網紋甜瓜工廠化種植模式與傳統種植模式的比較分析

李 婷，楊夕同，李勝男，曾劍波，李新旭

(1. 北京市農業技術推廣站，北京 100029；2. 北京曲辰博識農業科技有限公司， 北京102218；3. 北京華農農業工程技術有限公司，北京 100125)

甜瓜(CucumismeloL.)是全球十大水果之一，分為5個亞種，8個變種[1]，網紋甜瓜(CucumismeloL. var.reticulatusNaud.)是厚皮甜瓜亞種中的一個變種，其果實表面有均勻美麗的網狀裂紋，類似浮雕，外觀極其美麗，而且果肉香味濃郁，肉質細膩，是甜瓜中的精品，被譽為“水果皇后”。近幾年中國網紋甜瓜受到消費者的青睞，海南、浙江、上海、山東、河北、北京、內蒙古等地均有種植，面積逐年遞增[2]，栽培設施以日光溫室和塑料大棚為主[3]。北京地區以日光溫室種植為主。2018年中國設施農業面積189.4萬hm2，其中日光溫室57.8萬hm2，塑料大棚126.2萬hm2，智能化連棟溫室5.4萬hm2[4]。

網紋甜瓜生長對栽培條件要求嚴苛[5]，對施肥、土壤溫度和濕度、空氣溫度和濕度等環境的控制要求比較精準[6]，目前日光溫室環境控制較難實現自動化，且連年種植重茬現象日益凸顯。智能化連棟溫室面積在中國逐漸擴大，設計先進，抗風雪能力較強，使用壽命長，溫室內部操作空間較大，可以大面積規模生產，適宜進行工廠化、規模化作業。配有增溫降溫、遮陽保溫、加濕除濕等設備，可以進行智能精準調控，并周年生產[2]。近幾年山東、陜西等地現代農業產業園逐漸使用連棟溫室規模種植網紋甜瓜。智能化連棟溫室基質栽培網紋甜瓜，一方面避免連續多年種植引起的土傳病害重茬問題，另一方面溫室的溫度、濕度以及植株的水肥供給等均可以實現較為精準的調控，例如可以通過高壓噴霧、環流通風系統等方式實現濕度的迅速調整，還可以通過營養液智能循環供液系統，為網紋甜瓜植株提供充足的養分，并結合網紋甜瓜的生長情況有針對性改變水肥策略，從而保證網紋甜瓜外觀、品質的最優化。

本研究對比傳統種植模式和工廠化種植模式的生育期、養分需求、生長量，果實膨大速率、品質和產量等指標，以期探討2種種植模式的區別，并對網紋甜瓜可持續發展的設施種植模式進行探索。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為阿魯斯類型網紋甜瓜品種‘維蜜’，來源于北京北農種業有限公司。

1.2 試驗地點和時間

試驗實施時間2019年12月到2020年6月。工廠化種植模式在北京昌平小湯山特菜大觀園玻璃連棟溫室進行；傳統種植模式在北京金六環農業園日光溫室中進行。

北京昌平小湯山特菜大觀園玻璃連棟溫室，面積10 000 m2。溫室東西長70 m，南北長145 m，肩高6 m，脊高6.7 m，栽培槽寬0.2 m、高0.1 m、底端距地面高0.6 m、槽間距1.6 m。采用椰糠和珍珠巖混配基質，基質6 L。定植密度2.78株/m2。2020年1月7日播種，2020年5月26日采收。全生育期灌溉2.565×106L/hm2，單株灌溉95 L，養分用量見表1。

表1 工廠化種植模式養分需求Tab.1 Nutrient requirements for factory planting model

北京金六環農業園日光溫室，面積325 m2，溫室東西長50 m、南北長6.5 m、高3 m，后墻厚0.9 m，種植行距1.2 m、株距40 cm、定植密度約2.00株/m2。2019年12月27日播種，2020年6月2日采收。全生育期灌溉4.95×105L/hm2，單株灌溉24.7 L，種植前后土壤養分變化見表2。

