物理法新型多层栽培技术解析

许维辉

【摘要】利用物理法新型多层栽培技术能够实现多种生产模式，改变以往多层栽培装置的单一性，能根据作物不同，定时定量的为植物提供营养液及所需的光照，又结合温室空间电场防病技术及相关物理植保技术，全方位地解决植物在种植过程中出现的病害、虫害等问题。通过对装置的营养液pH与光照度的检测及相关试验数据解析，该技术在设计理念上能适应现代化农业生产模式的要求，为农产品生产提供保障。

随着农业现代化快速发展，人们倍加关注饮食健康，对食品安全的要求也越来越高，导致种植者更加注重农产品品质，因此人们开始寻求新型绿色生产模式。物理法多层栽培技术的出现，为高品质农产品生产提供新的思路。该技术是集物理法病害防御、自动化补光和营养液调控供给等技术为一体的新型多层栽培装置，解决了市场上其他栽培装置防病害难、光照欠缺、营养不合理供给等问题。另一方面，能为在繁忙生活的都市人寻求亲手种植的生活乐趣，为城市酒店提供优质的饮食文化，创造优美的饮食环境。通过大连市都市农业试验基地的试验示范，该项技术在保障农产品品质、病害防御、产量提高等方面的效果显著，是目前现代化都市农业生产中最为先进的新型技术，为健康农业生产提供技术保障。

栽培装置的介绍

该技术装置最大的亮点是具备了集约化、智能化等特点，综合现代农业生产科学技术，实现无人自动化管理的生产模式。其装置融合目前先进的植物补光、温室电除雾防病促生、营养液供给自动调控等多项现代农业生产技术，能够实现养鱼不换水、病害早防御、营养有保障等。在植物补光方面，能依照植物所需光照，定时段定时长为植物进行补光，激发植物光合作用的潜能，从而促进植物呼吸作用，提高作物的产量与品质。应注意的是植物补光过多时，反而会导致植物过度新陈代谢，破坏植物的生长规律，从而降低农产品的品质（如口感等），如生菜每天所需光照时长为12～18 h，茼蒿所需光照时长为10～12 h。在病害防治上，利用温室电除雾防病促生装置进行24 h全天候防治，一方面杜绝了病害利用空气的传播途径；另一方面在空间电场作用下，提高植物根系活力，有利于Ca、Mn、NOx等元素物质的吸收，与植物生长灯相结合可以进一步促进植物的呼吸作用，从而提高植物的产量与品质。在营养物质供给方面，主要采用2种自动灌溉方式，一是自制营养输送带进行滴灌，二是利用虹吸原理进行涌灌，在设定的灌溉时间内，装置检测基质的湿度，当湿度到达设定值时，就会进行灌溉，从而确保植物在生长过程中，能够合理吸收营养物质。本装置与物理植保液、静电灭虫灯等技术相结合，能够更好地做到纯绿色生态生产模式。

根据结构的不同，可分为单排3层（图1）与双排3层（图2）结构的2种型号，装置上2层为栽培槽，主要用于栽培各种蔬菜，底部为多功能养殖栽培槽（栽培与养殖供给槽），主要用于各类蔬菜栽培及水产养殖，装置每层都配备有植物生长灯及空间电场装置，其中植物生长灯可以根据不同种类的作物选择不同种类的植物生长灯，如种植生菜时选择LED植物补光灯，种植石斛时采用冷阴极植物补光灯。

以上构成部分为装置的主要构成核心部分，装置的工作电源为AC220 V，最小工作设定时间为15 min，栽培槽的尺寸为1.2 m×0.3 m×0.25 m。

多种生产模式是该技术最大的特点。该装置能适应淡水种植也能够适应海水种植，能作为单一植物栽培模式生产，也能作为栽培与养殖相结合生产。单一植物栽培生产模式时，多功能栽培养殖供给槽就可充当营养物质供给槽，而在设计该槽时，采用上下隔离的方式，共分2层，底层作为营养物质供给使用，上层则作为栽培槽使用。在栽培与养殖相结合的生产模式时，多功能栽培养殖供给槽就充当养殖槽与营养物质供给槽，底层作为养殖生产与营养物质供给使用，上层则作为栽培槽使用。在以淡水种植时，需要选择适应以淡水为营养物质的栽培作物，如种植生菜、番杏等；在以海水种植时，则选择适应以海水为营养物质的栽培作物，如冰菜、海芦笋等。因此在农业生产中，需根据自己的需求，选择适合的栽培生产模式，方可进行农业生产。目前该装置主要应用于蔬菜生产基地、都市酒店及家庭庄园等领域。

栽培工艺与操作

该项技术的生产工艺可分4个方面，即基质的选择、育苗与栽培、营养液的选择及配比、补光与营养液供给时间的设定。以单一作物栽培生产模式为例进行工艺流程解析。

基质的选择

为了使营养物质更好循环流通，颗粒不能过大，颗粒越大，其间隙越大，从而导致在作物生长时基质对养份保有量会降低，因此基质的选择需要根据作物种类的不同选择相对合适基质，如生菜可以选择陶粒与火山石作为基质等。

