利用一種智能化裝置水培種植蔬菜

蘇偉波 楊張青 張玉民

(河南農大迅捷測試技術有限公司，河南 鄭州 450002)

水培蔬菜作物的種植是在人為調控的狀態下進行的一種技術操作。水培蔬菜作物在生長過程中，因營養液的作用不會出現養分缺少的情況，比傳統種植的作物有著更大的優勢[1]。近年來由于其純天然無污染綠色健康而受到越來越多人的青睞，與此相關的行業和產品也得到了極大關注。水培蔬菜既可美化環境凈化空氣也可食用，給人們帶來精神愉悅享受以及食物上的美味享受。

水培蔬菜所需的營養由營養液提供，市場上的營養液配方眾多，不同的蔬菜品種需要的營養元素的量不同，即便是同種蔬菜不同的生長階段需要的養分也各不相同。水培營養液中含有氮、磷、鉀等植物生長所必需元素，為植物的生長提供養分。在不同濃度的營養液中，水培植物的長勢不同[2]。合理的水培營養液濃度對作物的生長至關重要，所以對作物生長過程中所需營養的監控又顯得很有必要。這一控制的裝置應由終端機控制操作系統來完成和實現。

現有的水培裝置中，水培植物培養基需要運輸至水培裝置區進行統一的生長與管控，可以通過人力和機械進行運輸。人力運輸能夠確保培養基安全、準確和穩定地放置于水培裝置區內，但人力輸送費時費力，不利于提高工作效率。終端機可以供給蔬菜需要的足夠養分，即為一種智能化控制裝置[3]。利用此裝置可以監測蔬菜生長過程中的pH、EC值、溫度、水位等相關設置參數，便于掌握蔬菜的生長所需要養分情況，保障作物良好生長的基本營養條件。

影響作物長勢的還有溫度和光照等其它主要條件，本文結合終端控制一體機以及植物生長的條件，對蔬菜特別是生菜的水培做了系統全面的研究，現將一系列的試驗進行匯總，希望能對水培感興趣的朋友有所幫助。

1 試驗器材

1.1 終端控制一體機

由河南農大迅捷測試技術有限公司生產，圖1為終端機示意圖。

主控顯示屏上顯示水培工作液的溫度、液面高度、EC值、pH值等各參數，實時監測工作液是否滿足作物的養分需求情況。

1.2 塑料容器桶

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1.3 水培整體架

1套，帶潛水泵和工作液池，淘寶購買。

1.4 蔬菜種子

奶油小白菜、油麥菜、生菜、菠菜等蔬菜種子，淘寶購買。

1.5 育苗盤、基質、定植棉、定植籃

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2 試驗方法

2.1 育苗

在生產中由于場地、人工、穴盤、基質等多方面因素的影響，因此在保證育苗質量一致的條件下選擇孔數多的穴盤育苗能節約生產成本。但是穴盤的容積太小，會限制根系的形態和空間分布，根系構型、體積和新分生的根量發生變化，進而影響水分以及營養物質的吸收，從而影響幼苗的生長，所以選擇合適規格的穴盤對不同作物的生長也至關重要[4]。筆者結合現有的條件采用3種育苗方法：定植棉育苗、濾紙育苗、基質育苗。

定植棉育苗和濾紙育苗不科學、不易操作而且苗弱不易成活；基質育苗合理、科學，苗壯、長勢好。基質配方容重在理想范圍內，但大小孔隙比需合適，才更有利于作物根系的生長。EC值高，說明基質內含養分豐富；基質pH值偏堿性，能提高種子發芽率，對幼苗生長有促進作用，適宜作為生菜的栽培基質[5]。

將基質用噴壺淋水噴濕放入育苗盤中，用木板刮平，將育苗盤中每個穴輕按1個0.5cm左右的小坑，用鑷子夾著油麥菜種子放入坑中，在用基質將穴平好，放到育苗室架子上開始育苗。苗子長出來很快就蕉葉而亡。測一下基質的pH值為4.85，EC值為13.25ms。再對基質進行多次浸泡和沖洗，用浸泡和沖洗過的基質來育苗。

2.2 營養液

參照資料文獻中的葉菜類營養液、霍格蘭營養液、西芹營養液和自設營養液等4種配方營養液的配方[6]，盡管營養液的種類繁多，或多或少都有不同，結合所種植的蔬菜應用最合理的配方，滿足蔬菜需要的才是最好，這個判斷標準需要根據蔬菜的生產情況來決定。

