基于自動(dòng)化及活菜銷售的NFT葉菜栽培體系*

余紀(jì)柱（上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，上海 201106；上海綠立方農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，上海 200070）

葉菜生產(chǎn)存在的問題

與北方地區(qū)喜食茄果類蔬菜相比，青菜等綠葉蔬菜為南方地區(qū)喜食的蔬菜種類。上海綠葉蔬菜占常年蔬菜種植面積的60%，由此可見綠葉蔬菜在上海地區(qū)的重要性。但目前綠葉蔬菜基本是采用傳統(tǒng)的土壤栽培的方式，存在以下主要問題：

周年均衡上市難以保證，產(chǎn)量波動(dòng)大。經(jīng)常出現(xiàn)周期性“多多少少”的產(chǎn)量大幅波動(dòng)，多的時(shí)候每天上市達(dá)到9000 t，造成“菜賤傷農(nóng)”，少的時(shí)候每天上市只有1000多t，造成“菜貴傷民”。

連作障礙的趨勢尚未得到有效的遏制。主要表現(xiàn)在設(shè)施條件下連作障礙、土壤鹽漬化和地力惡化而引起的減產(chǎn)減收；十字花科蔬菜連作引起的根腫病造成的大幅減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。

機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，用工量大。目前綠葉蔬菜的田間操作以及溫室大棚的環(huán)境調(diào)控等仍以人工操作為主，勞動(dòng)效率低。蔬菜生產(chǎn)從業(yè)者老齡化，且已呈現(xiàn)后繼無人的趨勢，對綠葉蔬菜的生產(chǎn)和效益提升帶來了影響。如果不及時(shí)解決綠葉蔬菜機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)的難題，將會(huì)對今后的綠葉蔬菜生產(chǎn)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，可能會(huì)出現(xiàn)“無人種菜”的局面。

蔬菜采后處理程度低。由于蔬菜季節(jié)性明顯及保鮮措施不當(dāng)，又缺乏完善的冷藏鏈，我國的蔬菜主要在原始狀態(tài)下進(jìn)入流通和消費(fèi)領(lǐng)域。運(yùn)輸和銷售過程中發(fā)生的自身生理作用和微生物侵染，使得新鮮蔬菜不能保持原有的新鮮度和品質(zhì)，營養(yǎng)和食用價(jià)值迅速降低甚至腐爛變質(zhì)，導(dǎo)致蔬菜采后損失率高達(dá)30%～40%，使農(nóng)民增產(chǎn)不增收，影響了菜農(nóng)的生產(chǎn)積極性，并加劇了夏季綠葉蔬菜供應(yīng)緊張的局面。

產(chǎn)品安全性問題仍然難以保障。由于設(shè)施設(shè)備簡陋，病蟲害防治難度大，安全性沒有保障，尤其是夏秋高溫季節(jié)。

NFT栽培是葉菜無土栽培的適宜生產(chǎn)方式

隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對綠葉菜的安全性及品質(zhì)要求越來越高，傳統(tǒng)的種植方式難以確保產(chǎn)品的安全衛(wèi)生。無土栽培的方式可避免土壤栽培普遍存在的問題。無土栽培包括基質(zhì)栽培、水培等方式。

基質(zhì)栽培用于葉菜生產(chǎn)特別是活菜銷售方式存在一定的缺陷：因基質(zhì)的感官不適合家庭及飯店擺放；基質(zhì)搬運(yùn)及更換難度大；葉菜難清洗；相對水培，基質(zhì)栽培標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)有一定難度。

葉菜無土栽培建議采用水培的方式。水培有NFT(淺液流)及DFT（深液流）兩種方式。DFT方式營養(yǎng)液相對較深，根系環(huán)境控制相對復(fù)雜，栽培槽如放置地面操作不便，如懸空，對栽培架要求高。

