植物工廠營養(yǎng)液膜技術(shù)管道水培生菜高效栽培及采后處理技術(shù)

廖 晨， 彭曉云， 謝 亮， 李 驍， 周 龍,2， 楊德榮

(1.云南云天化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司 云南昆明 650600； 2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)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)

生菜又名葉用萵苣，屬菊科萵苣屬，為一年生或二年生草本作物，可生食，原產(chǎn)歐洲地中海沿岸，具有較大的市場需求量，近年來種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，持續(xù)穩(wěn)中向上發(fā)展。生菜適合在土壤栽培、無土栽培(基質(zhì)栽培、水培)等多種栽培環(huán)境下生長，水培生菜具備周年連續(xù)生產(chǎn)、節(jié)約土地資源、安全潔凈的優(yōu)勢，已發(fā)展成為主流的水培蔬菜品類。

1 植物工廠

植物工廠是一種通過設(shè)施內(nèi)高精度環(huán)境控制，實(shí)現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。植物工廠可分為兩種類型，即人工光利用型及太陽光(有補(bǔ)光或無補(bǔ)光)利用型。植物工廠有以下幾個(gè)優(yōu)勢：①作物生產(chǎn)計(jì)劃性強(qiáng)；②單位面積產(chǎn)量高；③機(jī)械化、自動(dòng)化程度高；④減少化肥及農(nóng)藥使用量；⑤提高土地利用率；⑥不受土壤條件制約；⑦建設(shè)地選擇面廣[1]。

2 營養(yǎng)液膜技術(shù)(NFT)管道水培系統(tǒng)

NFT屬于淺液流栽培范疇，與深液流水培的營養(yǎng)液深度6～8 cm不同，NFT的營養(yǎng)液深度僅為1～2 cm，根系與營養(yǎng)液的接觸面更小，大部分的根系裸露在空氣中。NFT管道栽培系統(tǒng)主要包括純水處理系統(tǒng)、NFT管道、營養(yǎng)液循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)、過濾消毒裝置、殘液回收系統(tǒng)等，見圖1。

圖1 NFT管道栽培系統(tǒng)[2-3]

2.1 純水處理系統(tǒng)

生菜水培對水質(zhì)要求較高，栽培全程使用的水均需是純水，因此需要先對生產(chǎn)用水進(jìn)行處理，純水處理系統(tǒng)包括水泵、砂石過濾器、疊片過濾器、RO反滲透純水處理設(shè)備等。處理流程：原水先經(jīng)過砂石過濾器去除水中下層沉淀雜質(zhì)，再通過疊片過濾器去除水中上層懸浮雜質(zhì)，然后通過RO反滲透純水處理設(shè)備去除水中的細(xì)菌、病毒、藻類、重金屬、有機(jī)物等，最后得到純水。

2.2 NFT管道

NFT管道為生菜栽培床，主要由栽培管道、定植杯、蓋板等3個(gè)部分構(gòu)成，管道孔距為20 cm×20 cm,定植杯口徑通常為5 cm。NFT管道坡度范圍設(shè)置為2%～3%，方便控制營養(yǎng)液的熱量積聚,避免營養(yǎng)液在管道內(nèi)積滯[4]。

2.3 營養(yǎng)液循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)

營養(yǎng)液循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)主要包括營養(yǎng)液池、水泵、管道、流量調(diào)節(jié)閥以及傳感控制系統(tǒng)(定時(shí)器、電導(dǎo)率自控系統(tǒng)、pH自控裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置、安全報(bào)警裝置)等。

2.4 過濾消毒裝置

供液水泵、回液水泵處需設(shè)置過濾裝置，以保障液體潔凈，避免管道因雜質(zhì)堵塞。營養(yǎng)液循環(huán)應(yīng)通過紫外線消毒裝置，避免細(xì)菌、真菌、病毒等的擴(kuò)散及傳染。

2.5 殘液回收系統(tǒng)

