植物工廠營養液膜技術管道水培生菜高效栽培及采后處理技術

廖 晨， 彭曉云， 謝 亮， 李 驍， 周 龍,2， 楊德榮

(1.云南云天化現代農業發展有限公司 云南昆明 650600； 2.云南農業大學植物保護學院云南昆明 650201； 3.云南云天化股份有限公司 云南昆明 650228；4.云南省化工研究院有限公司 云南昆明 650228)

生菜又名葉用萵苣，屬菊科萵苣屬，為一年生或二年生草本作物，可生食，原產歐洲地中海沿岸，具有較大的市場需求量，近年來種植規模不斷擴大，持續穩中向上發展。生菜適合在土壤栽培、無土栽培(基質栽培、水培)等多種栽培環境下生長，水培生菜具備周年連續生產、節約土地資源、安全潔凈的優勢，已發展成為主流的水培蔬菜品類。

1 植物工廠

植物工廠是一種通過設施內高精度環境控制，實現作物周年連續生產的高效農業系統。植物工廠可分為兩種類型，即人工光利用型及太陽光(有補光或無補光)利用型。植物工廠有以下幾個優勢：①作物生產計劃性強；②單位面積產量高；③機械化、自動化程度高；④減少化肥及農藥使用量；⑤提高土地利用率；⑥不受土壤條件制約；⑦建設地選擇面廣[1]。

2 營養液膜技術(NFT)管道水培系統

NFT屬于淺液流栽培范疇，與深液流水培的營養液深度6～8 cm不同，NFT的營養液深度僅為1～2 cm，根系與營養液的接觸面更小，大部分的根系裸露在空氣中。NFT管道栽培系統主要包括純水處理系統、NFT管道、營養液循環流動系統、過濾消毒裝置、殘液回收系統等，見圖1。

圖1 NFT管道栽培系統[2-3]

2.1 純水處理系統

生菜水培對水質要求較高，栽培全程使用的水均需是純水，因此需要先對生產用水進行處理，純水處理系統包括水泵、砂石過濾器、疊片過濾器、RO反滲透純水處理設備等。處理流程：原水先經過砂石過濾器去除水中下層沉淀雜質，再通過疊片過濾器去除水中上層懸浮雜質，然后通過RO反滲透純水處理設備去除水中的細菌、病毒、藻類、重金屬、有機物等，最后得到純水。

2.2 NFT管道

NFT管道為生菜栽培床，主要由栽培管道、定植杯、蓋板等3個部分構成，管道孔距為20 cm×20 cm,定植杯口徑通常為5 cm。NFT管道坡度范圍設置為2%～3%，方便控制營養液的熱量積聚,避免營養液在管道內積滯[4]。

2.3 營養液循環流動系統

營養液循環流動系統主要包括營養液池、水泵、管道、流量調節閥以及傳感控制系統(定時器、電導率自控系統、pH自控裝置、溫度調節裝置、安全報警裝置)等。

2.4 過濾消毒裝置

供液水泵、回液水泵處需設置過濾裝置，以保障液體潔凈，避免管道因雜質堵塞。營養液循環應通過紫外線消毒裝置，避免細菌、真菌、病毒等的擴散及傳染。

2.5 殘液回收系統

殘液回收系統主要由廢液回收管道及廢液回收池兩部分組成，收集循環過程中產生的廢液。

3 生菜品種的選擇

生菜分為結球生菜、皺葉生菜(散葉生菜)、直立生菜等三大類，絕大多數生菜品種均能適應管道水培。綜合考慮產量及效益，可以選種羅馬直立生菜和意大利抽薹生菜等；考慮具備較好的觀賞性，可以選種玻璃生菜、紅葉生菜等。

4 育苗

4.1 種子消毒

采用清水漂浮法進行選種，去除漂浮雜物及不飽滿種子，留取底部飽滿種子。用質量濃度20 g/L NaOH溶液浸泡種子15 min，用純水清洗5次，每次清洗時間為1 min[5]。

4.2 催芽

將消毒處理后的種子在純水中浸泡6～8 h，取出后用干毛巾吸干表面多余水分。將種子平鋪于墊有紙的盤子內，放入恒溫催芽室，調節溫度為25 ℃，濕度控制在85%左右[6]。一般催芽24～36 h，80%以上種子露白即可取出備用。