NFT相對DFT水培方式，根際環(huán)境好，營養(yǎng)液控溫因營養(yǎng)液用量少相對能耗少。因此，NFT栽培方式具有生長速度快、可標(biāo)準(zhǔn)化操作、產(chǎn)品安全衛(wèi)生等特點(diǎn)，是葉菜生產(chǎn)上臺(tái)階的重要途徑之一（圖1～2）。

圖1 NFT栽培葉菜長勢

圖2 NFT栽培葉菜根系狀態(tài)

省力化、自動(dòng)化迫在眉睫

根據(jù)聯(lián)合國的規(guī)定，65歲以上人口超過7%時(shí)，社會(huì)進(jìn)入老齡化階段，超過14%達(dá)到深度老齡化，超過20%則進(jìn)入超老齡化。

日本已進(jìn)入超老齡化階段（65歲以上占23%，世界第2），230萬農(nóng)業(yè)人口，平均66歲。因此，近年來日本自動(dòng)化研發(fā)快速發(fā)展。

隨著我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)和人口老齡化速度加快（65歲以上占10%），越來越多的農(nóng)民離開土地，農(nóng)業(yè)人口逐漸減少，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺問題日益嚴(yán)重。中國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀是，“70后”不愿種地，“80后”不會(huì)種地，“90后”不提種地。因此，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的省力化、自動(dòng)化迫在眉睫。如何提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、優(yōu)化勞動(dòng)環(huán)境、吸引勞動(dòng)力回流成為解決我國農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力問題的關(guān)鍵所在。而實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要方式就是推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化（圖3）。

圖3 NFT栽培自動(dòng)化系統(tǒng)

育苗系統(tǒng)（人工光及自然光）的選用

人工光植物工廠在國內(nèi)用于高密度育苗具有一定前景，特別是葉菜高密度育苗，育苗密度大，環(huán)境可控，育苗時(shí)間短。人工光植物工廠育苗，主要針對自然光型植物工廠葉菜無土栽培的生產(chǎn)方式，生長速度快，而非針對土壤栽培生產(chǎn)方式。

圖4 人工光育苗植物工廠

圖5 自然光育苗植物工廠

因此，人工光型育苗+自然光型栽培是理想組合（圖4～5）。為節(jié)省人工光植物工廠育苗的能源，在溫光環(huán)境適宜的季節(jié)可采用自然光植物工廠進(jìn)行育苗。

活菜銷售的優(yōu)勢

圖6 生菜貯藏期間VC的變化

圖7 火鍋店活菜銷售

由圖6可知，生菜貯藏三天VC下降明顯。采用活菜銷售的模式供應(yīng)餐飲店及家庭，現(xiàn)吃現(xiàn)采，保證產(chǎn)品的極致新鮮（圖7～8）。常規(guī)土壤栽培生產(chǎn)綠葉菜采收后損耗20%～25%，水培葉菜采收后損耗10%左右（圖9～10），而活菜銷售基本無損耗（圖11）。

圖8 餐飲店活菜銷售

圖9 常規(guī)生產(chǎn)綠葉菜采收后損耗20%～25%

圖10 水培葉菜采收后損耗10%左右

圖11 活菜銷售基本無損耗

NFT葉菜生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

特定葉菜種類特定配方的研制與管理

目前是同一配方種植多個(gè)種類葉菜，管理方式一樣，難以充分發(fā)揮每種葉菜的潛力。通過品種、配方、水溫、流量、間隔時(shí)間、環(huán)境參數(shù)、基于營養(yǎng)液的功能葉菜的開發(fā)等，形成特定配方，進(jìn)行分區(qū)管理、標(biāo)準(zhǔn)化操作，使葉菜產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效（圖12）。

環(huán)境控制

圖12 試驗(yàn)苗床

上海2017年夏高溫日35天，其中24個(gè)酷暑日（37℃以上），與2013年并列歷史第二。營養(yǎng)液溫度在30℃以上，水培蔬菜出現(xiàn)根系壞死，葉緣焦枯等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了蔬菜的正常生產(chǎn)。溫室降溫措施可采用濕簾+風(fēng)機(jī)或高壓噴霧+風(fēng)機(jī)（圖 12～15）。

