物理法新型多層栽培技術(shù)解析

許維輝

【摘要】利用物理法新型多層栽培技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多種生產(chǎn)模式，改變以往多層栽培裝置的單一性，能根據(jù)作物不同，定時定量的為植物提供營養(yǎng)液及所需的光照，又結(jié)合溫室空間電場防病技術(shù)及相關(guān)物理植保技術(shù)，全方位地解決植物在種植過程中出現(xiàn)的病害、蟲害等問題。通過對裝置的營養(yǎng)液pH與光照度的檢測及相關(guān)試驗數(shù)據(jù)解析，該技術(shù)在設(shè)計理念上能適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的要求，為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)提供保障。

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化快速發(fā)展，人們倍加關(guān)注飲食健康，對食品安全的要求也越來越高，導(dǎo)致種植者更加注重農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，因此人們開始尋求新型綠色生產(chǎn)模式。物理法多層栽培技術(shù)的出現(xiàn)，為高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)提供新的思路。該技術(shù)是集物理法病害防御、自動化補光和營養(yǎng)液調(diào)控供給等技術(shù)為一體的新型多層栽培裝置，解決了市場上其他栽培裝置防病害難、光照欠缺、營養(yǎng)不合理供給等問題。另一方面，能為在繁忙生活的都市人尋求親手種植的生活樂趣，為城市酒店提供優(yōu)質(zhì)的飲食文化，創(chuàng)造優(yōu)美的飲食環(huán)境。通過大連市都市農(nóng)業(yè)試驗基地的試驗示范，該項技術(shù)在保障農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、病害防御、產(chǎn)量提高等方面的效果顯著，是目前現(xiàn)代化都市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為先進的新型技術(shù)，為健康農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

栽培裝置的介紹

該技術(shù)裝置最大的亮點是具備了集約化、智能化等特點，綜合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)無人自動化管理的生產(chǎn)模式。其裝置融合目前先進的植物補光、溫室電除霧防病促生、營養(yǎng)液供給自動調(diào)控等多項現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)養(yǎng)魚不換水、病害早防御、營養(yǎng)有保障等。在植物補光方面，能依照植物所需光照，定時段定時長為植物進行補光，激發(fā)植物光合作用的潛能，從而促進植物呼吸作用，提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。應(yīng)注意的是植物補光過多時，反而會導(dǎo)致植物過度新陳代謝，破壞植物的生長規(guī)律，從而降低農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)（如口感等），如生菜每天所需光照時長為12～18 h，茼蒿所需光照時長為10～12 h。在病害防治上，利用溫室電除霧防病促生裝置進行24 h全天候防治，一方面杜絕了病害利用空氣的傳播途徑；另一方面在空間電場作用下，提高植物根系活力，有利于Ca、Mn、NOx等元素物質(zhì)的吸收，與植物生長燈相結(jié)合可以進一步促進植物的呼吸作用，從而提高植物的產(chǎn)量與品質(zhì)。在營養(yǎng)物質(zhì)供給方面，主要采用2種自動灌溉方式，一是自制營養(yǎng)輸送帶進行滴灌，二是利用虹吸原理進行涌灌，在設(shè)定的灌溉時間內(nèi)，裝置檢測基質(zhì)的濕度，當(dāng)濕度到達設(shè)定值時，就會進行灌溉，從而確保植物在生長過程中，能夠合理吸收營養(yǎng)物質(zhì)。本裝置與物理植保液、靜電滅蟲燈等技術(shù)相結(jié)合，能夠更好地做到純綠色生態(tài)生產(chǎn)模式。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可分為單排3層（圖1）與雙排3層（圖2）結(jié)構(gòu)的2種型號，裝置上2層為栽培槽，主要用于栽培各種蔬菜，底部為多功能養(yǎng)殖栽培槽（栽培與養(yǎng)殖供給槽），主要用于各類蔬菜栽培及水產(chǎn)養(yǎng)殖，裝置每層都配備有植物生長燈及空間電場裝置，其中植物生長燈可以根據(jù)不同種類的作物選擇不同種類的植物生長燈，如種植生菜時選擇LED植物補光燈，種植石斛時采用冷陰極植物補光燈。

以上構(gòu)成部分為裝置的主要構(gòu)成核心部分，裝置的工作電源為AC220 V，最小工作設(shè)定時間為15 min，栽培槽的尺寸為1.2 m×0.3 m×0.25 m。