表2 傳統種植模式種植前后土壤養分變化Tab.2 Changes of soil nutrient in traditional planting model

1.3 取樣和分析方法

每個種植模式隨機標記10株網紋甜瓜瓜苗，分別測定定植后20 d和30 d的植株莖粗、株高、中部葉片的葉片面積以及葉片數等生育期指標。其中植株高度和葉片面積(葉長×葉寬)用標準卷尺測量，莖粗用游標卡尺測量。

在授粉后每10 d測量果實縱徑和橫徑。網紋甜瓜成熟后，每小區隨機取樣10個。利用天平測量單瓜質量；用手持測糖儀測量可溶性固形物含量的方法測量糖含量；用最小刻度1 mm的刻度尺測量網紋甜瓜縱切面的縱徑和橫徑，內腔縱切面的縱徑和橫徑(小數點后保留2位)，計算果形指數(果形指數=縱徑/橫徑)；邀請不同年齡段的人員品嘗評價網紋甜瓜瓜瓤質地和纖維。記錄種植環節主要操作的效率，并核算人工成本。

試驗數據采用Excel和SPSS軟件進行處理及分析。

2 結果與分析

2.1 2種種植模式網紋甜瓜生長發育期比較

日光溫室后墻為磚墻，2020年2月定植架設小拱棚提溫保溫，最低土壤溫度15 ℃以上，最低空氣溫度13 ℃以上；連棟溫室進行夜間加溫，保證夜間最低溫度15 ℃以上。2種種植模式的網紋甜瓜生長發育期見表3，傳統種植模式的網紋甜瓜定植時間較工廠化種植模式早10 d，大批量雌花開放授粉時間較工廠化種植模式晚7 d，大批量果實成熟的時間較工廠化種植模式晚8 d，全生育期比工廠化種植模式多17 d。定植后在適宜的灌溉條件下，連棟溫室的環境調控系統保證適宜的溫度和均衡的光照，通過加溫等設施設備為網紋甜瓜創造較適宜的生長環境，而日光溫室沒有智能化調控溫度的設備，僅通過棉被、風口或者架設小拱棚調節棚室溫度，最高溫度和最低溫度跨幅大，升降變化劇烈，棚室南北光照資源差距大，不利于網紋甜瓜生長，影響緩苗伸蔓的時長，這是傳統種植模式的緩苗伸蔓比工廠化種植模式多17 d左右的原因。2種種植模式的發育時間相同，均為60 d，工廠化種植模式通過智能化調節保證棚室溫度恒定，60 d達到網紋甜瓜果實發育所需積溫1 200 ℃；傳統種植模式網紋甜瓜授粉已經進入4月，光照和溫度均可滿足網紋甜瓜生長，可抵御個別極端倒春寒天氣，同樣60 d達到果實發育所需積溫1 200 ℃。

表3 2種種植模式下網紋甜瓜生育期比較Tab.3 Comparison of the growth period of netted melon under two planting models

2.2 2種種植模式網紋甜瓜生長量對比

測量定植后網紋甜瓜20 d和30 d的植株生長量，見表4。定植后20 d，2種種植模式的葉片數差異不顯著，植株高度、莖粗和中部葉片面積的差異在5%水平和1%水平均顯著；定植后30 d，2種種植模式的中部葉片面積差異不顯著，株高、莖粗和葉片數的差異在5%水平和1%水平均顯著。

表4 2種種植模式網紋甜瓜生長量比較Tab.4 Comparison of plant growth of netted melon under two planting models

比較授粉后20 d到授粉后30 d之間的生長量變化，工廠化種植模式的株高生長量101.11 cm，莖粗生長量3.77 mm，葉片增加14.33片，中部葉片面積增加223.89 cm2；傳統種植模式的株高生長量79.12 cm，莖粗生長量2.75 mm，葉片增加13.16片，葉片面積增加255.65 cm2。授粉后20 d到授粉后30 d這個階段，工廠化種植模式植株的株高、莖粗和葉片數均較傳統種植模式增速快，但葉片面積傳統種植模式的增速大于工廠化種植模式，因為傳統種植模式緩苗時間較長，定植后20 d植株生長量相對較小，比工廠化種植模式的小1.3倍，比較的起點值低。

