一種改進(jìn)型管道NFT水培葉菜系統(tǒng)①

卯練練 彭 碩 桂錦明 辛東曉 王 旭

(海南大學(xué)園藝學(xué)院 海南?？?570228)

隨著人們生活水平的提高，綠葉菜類需求量日趨增大，不僅需要周年供應(yīng)，而且要求產(chǎn)品無污染、安全、衛(wèi)生；此外，綠葉蔬菜因其生產(chǎn)周期短，在補(bǔ)茬口、補(bǔ)應(yīng)急、補(bǔ)淡季方面越來越受到重視[1]。除城市近郊農(nóng)民土壤栽培外，近年來，無土栽培葉菜的生產(chǎn)面積增長很快，而且已出現(xiàn)了NFT自動(dòng)化栽培系統(tǒng)[2]。葉菜的管道營養(yǎng)液膜(NFT)栽培，因投資相對較低，在華南地區(qū)的廣東、海南等地取得不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。在海南省海口市美蘭區(qū)三江鎮(zhèn)茄苪村設(shè)管道水培蔬菜種植基地，一個(gè)葉菜的生產(chǎn)周期能夠低至20 d，年產(chǎn)量可達(dá)20 000～30 000 kg/667m2，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。它的主要特點(diǎn)是營養(yǎng)液層薄，大部分根系存在于濕氣空間中，不會(huì)因?yàn)闋I養(yǎng)液缺氧而造成生長障礙現(xiàn)象。相對于其它水培類型，管道NFT每667 m2的水培設(shè)施僅需投資6～7萬元，據(jù)廣州綠垠農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司的運(yùn)營測算，葉菜管道NFT培不到2 a就可收回成本，顯示出良好的投資效益。但這一栽培模式也有一些缺點(diǎn)：采收后需要人工沖洗管道、耗人工較多等，基于此，筆者對這一栽培裝置做了一些改進(jìn)，以解決設(shè)備清潔工作效率低的問題，并可利用改進(jìn)后的設(shè)備配合營養(yǎng)液管理提升葉菜品質(zhì)，這一改進(jìn)能提高管道NFT水培葉菜的效益。

1 常規(guī)管道N FT水培系統(tǒng)

營養(yǎng)液膜技術(shù)(NFT)是指植株根系生長在較淺且流動(dòng)的營養(yǎng)液層的一種無土栽培技術(shù)。在該系統(tǒng)中，作物生長于充足的水肥環(huán)境中,單株植物占有的營養(yǎng)液量較多,營養(yǎng)液的濃度、溶解氧、pH、溫度和水分存量都不易發(fā)生急劇變動(dòng)。植株的根系既可離開液面,新長出的根尖又可接觸到營養(yǎng)液,且營養(yǎng)液不斷循環(huán)流動(dòng),解決了根系生長對氧氣的需求,保證了植株能吸收到均衡的營養(yǎng)元素。營養(yǎng)液由定時(shí)器控制下的水泵進(jìn)行抽取循環(huán),可增加營養(yǎng)液的溶解氧及消除根的代謝物的累積,平衡根表與根外營養(yǎng)液和養(yǎng)分的濃度,使養(yǎng)分能及時(shí)輸送到根表滿足植物生長地需要。

管道NFT栽培葉菜，作為一種真正可普及、能推廣、有效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，已在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用[3-4]。當(dāng)一茬葉菜采收后，需要對殘留在管道中的基質(zhì)和根茬進(jìn)行沖洗，如果處理不當(dāng)，就會(huì)影響下一茬葉菜栽培。NFT為封閉的循環(huán)系統(tǒng)，一旦因?yàn)闅埩粑飻y帶病原菌導(dǎo)致發(fā)生病害，極易在整個(gè)系統(tǒng)中傳播、蔓延。因此，在移栽前對管道設(shè)施的清洗和消毒的要求較高。目前普遍是采用人工沖洗，不僅沖洗潔凈程度無法保障，還需要大量的勞動(dòng)力，大面積栽培時(shí)增加了很多成本。

2 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介及技術(shù)要點(diǎn)

管道NFT水培系統(tǒng)主要是由栽培架、栽培管道、動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、貯液池、控制監(jiān)測系統(tǒng)(可選)5部分組成。其中栽培架為鍍鋅鋼，栽培管道選用矩形PVC管材，動(dòng)力循環(huán)使用小功率潛水泵，配合定時(shí)器使用，達(dá)到自動(dòng)控制的效果，貯液池多采用地下式。

矩形PVC管材長4 m，中間用接頭進(jìn)行連接，安裝方式見圖1。為減少施工過程中臟污進(jìn)入栽培管道，連接時(shí)將打好孔的管道孔口向下。管道及堵頭均連接完成后翻轉(zhuǎn)管道，用鐵絲將其固定，安裝后栽培管道應(yīng)該呈平直狀態(tài)。

