实用主义指引的设施园艺工厂化
时间：2020-04-05 07:59:02 来源：达达文档网 本文已影响 人 
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美国设施园艺产业以规模化、集约化、自动化著称。2015年下半年，借与美国科研单位合作研究的机会，来自农业部规划设计研究院设施农业研究所、华南农业大学以及来自国内设施园艺生产和装备技术领域的专业人士一行9人（图1），在美国保尔园艺公司王士英博士的帮助和带领下，对美国中部4个知名园艺企业进行了技术考察。从保尔公司的种子技术研究中心，到绿色精神农场的蔬菜工厂，从宏大古朴的中美洲农场，到高度自动化的曼彻雷纳花卉工厂，处处展示着以实用主义为导向的现代工业文明与农业产业化的完美结合，带给我们震撼，更带给我们思索。
四家企业简述
绿色精神农场
（Green Spirit Farms）
这是一家在欧美有影响力的商业化植物工厂，曾应邀在伦敦奥运会期间进行植物工厂的应用展示。我们参观的这个分部在密歇根州，距离芝加哥市1h车程，于2011年投入运行，规模不算大，拥有910m2的生产区，930m2的储运区和100 m2的办公区，利用垂直多层栽培床架，进行水培叶菜的生产。垂直立体栽培架（Vertical Growing Station，VGS）为主要设备，采用LED光源和传统光源为植物提供光照。每个栽培架单元有4层栽培槽，共用一套营养液循环系统。在这个植物工厂中，单个栽培架并不庞大，也不复杂，营养液甚至不用消毒，未配备昂贵的紫外线消毒设备。在严格的生产管理安排下，持续运行了4年时间，从未发生病菌感染的情况。植物工厂内生产羽衣甘蓝、罗勒、散叶莴苣、球叶莴苣、菠菜、芝麻菜和小萝卜等8种蔬菜，叶菜为主，但也有小型果菜。
植物工厂在土地利用率、空间利用率上的高效性在商业模式下得以体现。该工厂每平米可种植304棵叶菜，而地面同等面积仅可栽培7.75棵叶菜。各类蔬菜一年可产12～17茬之多，以罗勒为例，一年可产17茬，一个栽培架的产量可达到80磅/茬（约32.29 kg/茬），年产出量可达1360磅（约617 kg），单位面积年产量达17.12 kg/m2，以占地面积计，是同等面积地面栽培产量的15倍以上，在3.3 m2的种植盘上，21天可收获生菜45 kg。同时，生产用水量大幅度降低，不到地栽耗水量的5%，是典型的资源节约型生产模式。
绿色精神农场让笔者震惊的不止这些。这个成功运行的植物工厂，并没有采用保温密闭型建筑，而仅由一栋废弃厂房改建而成，窗户和门均全部保留。没有采用空调降温，即使在炎热的夏季，充发发挥厂房屋面和墙体的隔热能力，辅以通过厂房原有窗户的强制通风，便达到了环境、产量、经济性的平衡。这是产业的需求，不求环境最精准，但求实用和盈利能力。
该农场位于伊利诺伊州，是美国中西部最大的盆栽花种植企业，成立于20世纪70年代，拥有33 hm2各种类型生产温室。种植区采用普通移动苗床，通道物流则采用全程轨道的方式。这种温室输送技术和相应的设备，是该公司在30年前就开始应用的。灌溉方式根据植物需求不同，分别采用空中自走式喷灌、苗床潮汐灌溉和地面潮汐灌溉。为充分利用温室的栽培空间，大部分温室设有悬吊式盆花栽培系统，人在地面遥控移动，定点喷灌，系统结构简单。图2为采用移动苗床培育与悬吊式盆栽培育的生产系统，温室内下层为移动苗床，上层设有悬吊盆栽线。一条悬吊盆栽线可悬挂700盆盆栽花卉，Mid-American Growers的温室共有30条悬吊盆栽线，总计可挂盆栽15000盆，用于生产周期短的小型盆栽，如一年按8茬计，增收效益相当可观。图3为该农场生产中采用的主要设备，基质处理设备主要有基质破碎机和基质配比混合生产线（图3a）、穴盘与花盆基质填充机（图3b），由于种植面积大，中美洲农场根据自身的栽培需要进行基质的配比、添加、混合和搅拌；在种苗移植作业环节中，根据种苗的大小分别依靠种苗移植机和人工移植（图3c和3d）。