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农业现代化是中国实现现代化的重要组成部分，如今，食用菌产业在中国进入新发展阶段， 在新技术、新理念的推动下，必将进一步实现工业化，走向农业现代化。目前，中国虽然是食用菌生产大国，但还不是食用菌强国，因此，分析传统食用菌产业和工厂化食用菌产业的特点和发展路径，破解制约食用菌生产力水平的瓶颈，探索科学有效的生产技术策略，提出走向现代化的战略思路，对提高中国食用菌产业科技水平，增强食用菌生产企业核心竞争力，拓展食用菌产业发展前景，提升食用菌生产企业经济效益，发展壮大战略性新兴产业具有重要意义。
1
传统食用菌产业转型升级的
技术策略
中国食用菌产业中工厂化生产的食用菌产量不足10%，大约90%产量是依靠小规模家庭作坊式的粗放型生产模式完成[2]，可称之为传统食用菌产业。传统食用菌生产方式具有分散化、低成本、 经验化等特点[3]，传统食用菌产业适合以家庭为主要劳动单位开展生产活动，能够因地制宜利用本土生产资料和生产环境，生产方式和当地农业生产力水平相符，这种生产方式在过去半个多世纪中是中国食用菌产业高速发展的重要推动力，在未来也将长期是中国食用菌产业的重要生产方式，是中国食用菌产业的根基，会持续在食用菌产业发展中起到重要作用。重视传统食用菌产业的发展问题十分必要，只有解决好传统食用菌产业发展中涉及动能、技术、布局等方面的问题，才能够把控传统食用菌产业全局，引领传统食用菌产业发展，推动传统食用菌产业进步。
中国传统食用菌产业不足之处是生产技术效率低、环境次生污染严重、产品质量不稳定、生产效益易波动，过去的高速发展都是靠廉价劳动力资源获得，但是优势正在丧失，从事食用菌传统栽培的菇农数量正在减少。中国传统食用菌产业面临的挑战是转型升级，这需要走改良路径，通过生产流程再造，优化生产分工，改进生产过程的组织形式，提高传统食用菌产业技术水平和从业人员技能水平，提高农业要素生产率，构建循环经济模式，这将是传统食用菌产业实现再次腾飞的必由之路，具体的技术策略包括以下几个方面。
1.1
优化生产分工方式
传统食用菌生产方式的重要特点是以家庭为单位完成整个生产过程的每个环节，这种生产方式最大的弊端是生产技术效率较低、劳动强度较大、产品质量不稳定，随着食用菌生产从业人员老龄化、生产规模扩大化等情况的出现，改良原有生产过程中的劳动组织方式成为转型升级的主要路径。
自上世纪90年代开始，日本食用菌产业首先在重要产区长野县由小规模经营的菇农共同集资组建“培养中心模式”，由大型的培养中心集中生产栽培菌瓶，然后分发到农家进行出菇管理和采收，产品主要以本地销售为主，形成地产地销的产业发展格局[4-5]。
在中国传统食用菌生产模式中，在一些新兴产区也较早开展集中制作菌棒的探索。2006 年，上海市农业科学院食用菌研究所和大山合集团有限公司在云南省施甸县首创“设施制棒生态出菇”模 式，利用当地可以周年出菇的自然条件优势发展香菇（Lentinula edodes）栽培产业，取得显著的经济效益和社会效益[6]，这是中国较早在传统食用菌生产方式中开展分工协作的探索。近年来，“设施制棒生态出菇”模式越来越受到重视。目前，在香菇[7]、黑木耳（Auricularia heimuer）[ 8 ]等大宗食用菌栽培过程中，均已开展工厂化集中制作菌棒；一些香菇主产区由龙头企业、农民合作社或者农村集体经济组织等新型农业经营主体构建的“菌棒工厂＋农户”或“1＋Ｎ”模式，有效实现小农户与现代化生产衔接[9]。