蔬菜工厂使用营养液栽培植物时(蔬菜种植营养液)

植物工厂营养液膜技术管道水培生菜高效栽培及采后处理技术

廖　晨等

基金项目：滇池流域农业绿色生产关键技术研究与体系构建（２０２１０２ＡＥ０９００３０）；云南省科技人才与平台计划（Ｎｏ．２０１９ＩＣ０２６）

生菜又名叶用莴苣，属菊科莴苣属，为一年生或二年生草本作物，可生食，原产欧洲地中海沿岸，具有较大的市场需求量，近年来种植规模不断扩大，持续稳中向上发展。 生菜适合在土壤栽培、无土栽培（基质栽培、水培）等多种栽培环境下生长，水培生菜具备周年连续生产、节约土地资源、安全洁净的优势，已发展成为主流的水培蔬菜品类。

１　植物工厂

　　植物工厂是一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效农业系统。 植物工厂可分为两种类型，即人工光利用型及太阳光（有补光或无补光）利用型。 植物工厂有以下几个优势：①作物生产计划性强；②单位面积产量高；③机械化、自动化程度高；④减少化肥及农药使用量；⑤提高土地利用率；⑥不受土壤条件制约；⑦建设地选择面广 。

２　营养液膜技术（ＮＦＴ）管道水培系统

　　 ＮＦＴ 属于浅液流栽培范畴，与深液流水培的营养液深度 ６～８ ｃｍ 不同，ＮＦＴ 的营养液深度仅为 １～２ ｃｍ，根系与营养液的接触面更小，大部分的根系裸露在空气中。 ＮＦＴ 管道栽培系统主要包括纯水处理系统、ＮＦＴ 管道、营养液循环流动系统、过滤消毒装置、残液回收系统等，见图 １。

图 １ ＮＦＴ 管道栽培系统

２. １　纯水处理系统

　　生菜水培对水质要求较高，栽培全程使用的水均需是纯水，因此需要先对生产用水进行处理，纯水处理系统包括水泵、砂石过滤器、叠片过滤器、ＲＯ 反渗透纯水处理设备等。 处理流程：原水先经过砂石过滤器去除水中下层沉淀杂质，再通过叠片过滤器去除水中上层悬浮杂质，然后通过ＲＯ 反渗透纯水处理设备去除水中的细菌、病毒、藻类、重金属、有机物等，最后得到纯水。

２. ２　ＮＦＴ 管道

　　ＮＦＴ 管道为生菜栽培床，主要由栽培管道、定植杯、盖板等 ３ 个部分构成，管道孔距为 ２０ ｃｍ×２０ ｃｍ，定植杯口径通常为 ５ ｃｍ。 ＮＦＴ 管道坡度范围设置为 ２％ ～３％，方便控制营养液的热量积聚，避免营养液在管道内积滞 。

２. ３　营养液循环流动系统

　　营养液循环流动系统主要包括营养液池、水泵、管道、流量调节阀以及传感控制系统（定时器、电导率自控系统、ｐＨ 自控装置、温度调节装置、安全报警装置）等。

２. ４　过滤消毒装置

　　供液水泵、回液水泵处需设置过滤装置，以保障液体洁净，避免管道因杂质堵塞。 营养液循环应通过紫外线消毒装置，避免细菌、真菌、病毒等的扩散及传染。

２. ５　残液回收系统

　　残液回收系统主要由废液回收管道及废液回收池两部分组成，收集循环过程中产生的废液。

３　生菜品种的选择

　　生菜分为结球生菜、皱叶生菜（散叶生菜）、直立生菜等三大类，绝大多数生菜品种均能适应管道水培。 综合考虑产量及效益，可以选种罗马直立生菜和意大利抽薹生菜等；考虑具备较好的观赏性，可以选种玻璃生菜、红叶生菜等。

４　育苗

４. １　种子消毒

　　采用清水漂浮法进行选种，去除漂浮杂物及不饱满种子，留取底部饱满种子。 用质量浓度２０ ｇ／ Ｌ ＮａＯＨ 溶液浸泡种子 １５ ｍｉｎ，用纯水清洗５ 次，每次清洗时间为 １ ｍｉｎ 。

４. ２　催芽

　　将消毒处理后的种子在纯水中浸泡 ６～８ ｈ，取出后用干毛巾吸干表面多余水分。 将种子平铺于垫有纸的盘子内，放入恒温催芽室，调节温度为２５ ℃，湿度控制在 ８５％左右 。 一般催芽 ２４ ～３６ ｈ，８０％以上种子露白即可取出备用。

４. ３　点种

　 　 选 用 ５０ ～ ７２ 孔 标 准 育 苗 盘 （５４０ ｍｍ ×２８０ ｍｍ），装入清水浸湿后的蛭石作为育苗基质 ，蛭石要求直径为 １～３ ｍｍ。 压实基质后，将育苗盘放上自动播种机，每孔播入 １ 粒种子。

