫室作物重要的增產手段。但是許多溫室經營者為追求高產，不合理地加大施肥量，帶來了嚴重的生態經濟問題:首先，由于溫室中用肥量大，再加上在覆蓋物下不能得到雨水的沖淋，土壤內的大量鹽分隨水分的蒸發向上運動，在土壤表層聚集，產生土壤的次生鹽漬化，影響作物持續增產;其次，過量的施用肥料不僅增加了生產成本，而且會導致肥料養分利用率低，損失的養分加劇了對環境污染;再次，施肥過多影響溫室作物的品質，氮素肥料是蔬菜中硝酸鹽的主要來源，作物過量吸收硝酸鹽可導致其在體內積累，最終造成產品硝酸鹽含量過高;此外，隨著長期的同科連作，產生土壤的連作障礙，土壤生態問題也隨之產生。 2．3成本大幅提高，生產風險大 隨著設施栽培向高檔化發展，生產條件大大改善，同時成本也大幅提高。由于不少溫室經營者不懂得如何經營溫室，采用露地栽培中的大宗作物、常規品種和傳統種植方式，產量不高，產品價格低，導致溫室投資回收期延長，風險變大。因此，如何改善系統的結構，增加收入，降低成本，提高溫室生產積極性，是關系到溫室產業能否可持續發展的問題。 3溫室功能與結構之間的關系 我國溫室生產中所存在的問題是系統能量流動、物質流動和價值流動不合理所致。其原因，固然有技術研究和推廣上的不足，但與我國在溫室系統研究方面的嚴重滯后也密切相關，尤其是將溫室作為一個系統，在研究作物生長與溫室環境的關系、溫室投入與產出的關系基礎上，研究整體功能的發揮與溫室結構之間的關系等方面還少有報道。實質上，溫室生態經濟系統的能量轉化、物質循環與價值增值等基本功能與結構之間存在著密切的聯系，突出地表現為以下幾個方面。 3．1不同溫室結構可以達到相同的功能 溫室生產就是通過現代化農業工程和機械技術改變自然環境，為植物生產提供相對可控制，甚至最適宜的溫度、濕度、光照、水肥和氣等環境條件，在一定程度上擺脫了對自然環境的依賴，增進土地因素生產潛力，增進光熱資源利用率，提高初級生產力。雖然，不同結構的溫室改造環境因子的方式不同，但都能不同程度地調控作物生長環境。如同樣是為了提高冬季保溫性能，現代化溫室可以通過鍋爐熱水管道、燃油爐和熱風機等加溫設備來達到適宜的環境溫度，而單棟塑料大棚則可以通過增加中小棚和保溫幕，采用多層覆蓋的方式來實現。#p#分頁標題#e# 3．2同種溫室結構可以有不同的功能 農作物生產受到的不利環境因素影響來自多方面，所以人們要利用同種結構達到不同功能，如單棟塑料大棚，在冬天起到保溫作用，主要用于喜溫蔬菜的生產;而在夏天將321`裙圍揭開后可用于防止臺風暴雨的侵襲，若在上覆蓋遮陽網就形成了遮陰棚，用于夏季葉菜生產;在大棚外覆蓋防蟲網則形成了清潔蔬菜的生產場所。因此，要利用溫室條件，把環境調控到植物適宜生長的范圍，使之周年都能用于農業生產，克服農業生產的強烈的季節性。 3．3溫室物理結構越復雜，則功能越完善 各種類型溫室內環境調控結構差別很大，導致環境調控能力相差很大。一般地，塑料大棚沒有主動的增溫和降溫設施，只能進行簡單保溫降溫，對極端溫度天氣卻無能為力。而在現代化程度高的智能化溫室則配備有主動調節的設施，所有環境因子(如室內溫、光、氣、濕、熱和營養液養分狀況等)的監測、傳感及調節都由計算機綜合管理和自動控制。有的系統還可對生物體質量、大小和形態進行非接觸式和非破壞性監測，從而根據生長信息對溫室環境進行動態綜合控制［3］。溫室環境調控系統的結構越復雜，可控制的因素也越多，控制程度就越高，可選擇的調控策略就越科學，因而產量越高。 3．