双孢蘑菇（Agaricus bisporus）也在推广三次发酵技术后将培养料分发给栽培农户[10]，有力地推动生产效率提升，促进小农户和机械化生产技术有机衔接。工厂化集中制作菌棒模式是整体提升传统食用菌生产技术水平的有力切入点，是科学规划地方食用菌生产的重要着力点，可以通过提高菌棒质量保障传统食用菌生产效益，通过统一提供菌棒的时间节点来合理安排当地食用菌生产最佳季节。
对10个具有代表性食用菌产区菇农的700份调查数据进行分析[11]，发现在中国食用菌主产区自行制棒出菇仍是主要的生产方式，但是调查结果也表明文化程度越高的菇农越有可能采用新技术，菇农的技术认知对选择专业制棒出菇方式有显著的正向影响。因此，通过加大对食用菌栽培技术的支持与资金投入以及加强对菇农的技术培训等方法，能够促进传统食用菌产业的专业分工[11]。
1.2
培育循环生态栽培模式
食用菌产业发展的一个重要推动力源于食用菌产业与传统农业（以植物种植、动物养殖为主要生产内容）无缝对接，倡导“植物+动物+菌物”三物循环模式[12]。目前，食用菌栽培以棉籽壳、玉米芯、秸秆、畜禽粪便等农业废弃物为原料，这表明在生产方式入口处与传统农业实现了无缝对接；但是在菌渣处理方面，还没有和现有的农业生产方式形成无缝对接，这表明在食用菌生产方式出口处需要强化绿色、生态、环保等技术的开发。按食用菌的平均生物学效率为40%计算[13]，中国每年菌渣产量达9.6×107t，菌渣利用率仅33%左右[14]，很多食用菌主产区废菌棒、菌包和菌渣带来的环境污染以及资源浪费日益严重[15]。
目前，食用菌菌渣利用的路径包括二次栽培食用菌、有机肥和无土栽培基质制作、饲料添加剂制作、能源化利用、生态修复、活性物质提取等多个方面[15]。但是，菌渣利用的总体效益尚未完全发挥，潜力有待充分挖掘，并且存在菌渣理化性状差异大、缺乏高效降盐技术、研究深度不足等诸多问题[14，16]。
构建菌渣循环利用模式应该成为食用菌学科关注的重要科学问题和研究课题，只有在更多科研成果促进下，才有望实现食用菌生产和大农业生产在入口处和出口处双节点的无缝对接，促进生态循环农业发展。
1.3
开发和普及小型农机设备
传统食用菌生产方式比较分散，集约化程度不高，需要开发更多适合这种生产方式的小型农机设备。2015年，国务院办公厅出台《关于加快转变农业发展方式的意见》（国办发〔2015〕59号），着力推进农业生产机械化为转变农业发展方式的重要手段。中国食用菌生产装备及其相关技术经历了从无到有、从单机到成套、从简单控制到自动控制、从应用单项工业技术到多项先进工业技术的历程[17]。目前，中国自主研发生产的食用菌生产装备已覆盖生产过程的各个环节，包括菌种生产、栽培料制作、菌包生产、环境控制、空气净化以及产品保鲜、加工等，形成比较完整的机械装备体系。食用菌生产机械的使用率在农业生产中较高，对提高劳动生产率和农产品商品率有很大作用，但是从农业机械化对食用菌生产的贡献率和技术替代率角度开展的研究还很少[18]。