４. ４　幼苗管理

　　将点种后的育苗盘放进灌 １／４ 倍日本园试均衡配方营养液 ８～１０ ｃｍ 的漂浮苗床中进行育苗，育苗时间为 １０～１５ ｄ。

５　生菜栽培管理

５. １　移栽

　 　 管道水培需采用四叶一心大苗龄定植移栽 ，苗太小会被营养液冲走，无法在定植杯内直立生长。 移栽时将裹满蛭石基质的根坨取出，直立放入水培管道的定植杯中， 栽培面积为２０ ｃｍ×２０ ｃｍ，种植密度为 ２５ 株／ ｍ ２ 。 打开营养液循环系统控制器，让营养液进入水培管道中，营养液深度控制在 １～２ ｃｍ。

５. ２　营养液控制

５. ２. １　母液配制

　　按照水培所需营养液的 １００ 倍配制日本园试配方母液 Ａ、母液 Ｂ、母液 Ｃ、调酸液、调碱液，具体配方见表 １。

表 １　营养液及调配液的配方

５. ２. ２　营养液配制

　　用母液 Ａ、母液 Ｂ、母液 Ｃ 及纯水配制生菜水培营养液前，先将表 １ 中的调酸液和调碱液用水稀释 １００ 倍，然后打开 Ｐ５３２ 型在线 ｐＨ 控制仪，用稀释后的调酸液或调碱液将纯水的 ｐＨ 调至６. ５ 左右，再将上述 ３ 种母液用调酸／ 碱后的纯水进行同等倍数稀释。 生菜不同生长时期的营养液浓度：移栽 １０ ｄ 内，调节营养液的可溶性盐浓度（ＥＣ）为 １. ０～１. ５ ｍＳ／ ｃｍ；移栽 １０～２０ ｄ，调节营养液的 ＥＣ 到 １. ５～２. ０ ｍＳ／ ｃｍ；移栽 ２０ ｄ 后至采收，调节营养液的 ＥＣ 至 ２. ０～２. ５ ｍＳ／ ｃｍ，ｐＨ 控制为 ６. ０～６. ５ 。

５. ２. ３　营养液循环

　　 营养液循环流量控制为 ２～４ Ｌ／ ｍｉｎ 较为适宜。 由于 ＮＦＴ 的营养液深度仅为 １～２ ｃｍ，相比深液流，优势在于根系接触空气面积较大，不容易出现根系缺氧现象，不足之处在于缓冲性较差，营养液需根据液层高度及电导率情况及时进行循环供应，否则一旦营养液消耗完，水培生菜会在短时间内迅速缺水死亡。 通常情况下，ＮＦＴ 水培生菜可采取间歇供液法，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；无论夏季或冬季， 晚上均为 ２ ｈ 供液１５ ｍｉｎ，停供 １０５ ｍｉｎ，这样既能达到补充氧气的作用， 又 不 至 于 长 时 间 停 液 造 成 植 株 萎 蔫死亡 。

５. ３　温度控制

　　大棚及营养液温度调节主要通过遮阳、循环风机、湿帘、喷雾、热泵、热水／ 风炉（泵）等设备控制。 缓苗阶段， 应控制白天大棚温度为 ２０ ～２５ ℃，夜间大棚温度为１５～２０ ℃；缓苗结束，控制白天大棚温度为 １５～２２ ℃，夜间大棚温度为 １０～１５ ℃；收获期间为延长供货期，控制白天大棚温度为 １０～１５ ℃，夜间大棚温度为 ５～１０ ℃ 。营养液温度控制为 １８～２５ ℃。 已有试验表明，水培生菜的最适宜根区温度，即营养液温度为２５ ℃。 在此根区温度下，生菜叶的生理生长、光合作用均处于最佳状态 。

５. ４　光照控制

　　植物工厂水培生菜，针对不同的品种，补光灯的光质要求不同，红叶生菜多选用红蓝比为 １ ∶２光质的 ＬＥＤ 补光灯，绿叶生菜多选用红蓝比为２∶１光质的 ＬＥＤ 补光灯。 在采收前适当增加光照时长和光照强度，能有效提高生菜产量，增加可溶性糖和维生素 Ｃ 含量，降低硝酸盐含量 。 有文献报道 使用红蓝比为 ４ ∶１光质的 ＬＥＤ 补光灯，在 １００ μｍｏｌ／ （ｍ ２ ·ｓ）光照强度下连续照射 ４８ ｈ，最适于在采收前调控蔬菜品质。