殘液回收系統(tǒng)主要由廢液回收管道及廢液回收池兩部分組成，收集循環(huán)過程中產(chǎn)生的廢液。

3 生菜品種的選擇

生菜分為結(jié)球生菜、皺葉生菜(散葉生菜)、直立生菜等三大類，絕大多數(shù)生菜品種均能適應(yīng)管道水培。綜合考慮產(chǎn)量及效益，可以選種羅馬直立生菜和意大利抽薹生菜等；考慮具備較好的觀賞性，可以選種玻璃生菜、紅葉生菜等。

4 育苗

4.1 種子消毒

采用清水漂浮法進(jìn)行選種，去除漂浮雜物及不飽滿種子，留取底部飽滿種子。用質(zhì)量濃度20 g/L NaOH溶液浸泡種子15 min，用純水清洗5次，每次清洗時(shí)間為1 min[5]。

4.2 催芽

將消毒處理后的種子在純水中浸泡6～8 h，取出后用干毛巾吸干表面多余水分。將種子平鋪于墊有紙的盤子內(nèi)，放入恒溫催芽室，調(diào)節(jié)溫度為25 ℃，濕度控制在85%左右[6]。一般催芽24～36 h，80%以上種子露白即可取出備用。

4.3 點(diǎn)種

選用50～72孔標(biāo)準(zhǔn)育苗盤(540 mm×280 mm)，裝入清水浸濕后的蛭石作為育苗基質(zhì)[7]，蛭石要求直徑為1～3 mm。壓實(shí)基質(zhì)后，將育苗盤放上自動(dòng)播種機(jī)，每孔播入1粒種子。

4.4 幼苗管理

將點(diǎn)種后的育苗盤放進(jìn)灌1/4倍日本園試均衡配方營養(yǎng)液[8]8～10 cm的漂浮苗床中進(jìn)行育苗，育苗時(shí)間為10～15 d。

5 生菜栽培管理

5.1 移栽

管道水培需采用四葉一心大苗齡定植移栽[2]，苗太小會(huì)被營養(yǎng)液沖走，無法在定植杯內(nèi)直立生長。移栽時(shí)將裹滿蛭石基質(zhì)的根坨取出，直立放入水培管道的定植杯中，栽培面積為20 cm×20 cm，種植密度為25株/m2[9]。打開營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)控制器，讓營養(yǎng)液進(jìn)入水培管道中，營養(yǎng)液深度控制在1～2 cm。

5.2 營養(yǎng)液控制

5.2.1 母液配制

按照水培所需營養(yǎng)液的100倍配制日本園試配方母液A、母液B、母液C、調(diào)酸液、調(diào)堿液，具體配方見表1。

表1 營養(yǎng)液及調(diào)配液的配方

5.2.2 營養(yǎng)液配制

用母液A、母液B、母液C及純水配制生菜水培營養(yǎng)液前，先將表1中的調(diào)酸液和調(diào)堿液用水稀釋100倍，然后打開P532型在線pH控制儀，用稀釋后的調(diào)酸液或調(diào)堿液將純水的pH調(diào)至6.5左右，再將上述3種母液用調(diào)酸/堿后的純水進(jìn)行同等倍數(shù)稀釋。生菜不同生長時(shí)期的營養(yǎng)液濃度：移栽10 d內(nèi)，調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的可溶性鹽濃度(EC)為1.0～1.5 mS/cm；移栽10～20 d，調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的EC到1.5～2.0 mS/cm；移栽20 d后至采收，調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的EC至2.0～2.5 mS/cm，pH控制為6.0～6.5[10]。

5.2.3 營養(yǎng)液循環(huán)