中国食用菌生产的主要栽培方式是袋栽方式，其一次性投入少、占地面积小，适宜未实现工厂化生产的香菇、黑木耳、侧耳属（Pleurotusspp.）食用菌栽培。近年来，中国研发出很多适合袋栽生产模式的小型农机设备，如装料接种一体机、装袋机、窝口机、接种机等[19-23]。“十三五”期间国家重点研发计划“智能农机装备”专项设立“温室食用菌智能化精细生产关键装备研发”课题，对食用菌袋栽生产模式关键装备进行攻关研发，研发的袋栽高速膜式装袋机、袋栽液体菌种接种机提升袋栽生产模式的智能化、精细化作业水平[24]，其中袋栽香菇液体菌种接种机一次作业可完成输送、打孔、接种和贴膜，实现产能每小时3200袋[25]。农业农村部南京农业机械化研究所设计的菌袋装料窝口插棒一体机的平均生产率为每小时721袋[23]，食用菌自动膜式装袋机的生产率可达每小时1720袋[21]。这些小型农机设备非常符合小规模传统袋栽生产模式，有效提高劳动生产效率。开发小型农机设备既是中国传统食用菌产业转型升级的重要切入点，也将会是中国食用菌产业走出国门，服务全球食用菌产业发展特别是“一带一路”沿线国家的重要技术依托。
1.4
全面实现设施食用菌产业2.0
设施园艺是指“在固定保护设施内进行园艺作物生产的方式”[26]，设施食用菌是设施园艺的主要拓展领域之一[27]。李天来[28]认为设施食用菌产业发展需适应当地自然环境，充分利用当地自然资源，并学习借鉴当今世界最先进的食用菌生产装备和系统。
近年来，随着食用菌产业发展，以及各地政府对食用菌传统栽培方式的重视，尤其是在脱贫攻坚工作中，很多食用菌传统主产区和新兴产区都根据当地气候环境，借鉴蔬菜大棚经验，创新研发多种具有保温和调节湿度功能的食用菌栽培温室大棚，这些设施对提高传统食用菌生产模式具有很大帮助，如在河北承德地区采用由双拱、双网、双膜、一水帘、一风机构建的双层出菇棚，可以根据季节进行遮荫和保温[29]，后续又采用冷棚与暖棚相结合的周年化出菇模式。河南省卢氏县建立“龙头企业+合作社+基地+农户”的生产组织体系，在合作社与基地建设高标准香菇大棚，采用双层棚+镀锌管层架式栽培方式，实现并推广“全年有菇、四季上市”的生产新模式[30]。
采用爱尔兰保温大棚栽培草菇（Volvariella volvacea）、双孢蘑菇等草腐菌已经成为主流，棚内安装智能化控制设备，常年实现恒温恒湿，最大程度保持食用菌生长条件，并配套自动上料、出料设备，实现草腐菌周年化生产[31]。
随着国家“双碳”政策的出台，利用光伏大棚设施栽培食用菌逐步成为热点[32-33]。实施光伏项目普遍占地面积较大，且多在西北光照充足、降雨较少的区域[34]，需根据项目所在地和栽培食用菌种类选择采用连栋双坡面支架或单栋单坡面支架模式光伏大棚；部分地区采用连栋温室大棚，其空气流通效果、保温性能好，更适用于羊肚菌（Morchellaspp.）、红托竹荪（Dictyophora rubrovalvata）等覆土栽培食用菌[35-36]。
目前，栽培食用菌的设施类型多种多样，包括林下仿野生简易设施、小拱棚、塑料大棚、双屋面温室、日光温室、连栋温室及工厂化生产设施等[28]，但是除工厂化生产设施外，其他的栽培设施都比较简陋，机械化和自动化程度不高，导致劳动强度大，并且对环境控制能力以及抵御灾害能力不足[28]。李天来[28]按照工业4.0进行划分，认为目前60%设施食用菌产业处于设施、生产均无规范的设施食用菌产业1.0阶段，建议现阶段的主要目标是全面实现设施食用菌产业2.0，以满足消费者对食用菌产品品质和种类需求为导向，全面实现设施食用菌产业提档升级和提质增效。
2
工厂化食用菌产业提质增效的
技术策略
设施食用菌产业3.0表现为设施现代化、生产工序机械化[28]，生产技术方式由手工生产向机械化生产转变，体现农业现代化生产的特质，设施食用菌产业3.0可以称为工厂化食用菌产业。
