闭锁型工厂化育苗系统的研制与试验

李东星，许明，周增产，卜云龙，商守海，王会学

（北京京鹏环球科技股份有限公司，100094）

工厂化育苗具有技术密集性高、产业带动性强、综合效益好等现代农业特征，在美国、荷兰、日本、以色列等国家已具有相当规模，并有专业化的大型资材供货商、种子公司为大型种苗生产企业提供相应的商业化服务，从而支撑了种苗行业的标准化、规模化、产业化发展。在我国，随着设施园艺的快速发展应运而生的工厂化育苗技术虽然得到了长足的发展，但还存在关键设备和主要资材缺乏、环境调控粗放、人工光照和补光技术落后、育苗生产效率和效益低下等问题。针对此问题，北京京鹏环球科技股份有限公司开发了一种闭锁型工厂化育苗系统，该系统可通过运用机械化、自动化手段，人工控制等技术，使种苗在最佳环境下生长[1]，它摆脱了自然条件的束缚和地域性的限制，可以控制种苗生长周期，促进种苗快速发育，且采用完全封闭的栽培环境，为种苗的繁育创造了良好的生长环境[2]。为了验证及优化该系统的功能，根据设施装备与设施园艺相结合的原则，在闭锁型工厂化育苗系统中进行了黄瓜育苗试验，初步探索了该闭锁型工厂化育苗系统的育苗效果。

1 闭锁型工厂化育苗系统的研制

闭锁型工厂化育苗系统（图1）是一种采用聚苯乙烯泡沫夹心彩钢板的绝热壁板围成的空间，此空间可将系统内外的物质和热能的交换控制在最小限度范围内，室温采用空调机维持设定，光照采用人工光形式提供植物成长所需，对于苗或株高较小的植物，系统内可采用多层栽培架。其他主要组成部分有空气搅拌风机，促进光合成的CO2施用装置，灌溉设备以及环境调控设备[3]。

1.1 结构组成及材料

图1 闭锁型工厂化育苗系统内景

闭锁型育苗系统的面积为23.4 m2，用聚苯乙烯泡沫夹心彩钢板作为围护结构，这种材料是一种强度高、保温性能好的绝热材料，它能够大大减少壁板的传热，并能防止因室外气温比室内气温低而造成的壁内侧结露。采用4层式育苗架4台（安装32 W植物生长荧光灯168支及半架LED发光管），补光功率共计约6 456 W（半架LED发光管补光功率按1 080 W计）。顶部风道负压区设置了通风口，通风口靠近温室天窗，定期打开使系统内通风换气。系统各项组成及参数见表1。

表1 闭锁型工厂化育苗系统组成

1.2 多层式苗床设计

闭锁式育苗主要是采用多层立体培养方式，其优势在于能够提高单位面积产量以及单位面积利用率。育苗培养架主体骨架为不锈钢焊合体，分别安装苗床、荧光灯组、LED灯板、反光铝板、风扇、背板、侧板等零部件。

如图2所示，闭锁式育苗床共有4层，床架总高度为190 cm，长为268.1 cm，宽为70 cm。由于幼苗生长的高度为10～20 cm，光源与植物顶端的距离为5～20 cm，所以苗床每层高度设定为38 cm，每层育苗床安装10个风扇，用于模仿自然通风，有利于通风降湿。

1.3 人工光源的选择与调控

在光源的可见光光谱中，植物吸收的光能占生理辐射光能的60%～65%，其中主要是波长为610～720 nm的红、橙光辐射，红、橙光能被叶绿素强烈吸收，光合作用最强，可显著加速植物的发育，其中660 nm为吸收波峰。其次是波长400～510 nm的蓝、紫光辐射，蓝、紫光被植物叶绿素吸收最多，表现为强的光合作用和形态建成作用，其中450 nm为吸收波峰。因此，在人工光源调控系统中，选择660 nm红光和450 nm蓝光进行搭配[4]。本育苗系统采用蓝光与红光比等于5∶1的荧光灯进行搭配，其辐照强度为 40 μW/m2。