2.3 2種種植模式網紋甜瓜坐果期果實膨大速率

比較2種種植模式授粉后網紋甜瓜10、20、30和40 d的果實縱徑和橫徑，并計算果實膨大速率，見表5。授粉后10 d，2種種植模式的縱徑差異極顯著，橫徑差異顯著；授粉后20 d，2種種植模式縱徑無顯著差異，橫徑差異極顯著；授粉后30 d，2種種植模式縱徑和橫徑差異均顯著；授粉后40 d，2種種植模式縱徑差異顯著，橫徑無顯著差異；待果實成熟后2種種植模式果實縱徑無顯著差異，橫徑差異顯著，傳統種植模式果實橫徑0.85 cm。

表5 2種種植模式網紋甜瓜果實膨大速率的比較Tab.5 Comparison of fruit expansion rates of netted melon under two planting models

網紋甜瓜果實生長的另一特點，是縱徑的增長先于橫徑的增長，因此縱徑的長度總是首先達到成熟果的最大值[7]，授粉后10 d，2種種植模式的網紋甜瓜果實縱徑均達到成熟果的98%以上。授粉后30 d增長速率均達到85%以上：傳統種植模式縱徑和橫徑增長速率分別為90.9%和94.05%；工廠化種植模式縱橫和徑增長速率分別為86.58%和90.95%，增長速率略低。傳統種植模式條件下執行“兩灌兩控”灌溉策略[8]，授粉后7 d和授粉后25 d橫網形成時進行灌溉，周期較長而且每次灌溉量較大，致使授粉后10 d和30 d果實均大于工廠化種植模式，而中間控水的階段(授粉后14～24 d)，工廠化種植模式的縱徑增長速率變快，階段性大于傳統種植模式。最終傳統種植模式的果實縱徑和橫徑大于工廠化種植模式果實。

2.4 2種種植模式網紋甜瓜果實品質比較

比較2種種植模式網紋甜瓜授粉后60 d的果實產量及品質，見表6。單瓜質量和產量均無顯著差異。傳統種植模式的網紋甜瓜單瓜質量較工廠化種植模式的高0.13 kg，但通過定植密度(工廠化種植模式定植密度2.78株/m2，傳統種植模式定植密度2.00株/m2)和商品果率(工廠化種植模式商品果率80%，傳統種植模式商品果率90%)計算，產量反而低于工廠化種植模式4 695 kg/hm2，產量方面工廠化種植模式表現更優。果形指數、肉厚和糖度均無顯著差異。2種種植模式中心糖含量相差0.54%，果肉心邊糖度梯度相差1.15，另外考慮香味、糯性和纖維，品質方面以傳統種植模式更優。

表6 2種種植模式網紋甜瓜果實產量及品質的比較Tab.6 Comparison of fruit yield and qualityof netted melon under two planting models

2.5 2種種植模式網紋甜瓜主要操作效率分析

網紋甜瓜生產的主要操作如綁蔓打杈、疏花疏果、繞秧疏果、吊瓜、套袋和打藥等工作效率、勞務成本以及單次操作的成本，見表7。工廠化種植模式綁蔓打杈4次，繞秧疏果和吊瓜1次，套袋1次，預防或者防治打藥共12次，田間操作用工費用合計1.07萬元/hm2，加上技術人員費用累計2.99萬元/hm2；傳統種植模式用工次數基本相同，打藥較工廠化種植模式少2次，傳統種植模式效率相對低下，田間操作用工費用合計2.57萬元/hm2，加上技術人員費用累計7.24萬元/hm2。工廠化種植模式工作規模較大，工人操作環節的無用功相對較少；另外適度規模化生產條件下，技術人員同時統籌協調的工作面積較大，均攤的技術人員費用就相對較低；此外大型的設施條件采用一系列農用設備器械，如軌道車、噴藥機等輔助實現較高的工作效率。

表7 2種種植模式網紋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種種植模式網紋甜瓜生產成本分析比較