中国从上世纪80年代开始探索食用菌工厂化栽培方式，首先从栽培双孢蘑菇开始，但是初期成效不显著 ；从90年代开始，中国台湾和日本一些企业家在内地建设生产金针菇（Flammulina filiformis）、刺芹侧耳（Pleurotus eryngii）封闭工厂，拉开木腐食用菌工厂化生产企业在中国发展的序幕；进入21世纪，木腐食用菌工厂化生产方式的发展在中国驶入高速快车道，2012年达到发展顶峰，随后进入到企业数量减少、管理水平提升的发展阶段，一批食用菌工厂化生产企业相继上市，在资本加持助力下，以金针菇、斑玉蕈（Hypsizygus marmoreus）、刺芹侧耳为代表的木腐食用菌工厂化生产企业进入蓬勃发展阶段，企业生产规模处于全球领先水平[37]。双孢蘑菇工厂化生产在欧美已经形成“菌种、设备、管理”三位一体的三次发酵技术模式，近年来，中国陆续从荷兰引进多条双孢蘑菇三次发酵生产线，显著提高双孢蘑菇生产水平，但是由于原材料、菌种、工艺等多方面的要素达不到设计要求，在中国三次发酵技术应用还存在进一步提高生产效率的空间[38]。
工厂化食用菌产业的发展需要通过不断创造、掌握和应用生产效率更高的技术手段，一方面中国工厂化食用菌产业的整体生产率水平、创新能力不如发达国家，只有依靠不断提高技术手段才能促使中国走上食用菌强国之路；另一方面食用菌工厂化生产企业困境很多，只有通过提高技术手段才能提高生产效率，强化企业核心竞争力，在激烈的市场竞争中立于不败之地。提高食用菌工厂化生产技术水平有两条路径，一条是生物技术路径，主要包括通过现代育种技术培育高产优质新品种、精准栽培配方使用、有效生长调节剂使用等路径；另一条就是管理和工程技术路径。科技进步为食用菌工厂化生产在技术改进方面提供极大发展空间，这些技术与现有生产技术工艺无缝融合将是工厂化食用菌产业走向更高质量发展的重要路径，也是大型食用菌生产企业制胜未来、掌握前途的关键要素。
2.1
数字化生产
现代工业正在全面走向数字化时代，数据已经成为一种新型生产要素，会对传统生产方式的变革产生重大影响，是改造提升传统产业的支点。工业化发展已经有200多年历史，基本路径是把关键生产要素 (土地、劳动力、技术、资金 )作为生产资源进行高效配置，从而实现高质量、低成本、可复制和可扩张的规模化生产。在过去30年间，随着全球数字经济和工业领域信息化的高速发展，数据已经成为新的生产要素[39]，正在指数级赋能其他关键生产要素(土地、劳动力、技术、资金)发展，促进工业化进一步实现数字化、智能化的高质量、可持续发展。
在数字经济时代，工厂化食用菌产业生产模式要实现高质量、可持续发展，也需要启动数字化转型。工厂化食用菌产业生产模式的数字化管理是指对食用菌工厂化生产模式中端到端生产过程（包括原材料准备、菌种生产、栽培、采收、储存等）进行数字化管理，打造数据资产，通过数据流引领物资流、人才流、技术流、资金流，形成产业链上下游和跨行业融合的数字化生态体系。