1.4 营养液循环系统

图2 育苗栽培架

营养液循环系统主要由栽培床、营养液池、供液管道系统、回流管道系统、自动灌溉施肥机组成。栽培床用于盛放营养液，给种苗提供营养和水分。营养液池是贮存和供应栽培床营养液的容器，母液罐、酸罐、碱罐和清水罐中的溶液在电磁阀门的控制下流入营养液池。供液管道系统将贮液池中的营养液运输到栽培床中供作物需求，它主要包括供液管道、调节流量的阀门等组成部分；而回流管道系统是将栽培床内的营养液回流至贮液池中，它主要包括回流管道和栽培床中的回流装置两部分。自动灌溉施肥机与供液管道系统相连，用于营养液的自动配比混合并传输给供液管道系统，它主要包括一套文丘里型肥料泵，肥料泵装置上同时也包括电动控制肥料阀门、肥料流量调节器、聚乙烯装配件；一个专用电动水泵，用于通过旁通管维持文丘里肥料泵运行所必须的水压差[5]。

1.5 育苗环境自动调控系统

利用PLC控制理论及空调机组对设施内的各种环境因子，包括温度、相对湿度、光照、CO2浓度等进行自动控制和调节是闭锁型育苗系统进行育苗生产的关键。根据不同作物的生长习性，调控出适宜作物生长的最佳环境是系统控制的核心。环境控制项目包括温度、相对湿度、CO2浓度、光照和通风系统，如图3所示。

2 闭锁型工厂化育苗系统对黄瓜幼苗生长影响的试验

2.1 试验材料

本次试验材料为黄瓜（寒光65），共选取了6个样本进行试验，于2013年1月25日分别采用数显电子称 PWC124（max=120 g，d=0.000 1 g）称量样本3 236粒，最后在种子处理浸种环节，又漂洗出227粒秕种子，共3 236-227=3 009粒种子进入催芽环节。具体称重情况见表2。

2.2 试验方法

本次试验在北京京鹏环球科技股份有限公司通州植物工厂闭锁型工厂化育苗系统中进行，于2013年1月28日开始浸种，进行育苗试验，分别对操作流程、不同光源对黄瓜幼苗下胚轴伸长、第一片真叶叶面积的影响进行比较，在此基础上，明确了黄瓜苗在LED光源下达到壮苗的数量指标，为以后的相关工作提供依据和参考。黄瓜育苗具体操作流程见图4。

①出苗率统计 从开始浸种 （2013年 1月 28日 23：00）算起，至第7天（2013年2月4日15：00左右）统计出苗率。共播种50孔穴盘57盘，实际调查53盘。该系统中出苗的衡量标准为：a.幼苗拱土露出肉眼可见的子叶或胚轴；b.穴孔中有双粒的按照1粒计算。具体统计结果见表3。

图3 控制系统

表2 寒光65黄瓜种子粒数及质量情况

图4 育苗操作流程

②不同光源对黄瓜幼苗下胚轴、茎粗及第一真叶叶面积大小的影响 2013年2月11日上午，真叶已经长出，下胚轴不再伸长生长时，进行了普通荧光灯及LED灯不同光源下的黄瓜幼苗下胚轴茎粗的测定，各15株，位于闭锁室育苗架第2层（从上往下），其他管理均相同，仅光源存在差别，其对比具有代表性和可比性。

下胚轴长：指与基质表面相平的茎基部至紧贴子叶下方的距离。用2 m长卷尺测量，单位为cm。

表3 黄瓜出苗率统计

茎粗：指紧贴子叶下方下胚轴的粗度，用数显电子游标卡尺测定，单位为mm。

第一片真叶叶面积：用叶形纸称重法进行测定，单位为cm2。2013年2月14日，黄瓜幼苗1叶1心期，用叶形纸称重法进行了黄瓜幼苗第一片真叶叶面积的测量。

2.3 结果与分析

①出苗率统计 由表3可以看出，供试黄瓜种子在闭锁型工厂化育苗系统中的出苗率相对很高，平均出苗率达到91.89%。

②不同光源对黄瓜幼苗下胚轴长度的影响 由表4可以看出，在其他环境条件同样的情况下，采用LED光源和普通荧光灯光源对黄瓜幼苗的下胚轴伸长均有较为明显的促进作用，但LED光源照射下黄瓜幼苗下胚轴平均长度为3.31 cm，是普通荧光灯照射的1.7倍左右，LED光源对于促进黄瓜幼苗下胚轴伸长的作用极显著优于普通荧光灯光源。

