基于蔬菜工厂化视角的我国蔬菜浅析

  随社会生产力和社会发展的变化,设施农业已是现代农业发展的重要标志,尤其是蔬菜这样一种仅次粮食的第二大民生农产品,未来我国蔬菜发展的重要着力点之一必定是现代工厂化蔬菜发展。蔬菜具有种类多、每种相对数量少、生产周期短、技术要求高、劳动密集等特点,采用蔬菜工厂化智慧生产,实现蔬菜规模化、标准化,以促进蔬菜产业发展和质量提升是大势所趋。如今蔬菜工厂化已应用在全蔬菜产业链中,从育苗、生产到最后收获均可全程实现,目前我国工厂化蔬菜主要是食用菌、西红柿、黄瓜、生菜等的一类茄果叶类蔬菜。

但我国与国外先进的蔬菜生产发展模式仍存在较大差距,未来蔬菜主要矛盾除了技术方面,还有我国蔬菜劳动力趋减的问题。基于这一趋势下,蔬菜产业升级首先是机械化程度的提升,而后是智能技术的应用扩大。我国地域广阔,区域蔬菜种植均需因地制宜,必然有各地区发展不一的现象。综合来看,预计在未来十年内,我国蔬菜产业必将升级,各地相互带动,蔬菜机械化升级,蔬菜工厂化蓬勃发展。

一、我国蔬菜生产组织走向合作化,蔬菜产业愈发技术化

1.1生产组织不断变化,专业合作更具优势

随着社会经济的快速发展,许多地区的可耕地面积逐渐减少。实现土地价值最大化,提高农业效益已逐渐成为现代农业发展模式的任务之一。蔬菜发展之初至现在,蔬菜产业化经营模式以“公司+基地+农户”为主,在经济发展带动下演变为“龙头企业+基层农户”模式,据市场环境来看,蔬菜现代化产业组织体系是农户家庭、专业合作社、农业行业协会的“三位一体”。与传统小农相比,现代农业生产组织在经营规模、市场竞争力、盈利能力和抗风险能力等方面具有明显优势。

1.2标准智能化的规模种植正在发展,技术是核心

设施蔬菜栽培不同于传统农业,完全或部分摆脱了自然气候和土地条件限制,可人为调控环境因子,为蔬菜提供最佳生长空间,改善农业生态条件,实现优质高产途径。栽培蔬菜是典型劳动密集型生产,传统种植不仅生长周期长,且浪费大量种子,限制大面积移栽作业。我国人均土地面积较少,提高土地利用率,蔬菜工厂化发展是大势所趋。我国蔬菜产业发展经历了露天种植,靠天种植的1.0时代;到传统土墙塑料温室种植,受季节制约的2.0时代,目前多地正处连栋、玻璃、光伏等温室种植的3.0时代,部分地区已开展进入智能化、规模化、标准化、工厂化生产的4.0时代。这一系列的变化依赖于科技发展,而技术应用是这一变化的主要体现。

二、较国外蔬菜工厂化典范水平,我国追赶空间较大

2.1国际蔬菜工厂化标杆已有,水平先进且成熟

从地理区位来看,世界设施农业产业主要分布在亚洲、欧洲和美洲,欧美国家以规模化农业生产为主。亚洲是世界设施农业产业发展最快、面积最大的地区,其中,以日本、韩国的设施农业发展水平较高。由于国土资源限制,日本、韩国设施农业生产规模与中国经营规模水平相近。

从发展来看,欧美国家处于世界领先水平。欧美国家的设施农业主要由大型家庭农户经营。栽培设施具有高度标准化和自动化水平。设施内部环境控制是自动化和智能化的,其生产方式主要是水肥一体化的无土栽培。

从技术来看,荷兰等发达国家处于领先水平。发达国家在设施农业发展中非常重视环境保护、资源循环、结构优化、配套及技术体系完善,用计算机对作物生长中各环境因子调控,实现周年供应。荷兰已将集成化工业技术应用在农业生产,以及世界最先进的玻璃温室中。