4生物結構與溫室功能相互影響 溫室生產的目的是獲得高產和高效益。其中，作物種類和品種選擇、播栽期的確定、茬口安排的方式等生物結構因素直接影響著系統的生物量產出和農產品的上市期等，從而影響能量流和價值流等功能。同時，溫室的生物結構受到物理結構的影響，如簡易的塑料大棚，沒有加溫和降溫設施，只能進行春提前、秋延后等超季節栽培。而隨著溫室的進化，在現代化自控溫室中可以進行周年的反季節栽培，長季節、高產量的黃瓜和番茄等周年栽培的溫室專用品種也應運而生。因此，溫室物理結構的變化導致生物結構的變化，而生物結構的優化更帶來了溫室功能的改善。 4改善溫室結構的途徑 影響溫室系統功能的結構內容包括溫室框架結構(物理結構)、栽培植物結構(生物結構)以及生產資料和環境調控成本結構(投入結構)等3個方面。所以要提高系統的功能，也必須從這3個結構方面進行改善和優化。 4．1改善溫室的物理結構 4．1．1因氣候條件制宜 適宜的溫室結構直接影響到作物的高產和溫室運行成本。高架溫室冬季保溫性差，加溫成本高，在我國北方難以立足;雙層充氣膜溫室充氣成本高，使南方地區冬季本來就不足的光照更加不足，不適合使用。因此，研發適合各地不同氣候區域的溫室結構是提高溫室生態系統功能的重要方面。在溫室結構設計上，北方地區以冬季保溫為主，抗雪災能量強;華南地區以夏季通風散熱為主，且要抗臺風暴雨;長江流域一帶的亞熱帶地區則必須以增加冬季的保溫性能和降低夏季降溫的成本相兼顧為原則。江蘇大學和上海農業機械研究所等單位在消化吸收以色列塑料連棟溫室的基礎上，進行結構創新，采用流場數值分析技術、有限元技術和模塊化設計技術等，優化設計了適合亞熱帶地區氣候條件的溫室結構。如設計鋸齒型和頂部全開型的溫室通風結構，使夏季通風性更好;設計雙膜結構和新型密封結構，冬季保溫性更高;優化屋面的形狀、主副頂拱和天溝結構，提高了抗風和雪載能力。2008年的南方百年一遇的暴雪災害中，通過以上創新設計的溫室無一倒塌。 4．1．2因栽培植物制宜 溫室結構的設計要適合擬定要栽培的主要作物種類和所采用種植方式的特點。不同作物對環境條件的要求不同，因此對溫室結構的要求也不同。例如，在溫室高度要求上，種植果菜類栽培，特別是長周期果菜、高大的觀葉植物等，或者多層架式栽培和柱狀無土栽培等，生長空間大，要求溫室的高度高;而種植葉菜類作物、普通花卉和觀賞植物，采用單層栽培等，則對溫室高度要求低。溫室高度的增加，相應地一次性建筑成本投入增加，而且加溫的成本也要相應增加。反之，種植矮稈植物也不能把溫室高度降得太低，否則影響人在室內的操作和夏季通風降溫。因此，溫室結構設計要處理好這些矛盾，制定相應的溫室標準，提高標準化水平。 4．1．3因經濟條件制宜 不同類型溫室的造價相差好幾倍，運行成本差異也很大，因此要根據各地以及各用戶或用戶單位的經濟條件來決定溫室的結構選型?，F代化配有環境自動控制系統的連棟溫室，其環境調控程度高，土地利用率高，作物生產力高，但是投入的水平也高。在經濟發達地區，盡管對國外引進溫室的消化吸收，我國已經能自行設計制造現代化溫室，價格比進口的要低30%～50%，但作為生產價格較低的農產品的裝備，400～600元/m2溫室造價仍然是很高的。因此，只適合在經濟發達地區或者在大城市的郊區應用，或作為各地現代化農業的示范用途，不能把現代化溫室作為裝飾品，一味貪求高檔，造成成本過高，運行能耗無法支付，以致溫室再生產過程不能順利進行。