利用一种智能化装置水培种植蔬菜

苏伟波 杨张青 张玉民

(河南农大迅捷测试技术有限公司，河南 郑州 450002)

水培蔬菜作物的种植是在人为调控的状态下进行的一种技术操作。水培蔬菜作物在生长过程中，因营养液的作用不会出现养分缺少的情况，比传统种植的作物有着更大的优势[1]。近年来由于其纯天然无污染绿色健康而受到越来越多人的青睐，与此相关的行业和产品也得到了极大关注。水培蔬菜既可美化环境净化空气也可食用，给人们带来精神愉悦享受以及食物上的美味享受。

水培蔬菜所需的营养由营养液提供，市场上的营养液配方众多，不同的蔬菜品种需要的营养元素的量不同，即便是同种蔬菜不同的生长阶段需要的养分也各不相同。水培营养液中含有氮、磷、钾等植物生长所必需元素，为植物的生长提供养分。在不同浓度的营养液中，水培植物的长势不同[2]。合理的水培营养液浓度对作物的生长至关重要，所以对作物生长过程中所需营养的监控又显得很有必要。这一控制的装置应由终端机控制操作系统来完成和实现。

现有的水培装置中，水培植物培养基需要运输至水培装置区进行统一的生长与管控，可以通过人力和机械进行运输。人力运输能够确保培养基安全、准确和稳定地放置于水培装置区内，但人力输送费时费力，不利于提高工作效率。终端机可以供给蔬菜需要的足够养分，即为一种智能化控制装置[3]。利用此装置可以监测蔬菜生长过程中的pH、EC值、温度、水位等相关设置参数，便于掌握蔬菜的生长所需要养分情况，保障作物良好生长的基本营养条件。

影响作物长势的还有温度和光照等其它主要条件，本文结合终端控制一体机以及植物生长的条件，对蔬菜特别是生菜的水培做了系统全面的研究，现将一系列的试验进行汇总，希望能对水培感兴趣的朋友有所帮助。

1 试验器材

1.1 终端控制一体机

由河南农大迅捷测试技术有限公司生产，图1为终端机示意图。

主控显示屏上显示水培工作液的温度、液面高度、EC值、pH值等各参数，实时监测工作液是否满足作物的养分需求情况。

1.2 塑料容器桶

10L，淘宝购买。

1.3 水培整体架

1套，带潜水泵和工作液池，淘宝购买。

1.4 蔬菜种子

奶油小白菜、油麦菜、生菜、菠菜等蔬菜种子，淘宝购买。

1.5 育苗盘、基质、定植棉、定植篮

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2 试验方法

2.1 育苗

在生产中由于场地、人工、穴盘、基质等多方面因素的影响，因此在保证育苗质量一致的条件下选择孔数多的穴盘育苗能节约生产成本。但是穴盘的容积太小，会限制根系的形态和空间分布，根系构型、体积和新分生的根量发生变化，进而影响水分以及营养物质的吸收，从而影响幼苗的生长，所以选择合适规格的穴盘对不同作物的生长也至关重要[4]。笔者结合现有的条件采用3种育苗方法：定植棉育苗、滤纸育苗、基质育苗。

定植棉育苗和滤纸育苗不科学、不易操作而且苗弱不易成活；基质育苗合理、科学，苗壮、长势好。基质配方容重在理想范围内，但大小孔隙比需合适，才更有利于作物根系的生长。EC值高，说明基质内含养分丰富；基质pH值偏碱性，能提高种子发芽率，对幼苗生长有促进作用，适宜作为生菜的栽培基质[5]。

将基质用喷壶淋水喷湿放入育苗盘中，用木板刮平，将育苗盘中每个穴轻按1个0.5cm左右的小坑，用镊子夹着油麦菜种子放入坑中，在用基质将穴平好，放到育苗室架子上开始育苗。苗子长出来很快就蕉叶而亡。测一下基质的pH值为4.85，EC值为13.25ms。再对基质进行多次浸泡和冲洗，用浸泡和冲洗过的基质来育苗。

2.2 营养液

参照资料文献中的叶菜类营养液、霍格兰营养液、西芹营养液和自设营养液等4种配方营养液的配方[6]，尽管营养液的种类繁多，或多或少都有不同，结合所种植的蔬菜应用最合理的配方，满足蔬菜需要的才是最好，这个判断标准需要根据蔬菜的生产情况来决定。