从市场来看,欧美设施农业发达国家围绕市场需求安排农业生产,其产品不仅限于国内市场需求,更大量出口到国际市场;温室种苗采用设施专用品种,实现了设施栽培多样化与特色化;温室设施规模庞大,先进系统农业技术普遍应用;设施蔬菜产品市场销售体系完善,设施产品出口量实现日益增长的趋势。

2.2蔬菜工厂化典范各具特色,中国蔬菜工厂化取长补短有借鉴

图表1.中国与世界蔬菜生产典范的对比

来源:中国科协第314次青科论坛

从未来发展来看,欧美发达国家的现代设施农业已进入智慧农业革命阶段。智慧农业是以信息和知识为核心要素,通过将互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术与农业深度融合,实现农业信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性化服务的全新的农业生产方式,是农业信息化发展从数字化到网络化,再到智能化的高级阶段。

三、我国蔬菜工厂化发展劲头十足

3.1北京首次发布设施蔬菜数据,数字喜人

国家统计2020年鉴中,首次发布了设施农业相关数据,率先开始该数据的城市是北京市,从公布相关数据来看,2020年北京市设施农业播种面积达29009.8公顷,设施农业产值50亿元,农业总产值107.6亿元,设施农业总产值占比已近5成。设施农业类型主要包括温室、大棚和中小棚,产值分别达到32.14亿元、16.82亿元、1.12亿元。用于蔬菜和食用菌的设施农业面积中,其中温室蔬菜和食用菌12115.9公顷,占比86.57%;大棚蔬菜和食用菌11658.6公顷,占比83.16%;中小棚蔬菜和食用菌835.7公顷,占比84%。设施蔬菜正在不断发展壮大,其中蔬菜和食用菌依托设施生产的比重并不低。由此,蔬菜工厂化目前虽然并没有官方公布的具体数字,但是,其发展趋势一定是和设施蔬菜相同步的。

图表2.2020年北京市设施农业发展现状

 

来源:北京市2021年统计年鉴

 

图表3.2020年北京市设施蔬菜发展现状

 

 

来源:北京市2021年统计年鉴

3.2蔬菜工厂化技术欣欣向荣,蔬菜种植方式进入转型期

蔬菜工厂化技术的出现并非偶然,是在种植技术化、机械化、专业化程度不断提升的背景下产生的。相对于传统播种育苗种方式,工厂化播种育苗技术不仅提升种植效率、劳动效率,而且能够节省土地资源,减少病虫害的威胁以及降低育苗成本的效果。因此,蔬菜工厂化的出现在一定程度上推动了蔬菜种植转型。

图表4.2020年北京市设施蔬菜发展现状

 

来源:参考网、新农村

3.3蔬菜工厂化全国分布广泛,应用品类趋多

据农业部门公布的数据显示,从种植面积来看,早在2016年我国设施蔬菜面积就已经达到了5500多万亩,2018年设施总面积为189.42万hm2,约2011年的2倍。目前设施蔬菜种植面积是蔬菜种植面积的三分之一左右。这充分说明了当前设施蔬菜产业的良好发展趋势。二是产量大,设施蔬菜占蔬菜总产量的35%,2016年全国设施蔬菜总产量2.52亿吨,人均近190千克/年。三是总产值大,2016年设施蔬菜产业净产值5700多亿元。四是出口量大,我国蔬菜出口世界第一,2020年蔬菜出口1017万吨,总额达到119.51亿美元。

从面积分布来看,我国设施蔬菜主要分布在黄淮海及环渤海湾地区,占到总面积的57%,长江中下游地区占20%,西北地区占11%,其他地区占12%。其中,山东省面积最大,约900万亩,与江苏、河北、辽宁、安徽、河南、陕西7省共占全国设施蔬菜面积的69%。