农业劳动对象是有生命的动植物活体，农业技术在进行转移或扩散时，需要开展劳动对象对自然条件适应性研究以及基础设施改良；同时，在现代农业领域，食用菌工厂化生产模式是探索和实现农业数字化革命的最佳范例。食用菌工厂化生产模式作为现代食用菌产业的典范，是农业现代化中的先行者[33]，但是相比其他工业领域，食用菌工厂化生产技术水平无论在国外还是国内都属于科技洼地，信息化整体水平比较低。“十四五”规划全力助推中国工业和农业企业数字化转型，中国农业农村数字化正在和工业数字化同步进行，农业农村数字化发展是顺应时代变革的必然趋势[40]，食用菌产业信息化、数字化、智能化也应当抓住机遇，同步发展。在当今百年未遇大变局之际，数字经济正在成为中国经济发展新的增长点，是构建现代化经济体系的重要引擎。数字经济也同样是中国工厂化食用菌产业提质增效的重要技术路径，食用菌工厂化生产企业需要认识到这个趋势，尽快启动数字化转型，从而能够提升自身的竞争力，进一步对抗当今经济和市场的高度不确定性。
2.2
无人设备应用
食用菌工厂化生产中不论是以双孢蘑菇为典型的草腐菌生产过程，还是以金针菇、斑玉蕈为典型的木腐菌生产过程，都已经能够实现全程机械化，相应设备包括原料搅拌设备、装瓶机、接种机、搔菌机、抑制机、挖瓶机等[41]。目前，主要在菌筐搬运、码垛、上下栽培架以及子实体采收等环节依赖人工[42-44]，针对搬运频繁、工作量大等问题，搬运机器人已经在国内一些大型食用菌生产企业开始使用。瓶栽金针菇机械化采摘机器人[45]，以及基于机器人视觉系统的双孢蘑菇、糙皮侧耳（P. ostreatus）自动化采收和品级分类机器人正在研发中[46 - 47]。
2.3
数字工厂和工业互联网应用
随着数字化、无人设备、工业互联网的普及和应用，食用菌智能工厂建设将成为必然的发展方向。工业生产企业数字化转型的终极目标是基于工业互联网和AIOT（人工智能AI+物联网IoT）技术，建立基于云端制造和数字孪生技术的数字工厂或者智能工厂[48]。2020年4月，国家发展改革委员会将工业互联网列入新型基础设施（即“新基建”）的七大重点发展领域之一，着力推动工业生产企业数字化转型。食用菌工厂化生产的本质是使工业环境模拟自然环境进行农产品生产，数字化转型的终极目标也是应用工业互联网和AIOT技术建立食用菌数字工厂或者智能工厂。
食用菌数字工厂是智能工厂的基础，基于工业互联网建立数字工厂，可以实现所有生产数据端到端可视化管理、数据在不同工序之间的自动流动以及数据驱动的运营和管理，包括数据洞察、数据决策、数据智能和商业智能。在数字工厂的基础上实现关键生产工艺、生产流程或者生产设备自我诊断、学习、更新、进化等，让数据在不同生产工序之间基于人工智能模型或者算法进行自动流动， 并利用智能设备在全部或者部分工序实现无人工厂或者黑灯工厂生产，进而建立基于云端制造和数字孪生技术的食用菌智能工厂，最终目标是让工厂也具备自我迭代能力。
由于工业和农业生产企业的生产模型不同，生产管理方法也有差异，食用菌工厂化生产企业的数字化、智能化路径具有独特性和专业性，传统的MES(Manufacturing Execution System)、ERP（Enterprise Resource Planning）等工业软件在食用菌工厂化生产场景中不能完全适用。在食用菌工厂化生产企业中，生产过程涉及生物生长，同时需要消耗很多能量，生产模式和流程型工业生产企业有一定相似之处，所以食用菌工厂化生产生产企业在建立数字工厂的过程中可以借鉴流程型工业生产企业数字化转型的成熟经验，避免“重新发明车轮”，从而降低数字工厂建立过程中的技术风险和实施风险。
2.4
减少碳排放技术应用
