一種新型設施草莓立體栽培模式的探討

揭琳南 焦書磊 王秀娟 王紅清*

(1.中國農業大學 園藝學院，北京100193; 2.山東潤竹山農業科技有限公司，山東 262200)

草莓是薔薇科草莓屬的多年生草本植物，其外觀呈心形，鮮美紅嫩，果肉多汁，營養保健價值兼具，素有“水果皇后”之美譽，是深受人們喜愛的時令水果之一。

溫室反季節栽培是目前國內最主要的草莓生產方式，即溫室土壤栽培。近年來，不同形式的設施草莓立體栽培模式出現并發展成為一種重要的新型草莓栽培方式。草莓立體栽培是在盡量不影響地面栽培的前提下，通過豎立起來的栽培裝置作為草莓生長載體，充分利用溫室垂直空間和太陽能的一種新型栽培方式。草莓立體栽培與傳統土壤栽培相比較的主要優勢在于：提高土地利用率和果實產量。關于草莓立體栽培的研究在國外有很多報道，栽培模式種類繁多。國內對設施草莓立體栽培模式也有很多研究，如張豫超等[1]對單層雙列、雙層品字、四層階梯型栽培架生產性能的研究；林曉等[2]對支架型、雙H型、A字型立體栽培不同位置光溫效益的研究；宋衛堂等[3]對后墻立體栽培草莓設備的研究。過去大多是利用形式各異的栽培架進行無土栽培，而對新型立體栽培設施與傳統地栽相結合的草莓立體栽培模式研究較少。實際生產中，為了推廣高架無土栽培，常常是把肥沃的土壤硬化，放上栽培架進行無土栽培。從某種程度來說，這是對原來肥沃土壤資源的浪費。本研究設計一種設施草莓新型立體栽培模式(“新H型”：即“H型”架下土壤栽培一層草莓，形成雙層立體栽培模式)，不僅可以提高土地利用效率，而且能夠有效利用現有土壤，同時直觀對比無土栽培與土壤栽培的實際生產性能。本研究擬分析測定“新H型”和傳統栽培不同栽培模式的光照環境、植株營養生長、果實產量與品質、經濟效益等指標，旨在綜合評價“新H型”立體栽培模式實際生產性能，以期提高土地利用效率。

1 材料與方法

1.1 栽培模式選擇

本試驗于2014年6月—2015年6月在北京市昌平區香屯草莓園日光溫室(50 m×8 m)內進行，選取了“新H型”與傳統栽培2種種植模式。

所選取的“新H型”立體 栽培模式以鍍鋅管架作支撐，每架栽植2層草莓，H架上層為基質栽培，H架下層為土壤栽培。栽培架長550 cm，高80 cm，栽培架間距80 cm；下層栽培畦高25 cm，畦長寬同上層；整棟溫室設置栽培架42個(圖1)。所選傳統地栽種植模式，栽培畦長600 cm，寬40 cm，高30 cm；整棟溫室種植60畦(圖2)。

圖1 “新H型”立體栽培模式Fig.1 “New H Type” three-dimensional cultivation mode

圖2 傳統栽培模式Fig.2 Traditional cultivation pattern

1.2 材料

本試驗使用栽培草莓品種‘紅顏’。將草莓苗定植于日光溫室的“新H型”上層、“新H型”下層和傳統土壤栽培畦。“新H型”上層所用栽培基質配方為草炭、蛭石、珍珠巖(體積比為2∶1∶1)。“新H型”上層、“新H型”下層和傳統栽培3個處理均栽培2行草莓，行距均為20 cm；“新H型”上層和傳統栽培株距為17 cm，“新H型”下層株距為20 cm。“新H型”上層、“新H型”下層和傳統地栽3個栽培位置定植株數依次為：2 730、2 310和4 260株/棟。3個 處理田間生產常規管理。

1.3 測定方法

選取位于日光溫室中部，長勢和位置一致的草莓植株，掛牌標記。分為“新H型”上層、“新H型”下層和傳統地栽3個處理。以10株為一個小區，每個處理設置3個重復。

1.3.1 光照條件測定

使用希瑪高精度數字照度計(型號：AS823)測定晴天時日光溫室內的光照條件。9:00—16:00 每隔1 h測定一次每個處理(再細分為溫室南部、溫室中部和溫室北部各位置)的光照強度。