在生产资料物流输送方面，农场投入了大量资金，配置了移动苗床物流输送系统和悬吊盆栽输送系统，大大降低了劳动强度，提高了劳动生产率。图4a左侧为苗床纵向轨道，右侧为培育区，苗床放置在横向轨道上；图4系列展示了温室内物流输送的主要环节，其中，4b、c为苗床在作业车间与温室培育区之间的通道，为不影响人员和其他车辆通行，苗床通道设置于地下通过；另外对于穴盘苗生产，不需利用大量苗床进行搬运的情况下（或是车间内部苗床通道无空位情况），穴盘可通过空中穴盘输送带（图4d）在温室培养区与作业车间之间输送，但需人工将穴盘搬入或搬出苗床。
中美洲农场经过20多年的扩建，达到现在的规模。置身其中，能深深感受到其不断创新、追求实用、循序渐进的发展过程。温室依地势逐步扩展，每扩展一处，便和原有温室形成密切关联，空间联通，生产统筹。当温室扩展后造成空间过大，通风和降温超过湿帘风机有效长度时，便创造性地在屋面增设湿帘窗。该农场首批温室建设时，智能物流栽培系统的技术体系尚不成熟，因此采用了主通道配置自动轨道、栽培区依靠人工推动的办法，同样实现了效率的提高。鉴于自身基质配方独特且需求量大的特点，农场购买原料自配基质，但从基质配制车间到操作车间，再到种植栽培区域，全程采用机械化输送手段。可以说，在七八十年代的中美洲农场，便以工业的生产组织模式装备温室。
该公司位于北卡罗来纳州，1972创办，初期的温室面积仅为5 hm2，发展至今，温室面积达到65 hm2，且以全开屋面玻璃温室为主。图5展示了该温室的全景。在《种植者论坛》杂志评选的2015年美国种植企业排名中，位列第七。公司致力于采用自动化生产技术，从种苗生产到成品生产，实现了全程自动化（图6和7）。
曼彻雷纳的生产方式主要是地面栽培、苗床栽培与悬吊栽培相结合，灌溉方式有多种。如图6所示。悬吊盆栽采用定点喷水，地面栽培则根据品种与栽培阶段的不同分别采用喷淋天车灌溉和地面潮汐灌溉。
该公司的超大苗床输送系统颇为壮观，苗床为铝合金框架（图7a），作为输送工具运送盆栽花卉，花盆置于盘托内再放入苗床，苗床长度大于10 m，宽度在2 m左右，运送能力极强。在温室两端和中间设有纵向轨道（图7b），沿轨道按一定长度设置有电机，通过电机驱动胶轮交替带动苗床沿温室跨度方向自动行进；苗床长度同温室跨度一致，横向进入每跨的移动采用行走在温室立柱结构上的桁架天车（图7c），桁架天车将苗床提起沿温室开间方向横向搬运，每跨内配备一台桁架天车（图7d），由于超大苗床负载大，且桁架天车的行走距离在500 m左右，采用电力作为驱动很困难，因此，每台桁架天车以配置柴油发动机的方式作为动力。
在曼彻雷纳的温室中，工业文明与农业产业化的结合体现得淋漓尽致。无论是花卉产品和生产资料的输送，都展示着工厂化生产的特征。大型输送桁架天车、植保天车、移栽作业设备等众多装备集于一个大型温室内，成为一套植物生产流水线。当然，可圈可点之处不仅这么多，增强抗风能力的侧墙设置、生物质燃料加温系统，不一而足，篇幅所限，无法一一分享。
保尔园艺公司成立于1905年，业务涉及观赏植物的育种、生物技术、种子技术、种子生产、种子批发和零售、市场推广、教育培训、媒体出版等方面，在全球25个国家有独资或合资公司，是当今世界观赏园艺产业界最具影响力的公司之一。国内熟知的泛美种子公司，就是其旗下的花卉育种专业公司。《种植者论坛》杂志，也是由旗下的出版社出版发行。园艺生产权威指导用书—《保尔红皮书》，已经出到第18版。由于时间所限，我们只参观了位于西芝加哥市的集团总部、种子技术中心和种子包装中心。
保尔公司对种子质量有着苛刻的要求，也有着完善的生产体系及相应的检测设备（图8和9）。在对种子进行包衣或丸粒化加工处理后，还要进行二次分级筛选，剔除不合格的种子。入库后的种子和加工处理过的种子，都要进行冷藏储放，并定期进行芽率测试，保证种子的高品质。