4.3 點種

選用50～72孔標準育苗盤(540 mm×280 mm)，裝入清水浸濕后的蛭石作為育苗基質[7]，蛭石要求直徑為1～3 mm。壓實基質后，將育苗盤放上自動播種機，每孔播入1粒種子。

4.4 幼苗管理

將點種后的育苗盤放進灌1/4倍日本園試均衡配方營養液[8]8～10 cm的漂浮苗床中進行育苗，育苗時間為10～15 d。

5 生菜栽培管理

5.1 移栽

管道水培需采用四葉一心大苗齡定植移栽[2]，苗太小會被營養液沖走，無法在定植杯內直立生長。移栽時將裹滿蛭石基質的根坨取出，直立放入水培管道的定植杯中，栽培面積為20 cm×20 cm，種植密度為25株/m2[9]。打開營養液循環系統控制器，讓營養液進入水培管道中，營養液深度控制在1～2 cm。

5.2 營養液控制

5.2.1 母液配制

按照水培所需營養液的100倍配制日本園試配方母液A、母液B、母液C、調酸液、調堿液，具體配方見表1。

表1 營養液及調配液的配方

5.2.2 營養液配制

用母液A、母液B、母液C及純水配制生菜水培營養液前，先將表1中的調酸液和調堿液用水稀釋100倍，然后打開P532型在線pH控制儀，用稀釋后的調酸液或調堿液將純水的pH調至6.5左右，再將上述3種母液用調酸/堿后的純水進行同等倍數稀釋。生菜不同生長時期的營養液濃度：移栽10 d內，調節營養液的可溶性鹽濃度(EC)為1.0～1.5 mS/cm；移栽10～20 d，調節營養液的EC到1.5～2.0 mS/cm；移栽20 d后至采收，調節營養液的EC至2.0～2.5 mS/cm，pH控制為6.0～6.5[10]。

5.2.3 營養液循環

營養液循環流量控制為2～4 L/min較為適宜。由于NFT的營養液深度僅為1～2 cm，相比深液流，優勢在于根系接觸空氣面積較大，不容易出現根系缺氧現象，不足之處在于緩沖性較差，營養液需根據液層高度及電導率情況及時進行循環供應，否則一旦營養液消耗完，水培生菜會在短時間內迅速缺水死亡。通常情況下，NFT水培生菜可采取間歇供液法，夏季白天1 h供液15 min，停供45 min；冬季白天1.5 h供液15 min，停供75 min；無論夏季或冬季，晚上均為2 h供液15 min，停供105 min，這樣既能達到補充氧氣的作用，又不至于長時間停液造成植株萎蔫死亡[11]。

5.3 溫度控制

大棚及營養液溫度調節主要通過遮陽、循環風機、濕簾、噴霧、熱泵、熱水/風爐(泵)等設備控制。緩苗階段，應控制白天大棚溫度為20～25 ℃，夜間大棚溫度為15～20 ℃；緩苗結束，控制白天大棚溫度為15～22 ℃，夜間大棚溫度為10～15 ℃；收獲期間為延長供貨期，控制白天大棚溫度為10～15 ℃，夜間大棚溫度為5～10 ℃[12]。

營養液溫度控制為18～25 ℃。已有試驗表明，水培生菜的最適宜根區溫度，即營養液溫度為25 ℃。在此根區溫度下，生菜葉的生理生長、光合作用均處于最佳狀態[13]。

5.4 光照控制

植物工廠水培生菜，針對不同的品種，補光燈的光質要求不同，紅葉生菜多選用紅藍比為1∶2光質的LED補光燈，綠葉生菜多選用紅藍比為2∶1光質的LED補光燈。在采收前適當增加光照時長和光照強度，能有效提高生菜產量，增加可溶性糖和維生素C含量，降低硝酸鹽含量[14]。有文獻報道[1]使用紅藍比為4∶1光質的LED補光燈，在100 μmol/(m2·s)光照強度下連續照射48 h，最適于在采收前調控蔬菜品質。