1.3.2 營養生長調查

株高：采用直尺測量基質/土壤表面到大多數葉片的自然高度，cm；葉面積：取第二片展平的功能葉，用直尺測量三出復葉中央小葉的長和寬，以長×寬×0.73計算葉面積；植株葉片數(三出復葉)：統計植株所有的功能葉片數；地上、地下部生物量：用精度為0.001 g的電子天平稱量鮮重，置于烘干箱105 ℃下殺青15 min，再85 ℃烘干至恒重，稱量干重。

1.3.3產量及品質測定

單株產量：每個栽培位置標記草莓30株，記錄全生育期產量，進而折合成平均單株產量；總產量由平均單株產量乘以總株數得到；果實硬度利用KM-1型果實硬度計(株式會社藤原制作所，日本)測定；可滴定酸含量利用pH電位滴定法測定；可溶性固形物含量利用用B-1型手持糖度計(株式會社井內盛榮堂，日本)手持折光儀測定。

1.3.4經濟效益分析

月產量測定：3個處理草莓全生育期單株月產量比較；“新H型”立體栽培模式與傳統栽培模式月產量比較(50 m×8 m溫室)；通過2種模式單株生產成本及單株產量推算單位土地面積生產效益。

1.4 統計分析

采用Microsoft Excel對測定數據進行繪圖與做表，用方差分析軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 “新H型”立體栽培模式對草莓接受光照的影響

由表1可見，本試驗中，在晴天，“新H型”上層栽培架南、中、北3個位置與傳統栽培畦南、中和北3個位置接受光照強度無顯著差異；“新H型”下層栽培架南、中和北3個位置與傳統栽培畦南、中和北3個位置接受光照強度均差異顯著；其中，“新H型”下層栽培架南部位置是傳統栽培畦南部位置接受光照強度的73%；“新H型”下層栽培架中部、北部兩位置僅能接受傳統栽培畦中部、北部兩位置20%的光照強度。

表1 不同栽培模式不同栽培位置光照度日變化Table 1 Diurnal variation of light intensity of different cultivation patterns in different cultivation modes klx

2.2 “新H型”立體栽培模式對草莓植株生長的影響

由表2可見，本試驗中，“新H型”上層和傳統栽培兩處理草莓植株的株高、葉面積、葉片數差異不顯著，“新H型”下層與前兩者有差異，表現出相對較差的生長狀況。

表2 不同處理草莓植株生長情況比較Table 2 Comparison of different treatments on the growth of strawberry plants

2.3 “新H型”立體栽培模式對草莓產量的影響

2.3.1各處理草莓單株產量月比較

由圖3可見，本試驗中，12月份，“新H型”下層草莓暫無產量，“新H型”上層草莓產量略高于傳統栽培；1月份，3個栽培位置均有產量，且無明顯差異；2月份，3個處理進入一茬果盛果期，產量同時達到較高水平；3月份，3個處理進入一茬果與二茬果之間的“間歇期”，均呈現出全生育期最低單產水平；4和5月份氣溫升高，“新H型”下層和傳統栽培兩處理單株月產量無明顯差異。與傳統栽培模式相比，“新H型”上層表現出產量優勢，“新H型”下層結果較晚，總產量低于“新H型”上層。

圖3 不同處理草莓單株月產量比較Fig.3 Comparison of monthly yield of strawberry in different treatments

2.3.2“新H型”立體栽培模式與傳統栽培模式月產量比較

由圖4可見，本試驗50 m×8 m溫室中，12月，“新H型”立體栽培模式草莓產量略低于傳統栽培模式；1—5月，“新H型”立體栽培模式草莓產量均高于傳統栽培模式；4和5月“新H型”立體栽培模式草莓產量明顯高于傳統栽培模式，分別高出48.8%和53.6%。

圖4 “新H型”立體栽培模式與傳統栽培模式月產量比較(50 m×8 m溫室)Fig.4 Comparison of the monthly production of “New H Type” stereo cultivation mode and traditional cultivation mode (50 m ×8 m greenhouse)

2.3.3“新H型”立體栽培產量分析

由表3可見，本試驗中，“新H型”立體栽培模式栽培數量12.6萬株/hm2，比傳統栽培模式的10.5萬株，高出20%。從單株產量來看，“新H型”上層處理草莓單株產量0.381 kg/株，優于傳統栽培的0.313 kg/株，優于“新H型”下層的0.234 kg/株。從總產量來看，“新H型”立體栽培模式為39 516.75 kg/ hm2，傳統栽培模式為32 865 kg/ hm2，“新H型”立體栽培模式比傳統栽培模式高出20.24%。