營養(yǎng)液循環(huán)流量控制為2～4 L/min較為適宜。由于NFT的營養(yǎng)液深度僅為1～2 cm，相比深液流，優(yōu)勢在于根系接觸空氣面積較大，不容易出現(xiàn)根系缺氧現(xiàn)象，不足之處在于緩沖性較差，營養(yǎng)液需根據(jù)液層高度及電導(dǎo)率情況及時(shí)進(jìn)行循環(huán)供應(yīng)，否則一旦營養(yǎng)液消耗完，水培生菜會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速缺水死亡。通常情況下，NFT水培生菜可采取間歇供液法，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；無論夏季或冬季，晚上均為2 h供液15 min，停供105 min，這樣既能達(dá)到補(bǔ)充氧氣的作用，又不至于長時(shí)間停液造成植株萎蔫死亡[11]。

5.3 溫度控制

大棚及營養(yǎng)液溫度調(diào)節(jié)主要通過遮陽、循環(huán)風(fēng)機(jī)、濕簾、噴霧、熱泵、熱水/風(fēng)爐(泵)等設(shè)備控制。緩苗階段，應(yīng)控制白天大棚溫度為20～25 ℃，夜間大棚溫度為15～20 ℃；緩苗結(jié)束，控制白天大棚溫度為15～22 ℃，夜間大棚溫度為10～15 ℃；收獲期間為延長供貨期，控制白天大棚溫度為10～15 ℃，夜間大棚溫度為5～10 ℃[12]。

營養(yǎng)液溫度控制為18～25 ℃。已有試驗(yàn)表明，水培生菜的最適宜根區(qū)溫度，即營養(yǎng)液溫度為25 ℃。在此根區(qū)溫度下，生菜葉的生理生長、光合作用均處于最佳狀態(tài)[13]。

5.4 光照控制

植物工廠水培生菜，針對不同的品種，補(bǔ)光燈的光質(zhì)要求不同，紅葉生菜多選用紅藍(lán)比為1∶2光質(zhì)的LED補(bǔ)光燈，綠葉生菜多選用紅藍(lán)比為2∶1光質(zhì)的LED補(bǔ)光燈。在采收前適當(dāng)增加光照時(shí)長和光照強(qiáng)度，能有效提高生菜產(chǎn)量，增加可溶性糖和維生素C含量，降低硝酸鹽含量[14]。有文獻(xiàn)報(bào)道[1]使用紅藍(lán)比為4∶1光質(zhì)的LED補(bǔ)光燈，在100 μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度下連續(xù)照射48 h，最適于在采收前調(diào)控蔬菜品質(zhì)。

5.5 濕度控制

生菜育苗期間濕度需控制在80%～90%；定植后直至采收，棚內(nèi)濕度應(yīng)控制在60%～75%。

6 病蟲害防治

植物工廠水培生菜病蟲害發(fā)生較少。通過大棚通風(fēng)口安裝40目(0.38 mm)防蟲網(wǎng)，入口處設(shè)置風(fēng)淋間，人員進(jìn)入大棚須穿戴防護(hù)服及鞋套，懸掛藍(lán)/黃板，安裝害蟲誘殺器，加強(qiáng)棚內(nèi)溫濕度管理，改善通風(fēng)條件等物理措施，能有效杜絕大部分病蟲害發(fā)生[15]。

6.1 病害及防治

水培生菜生長期主要發(fā)生的病害及防治方案：①菌核病，發(fā)病初期使用20%丙環(huán)唑1 500～2 000倍液，或10%戊菌唑1 000～1 500倍液防治；②軟腐病，發(fā)病初期使用20%噻唑鋅500～800倍液，或47%春雷·王銅可濕性粉劑600～800倍液防治；③霜霉病，發(fā)病初期使用72.2%霜霉威鹽酸鹽600～800倍液，或20%氰霜唑600～800倍液進(jìn)行防治。

6.2 蟲害及防治

水培生菜生長期主要發(fā)生的蟲害及防治方案：①蚜蟲，可使用10%吡蟲啉2 000倍液防治；②斑潛蠅，可使用10%精高效氯氟氰菊酯3 000倍液，或1.8%阿維菌素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%啶蟲脒1 000～1 500倍液防治；④薊馬，可使用60 g/L乙基多殺菌素2 000倍液，或25%噻蟲嗪800～1 000倍液防治。