5.5 濕度控制

生菜育苗期間濕度需控制在80%～90%；定植后直至采收，棚內濕度應控制在60%～75%。

6 病蟲害防治

植物工廠水培生菜病蟲害發生較少。通過大棚通風口安裝40目(0.38 mm)防蟲網，入口處設置風淋間，人員進入大棚須穿戴防護服及鞋套，懸掛藍/黃板，安裝害蟲誘殺器，加強棚內溫濕度管理，改善通風條件等物理措施，能有效杜絕大部分病蟲害發生[15]。

6.1 病害及防治

水培生菜生長期主要發生的病害及防治方案：①菌核病，發病初期使用20%丙環唑1 500～2 000倍液，或10%戊菌唑1 000～1 500倍液防治；②軟腐病，發病初期使用20%噻唑鋅500～800倍液，或47%春雷·王銅可濕性粉劑600～800倍液防治；③霜霉病，發病初期使用72.2%霜霉威鹽酸鹽600～800倍液，或20%氰霜唑600～800倍液進行防治。

6.2 蟲害及防治

水培生菜生長期主要發生的蟲害及防治方案：①蚜蟲，可使用10%吡蟲啉2 000倍液防治；②斑潛蠅，可使用10%精高效氯氟氰菊酯3 000倍液，或1.8%阿維菌素800～1 000倍液防治；③白粉虱，可使用2.5%溴氰菊酯2 000倍液，或10%啶蟲脒1 000～1 500倍液防治；④薊馬，可使用60 g/L乙基多殺菌素2 000倍液，或25%噻蟲嗪800～1 000倍液防治。

7 采收

采收前應根據不同品種生菜的單株質量對其成熟度進行評估。通常情況下，散葉生菜30%以上達到單株質量0.15～0.35 kg，結球生菜30%達到單株質量0.5～0.6 kg或球徑為17～19 cm時，即可采收。采收時剔除植株下部老、黃、爛葉，采收時間選擇清晨或傍晚，避免在溫度過高的正午采收[16]。

8 采后處理

8.1 預冷

生菜采收后仍具有生命力，其呼吸作用、蒸騰作用等其他生理代謝活動仍在進行，這樣會造成生菜脫水萎蔫、黃化和有害微生物大量繁殖導致的變質。預冷的目的是使生菜采收后遺留的熱量得以盡快去除，在短時間內使生菜降溫，保持生菜品質，延長其貨架期。

生菜適宜的預冷方式：①冷庫預冷，設置預冷溫度為2～3 ℃，預冷10～20 h，保持預冷冷庫濕度為98%～100%。②差壓預冷，即通過對兩側帶有通風孔的包裝箱進行特殊碼垛，利用差壓風機在包裝箱兩側形成壓力差，使冷空氣從包裝箱內部通過，直接與箱內蔬菜進行熱交換的一種預冷方式，具有冷卻快速、均勻，干耗降低的優勢。生菜最適宜的差壓預冷溫度為2～3 ℃，預冷時間為3～5 h，相對濕度保持在98%～100%。③結球生菜可采取真空預冷，真空預冷是利用蔬菜在低壓條件下的水分蒸發，帶走遺留熱量，以達到迅速降溫的目的，具有冷卻快速、均勻的優勢，不足之處在于會造成生菜水分含量降低。結球生菜最適宜的真空預冷溫度為2～3 ℃，預冷時間為20～30 min，相對濕度應保持在100%[17]。

8.2 儲藏

生菜可通過以下幾種方式進行儲藏保鮮，以延長其保鮮時間。

(1)包裝膜及氣調保鮮。采用塑料薄膜、微孔薄膜、納米復合包裝材料、乙烯氣體吸附膜或可降解新型生物殺菌材料等對生菜進行包裝處理，通過人為調節包裝內氣體成分及溫濕度達到保鮮目的。研究表明，在體積比O2∶CO2∶N2=0.03∶0.10∶0.87的氣調環境下，生菜能保持較好的品質并延長其貨架期[18]。

(2)低溫保鮮。生菜可在冷庫中進行保鮮儲藏，在保鮮溫度為0～0.4 ℃、相對濕度為90%～95%的條件下可保鮮1個月[19]。

(3)光照保鮮?？墒褂?0～30 μmol/(m2·s)的低強度LED光照，通過促進采后生菜繼續進行光合作用，增加可溶性碳水化合物含量，抑制呼吸強度、乙烯釋放及微生物生長的原理，有效維持生菜外觀品質，抑制采后成熟衰老，延長貨架期[20]。