家庭智慧菜園無土栽培系列產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用

孫亮 董慧 張蔚 王凌飛 許李杰

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇句容212400）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)科技水平不斷提高，其中小型無土栽培在當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是家庭園藝生產(chǎn)中已成為不可或缺的技術(shù)。當(dāng)前，常見的小型無土栽培系統(tǒng)主要包括箱式深水培、滴灌供液式栽培、營養(yǎng)液膜技術(shù)、霧培燈芯式無土栽培和潮汐式栽培5個基本類型［1］。當(dāng)前市場上的無土栽培設(shè)備普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用不方便等問題，有的自動化程度低、管理不方便。目前，水培設(shè)備基本都是使用一組或者多個可移動栽培管槽，但是這種傳統(tǒng)的方法多應(yīng)用在農(nóng)田中，并且裝置結(jié)構(gòu)較大，不適用于家庭或者辦公環(huán)境等室內(nèi)場所。面對這種情況，研究人員開發(fā)了家庭智慧菜園無土栽培系列產(chǎn)品，并對這些產(chǎn)品進(jìn)行了試驗。試驗結(jié)果表明，所開發(fā)的裝置具有清潔、管理方便、造價低廉、蔬菜生長良好等特點，適用于室內(nèi)栽培蔬菜和花卉。

1 家庭智慧菜園無土栽培系列產(chǎn)品研發(fā)意義

1.1 觀賞性佳

隨著種子資源的豐富，色彩斑斕的蔬菜種類不斷涌現(xiàn)，大大增加了蔬菜的觀賞性。而且家庭智能菜園系列產(chǎn)品的種植可以提高那些在城市里長期生活的人對農(nóng)耕園藝的認(rèn)識，豐富城市人民的業(yè)余生活，提升家庭空間觀賞的趣味性，美化生活環(huán)境，同時具有調(diào)節(jié)氣候空間、增加環(huán)境濕度的作用。此外，通過種植蔬菜，可以有效減輕人們的工作壓力、愉悅心情等。

1.2 食用安全性高

家庭智能菜園采用先進(jìn)的無土栽培技術(shù)，可以減少農(nóng)藥的使用，并且可以在種植蔬菜過程中使用有機(jī)肥或基質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)化肥，這樣既環(huán)境保護(hù)又不使室內(nèi)充滿肥料的氣味，還可避免農(nóng)藥、化肥對蔬菜造成的污染，保證人們能吃到綠色健康蔬菜，同時能克服長期運輸蔬菜的缺陷，保證人們能隨時吃到新鮮蔬果，避免蔬果營養(yǎng)成分流失。

1.3 可操作能力強(qiáng)

家庭智能菜園產(chǎn)品通過人工控制蔬菜的生長，能滿足人們快速生產(chǎn)蔬菜的需要。而且蔬菜生長所需的水、肥、氣、熱等環(huán)境可通過電子端實現(xiàn)智能控制［2］，甚至外出時可以用手機(jī)操控遠(yuǎn)程控制器進(jìn)行管理，大大降低這些植物培養(yǎng)維護(hù)的時間成本。一些幾乎可以自動拆除的新興植物種植培養(yǎng)系統(tǒng)，不用時可以自動收回，占用極小的種植空間。

2 家庭智慧菜園無土栽培系列產(chǎn)品介紹

家庭智慧菜園無土栽培系列產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用，依托江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院技術(shù)人才的支持，同時采用美國、日本、荷蘭和以色列先進(jìn)無土培育技術(shù)，專業(yè)研究陽臺、屋頂栽培技術(shù)，通過人工控制蔬菜生長條件，采用微型計算機(jī)或手機(jī)APP、營養(yǎng)液輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)等完成人工對蔬菜的生長控制，在降低成本的同時提供“量身定做”的服務(wù)，能滿足人們快速生產(chǎn)蔬菜的需要，又能發(fā)揮綠化室內(nèi)、休閑生活等作用。