7 采收

采收前應(yīng)根據(jù)不同品種生菜的單株質(zhì)量對其成熟度進(jìn)行評估。通常情況下，散葉生菜30%以上達(dá)到單株質(zhì)量0.15～0.35 kg，結(jié)球生菜30%達(dá)到單株質(zhì)量0.5～0.6 kg或球徑為17～19 cm時(shí)，即可采收。采收時(shí)剔除植株下部老、黃、爛葉，采收時(shí)間選擇清晨或傍晚，避免在溫度過高的正午采收[16]。

8 采后處理

8.1 預(yù)冷

生菜采收后仍具有生命力，其呼吸作用、蒸騰作用等其他生理代謝活動(dòng)仍在進(jìn)行，這樣會(huì)造成生菜脫水萎蔫、黃化和有害微生物大量繁殖導(dǎo)致的變質(zhì)。預(yù)冷的目的是使生菜采收后遺留的熱量得以盡快去除，在短時(shí)間內(nèi)使生菜降溫，保持生菜品質(zhì)，延長其貨架期。

生菜適宜的預(yù)冷方式：①冷庫預(yù)冷，設(shè)置預(yù)冷溫度為2～3 ℃，預(yù)冷10～20 h，保持預(yù)冷冷庫濕度為98%～100%。②差壓預(yù)冷，即通過對兩側(cè)帶有通風(fēng)孔的包裝箱進(jìn)行特殊碼垛，利用差壓風(fēng)機(jī)在包裝箱兩側(cè)形成壓力差，使冷空氣從包裝箱內(nèi)部通過，直接與箱內(nèi)蔬菜進(jìn)行熱交換的一種預(yù)冷方式，具有冷卻快速、均勻，干耗降低的優(yōu)勢。生菜最適宜的差壓預(yù)冷溫度為2～3 ℃，預(yù)冷時(shí)間為3～5 h，相對濕度保持在98%～100%。③結(jié)球生菜可采取真空預(yù)冷，真空預(yù)冷是利用蔬菜在低壓條件下的水分蒸發(fā)，帶走遺留熱量，以達(dá)到迅速降溫的目的，具有冷卻快速、均勻的優(yōu)勢，不足之處在于會(huì)造成生菜水分含量降低。結(jié)球生菜最適宜的真空預(yù)冷溫度為2～3 ℃，預(yù)冷時(shí)間為20～30 min，相對濕度應(yīng)保持在100%[17]。

8.2 儲(chǔ)藏

生菜可通過以下幾種方式進(jìn)行儲(chǔ)藏保鮮，以延長其保鮮時(shí)間。

(1)包裝膜及氣調(diào)保鮮。采用塑料薄膜、微孔薄膜、納米復(fù)合包裝材料、乙烯氣體吸附膜或可降解新型生物殺菌材料等對生菜進(jìn)行包裝處理，通過人為調(diào)節(jié)包裝內(nèi)氣體成分及溫濕度達(dá)到保鮮目的。研究表明，在體積比O2∶CO2∶N2=0.03∶0.10∶0.87的氣調(diào)環(huán)境下，生菜能保持較好的品質(zhì)并延長其貨架期[18]。

(2)低溫保鮮。生菜可在冷庫中進(jìn)行保鮮儲(chǔ)藏，在保鮮溫度為0～0.4 ℃、相對濕度為90%～95%的條件下可保鮮1個(gè)月[19]。

(3)光照保鮮?？墒褂?0～30 μmol/(m2·s)的低強(qiáng)度LED光照，通過促進(jìn)采后生菜繼續(xù)進(jìn)行光合作用，增加可溶性碳水化合物含量，抑制呼吸強(qiáng)度、乙烯釋放及微生物生長的原理，有效維持生菜外觀品質(zhì)，抑制采后成熟衰老，延長貨架期[20]。