圖1.單個(gè)栽培架栽培管道安裝平面圖

水源使用自來水，供水管道進(jìn)入溫室后，使用三通分流至沖洗端以及營養(yǎng)液池。沖洗端多次使用三通，將管道分流到每根栽培管道下方，每個(gè)分流管道均使用閥門連接后，再通過變徑彎頭連接至帶孔堵頭，形成沖洗系統(tǒng)(圖2和圖3)。安裝時(shí)閥門的朝向要保持一致，方便系統(tǒng)操作以及美觀。本裝置采用的是將沖洗管道與營養(yǎng)液進(jìn)水管道分開安裝，這樣可避免操作的復(fù)雜程度，沖洗單根管道時(shí)，只需開啟所要沖洗單根管道的沖洗閥門即可；如果要同時(shí)沖洗多根管道，也可在沖洗供水管上安裝加壓泵以增加水壓。需要沖洗時(shí)，需要待營養(yǎng)液全部回流至營養(yǎng)液池后，關(guān)閉營養(yǎng)液回流閥門，防止沖洗污水回流至營養(yǎng)液池內(nèi)，然后開啟排污閥門，再開啟沖洗閥，對蔬菜采收后的栽培管道進(jìn)行沖洗。沖洗完成后關(guān)閉排污閥門，開啟營養(yǎng)液回流閥門，營養(yǎng)液回流系統(tǒng)正常工作。沖洗時(shí)沖洗水流的流經(jīng)路徑見圖4。

圖2.栽培管道安裝側(cè)立面圖

圖3.進(jìn)水端安裝立面圖

圖4.沖洗狀態(tài)水流流經(jīng)示意圖

使用潛水泵，連接軟管后再連接PVC管道，用PVC管道連接至進(jìn)水端。地下穿過的管道截?cái)嘤萌ㄟB接將營養(yǎng)液導(dǎo)流至栽培架上方，營養(yǎng)液供水使用PVC6分管道打孔的形式，孔徑為2 mm，營養(yǎng)液由栽培管道上方流下。裝置運(yùn)行時(shí)可根據(jù)栽培蔬菜以及溫度、光照等環(huán)境因素的不同更改定時(shí)器的運(yùn)行周期。營養(yǎng)液回流總管道的尾部使用可開帶蓋堵頭，后期栽培管道中基質(zhì)集聚在回流管道中時(shí)可通過打開堵頭排出雜質(zhì)，防止雜質(zhì)對潛水泵以及閥門等造成損害。營養(yǎng)液回流系統(tǒng)工作時(shí)，排污閥門關(guān)閉，營養(yǎng)液回流閥門開啟，營養(yǎng)液循環(huán)路徑見圖5。

出水端使用方形彎頭將尾部水流導(dǎo)向豎直向下，在通過連接變徑直通的方式將出水口變?yōu)?5 mm直徑圓管。共15根出水管全部采用同樣處理措施，使用三通將15根出水管分別連接至同一根管道，形成一根出水管道。在營養(yǎng)液池回流口處連接三通以及閥門，控制營養(yǎng)液回流。在溫室排污口處，同樣在回流管道上連接三通及閥門(75 mm閥門)，控制污水排出。連接件方式及安裝方式見圖6。

圖5.營養(yǎng)液回流路徑圖

圖6：出水端安裝立面圖

3 改進(jìn)型管道N FT水培系統(tǒng)的特點(diǎn)

在每根栽培管道的進(jìn)水端均配有一個(gè)帶閥門的沖洗水源，每根沖洗水管相互獨(dú)立，互不影響，需要沖洗某根管道，打開對應(yīng)閥門即可，利用大流量高壓水快速?zèng)_洗，可保證殘留根茬和基質(zhì)被沖洗干凈。

此外，利用采收前降低營養(yǎng)液濃度可降低生菜中硝酸鹽含量的特性[5]，在改良后的NFT系統(tǒng)，同批移栽的蔬菜可以在采收前3 d左右，關(guān)閉營養(yǎng)液供給水泵，改為清水供應(yīng)：通過調(diào)整沖洗閥門的角度，讓水流在白天緩慢流過管道底部，排放到室外的排水溝中，夜間關(guān)閉，可有效降低蔬菜中硝酸鹽含量，提高蔬菜上市品質(zhì)。

該技術(shù)的種植方式較為普遍；營養(yǎng)液的供給采用鋼架自然坡度流動(dòng)循環(huán)；栽培裝置的清潔采用自動(dòng)沖洗；每根鋼架寬度適宜，管理和科研觀察都較方便。

4 結(jié)語

當(dāng)今的農(nóng)業(yè)正朝著農(nóng)業(yè)規(guī)模化、科技化方向發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)在其中扮演著重要角色。水培蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)都是傳統(tǒng)土壤栽培無法比擬的[4]，在將來的高品質(zhì)蔬菜供應(yīng)中必然會(huì)越來越多。管道NFT生產(chǎn)系統(tǒng)簡單的材料制成，設(shè)施結(jié)構(gòu)輕便簡單，容易安裝，易于拆卸修復(fù)，在國內(nèi)大面積推廣應(yīng)用。利用改進(jìn)型管道NFT栽培系統(tǒng)，在進(jìn)水端加裝沖洗管道和閥門，可兼顧操作方便和產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)的雙重功能特點(diǎn)，值得在生產(chǎn)中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。