从蔬菜种类分布来看,番茄的种植面积达1200多万亩占据首位,其次是黄瓜有1000多万亩,二者与辣椒、茄子、芹菜5种种植面积占设施蔬菜总面积的一半,再次就是食用菌的生产。(中外农业概览)

四、蔬菜产业劳动力趋减,蔬菜机械化地位显著提高

4.1劳动力密集的蔬菜产业,现实正愈发残酷

2012年起,劳动年龄人口数量开始下降,正式进入负增长阶段,到2020年已降至89438万人,比2011年下降了5 %,其中2020年下降幅度最高,比2019年下降幅度高出2.41 个百分点。总的来看,我国劳动年龄人口规模依然庞大,但数量已持续9年减少。我国劳动力供给逐渐减少甚至出现短缺的趋势日渐明显。人口老龄化是劳动力的有效供给逐渐短缺的原因之一。

目前中国农村中从事农业劳动的农民多为50岁以上人员,传统农业生产活动易受天气影响,对年轻农村劳动力缺乏吸引力,年轻人不会种地也不愿种地,规模化、机械化的现代温室利于吸引其返乡并留住。蔬菜产业中,该趋势的发展必然致使机械化应用从部分替代到全部替代。

图表5.我国劳动年龄人口数量变化与增长率变化情况

来源:国家统计局第七次人口普查

4.2蔬菜机械化发展,将改善劳动力趋弱问题

2020年是“十三五”收官之年,农业机械化发展将进入全面全程发展新阶段,蔬菜机械化地位日益显著。2018年《国务院关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》(国发〔2018〕42号),2020年农业农村部颁布《关于加快推进设施种植机械化发展的意见》都在进一步推进我国蔬菜方面的技术应用。

图表6.蔬菜规模化生产关键环节机械化技术应用情况

来源:农业开发与装备

设施蔬菜机械化技术的应用,大大改善劳动力作业环境,提升作业效率,而且有利于高产、高效和绿色生态现代农业发展模式的推广和应用,实现带动设施蔬菜生产提质增效的目的。目前中国蔬菜生产机械化水平较低,因作业环节、区域条件和蔬菜品种的不同而呈现较大差异,政策投入、推广机制和技术对机械化发展有较大影响,仍需坚持因地制宜原则,探索农机农艺融合的蔬菜机械化生产模式。

五、蔬菜工厂化问题明晰,攻坚克难需要对症下药

中国蔬菜生产面临成本增长过快、价格波动大、收益不稳定和比较收益下降等问题,影响蔬菜产业健康发展。这一现象的背后主要有以下几方面的原因:

5.1现代设施农业相关基础研究和技术积累薄弱

发达国家的现代设施农业已进入智慧农业革命阶段。与之相比,我国智慧蔬菜仍缺乏基础研究和技术积累,各项先进关键技术的研发仍处于研发、试验阶段,而发达国家多已进入产业化阶段。整体技术水平仍与发达国家相差15年至20年,主要表现在农业专用传感器落后,植物模型与智能决策准确度低,智能化精准作业装备缺乏等。在智慧蔬菜应用推广上,我国各省市都开展了试点建设,但多处于示范阶段。

5.2适宜现代设施环境种植的专用品种缺乏

现代连栋温室种植品种类型单一,温室内种植作物种类及品种需要多样化、高值化。目前温室内采用的蔬菜品种多引自国外,缺乏自主优良品种,且引进品种在本地种植存在风味不足、抗病性差等问题,需筛选培育适合中国地区温室栽培的抗病能力强的口感型自主品种。

5.3温室内设备研发和栽培管理技术有待整合完善

国内大型连栋温室系统结构采用国外模式,灌溉、环控等核心设备依赖国外进口,一旦损坏维修周期长、成本高。因此,需要加强温室内设备自主化,提高设备维护技术。且国内温室环境调控、水肥管理、营养液配方、生长季植株管理等多引进国外生产经验,需要在生产实践基础上形成适合本地的生产技术系统规程。