表3 “新H型”立體栽培模式與傳統栽培模式草莓產量比較Table 3 Comparison of the yield of the “New H Type” stereo cultivation mode and the traditional cultivation mode

2.4 “新H型”立體栽培模式對草莓品質的影響

由表4可見，本試驗中，新“H”型上層、“新H型”下層和傳統栽培3個處理的草莓果實可滴定酸含量無顯著差異，硬度和可溶性固形物有差異。“新H型”下層的果實硬度顯著低于“新H型”上層和傳統栽培兩處理；“新H型”上層的果實可溶性固形物含量顯著高于“新H型”下層和傳統栽培兩處理。

表4 不同栽培模式草莓品質比較Table 4 Comparison of quality of strawberry in different cultivation models

2.5 “新H型”立體栽培模式效益分析

如表5所示，本試驗中，50 m×8 m的溫室以傳統栽培模式生產草莓，單株生產成本6.33元。“新H型”立體栽培與傳統栽培模式相比，額外增加了“H”形架栽培裝置的建設成本及栽培耗材成本。“H”形架栽培設施一次性投資2萬元，按10年使用年限計算，每年使用成本為0.2萬元，另外基質耗材0.15萬元/年，滴灌裝置耗材0.2萬元/年，栽培槽耗材0.1萬元/年。50 m×8 m溫室種植5 040株，折合到每株的成本是1.29元。所以，“新H型”立體栽培模式生產草莓，單株生產成本為7.62元。

由表6可見，以2種栽培模式生產溫室草莓，單位面積土地上，“新H型”立體栽培模式比傳統栽培模式種植株數多20%，投入增加44.455%，產量增加20.240%，總收入增加35.269%，純利潤增加25.876%，投入產出比減少6.790%。

表5 傳統栽培模式草莓生產成本分析Table 5 Production cost analysis of traditional cultivation mode

表6 “新H型”立體栽培與傳統栽培草莓效益比較Table 6 Comparison of the efficiency of “New H Type” stereo cultivation and traditional strawberry

3 結論與討論

3.1 “新H型”立體栽培模式下層栽培位置光照條件不佳且弱光條件對草莓植株生長影響較大

本試驗中，在晴天，“新H型”上層栽培架南、中、北3個位置與傳統栽培畦南、中、北3個位置接受光照強度無顯著差異；“新H型”下層栽培架南、中、北3個位置與傳統栽培畦南、中、北3個位置接受光照強度均差異顯著；其中，“新H型”下層栽培架南部位置能接受傳統栽培畦南部位置大約7成的光照強度；“新H型”下層栽培架中部、北部兩位置僅能接受傳統栽培畦中部、北部兩位置大約2成的光照強度；整體而言，“新H型”立體栽培模式上層栽培架接受光照能力與傳統栽培畦持平，下層栽培架接受光照能力明顯不如傳統栽培畦；原因是“新H型”立體栽培模式下層受到上層栽培裝置遮光。在立體栽培草莓光合性能與產量品質之間的關系方面，前人做了很多研究。大部分研究者認為，草莓立體栽培模式下，光照是影響產量的最重要因子。還有研究表明草莓具有一定耐陰性。“豐香”草莓對弱光環境有一定的適應能力，遮陰處理可以減輕強光下的草莓葉片光抑制程度，提高植株對光能的利用能力[4]。據報道美國黑毒遮陰處理后凈光合速率日變化為單峰曲線，透光率50%時葉綠素含量顯著高于全光處理，具有一定的耐陰性[5]。本試驗中，弱光對“新H型”下層草莓植株營養生長影響較大，“新H型”下層草莓植株表現出相對較差的生長狀況，株高、葉片萌發數量以及葉面積都相對較差。

為解決下層栽培位置光照“短板”問題，適當提高“新H型”栽培架高度，可一定程度上減輕上層栽培裝置對下層植株的遮光，改善下層植株光照條件，擴大下層草莓植株的垂直生長空間，促進植株生長。