對于大部分農民來說，單棟塑料大棚以及北方的日光溫室在近期將仍然是主要的溫室裝備產品。 4．2改善生物結構 1)根據市場需求優化作物布局，通過品種結構調整以滿足市場多樣化的需要。溫室的作物種類和品種布局，原則上要以一室一品的專業化生產為主。專業化生產有利于實現規范化和標準化生產，也容易使勞動者掌握栽培技術，對于提高作物產量和勞動生產率具有重要的作用。目前，需要進一步研究和實施主要作物在土壤和基質栽培中的施肥、灌溉、病蟲害防治的規范化和標準化技術。但是溫室的品種布局不是一成不變的。當習慣種植的作物市場銷售不暢，或看好某些品種具有較好的市場和效益時，進行適時的作物結構調整，要以靈活多變的種類和品種調整來提高經濟效益。此外，要搞好上下茬作物搭配。 2)根據溫室結構優化種植模式，通過田間結構調整挖掘生產潛力以獲得最大產出。由于一年一大茬的長周期黃瓜比周年兩茬黃瓜兩茬生菜的常規種植模式產量高30%～40%。因此，在冬季有加溫設施的溫室內，同一作物應該選擇長周期的品種，以提高周年的產量。在高架的溫室內，種植低矮的綠葉蔬菜或盆花等植物時，要考慮多層栽培或立體栽培，以增加空間的利用率。#p#分頁標題#e# 3)提高環境調控能力進行反季節栽培，通過時間結構調整變更收獲期以得最大收入。進行反季節栽培，要提高環境控制的能耗。由于反季節栽培的農產品在稀缺季節上市，市場價格高，因此價值轉化效率高。但是反季節栽培需要溫室具有較高的環境調控能力。如目前面積最大的塑料大棚，在冬季主要是作果菜類的育苗場所，待到來年開春后進行“春提前”栽培。如果采用三棚五膜(即大中小棚膜，加蓋地膜和小棚外保溫幕)的方式，在極端含量的天氣下使用爐子和電熱加溫等簡易加溫裝置，番茄就能進行越冬栽培，比“春提前”番茄早上市30天以上，其產出投入比可能得到大幅度的提高。 4．3改善投入結構 在固定資產(即溫室框架結構)投入一定的前提下，重點是要改善生產資料的投入結構和環境控制。 4．3．1協調生產資料投入結構 生產資料除了種子種苗以外，主要是肥料和農藥兩大類。首先，要協調養分投入結構。各地溫室生產中注重施用氮肥，輕視磷和鉀肥，造成氮肥過量，利用效率下降，面源污染增加，土地的可持續生產力下降，所以要注重N，P，K的協調;同時要注重有機肥和無機肥的協調，即土壤碳氮比的協調，增強土壤微生物的活力，提高養分的有效性。其次，要協調有害生物防治的投入結構，加強病蟲害綜合防治。如果采用生物防治和物理防治的方法，多投入生物農藥和黃板誘蚜等物理防治，減少化學農藥使用。通過健康的生產方式培養健康的植株，生產出內在質量高的綠色食品或者有機食品(綠色食品AA級)蔬菜，提高農產品的經濟價值。 4．3．2改善環境控制投入結構 現代化溫室產業發展快的城市和地區的多年生產實踐表明，在環境控制程度高的現代化溫室中，生產的目標必須是高產量而不是低的運行能耗，只有高產量才能有高產值和高效益［4－5］，才能使高投入得到高的回報。但是環境控制能量投入并不是越高越好，而是要尋找合理的投入量和投入結構。作物生長是多種環境因子綜合作用的結果，但是目前生產上環境控制能耗主要是在溫度的控制上，而其它方面的控制能耗很少。事實上，在晴天光溫條件適宜的條件下進行CO2施肥，在連續陰雨天的情況下采用移動式補光，都是促進光合作用的有效手段。在溫度控制上，大多數溫室都采用經驗值設定法，沒有根據光照強度的變化進行動態管理，達不到最佳的控制效果;而有些溫室為了減少運行能耗，采用臨界值控制法，則更不能使溫室的增產潛力得到應有的發揮。