在保尔公司，严谨的文化无处不在。数量繁多的商品种子整齐排列，标识一丝不苟。通过对每一个新品种特性的研究，包括对种子加工方式的研究比选，确定最佳的生产工艺，完整的种植指导规程，从而给用户提供完善周到的服务。可以说，这是一个以工业产品的严谨理念经营的优秀园艺企业。
几点思考
规模化和生产集约化是设施园艺产业竞争力提升的重要保障
美国设施园艺企业以规模著称，前文所述的中美洲农场、曼彻雷纳花卉工厂，设施种植面积分别为33 hm2和65 hm2，产量分别为5000万盆和1亿盆。通过规模优势，取得产品综合成本、营销、定价、供应和服务能力等方面的综合竞争优势，形成了较高的进入门槛，使优势得以持续保持。更为重要的是，以自动化装备为支撑，以规模化为基础，这两个企业均实现了高效流程化生产组织模式的应用，从而取得集约化带来的效率提升、成本降低的优势。在我国，有些温室生产基地的规模不算小，却因经营管理、装备技术等方面的原因，无法解决流程再造问题，从而无法实现真正的集约化，只能在现代化的厂房（温室）里从事作坊式的生产。
温室设施和生产装备缺一不可
欧美温室种植企业，无论规模大小，基质处理、播种、移栽、灌溉植保、商品化处理、物流输送等必要装备一应俱全。其目的不仅是解决劳动力替代问题，更是为了解决生产过程的组织化，从而挖掘最大的产能，提供均匀一致的植物商品。可以说，温室主体建筑和生产装备，二者相辅相成，缺一不可。温室主体建筑包括配置于其中的加温、降温等环境调节设备，如同一座现代化的工业厂房；生产装备包括从种子或种苗、种球开始至产品包装后发货的全程设备，如同厂房里的生产流水线。厂房再好，没有流水线的生产设备和生产安排，是无法取得工厂化的效益的。
设施和装备要以实用和效益为导向
美国的园艺企业追求创新，紧跟现代科技的发展。但设施和装备是为生产服务的，可以通过自身管理解决的问题，绝不过度建设，增加投资。绿色精神农场的植物工厂装备水平并非一流，没有采用密闭环境，也不配置空调降温系统，更不要说安装湿度调控设备。但他们有一套精细的环境监测系统，通过窗户和电扇的开启，使环境条件达到植物正常生长的需求。同样的道理，他们通过保持生长区域的清洁卫生（包括环境隔离、工具消毒等）和营养液的定期更换，免去了物理和化学的杀虫、杀菌环节。在中美洲农场同样有此感受。潮汐灌溉可以提高品质、增加产量、降低生产成本，便安装；塑料膜温室虽然透光率较低，但植株的品质、产量仍然可以接受，便继续使用。以实用和效益为导向的技术装备的选择应用，看似经营之道，实际上是产业健康发展的重要标志。
充分利用和挖掘生产空间
温室是一个人工环境创建场所，温室内适宜于植物生长的光温湿环境都是付出了代价了，当然，温室本身更是付出了建造代价。为此，出于提高回报率的目的，美国生产者对温室内部空间的利用可谓吃干榨净。从图10可以看到，在曼彻雷纳和中美洲农场的温室里，只要有空间，就会有植物。通过一点点的挖掘，使生产利用面积提高10%左右。
美国温室生产理念同样源于欧洲，主要是荷兰。但是美国和欧洲诸国体量差异大，发展需求差异也大。与欧洲相比，美国大型种植企业的温室面积比较大。在2015年，美国温室面积超过15 hm2的花卉企业有40家，其中最大的一家，有近200 hm2的温室。因此，直接引进欧洲的设备，难以满足美国生产者的需要，尤其是在大型化、个性化方面。一般都需要根据生产企业自身的条件和需求，对温室或生产装备提出具体的要求，开发和形成个性化的成套解决方案。这种路径，在推动国内产业发展的过程中，是值得借鉴的。即使是以日光温室和塑料大棚为主的设施种植，同样需要生产组织化的系统解决方案和相应的机械化、自动化设备。如何快速形成这一能力，不仅需要我国设施园艺装备从业者认真探讨并付诸实施，也需要我们的生产企业全面提升专业技术水平。
*项目支持：国家科技支撑计划课题“设施节能与绿色能源利用装备研制与产业化示范”（2014BAD08B02）。