2.1 水培設(shè)備

水培裝置多采用并列的一根或多根可移動的栽培管槽進(jìn)行培育，是利用生長季節(jié)和設(shè)施條件大面積生產(chǎn)的栽培裝置。水培裝置由貯液池、增液泵、栽培槽、營養(yǎng)液循環(huán)管道和調(diào)控系統(tǒng)組成。其中，營養(yǎng)液循環(huán)裝置包括貯液箱、進(jìn)液泵、進(jìn)液管、回流管。營養(yǎng)液經(jīng)增液泵由進(jìn)液管向栽培槽流動，營養(yǎng)液在栽培槽內(nèi)的深度為5～8 cm，與根系相接觸，再沿著栽培槽的回流口通過回流管流回貯液池；進(jìn)液管一端與進(jìn)液泵相連，另一端則分為2路，分別與2個栽培槽的進(jìn)液口相連；栽培槽出液口與回流管相連。調(diào)控系統(tǒng)包括時控開關(guān)、電源，進(jìn)液泵與時控開關(guān)、電源連接［3］。

例如，管道式蔬菜栽培裝置由各種規(guī)格的聚氯乙烯管組成，形成一種可供營養(yǎng)液循環(huán)的無土栽培系統(tǒng)，聚氯乙烯管上有種植槽，栽培植物時將裝有植物的定值網(wǎng)框或海綿塊放入定植孔，植物根系浸入營養(yǎng)液中吸收營養(yǎng)，滿足植物的水、氣、肥需求。管道栽培裝置可以做成造型不同的管道，適用于各種葉菜類蔬菜和部分花卉等營養(yǎng)液栽培［4］。采用該設(shè)備可以有效避免土傳病害的產(chǎn)生，而且管理便利、環(huán)境清潔，可用于生產(chǎn)安全、無公害蔬菜。管道式無土栽培裝置高1.0～1.5 m、寬0.8～1.2 m，厚度0.3～0.5 m，一套設(shè)備的占地面積約0.4 m2。管道式裝置有特殊配置的有機(jī)營養(yǎng)液，能為蔬菜的生長提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，并且有自制的營養(yǎng)液循環(huán)通道和控制系統(tǒng)，可以對管道內(nèi)的水位進(jìn)行不斷調(diào)整，實現(xiàn)氧氣和養(yǎng)分的自動循環(huán)。同時，管道式裝置非常美觀，培育面積可以根據(jù)小環(huán)境的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，底部安裝萬向輪，移動非常便捷。一般管道式裝置能栽植蔬菜約60株。

2.2 立柱式蔬菜栽培裝置

立柱式蔬菜栽培，可提高土地利用率3～5倍，提高單位面積產(chǎn)量兩三倍，是一種資源節(jié)約型、工廠化高效型生產(chǎn)模式。立柱式無土栽培裝置采用蛭石和有機(jī)營養(yǎng)土為基質(zhì)進(jìn)行栽培，該裝置的特點是占地面積小，高度1.8 m，立柱直徑約0.3 m，一般有6～9層栽培處，并且可以根據(jù)室內(nèi)空間大小和家庭環(huán)境需求對高度進(jìn)行調(diào)整。裝置每層可以種植8株蔬菜，一套裝置可以種植蔬菜約48株。同時，立柱式裝置的下方裝配了萬向輪，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行自由移動，同時能通過調(diào)整裝置的角度，保證所有植物都能接受充足的光照，使得栽培蔬菜可以健康生長。

2.3 懸掛式蔬菜栽培裝置

懸掛式蔬菜栽培，是指在陽臺頂部或檐口鑲嵌套鉤，鉤上放置細(xì)鋼管，管上懸掛吊盆或直接將吊盆掛在鉤子上，在吊盆中栽培蔬菜的方式。根據(jù)實際需求，吊鏈可采用鋼絲、麻繩、尼龍繩或彩色編織材料。懸掛式裝置使用水培技術(shù)給蔬菜提供營養(yǎng)物質(zhì)，利用自制的營養(yǎng)液循環(huán)通道和控制系統(tǒng)對水位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，并且能不間斷循環(huán)提供有機(jī)營養(yǎng)液。該裝置可以種植30棵葉類蔬菜，可以充分利用空間，在房間中作為裝飾非常美觀。