营养液A配方及浓度见表1；营养液B的配方及浓度见表2。

表1 营养液A的配方

表2 营养液B的配方

pH调节液可以是稀硝酸或者稀磷酸，可根据蔬菜的品种是喜氮还是喜磷而确定，一般只调整作物适宜生产的酸碱度，对体系影响不是太大。本文用硝酸来调节营养液的pH。

2.3 定植上架

将苗小心从育苗盘中起出，用清水冲洗，小心不要伤根，将叶子也清洗一下，要使根部不留泥和杂物，并将腐烂的根剪去，用水冲净，准备定植。用海绵夹着蔬菜茎部，将苗的根系穿过定植孔，小心不要弄断根系，定植篮中主根可以用镊子从定植篮中的主孔掏出，再将定植篮[7]放入水培架。

2.4 温度和光源的选择

开始试验时只有白光的LED灯带，不利于叶绿素的合成，7月份加上1根红光的LED灯带和2根LED电棒灯管，工作池中营养液温度为24～25℃，蔬菜长势一直不好。8月28日育苗一批生菜，1个月后从育苗盘中取出定植于水培架，此时的室内温度变为21℃左右，蔬菜长势喜人，有了明显变化。LED光源夜间补光缓解了高温对水培切割再生生菜生产的影响，从光调控光质比例方面优化了水培生菜技术，且在总光照强度下，调整LED光质比例对水培生菜进行延时补光处理，更有利于生菜产量增加和品质提高，且极大缩短了生菜的生产周期[8]。验证了之前是温度和光照的原因，随即换上了LED电棒管，1排2个，去掉了白光和红光的灯带。光源和温度是确定蔬菜长势的很重要的2个因素，经过试验得出：温度为20℃，光照为每层用2个28W的LED电棒管时，蔬菜长势最好。长势情况详见图2。

2.5 测产

8月28日种生菜，育苗1个月，9月27日上架，水培40d，于11月6日收获，生菜生长的早中晚期，详见图3。

整个生长期检测的数据见表3。

表3 生长期数据监测表

多次调pH、补水、补营养液A和营养液B，随着生菜的生长，营养池中溶液的pH越来越高，要不断地调节溶液的酸碱度。无土栽培的核心是营养液，EC值的高低直接反映了营养液浓度好坏的变化，关系到作物养分的供给情况，从而影响作物的正常发育[9]。本试验验证了EC值不低于2.0时作物可以正常生长，温度在20℃左右时生菜长得最快。10℃左右长势较慢。pH、水、EC值都可以通过终端一体机来控制，当含量低于或高于某个设定的值时可以通过一体机来控制加液泵工作将营养液或酸碱调节液或水等注入大池子中，再通过泵使得水体循环维持植物正常生长需要的养分含量，实时显示在终端一体机的显示屏上。

生菜在20℃时的条件下，长势很好，10月1日—11月6日大约1个月的时间采收，对其中一排的17株进行了测量称重(除去根部)，总重1126.3g，平均单株66.25g，最重的1株单株重116.8g。占用空间面积为0.3m2，合计单位面积产量为3754g·m-2。

2.6 成本

电费：8根28W的灯管，时间为12h，1个月按30d计算，灯用电为81kW·h-1；水泵20W的用电量为7kW·h-1，共用88kW·h-1，1kW·h-1电费按0.5元计算，共计44元。水费：按4元·t-1计算。营养液原料费：按10元计算。电费、水费、营养液费等共计58元。人工费暂不计算。

单算500g的成本：1层收获菜重为1200g，水培架子4层可收获4800g，折算6.0元·g-1(不算人工费)。

3 试验总结

水培作物要想生长健康，合适的温度、光照强度和时间、作物所需的营养成分、浓度、含量及合适的pH条件都是至关重要的生长因素。不同的作物都有区别，即便是同一作物的不同阶段所需要的养分含量都有不同，这些都需要通过理论加上实践的应用转化到作物的生长情况来加以验证。水培蔬菜不仅可以美化环境，也可食用，关键是其为纯有机无公害食品、绿色健康。目前成本有些高，还需多学习理论，多实践经验，多尝试种植不同的水培蔬菜及花卉植物。