溫室智能裝備系列之一百二十八 家庭園藝水培葉菜根部送風系統開發＊

張 梅，凌 寧，馬 偉，鄒承俊

（1.成都農業科技職業技術學院，成都 611130；2.中國農業科學院都市農業研究所，成都 611000；3.成都農業科技中心，成都 611000）

家庭園藝是一種休閑屬性很強的農業方式[1-3]，該方式的特點是可以最大程度地利用家居環境進行栽培，最大程度地利用散碎的時間進行管理，最大程度地利用管理精美的植物來調節身心健康。調節身心健康是家庭園藝主要目的之一。從健康的角度出發，傳統的土培方式在家居環境中有諸多不足[4,5]，水培替代土培是主要方向。

水培是一種易于人工控制的栽培方式，該方式利用水代替栽培基質，解決了傳統基質衛生問題，更具有觀賞性，因此有利于在家居環境中進行。家庭園藝水培方式更適合快速生長的植物，例如以綠色為主的葉菜。但家居環境中開窗通風的時間有限，通風不到位的問題可能引發家庭園藝水培作物的根部霉變，這是需要解決的難題。

根部送風是依靠人工方式對水培葉菜的根部送入流動的空氣，借助新鮮空氣加速根部水分蒸發，促進根部呼吸，達到防止霉變和促進葉菜茁壯成長的目的。文章介紹了家庭園藝水培葉菜根部送風系統解決根部空氣流動問題，系統的設計可為相關裝備的設計提供借鑒。

原理

水培葉菜根部送風系統（圖1）主要由控制器、氣泵、輸氣管路等幾部分組成。控制器用來設置輸氣的時刻和輸氣時間間隔，氣泵用來生成壓縮空氣，提高單位時間通過輸氣管的氣流密度。輸氣管路布置和固定在栽培盤下方，硬質輸氣管上均布出氣孔，用來將壓縮空氣擴散到植物根部。擴散的氣流通過沖擊的方式促進根部的水、氣、熱定時強制交換，尤其對于根部密度大的芽苗菜栽培有較好的作用。

設計

栽培工藝設計

栽培選用水培方式，栽培盤長度38 cm，寬12 cm，底部為全密封，無排水孔。采用單層結構，不設內層栽培網槽。每2 天在單個栽培盤內加水28 mL。栽培盤傾斜放置，栽培盤一側比另一側高出3.5 cm，從高出一側直接加水。直接在栽培盤中催芽，不采用吸水紙催芽，避免了從吸水紙上移栽種子的麻煩，減輕勞動強度，提高生產效率，催芽和栽培一次完成，不用換盤，有利于實現芽苗菜的規模化生產。

控制器設計

控制器采用C51 單片機為核心的時間控制器，內部時鐘自動計時，每間隔130 min 啟動氣泵工作15 min。控制器輸出采用繼電器開閉方式，控制器輸入采用旋鈕電位器輸入來調節時間間隔，時間間隔最大值為330 min，最小值為6 min。單次啟動工作時間最長為50 min，最短為30 s。

試驗

材料和方法

試驗地點在成都溫江，試驗在自行設計搭建的家庭園藝溫室中進行。播種品種為麻豌豆，播種時間為2021 年2 月18 日，播種時溫室內最高溫度12 ℃，最低溫度7 ℃。水培所用水為自來水，靜置6 h 后直接使用。

栽培盤底部留漏水孔加氣試驗

栽培盤底部留2 個直徑2 mm 的漏水孔，加入的水經過32 s 基本流盡，漏水孔起到快速排水的作用。按照每間隔130 min 啟動氣泵工作15 min 的方式進行控制。作物在發芽后226 h 時，平均株高為13.3 cm 。圖2 是栽培盤底部留漏水孔加氣栽培實物圖。

圖2 栽培盤底部留漏水孔加氣栽培實物圖

栽培盤底部留漏水縫加氣試驗

栽培盤底部留4 個寬0.5 mm、長5 mm 的漏水縫，加入的水經過158 s 基本流盡，漏水縫起到延緩排掉水的作用。按照每間隔130 min 啟動氣泵工作15 min 的方式進行控制。作物在發芽后226 h 時，平均株高為14.1 cm（圖3）。

栽培盤底部不漏水加氣試驗

栽培盤底部不漏水，部分根長時間泡在水中。按照每間隔130 min 啟動氣泵工作15 min的方式進行控制。作物在發芽后226 h 時，平均株高16.6 cm（圖4）。

圖4 栽培盤底部不漏水加氣栽培實物圖

對照組試驗

作為對照組根部不送風，灌水條件一致。對于栽培盤底部有漏水孔的，根部發霉和有異味的植株為2.3%；對于栽培盤底部有漏水縫的，根部發霉和有異味的植株為5.1%；對于栽培盤底部不漏水，部分根長時間泡在水中，根部發霉和有異味的植株為89.6%（圖5）。

圖5 對照組不漏水不加氣實物圖

結論

家庭園藝水培葉菜根部送風系統的開發包括控制器、氣泵和送風管路等的設計和功能驗證，完成系統設計后進行了對照試驗，通過試驗得出系統對水培葉菜根部發霉問題的解決有較大幫助。該系統促進水培葉菜生長，達到提高生產效率的目的。

（1）水培葉菜根部送風系統消除了根部霉變的問題（圖6）。送風系統加快根部水分的蒸發，避免部分根因長期泡在水里導致豌豆發霉異味的問題。

圖6 水培的葉菜根部無發霉

（2）水培葉菜根部送風系統促進水培葉菜根部的長勢（圖7）。水培葉菜根部送風系統在根部有充足水分時，通過送風加速根部氣流的流動，根系直徑顯著大于傳統方式，根部的生物量顯著大于傳統方式，平均株高高于傳統方式2.5 cm。

圖7 水培的葉菜根部長勢強壯

通過使用該裝置可以把蔬菜種在廚房里（圖8），隨吃隨用，享受最新鮮的蔬菜美食。在現實的栽培中，需要在裝備開發方面不斷的創新，通過創新促進該領域的蓬勃發展，讓廚房種菜變為現實。

圖8 蔬菜種在廚房里