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， 彭晓云， 谢 亮， 李 骁， 周 龙,2， 杨德荣

(1.云南云天化现代农业发展有限公司 云南昆明 650600； 2.云南农业大学植物保护学院云南昆明 650201； 3.云南云天化股份有限公司 云南昆明 650228；4.云南省化工研究院有限公司 云南昆明 650228)

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[1]。

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[2-3]

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[4]。

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[5]。

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[6]。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[7]，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]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[2]，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/m2[9]。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[10]。

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[11]。

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 ℃[12]。

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[13]。

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[14]。有文献报道[1]使用红蓝比为4∶1光质的LED补光灯，在100 μmol/(m2·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[15]。

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[16]。

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%[17]。

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O2∶CO2∶N2=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[18]。

(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[19]。

(3)光照保鲜。可使用20～30 μmol/(m2·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[20]。