由圖16可知，未使用濕簾僅使用風(fēng)機(jī)時(shí)，9∶00～15∶00溫室溫度在40℃左右，濕度在40%左右，溫濕度均不適合葉菜生長。由圖17可知，使用濕簾風(fēng)機(jī)時(shí)，8∶00～15∶00 溫室溫度在32℃左右，濕度在8%左右，溫濕度基本適合葉菜生長。

圖13 濕簾

圖14 風(fēng)機(jī)

圖15 營養(yǎng)液溫度調(diào)控

蟲害 控制

夏秋季節(jié)蟲害危害嚴(yán)重，直接影響了葉菜的商品性及安全性。活菜銷售方式蟲害的控制更重要，消費(fèi)者直接面對活菜，活菜上的成蟲及蟲卵大大降低消費(fèi)者的消費(fèi)欲望。因此蟲害的控制非常重要。采取杜絕蟲源，嚴(yán)格的物理隔離等措施，防止蟲害的發(fā)生（圖18～19）。

總體目標(biāo)：根據(jù)特定區(qū)域（如上海及周邊）氣候特點(diǎn)，基于自動(dòng)化及活菜銷售的NFT葉菜生產(chǎn)方式，從溫室類型、溫室結(jié)構(gòu)、配套設(shè)施設(shè)備、自動(dòng)化、栽培系統(tǒng)、栽培技術(shù)、管理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等方面形成系列標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程，以利于生產(chǎn)模式的快速復(fù)制。

圖16 未使用濕簾僅使用風(fēng)機(jī)時(shí)溫室溫濕度變化

圖17 使用濕簾風(fēng)機(jī)時(shí)溫室溫濕度變化

圖18 風(fēng)鈴門

圖19 驅(qū)蟲黃帶

我國發(fā)展部分高端設(shè)施（植物工廠）生產(chǎn)的理由

高端消費(fèi)群體日益龐大，對食品安全要求越來越高。誠信及監(jiān)管體系日趨完善，優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)成為可能。

省力化（智能化、自動(dòng)化）、種植環(huán)境舒適度對從業(yè)人員的吸引力。

部分企業(yè)（如上海綠立方）主動(dòng)對農(nóng)業(yè)的聚焦，生產(chǎn)與銷售密切結(jié)合，高投入高產(chǎn)出的盈利模式呼之欲出，指日可待。

幾點(diǎn)思考

創(chuàng)新。企業(yè)是創(chuàng)新的主體，企業(yè)只有不斷創(chuàng)新才有生命力、才能可持續(xù)。 充分的市場分析及準(zhǔn)確的產(chǎn)品定位，執(zhí)行過程中的創(chuàng)新需求與生產(chǎn)密切相關(guān)，有針對性的技術(shù)突破（創(chuàng)新）的可能性大（如GRANPA、垂直農(nóng)場、綠立方等）。

合作。單打獨(dú)斗已過時(shí)，多學(xué)科、多領(lǐng)域、多行業(yè)密切合作才能成就大業(yè)。

自主產(chǎn)權(quán)核心技術(shù)的研發(fā)。生產(chǎn)過程本身就是一種生命現(xiàn)象，可變因素多達(dá)數(shù)百個(gè)，因果關(guān)系不是呈直線狀而是網(wǎng)狀，生產(chǎn)對象——植物的構(gòu)造和功能時(shí)刻都在發(fā)生變化。因此，作物的生長發(fā)育規(guī)律與環(huán)境的關(guān)系等基礎(chǔ)研究非常關(guān)鍵。但我國系統(tǒng)性的基礎(chǔ)研究長期缺乏，核心技術(shù)的研發(fā)任重道遠(yuǎn)。