５. ５　湿度控制

　　生菜育苗期间湿度需控制在 ８０％ ～９０％；定植后直至采收，棚内湿度应控制在 ６０％～７５％。

６　病虫害防治

　　植物工厂水培生菜病虫害发生较少。 通过大棚通风口安装 ４０ 目（０. ３８ ｍｍ）防虫网，入口处设置风淋间，人员进入大棚须穿戴防护服及鞋套，悬挂蓝／ 黄板，安装害虫诱杀器，加强棚内温湿度管理，改善通风条件等物理措施，能有效杜绝大部分病虫害发生 。

６. １　病害及防治

　　水培生菜生长期主要发生的病害及防治方案：①菌核病，发病初期使用 ２０％丙环唑 １ ５００～２ ０００倍液，或 １０％戊菌唑 １ ０００ ～ １ ５００ 倍液防治；②软腐病，发病初期使用 ２０％噻唑锌 ５００ ～８００ 倍液，或 ４７％ 春雷·王铜可湿性粉剂６００ ～８００ 倍液防治；③霜霉病，发病初期使用 ７２. ２％霜霉威盐酸盐 ６００～８００ 倍液，或 ２０％氰霜唑 ６００～８００ 倍液进行防治。

６. ２　虫害及防治

　　水培生菜生长期主要发生的虫害及防治方案：①蚜虫，可使用 １０％吡虫啉 ２ ０００ 倍液防治；②斑 潜 蝇， 可 使 用 １０％ 精 高 效 氯 氟 氰 菊 酯３ ０００ 倍液，或 １. ８％阿维菌素 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％啶虫脒 １ ０００～１ ５００ 倍液防治；④蓟马，可使用 ６０ ｇ／ Ｌ 乙基多杀菌素 ２ ０００ 倍液，或 ２５％噻虫嗪 ８００～１ ０００ 倍液防治。

７　采收

　　采收前应根据不同品种生菜的单株质量对其成熟度进行评估。 通常情况下，散叶生菜 ３０％以上达到单株质量０. １５～０. ３５ ｋｇ，结球生菜３０％达到单株质量０. ５～０. ６ ｋｇ 或球径为１７～１９ ｃｍ 时，即可采收。 采收时剔除植株下部老、黄、烂叶，采收时间选择清晨或傍晚，避免在温度过高的正午采收 。

８　采后处理

８. １　预冷

　　生菜采收后仍具有生命力，其呼吸作用、蒸腾作用等其他生理代谢活动仍在进行，这样会造成生菜脱水萎蔫、黄化和有害微生物大量繁殖导致的变质。 预冷的目的是使生菜采收后遗留的热量得以尽快去除，在短时间内使生菜降温，保持生菜品质，延长其货架期。

生菜适宜的预冷方式：①冷库预冷，设置预冷温度为２～３ ℃，预冷１０～２０ ｈ，保持预冷冷库湿度为 ９８％～１００％。 ②差压预冷，即通过对两侧带有通风孔的包装箱进行特殊码垛，利用差压风机在包装箱两侧形成压力差，使冷空气从包装箱内部通过，直接与箱内蔬菜进行热交换的一种预冷方式，具有冷却快速、均匀，干耗降低的优势。 生菜最适宜的差压预冷温度为 ２ ～ ３ ℃，预冷时间为３～５ ｈ，相对湿度保持在 ９８％ ～１００％。 ③结球生菜可采取真空预冷，真空预冷是利用蔬菜在低压条件下的水分蒸发，带走遗留热量，以达到迅速降温的目的，具有冷却快速、均匀的优势，不足之处在于会造成生菜水分含量降低。 结球生菜最适宜的真空预冷温度为 ２ ～ ３ ℃，预冷时间为 ２０ ～３０ ｍｉｎ，相对湿度应保持在 １００％ 。

８. ２　储藏

　　生菜可通过以下几种方式进行储藏保鲜，以延长其保鲜时间。

（１）包装膜及气调保鲜。 采用塑料薄膜、微孔薄膜、纳米复合包装材料、乙烯气体吸附膜或可降解新型生物杀菌材料等对生菜进行包装处理，通过人为调节包装内气体成分及温湿度达到保鲜目的。 研究表明，在体积比 Ｏ ２ ∶ＣＯ ２ ∶Ｎ ２ ＝ ０. ０３ ∶０. １０∶０. ８７ 的气调环境下，生菜能保持较好的品质并延长其货架期 。

（２）低温保鲜。 生菜可在冷库中进行保鲜储藏，在保鲜温度为 ０～０. ４ ℃、相对湿度为 ９０％ ～９５％的条件下可保鲜 １ 个月 。

（３）光照保鲜。 可使用 ２０～３０ μｍｏｌ／ （ｍ ２ ·ｓ）的低强度 ＬＥＤ 光照，通过促进采后生菜继续进行光合作用，增加可溶性碳水化合物含量，抑制呼吸强度、乙烯释放及微生物生长的原理，有效维持生菜外观品质，抑制采后成熟衰老，延长货架期 。