温室智能装备系列之一百二十八 家庭园艺水培叶菜根部送风系统开发＊

张 梅，凌 宁，马 伟，邹承俊

（1.成都农业科技职业技术学院，成都 611130；2.中国农业科学院都市农业研究所，成都 611000；3.成都农业科技中心，成都 611000）

家庭园艺是一种休闲属性很强的农业方式[1-3]，该方式的特点是可以最大程度地利用家居环境进行栽培，最大程度地利用散碎的时间进行管理，最大程度地利用管理精美的植物来调节身心健康。调节身心健康是家庭园艺主要目的之一。从健康的角度出发，传统的土培方式在家居环境中有诸多不足[4,5]，水培替代土培是主要方向。

水培是一种易于人工控制的栽培方式，该方式利用水代替栽培基质，解决了传统基质卫生问题，更具有观赏性，因此有利于在家居环境中进行。家庭园艺水培方式更适合快速生长的植物，例如以绿色为主的叶菜。但家居环境中开窗通风的时间有限，通风不到位的问题可能引发家庭园艺水培作物的根部霉变，这是需要解决的难题。

根部送风是依靠人工方式对水培叶菜的根部送入流动的空气，借助新鲜空气加速根部水分蒸发，促进根部呼吸，达到防止霉变和促进叶菜茁壮成长的目的。文章介绍了家庭园艺水培叶菜根部送风系统解决根部空气流动问题，系统的设计可为相关装备的设计提供借鉴。

原理

水培叶菜根部送风系统（图1）主要由控制器、气泵、输气管路等几部分组成。控制器用来设置输气的时刻和输气时间间隔，气泵用来生成压缩空气，提高单位时间通过输气管的气流密度。输气管路布置和固定在栽培盘下方，硬质输气管上均布出气孔，用来将压缩空气扩散到植物根部。扩散的气流通过冲击的方式促进根部的水、气、热定时强制交换，尤其对于根部密度大的芽苗菜栽培有较好的作用。

设计

栽培工艺设计

栽培选用水培方式，栽培盘长度38 cm，宽12 cm，底部为全密封，无排水孔。采用单层结构，不设内层栽培网槽。每2 天在单个栽培盘内加水28 mL。栽培盘倾斜放置，栽培盘一侧比另一侧高出3.5 cm，从高出一侧直接加水。直接在栽培盘中催芽，不采用吸水纸催芽，避免了从吸水纸上移栽种子的麻烦，减轻劳动强度，提高生产效率，催芽和栽培一次完成，不用换盘，有利于实现芽苗菜的规模化生产。

控制器设计

控制器采用C51 单片机为核心的时间控制器，内部时钟自动计时，每间隔130 min 启动气泵工作15 min。控制器输出采用继电器开闭方式，控制器输入采用旋钮电位器输入来调节时间间隔，时间间隔最大值为330 min，最小值为6 min。单次启动工作时间最长为50 min，最短为30 s。

试验

材料和方法

试验地点在成都温江，试验在自行设计搭建的家庭园艺温室中进行。播种品种为麻豌豆，播种时间为2021 年2 月18 日，播种时温室内最高温度12 ℃，最低温度7 ℃。水培所用水为自来水，静置6 h 后直接使用。

栽培盘底部留漏水孔加气试验

栽培盘底部留2 个直径2 mm 的漏水孔，加入的水经过32 s 基本流尽，漏水孔起到快速排水的作用。按照每间隔130 min 启动气泵工作15 min 的方式进行控制。作物在发芽后226 h 时，平均株高为13.3 cm 。图2 是栽培盘底部留漏水孔加气栽培实物图。

图2 栽培盘底部留漏水孔加气栽培实物图

栽培盘底部留漏水缝加气试验

栽培盘底部留4 个宽0.5 mm、长5 mm 的漏水缝，加入的水经过158 s 基本流尽，漏水缝起到延缓排掉水的作用。按照每间隔130 min 启动气泵工作15 min 的方式进行控制。作物在发芽后226 h 时，平均株高为14.1 cm（图3）。

栽培盘底部不漏水加气试验

栽培盘底部不漏水，部分根长时间泡在水中。按照每间隔130 min 启动气泵工作15 min的方式进行控制。作物在发芽后226 h 时，平均株高16.6 cm（图4）。

图4 栽培盘底部不漏水加气栽培实物图

对照组试验

作为对照组根部不送风，灌水条件一致。对于栽培盘底部有漏水孔的，根部发霉和有异味的植株为2.3%；对于栽培盘底部有漏水缝的，根部发霉和有异味的植株为5.1%；对于栽培盘底部不漏水，部分根长时间泡在水中，根部发霉和有异味的植株为89.6%（图5）。

图5 对照组不漏水不加气实物图

结论

家庭园艺水培叶菜根部送风系统的开发包括控制器、气泵和送风管路等的设计和功能验证，完成系统设计后进行了对照试验，通过试验得出系统对水培叶菜根部发霉问题的解决有较大帮助。该系统促进水培叶菜生长，达到提高生产效率的目的。

（1）水培叶菜根部送风系统消除了根部霉变的问题（图6）。送风系统加快根部水分的蒸发，避免部分根因长期泡在水里导致豌豆发霉异味的问题。

图6 水培的叶菜根部无发霉

（2）水培叶菜根部送风系统促进水培叶菜根部的长势（图7）。水培叶菜根部送风系统在根部有充足水分时，通过送风加速根部气流的流动，根系直径显著大于传统方式，根部的生物量显著大于传统方式，平均株高高于传统方式2.5 cm。

图7 水培的叶菜根部长势强壮

通过使用该装置可以把蔬菜种在厨房里（图8），随吃随用，享受最新鲜的蔬菜美食。在现实的栽培中，需要在装备开发方面不断的创新，通过创新促进该领域的蓬勃发展，让厨房种菜变为现实。

图8 蔬菜种在厨房里