營養液A配方及濃度見表1；營養液B的配方及濃度見表2。

表1 營養液A的配方

表2 營養液B的配方

pH調節液可以是稀硝酸或者稀磷酸，可根據蔬菜的品種是喜氮還是喜磷而確定，一般只調整作物適宜生產的酸堿度，對體系影響不是太大。本文用硝酸來調節營養液的pH。

2.3 定植上架

將苗小心從育苗盤中起出，用清水沖洗，小心不要傷根，將葉子也清洗一下，要使根部不留泥和雜物，并將腐爛的根剪去，用水沖凈，準備定植。用海綿夾著蔬菜莖部，將苗的根系穿過定植孔，小心不要弄斷根系，定植籃中主根可以用鑷子從定植籃中的主孔掏出，再將定植籃[7]放入水培架。

2.4 溫度和光源的選擇

開始試驗時只有白光的LED燈帶，不利于葉綠素的合成，7月份加上1根紅光的LED燈帶和2根LED電棒燈管，工作池中營養液溫度為24～25℃，蔬菜長勢一直不好。8月28日育苗一批生菜，1個月后從育苗盤中取出定植于水培架，此時的室內溫度變為21℃左右，蔬菜長勢喜人，有了明顯變化。LED光源夜間補光緩解了高溫對水培切割再生生菜生產的影響，從光調控光質比例方面優化了水培生菜技術，且在總光照強度下，調整LED光質比例對水培生菜進行延時補光處理，更有利于生菜產量增加和品質提高，且極大縮短了生菜的生產周期[8]。驗證了之前是溫度和光照的原因，隨即換上了LED電棒管，1排2個，去掉了白光和紅光的燈帶。光源和溫度是確定蔬菜長勢的很重要的2個因素，經過試驗得出：溫度為20℃，光照為每層用2個28W的LED電棒管時，蔬菜長勢最好。長勢情況詳見圖2。

2.5 測產

8月28日種生菜，育苗1個月，9月27日上架，水培40d，于11月6日收獲，生菜生長的早中晚期，詳見圖3。

整個生長期檢測的數據見表3。

表3 生長期數據監測表

多次調pH、補水、補營養液A和營養液B，隨著生菜的生長，營養池中溶液的pH越來越高，要不斷地調節溶液的酸堿度。無土栽培的核心是營養液，EC值的高低直接反映了營養液濃度好壞的變化，關系到作物養分的供給情況，從而影響作物的正常發育[9]。本試驗驗證了EC值不低于2.0時作物可以正常生長，溫度在20℃左右時生菜長得最快。10℃左右長勢較慢。pH、水、EC值都可以通過終端一體機來控制，當含量低于或高于某個設定的值時可以通過一體機來控制加液泵工作將營養液或酸堿調節液或水等注入大池子中，再通過泵使得水體循環維持植物正常生長需要的養分含量，實時顯示在終端一體機的顯示屏上。

生菜在20℃時的條件下，長勢很好，10月1日—11月6日大約1個月的時間采收，對其中一排的17株進行了測量稱重(除去根部)，總重1126.3g，平均單株66.25g，最重的1株單株重116.8g。占用空間面積為0.3m2，合計單位面積產量為3754g·m-2。

2.6 成本

電費：8根28W的燈管，時間為12h，1個月按30d計算，燈用電為81kW·h-1；水泵20W的用電量為7kW·h-1，共用88kW·h-1，1kW·h-1電費按0.5元計算，共計44元。水費：按4元·t-1計算。營養液原料費：按10元計算。電費、水費、營養液費等共計58元。人工費暫不計算。

單算500g的成本：1層收獲菜重為1200g，水培架子4層可收獲4800g，折算6.0元·g-1(不算人工費)。

3 試驗總結

水培作物要想生長健康，合適的溫度、光照強度和時間、作物所需的營養成分、濃度、含量及合適的pH條件都是至關重要的生長因素。不同的作物都有區別，即便是同一作物的不同階段所需要的養分含量都有不同，這些都需要通過理論加上實踐的應用轉化到作物的生長情況來加以驗證。水培蔬菜不僅可以美化環境，也可食用，關鍵是其為純有機無公害食品、綠色健康。目前成本有些高，還需多學習理論，多實踐經驗，多嘗試種植不同的水培蔬菜及花卉植物。