生產成本包括生產環節成本和生產設施投入成本。

生產環節成本見表8，主要包括種苗、肥、耗材和人工。可重復利用的耗材如基質、滴灌、吊蔓繩、勾子計算的是使用5個生育期均攤后的成本。傳統種植模式的生產環節成本17.36萬元/hm2，工廠化種植模式生產環節成本14.84萬元/hm2。

表8 2種種植模式網紋甜瓜生產環節成本比較

生產設施投入成本見表9，主要包括折舊、能耗、其他(用電、CO2)。工廠化種植模式網紋甜瓜生產設施投入成本52.51萬元/hm2[9]，傳統種植模式生產設施投入成本7.8萬元/hm2。

表9 2種種植模式網紋甜瓜全生育期設施投入成本比較Tab.9 Comparison of input costs of single stubble facilities of netted melon under two planting models

工廠化種植模式生產成本約67.35萬元/hm2，傳統種植模式生產成本25.16萬元/hm2。

北京地區2020年地頭平均批發價格約15元/kg，工廠化種植模式銷售價格為55.26萬元/hm2，傳統種植模式銷售價格為48.33萬元/hm2。

3 討 論

工廠化種植模式的網紋甜瓜的株高、莖粗和葉片數均較傳統種植模式增速快，環境適宜網紋甜瓜生長，全生育期比傳統種植模式少17 d，前期較好的生長量為后期奠定基礎。

網紋甜瓜果實的增長在最初幾天主要是靠子房組織的細胞迅速分裂，使細胞數目急劇增加而增長，增長的速度緩慢，但卻是進一步增長發育的基礎。因為果實后期的增長主要是靠細胞體積的增大而增長[7]。影響網紋甜瓜果實膨大的主要因素就是增長初期的灌溉，傳統種植模式是在授粉后5 d灌大水，灌溉量0.75×105m3/hm2～1.2×105m3/hm2，約3.75～6 L/株；工廠化種植模式參考荷蘭番茄灌溉模型(1 J/cm2=3 mL/m2)并結合天氣和排量調整，膨瓜階段灌溉量為1.35 L/(株·d)。傳統種植模式下膨瓜階段水分供給充足與植株的需求相匹配，影響最終的果實大小。

傳統種植模式的網紋甜瓜中心糖含量較工廠化種植模式高0.54%，果肉心邊糖度梯度相差1.15，影響口感。此外香味、糯性和纖維，品質方面均是傳統種植模式更優，初次進行工廠化種植，水肥養分、光照、溫度、濕度等環境因素相互耦合的參數還不成熟，有待進一步探索；工廠化種植模式的養分持續供給特別是氮素供給充足或許也是品質有差別的原因，有研究認為氮素供應量過高會使大部分光合同化產物與氮形成蛋白，影響光合產物的轉化和輸出[10]，且導致根系活力下降，不利于對礦物質養分的吸收利用，從而影響品質[11]。土壤環境復雜，各種微生物菌群參與根系養分代謝和物質交換，可能也是影響風味的一個原因[12]。

比較2種種植模式生產環節(生產環節成本)以及硬件設施設備耗能的成本，工廠化種植模式的主要田間操作的工作效率比傳統種植模式高1.4～7.5倍，生產效率占明顯優勢。考慮前期投入計算折舊后，工廠化種植模式的生產成本比傳統種植模式高42.19萬元/hm2；工廠化種植模式利潤為-12.09萬元/hm2，傳統種植模式利潤為23.17萬元/hm2，通過計算，假設收購價格不變，在定植密度2.78株/m2的情況下，商品率需保證96%以上，工廠化種植模式才可盈利。

工廠化種植模式生產效率高，標準化程度高，但前期硬件投入成本和運營成本均較高；傳統種植模式的果實商品率和品質均較優，但工作效率和標準化程度低。工廠化種植模式還需選擇高附加值的產品，通過一定的運營手段，實現收支平衡；而傳統種植模式還需進一步細化田間操作管理標準，研究適度規模生產技術，提高工作效率。未來可以探索硬件投入成本較低的設施，如雙坡面拱棚或塑料薄膜溫室(規模1 hm2)，規模生產機械化操作工作效率高，適度規模也可提高生產的標準化程度。