3 家庭智慧菜園系列產(chǎn)品無土栽培技術(shù)原理

無土栽培是一種不采用天然土壤而采用含有植物生長發(fā)育必需元素的營養(yǎng)液或基質(zhì)來提供營養(yǎng)，使植物正常完成整個生命周期的栽培技術(shù)。家庭智慧菜園系列產(chǎn)品無土栽培的技術(shù)原理主要如下。

深液補(bǔ)氧栽培，是指植株根系生長在較為深厚且流動的營養(yǎng)液層的一種水培技術(shù)。種植槽中盛放5～10 cm甚至更厚的營養(yǎng)液，將作物根系置于其中，同時采用水泵間歇開啟供液使得營養(yǎng)液循環(huán)流動，以補(bǔ)充營養(yǎng)液中氧氣并使?fàn)I養(yǎng)液中養(yǎng)分更加均勻。

淺液流栽培，循環(huán)供液的液流呈膜狀，僅以數(shù)毫米厚的淺液流流經(jīng)栽培槽底部，水培作物的根墊底部接觸淺液流吸水吸肥，上部暴露在濕氣中吸氧，較好地解決了根系吸水與吸氧的矛盾。營養(yǎng)液通過管道循環(huán)供給植株根系營養(yǎng)，在循環(huán)過程中保證根系吸氧。

霧培，是一種新型無土栽培技術(shù)，是將作物的根系懸掛生長在封閉、不透光的容器（槽、箱或床）內(nèi)，營養(yǎng)液經(jīng)由特殊設(shè)備形成霧狀，間歇性噴到作物根系上，以提供作物水分和養(yǎng)分需要的栽培技術(shù)。霧培與水培有明顯的差異，作物根系直接暴露在充滿霧化營養(yǎng)的空氣中，在毫無機(jī)械阻力的情況下生長，具有充足的氧氣和自由伸展的空間，可有效解決普通水培中供氧、供肥的矛盾，具有養(yǎng)分供應(yīng)速率快、養(yǎng)分和水分利用率高等特點。

固體基質(zhì)栽培，是用固體基質(zhì)（介質(zhì)）固定植物根系，根系通過基質(zhì)吸收營養(yǎng)液和氧的一種無土栽培方式。采用滴灌法供給營養(yǎng)液，固體基質(zhì)采用有機(jī)營養(yǎng)土與黃土（1∶1混合），有效固定植物根系和提供足夠的養(yǎng)分，水分通過管道供給植物根系，保證植物正常生長。

4 家庭智慧菜園無土栽培系列產(chǎn)品使用方法

4.1 播種與定植

種子凈處理完成后，采用基質(zhì)在育苗畦中進(jìn)行催根育苗。幼苗長至三葉一心時，使用貯液箱進(jìn)行靜液養(yǎng)苗，為根系生產(chǎn)提供良好的條件。同時，需要根據(jù)幼苗的生長情況對營養(yǎng)液的高度進(jìn)行調(diào)整，有效引導(dǎo)根系伸長。根系長達(dá)8 cm時，將苗定植在裝置栽培管的定植孔上，并利用增液泵定時給栽培管供液。

4.2 消毒與清理

蔬菜采收完成后，必須對栽培時利用的管道進(jìn)行及時拆除，并對蔬菜的殘根及管道中沉淀物進(jìn)行清理，之后使用0.5%漂白粉或2%～5%的硫酸銅氫鈉溶液對所有材料進(jìn)行一次清洗。