育苗与栽培

装置的栽培方式主要以定穴定距栽培为主，在栽培前需进行育苗。在育苗时，需选择栽培品种，根据技术装置的特点，需选择矮棵类作物，如生菜、番杏、豆瓣菜、茼蒿等。育苗方法可采用气候箱育苗（图3）、物理法漂浮育苗等方式，也可在市场上进行选购种苗。植物栽培时依据栽培槽尺寸可采取2行单株定穴定居栽培（株距一般在10 cm左右），值得注意的是在栽培前需对栽培基质进行消毒和清洗，以保证作物生长环境无毒无菌。

营养液的选择及配比

该装置所需的营养物质需进行调配，其中营养物质又分为液体类（营养液）和固体类，该装置主要采用液体类（营养液），固体类营养物质也可使用，但需要人工来操作。根据栽培品种可以选择不同营养液配方，如霍格兰氏营养液配方、格里克基本营养液配方等。该装置主要推荐使用农业废弃物制肥机来制作营养液，主要制肥原料为农业废弃物，如大豆秸秆、树枝、玉米秸秆等，将其转化为植物所需的液态肥（含有N、P2O5、S和一些活性物质）、气肥（CO2）、固态肥（含有K、Fe、Mn、B、Cu、Zn、Mo以及大量的Ca等元素），將水、固态肥、液态肥按一定比例进行稀释，便能得到所需的营养液。

补光与营养液供给时间的设定

补光一般在夜间与阴天进行，白天主要依靠自然光提供光照，若装置放置在无自然光照射的位置，则需要增设白天补光，一般在夜间补光时长为4～6 h，白天根据情况进行相应的时长补光。在营养液供给方面，主要采用全程自动化供给系统，根据栽培基质的湿度进行定时供给，当湿度达到设定要求即停止。根据生菜的生长特点，一般基质湿度控制在50%～60%。

试验数据测定与解析

营养液pH

植物在中性、弱酸性、弱碱性营养液（pH为6.5～7.5）中均能生长良好。pH过高或者过低，都不利于植物生长，植株容易出现缺素症状，生长受阻、幼叶变黄、叶缘干枯或焦枯、毛细根腐烂等现象。以种植奶油生菜为例，对纯植物栽培模式生产试验进行解析。首先选取2套单排3层和2套双排3层栽培装置作为试验装置，设定14：00为营养液供给时间，基质湿度设定为65%，供应时长为15 min，再利用pH测量计在相隔1～2天内采集各个装置营养液的pH，共10组数据，为期20天（此检测期间需对多功能栽培养殖供给槽施加2次营养液，间隔7天），采集后的试验数据记录下表1中，并观测在此期间作物的长势情况。

通过数据检测得出，奶油生菜在生长初期在没有进行营养液施加的情况下，单一营养液物质pH均偏碱性，在施加利用农业废弃物制肥机制作的高浓度营养液后，装置内营养液pH偏向中性，而在之后几天内营养液pH偏向酸性，主要原因是在种植前的营养物质为水，当奶油生菜适应环境生长后进行营养液的施加，在施加营养液后需与水相融合且适应生菜生长需要，因此在测量过程中会出现逐渐偏酸的过程，而15天后营养液中的营养物质被生菜吸收后的pH开始偏碱性，在继续施加营养液后pH开始慢慢偏酸。在通过观察奶油生菜长势情况并结合营养液pH变化，该装置在种植奶油生菜时，营养液供给系统能完全满足生菜生长需要，在控制营养液方面也能做到合理的调配（图4）。

光照度

当植物的光照强度增强时，光合速率逐渐增大；而光照强度达到一定的强度时光合速率也随之达到最大程度；当光照强度继续增加时，光合速率保持不变，而当光照时间过长时，则会减缓光合速率。植物在生长过程中，需要的光照度每天都有定量，过多的光照并不能促进光合作用，反而破坏植物生长规律，破坏植物生长系统。因此在种植不同作物时，要根据对植物光照的要求进行补光。下面通过几组测定数据来解析该技术的特点。首先选取1套单排3层，以种植奶油生菜为例进行单一栽培模式生产试验数据采集，植物补光灯采用目前先进的LED植物生长灯，由于该装置为开放式结构设计，因此可在白天进行自然光补光，根据奶油生菜所需光照的特點，设定每天夜间增加补光时长为6 h，白天根据光照的强度采用间隙补光，再利用光照度计对每层进行三点式采集，采集10组数据，为期20天左右，采集后的试验数据记录下表2中，并观测作为在此期间长势情况。奶油生菜的光补偿点为4656 lx，光照时间为每天12～15 h左右，通过检测所得到的数据及奶油生菜长势情况观察，能看到利用LED植物生长灯进行补光，能够满足奶油生菜生长的需求，提高了奶油生菜的光合作用，使奶油生菜长势良好，提高奶油生菜的品质。

应用意义

现代化农业的发展，涌现出很多新兴农业科技，如自动化栽培技术、自动灌溉技术等。目前比较先进的多层栽培领域的栽培模式都比较单一，且集约化程度较低，应用范围窄，而该技术装置的设计理念为集约化、智能化、安全化等绿色生产工艺，全力打造智能化农产品生产装置，为人们的身体健康提供保障，在调节人们都市繁忙生活压力的同时，又可以绿化生活环境。该装置不仅适用于大型现代化农业场、都市绿色酒店、大型新鲜蔬菜自选超市等，也适用家庭阳台，家庭幼儿教育等等，是人们生活中优选的种植装置，为未来农业发展开辟新的道路。