5.4设施生产管理等一线专业技术人员缺乏

国内规模化专业生产管理人员缺乏,需要培养环控管理、种植技术、植保防护、标准制定、装备维护等一线技术人员,满足运营需求。生产装备的操作和维护需要掌握较高的专业技术水平;作物生育期较长,管理精细,植保压力较大,需积累总结系统的绿色防控技术;现代工厂化种植模式,生产过程中需要将现代信息技术与农业深度融合,我国智慧蔬菜工厂化还处于起步阶段,需要大量相关专业研发人才。

六、我国蔬菜工厂化正厚积薄发,智慧蔬菜工厂化指日可待

6.1智能化温室综合环境控制系统开始推广应用

建立了现代化的连栋温室示范基地,配装了计算机环境控制系统,能够做到栽培环境全自动控制,可进行产量、产值预测,为生产者提供信息情报和决策依据。同时与气象站、种苗公司、生产资料、病虫害测报、市场营销等联网,形成温室控制管理的物联网+系统,实现足不出户进行生产管理。在示范推广中,一批高性能的设施蔬菜耕作机具、播种育苗装置、灌水施肥装置、通风窗自动开闭 温湿度调节装置、二氧化碳施肥装置以及自动嫁接装置,逐渐进入普通种植户的大棚和温室中。

6.2优良作物品种得到大力推广应用

近年来,设施蔬菜农业农艺生产体系走在了前面,尤其是设施蔬菜的良种良法得到大力推广。农科院领头,研发出抗逆性强、抗虫害、耐贮藏、高产的温室作物新品种,利用生物制剂、生物农药、生物肥料等专用生产材料,逐步向精准农业方向发展,为社会提供了更加丰富的绿色、安全、优质的健康食品。

6.3开展了设施蔬菜生产仿真模型研究

目前,设施装备生产创新势头良好,涌现出不少专业化的蔬菜设施装备生产厂家,设施装备技术更加成熟,符合系统要求的产品越来越多,功能进一步强大。需要努力的方向是,建立和完善设施农业系统的相关标准,包括:温室及配套设施的性能、结构、设计、安装、建设、使用标准,设施栽培工艺与生产技术规程标准,产品质量与监测技术标准等。

6.4设施装备技术高质量发展大势所趋

推进设施蔬菜生产迈向高质量发展是大势所趋。在建设方面,大棚骨架材料趋向强度大、更轻便、耐腐蚀、寿命长;覆盖材料趋向于透气性好、保温保湿;配套设施趋向于电动、自动监控方向;建设规模向多拱拼装式、大型连栋式的方向发展。

在农机农艺方面,大力开展配套技术与装备,包括温室用新材料、专用管理系统、环境监测等配套产品;研究开发具有自主知识产权的生产装备;与生物技术结合,开展植物工厂研发,在全封闭设施内实现全年生产,采用营养液栽培和自动化综合环境调控,实现高技术、密集型、省力化作业。

在新技术应用方面,未来蔬菜生产必然要提高管理水平和劳动生率,环节全部实现智能化。随着农业机器人技术成熟,逐渐应用于生产作业;发展生物防治技术将成为大势所趋;设施光能利用、设施结构优化与新材料开发等技术受到重视;建立以作物所需水肥量为依据的自动化灌溉系统。

总的来看,蔬菜工厂化的前景具备了优质、高产、省人工的三大特点。蔬菜生产的地理条件、种植制度、经济水平、优势品种都不尽相同,各具特色,各类蔬菜品类的专业化研究仍然需要一定的人力、物力、资金、政策、市场等的支持,实现其高质量的发展,需一定时间,未来蔬菜工厂化生产、机械化发展必定要结合中国国情,探索农机农艺融合的技术模式。在蔬菜工厂化这样一个大势所趋的风口里,无论是技术还是管理的更新迭代将是飞快的,也是蓬勃发展的,预计未来十年内,蔬菜工厂化发展必然迎来其爆发增长。

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