3.2 “新H型”立體栽培模式草莓產量及果實品質表現

從“新H型”上層、“新H型”下層和傳統栽培3個處理看，“新H型”立體栽培模式上層栽培位置草莓植株產量及果實品質表現優于下層栽培位置。“新H型”上層栽培位置植株與傳統栽培相比，上層基質比地面升溫快，上層栽培苗木生長量顯著高于傳統栽培；而且上層基質栽培草莓植株緩苗時間少于傳統栽培，因此在溫室草莓生長前期，上層位置草莓植株生長發育速度快于傳統栽培，12月份“新H型”上層栽培位置果實產量高于傳統栽培即印證了這一點；1—3月份，溫室草莓進入生長中期，“新H型”上層、“新H型”下層和傳統栽培3個位置草莓產量差異不大；4月份氣溫逐漸升高后，溫室草莓進入生長后期，上層基質栽培創造的生長環境增強了草莓植株的耐高溫性，使植株保持相對較長時間的旺盛生長，延長整個生育期；因此，這一時期“新H型”上層位置草莓單株產量明顯高于傳統栽培位置。

從“新H型”立體栽培模式整體看，除12月份由于“新H型”下層栽培位置暫無產量，致使“新H型”立體栽培模式草莓產量略低于傳統栽培模式之外，自1月份開始至生育期結束，“新H型”立體栽培模式草莓產量均高于傳統栽培模式；4和5月份“新H型”立體栽培模式草莓產量明顯高于傳統栽培模式，分別高出48.8%和53.6%。所以“新H型”立體栽培模式與傳統栽培模式相比，后期優勢明顯。

從果實品質看，“新H型”下層栽培位置果實硬度顯著低于“新H型”上層和傳統栽培兩位置，因為“新H型”下層位置受到上層栽培架遮光，所以果實相對較軟。這與鐘霈霖等[6]的“草莓較高果實硬度需要較強的光照”的結論是一致的。“新H型”上層位置的果實可溶性固形物含量顯著高于傳統栽培。“新H型”下層栽培位置植株與傳統栽培相比，呈現出“生長狀況差、單株產量低”的特點。原因是，整個生育期相對較差的光照條件使下層植株生長受限、產量受到一定影響。

本試驗中，“新H型”上層位置草莓表出諸多優勢，除了因為好的光溫條件之外，與基質栽培也是分不開的。因此，可以考慮將“新H型”下層同樣改為基質栽培。在“新H型”下層用高30 cm的塑料擋板作為栽培槽的四壁，槽內填充基質。將“新H型”變成雙層基質栽培模式，發揮基質栽培優勢、避免土壤種植連作障礙、增加草莓產量、提高果實品質。此外，由于下層栽培位置光溫條件相對較差，草莓植株生長發育速度慢于上層位置草莓，可以考慮將下層草莓植株提前定植10～15 d，使上下2層草莓植株生育進程一致。

3.3 “新H型”立體栽培模式經濟效益可觀且增產增收潛力較大

與傳統栽培模式相比，“新H型”立體栽培模式為上下2層栽培，充分利用垂直方向空間，單位面積土地上，新H型”立體栽培模式比傳統栽培模式種植株數多20%，投入增加44.455%，產量增加20.240%，總收入增加35.269%，純利潤增加25.876%，投入產出比減少6.790%。可見，增產增收效果明顯且投入產出比無明顯下降。

生產實際中，在發展都市休閑型農業、觀光采摘方面，與傳統栽培草莓相比，“新H型”立體栽培模式打造出的農田景觀效果以及舒適的采摘體驗，更能吸引市民采摘，提升草莓果實經濟價值。宗靜等[7]調查發現，有很多北京市民經常性的采摘草莓且很多采摘者能夠接受價格較高的采摘體驗。本試驗中，按“新H型”立體栽培模式草莓果實售價提升5元/kg 計算，即45元/kg，純利潤比傳統栽培模式增加25.876%。因此，如果將“新H型”立體栽培模式應用到發展都市休閑型農業、觀光采摘方面，可創造更高的經濟價值。與此同時，可考慮適當加大“新H型”定植密度。如保守設計，上層株距15 cm，下層株距17 cm，上層可定植3 108株，下層可定植2 730株，合計5 838株，比本試驗中的5 040株多定植798株，多定植15.8%。相信通過合理密植，可進一步挖掘“新H型”立體栽培模式增產增收潛力。

綜合分析2種草莓栽培模式下的光照環境、植株營養生長、果實產量與品質、經濟效益等生產性能指標表明，“新H型”立體栽培模式整體表現優于傳統栽培模式，表現出更高的經濟效益；通過合理的技術手段，可以為提高土地利用效率、增加農民收入、促進都市型現代農業發展提供一個新的嘗試。