农业是全球温室气体主要排放源之一，实现农业碳减排已经成为中国减少温室气体排放的重要路径之一。食用菌产业作为主要的农业栽培产业之一，同样面临着在生产过程中实现“碳达峰”和“碳中和”任务。目前，为了发展低碳经济，很多国家和地区相继推出碳标签制度，碳标签是企业生产产品碳足迹的表现形式，可以直观清晰地展现所生产产品碳足迹信息[49]，碳标签制度会是国际贸易中潜在的新型贸易壁垒[50]，尤其是木腐菌类食用菌多属于高碳产品，在出口贸易中会面临碳排放不达标等多重考验[49]。目前，对食用菌产业生产过程中碳排放和碳消耗的研究还很少，碳排放大体上主要有以下来源，一是食用菌生长过程中降解栽培基质的呼吸排放，二是食用菌生产过程中投入的塑料袋、杀菌剂、木屑等，三是生产过程中的能源投入[51]。对于食用菌呼吸产生的碳排放，一些地方正在开展“菌－菜”“菌－林”“菌－果”“菌－茶”等“碳中和”复合生产模式与优化生态循环体系的构建[51]。对于工厂化食用菌产业来说，对碳标签制度需要关注两个问题，一是在栽培料中减少木屑用量，降低对森林资源的依赖度，寻找可替代的农业生物质原材料，减少对环境的破坏 ；二是减少能源消耗。食用菌工厂化生产耗能高，能源成本占生产总成本的20%～30%[52]。节能是减少碳排放和实现“碳中和”的最有效、最经济路径，实施有效节能将是工厂化食用菌产业未来高质量发展中的一个巨大挑战，也将是食用菌工厂化生产企业生产过程中减少碳排放的重中之重，需要积极开展食用菌工厂化生产节能减排的技术对策研究。
食用菌工厂化生产过程中每个环节，包括栽培料灭菌和冷却、培养、出菇等，都需要开展节能设计[53]。目前，中国食用菌工厂化生产企业在生产厂房的设计上存在很多不合理之处，如菇房环境调控、制冷机组组合、新型换气系统、室内环境气流设计等一方面易造成能量浪费 ；另一方面使菇房内的温度分布不均匀，易导致食用菌生长不同步[53]。
工厂化食用菌生产企业要进一步增强低碳环保意识，关注和重视碳标签制度可能带来的风险和挑战，做好应对碳标签制度给企业带来投入增加的预案，在食用菌规模化生产过程中增强“碳中和”能力，降低碳排放，积极推进企业绿色转型和绿色发展。
3
结语
中国食用菌产业正在全面走向现代化，笔者对传统食用菌产业和工厂化食用菌产业实现现代化发展的技术路径进行探讨，基于产业基础，着眼于进一步高质量发展需要解决的问题，对于传统食用菌产业来说是要实现转型升级，对于工厂化食用菌产业来说是要实现提质增效，这是摆在中国食用菌产业面前的两个技术命题。笔者针对这两个问题提出一些解决方案，目前，这些方案中涉及的技术策略在中国食用菌产业发展中具有不同的技术成熟度，有些技术策略比较成熟，形成了系统的、批量的生产验证，但是需要全面推广应用，如生产过程专业分工、菌渣循环利用 ；有些是在典型生产环境条件下具有应用能力，如一些食用菌生产设施 ；有些还处于生产原型系统或者样机验证阶段，如一些小型农机设备研制 ；有些则还处于阐明和验证技术概念阶段，如数字化生产、数字工厂、工业互联网、碳标签等。
在中国食用菌产业中，从传统生产方式到工厂化生产方式是生产技术、产业模式、经营管理不断提升发展的过程，两种生产方式体现发展的不同层面、不同生产力形态、不同发展阶段，但是都有共同的时代使命，就是都需要迈向现代化，这是共性之处。希望全体食用菌人共同探寻中国食用菌产业走向现代化发展的创新之路！
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原文来源：鲍大鹏，邹根，裴晓东，等.中国食用菌产业实现高质量现代化发展的路径探讨[J].食用菌学报.2022，29（6）：1~8.
来源：上海蔬菜食用菌行业协会