③不同光源对黄瓜幼苗茎粗的影响 由表5可以看出，在其他环境条件同样的情况下，在闭锁型工厂化育苗系统内采用LED光源和普通荧光灯光源对黄瓜幼苗的茎粗均有一定的影响，但二者差异不显著。

④不同光源对黄瓜幼苗第一片真叶叶面积的影响 由表6可以看出，在其他环境条件同样的情况下，在闭锁型工厂化育苗系统内采用LED光源和普通荧光灯光源对黄瓜幼苗第一真叶叶面积均有较为明显的促进作用，但LED光源下黄瓜幼苗平均第一真叶叶面积为46.16 cm2，是普通荧光灯下的1.57倍，即LED光源对于促进黄瓜幼苗第一片真叶叶面积的作用显著优于普通荧光灯光源。

表4 不同光源下黄瓜幼苗下胚轴长度

表5 不同光源下黄瓜幼苗茎粗（紧贴子叶下方）

⑤不同调查期不同光源对黄瓜幼苗生长的影响分别于2月4日（出苗期）、2月7日（露心期）、2月11日（1叶1心期）调查LED光源和普通荧光灯光源照射下黄瓜幼苗的生长情况，结果表明，2月4日出苗期，2种光源下生长的黄瓜幼苗几乎没有差别；2月7日露心期，LED光源下生长的黄瓜幼苗真叶略大于普通荧光灯下的；2月14日1叶1心期，2种光源下的黄瓜幼苗差别明显，其中LED光源下生长的较优。

表6 不同光源下黄瓜幼苗第一真叶叶面积

2.4 结论

通过在该闭锁型工厂化育苗系统中对黄瓜育苗进行试验后，可得出以下结论。

该闭锁型工厂化育苗系统的研制，为黄瓜育苗提供了良好的育苗环境，实现了温度、相对湿度、CO2浓度、光照、营养液等因子的综合调控，有利于黄瓜等蔬菜幼苗的生长。

在该闭锁型工厂化育苗系统中，通过对闭锁型工厂化育苗系统中的不同光源进行对比，结果表明，LED光源所育出的黄瓜幼苗下胚轴平均长度为3.31 cm，处于《蔬菜栽培学》黄瓜栽培篇[6]所提出的“壮苗下胚轴长 3～4 cm”，第一片真叶叶面积46.16 cm2，也比较接近所提出的“基部 1～2 片真叶面积均在50 cm2左右”的指标，说明在其他条件相同的情况下，LED 光源（红∶蓝=100∶12）下更容易育出黄瓜壮苗。

综上所述，闭锁型工厂化育苗系统作为目前最为先进的高效育苗生产系统，可为蔬菜作物提供良好的生长环境，具有很好的推广前景。

[1]辜松.蔬菜工厂化嫁接育苗系统的发展现状[J].农机化研究，2005，6（11）：52-54.

[2]侯艳锋，曲英华.闭锁型育苗系统的开发与利用[J].安徽农业科学，2007，35（23）：7 071-7 072.

[3]古在豊樹.闭锁型苗生产的研究[J].日本植物工厂学会，1998：44-49.

[4]崔瑾，徐志刚，邸秀茹.LED在植物设施栽培中的应用和前景[J].农业工程学报，2008，24（8）：249-253.

[5]刘向辉，宋卫堂，周立刚，等.循环营养液的物理消毒[J].中国农学通报，2004,20（5）：273-279.

[6]山东农业大学主编.蔬菜栽培学各论.3版[M].北京：中国农业出版社，1999：214.