5 家庭智慧菜園無土栽培系列產(chǎn)品的材料

5.1 栽培管

栽培管由建筑材料中的聚苯烯（直徑為10.5 cm）圓柱形下水道管材組成，并通過專用彎頭將栽培管連接成環(huán)狀，固定于立體支架上。在管道的水平面上方每隔15 cm打一個直徑2.5 cm左右的圓孔，各管之間水平向的管口用專用膠水粘接，垂直向的則不粘，以便于拆除。每根栽培管長度根據(jù)需求確定，一般為150～200 cm。

5.2 隔阻板

在每管水平向出液口的連接部分安裝一個半圓的隔阻板，用于保持管內(nèi)穩(wěn)定的液面。

5.3 定植杯

在定植口上放置定植杯，定值杯為FCH水培系統(tǒng)定植杯，也可將定植海綿塊或普通海綿根據(jù)苗和栽培口大小剪開使用。

5.4 供液系統(tǒng)

用小型水泵控制供液，用直徑20 mm的下水管或者長方形小水箱盛裝營養(yǎng)液，利用自然落差使?fàn)I養(yǎng)液在管內(nèi)以“S”形路線供液。在營養(yǎng)循環(huán)過程中，可以根據(jù)苗的大小及需肥情況利用型號為TW-E05時控開關(guān)控制營養(yǎng)液日流動次數(shù)［5］。

6 家庭智慧菜園無土栽培系列產(chǎn)品發(fā)展前景

6.1 家庭菜園，綠色環(huán)境豐富

家庭蔬菜栽培設(shè)備是近幾年我國興起的一種集觀賞、食用和美化于一體的新式綠色產(chǎn)品。早在20世紀(jì)30年代，日本、歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)開始結(jié)合觀光農(nóng)業(yè)的研究開發(fā)了觀賞蔬菜，選育了大量適合盆栽的蔬菜品種，開發(fā)了很多與不同室內(nèi)條件相匹配的栽培容器，以及無土栽培基質(zhì)和營養(yǎng)液配方。在我國，繼前幾年城市建立了屋頂農(nóng)場后，近年來開始在自己面積較小的平臺甚至窗戶欄桿上種植各式水果，如草莓、番茄等，這樣就可以吃到自己種植的新鮮水果、蔬菜，既飽口福，又豐富生活，讓家庭菜園在具有實用性的前提下極具觀賞性［6］。

6.2 親子交流，滿足心理需求

家長陪孩子管理家庭菜園，通過種植蔬菜、澆水施肥等農(nóng)田管理工作，打開孩子尋求知識的心扉，培養(yǎng)孩子觀察、分析、語言表達(dá)、邏輯思考等能力，讓孩子健康地學(xué)習(xí)和成長。

6.3 智慧農(nóng)業(yè)，高效智能管理

許多上班族雖然渴望在家里種植蔬菜，但是缺乏基本的蔬菜種植技術(shù)，加之工作繁忙，很多時候?qū)彝シN植的蔬菜疏于打理，出現(xiàn)蔬菜種植一段時間后引病害、蟲害嚴(yán)重或者因管理不當(dāng)而出現(xiàn)大批量死亡現(xiàn)象。通過手機(jī)、Ipad、PC端等智能APP控制蔬菜生長環(huán)境的無土智能栽培方式更受消費者青睞。

7 結(jié)語

家庭種植蔬菜可美化環(huán)境、凈化空氣、頤養(yǎng)心靈、陶冶情操等，并能使遠(yuǎn)離自然的人重新感受到與自然零距離接觸的感覺。但在家庭蔬菜種植過程中存在一些問題，如種植人員缺乏栽培知識，造成蔬菜產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)均不高；環(huán)境和植物的選擇均不恰當(dāng)，導(dǎo)致植物生長情況不佳，甚至由于操作不正當(dāng)?shù)仍蛞鹑藗兊倪^敏癥。故種植前需要周密考慮及設(shè)計，同時研究并采用清潔、干凈、健康、易于管理的家庭智慧菜園，滿足城市居民的實際需求。