多種生產(chǎn)模式是該技術(shù)最大的特點。該裝置能適應(yīng)淡水種植也能夠適應(yīng)海水種植，能作為單一植物栽培模式生產(chǎn)，也能作為栽培與養(yǎng)殖相結(jié)合生產(chǎn)。單一植物栽培生產(chǎn)模式時，多功能栽培養(yǎng)殖供給槽就可充當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)供給槽，而在設(shè)計該槽時，采用上下隔離的方式，共分2層，底層作為營養(yǎng)物質(zhì)供給使用，上層則作為栽培槽使用。在栽培與養(yǎng)殖相結(jié)合的生產(chǎn)模式時，多功能栽培養(yǎng)殖供給槽就充當(dāng)養(yǎng)殖槽與營養(yǎng)物質(zhì)供給槽，底層作為養(yǎng)殖生產(chǎn)與營養(yǎng)物質(zhì)供給使用，上層則作為栽培槽使用。在以淡水種植時，需要選擇適應(yīng)以淡水為營養(yǎng)物質(zhì)的栽培作物，如種植生菜、番杏等；在以海水種植時，則選擇適應(yīng)以海水為營養(yǎng)物質(zhì)的栽培作物，如冰菜、海蘆筍等。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需根據(jù)自己的需求，選擇適合的栽培生產(chǎn)模式，方可進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。目前該裝置主要應(yīng)用于蔬菜生產(chǎn)基地、都市酒店及家庭莊園等領(lǐng)域。

栽培工藝與操作

該項技術(shù)的生產(chǎn)工藝可分4個方面，即基質(zhì)的選擇、育苗與栽培、營養(yǎng)液的選擇及配比、補光與營養(yǎng)液供給時間的設(shè)定。以單一作物栽培生產(chǎn)模式為例進行工藝流程解析。

基質(zhì)的選擇

為了使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)更好循環(huán)流通，顆粒不能過大，顆粒越大，其間隙越大，從而導(dǎo)致在作物生長時基質(zhì)對養(yǎng)份保有量會降低，因此基質(zhì)的選擇需要根據(jù)作物種類的不同選擇相對合適基質(zhì)，如生菜可以選擇陶粒與火山石作為基質(zhì)等。

育苗與栽培

裝置的栽培方式主要以定穴定距栽培為主，在栽培前需進行育苗。在育苗時，需選擇栽培品種，根據(jù)技術(shù)裝置的特點，需選擇矮棵類作物，如生菜、番杏、豆瓣菜、茼蒿等。育苗方法可采用氣候箱育苗（圖3）、物理法漂浮育苗等方式，也可在市場上進行選購種苗。植物栽培時依據(jù)栽培槽尺寸可采取2行單株定穴定居栽培（株距一般在10 cm左右），值得注意的是在栽培前需對栽培基質(zhì)進行消毒和清洗，以保證作物生長環(huán)境無毒無菌。

營養(yǎng)液的選擇及配比

該裝置所需的營養(yǎng)物質(zhì)需進行調(diào)配，其中營養(yǎng)物質(zhì)又分為液體類（營養(yǎng)液）和固體類，該裝置主要采用液體類（營養(yǎng)液），固體類營養(yǎng)物質(zhì)也可使用，但需要人工來操作。根據(jù)栽培品種可以選擇不同營養(yǎng)液配方，如霍格蘭氏營養(yǎng)液配方、格里克基本營養(yǎng)液配方等。該裝置主要推薦使用農(nóng)業(yè)廢棄物制肥機來制作營養(yǎng)液，主要制肥原料為農(nóng)業(yè)廢棄物，如大豆秸稈、樹枝、玉米秸稈等，將其轉(zhuǎn)化為植物所需的液態(tài)肥（含有N、P2O5、S和一些活性物質(zhì)）、氣肥（CO2）、固態(tài)肥（含有K、Fe、Mn、B、Cu、Zn、Mo以及大量的Ca等元素），將水、固態(tài)肥、液態(tài)肥按一定比例進行稀釋，便能得到所需的營養(yǎng)液。

補光與營養(yǎng)液供給時間的設(shè)定

補光一般在夜間與陰天進行，白天主要依靠自然光提供光照，若裝置放置在無自然光照射的位置，則需要增設(shè)白天補光，一般在夜間補光時長為4～6 h，白天根據(jù)情況進行相應(yīng)的時長補光。在營養(yǎng)液供給方面，主要采用全程自動化供給系統(tǒng)，根據(jù)栽培基質(zhì)的濕度進行定時供給，當(dāng)濕度達到設(shè)定要求即停止。根據(jù)生菜的生長特點，一般基質(zhì)濕度控制在50%～60%。

試驗數(shù)據(jù)測定與解析

營養(yǎng)液pH

植物在中性、弱酸性、弱堿性營養(yǎng)液（pH為6.5～7.5）中均能生長良好。pH過高或者過低，都不利于植物生長，植株容易出現(xiàn)缺素癥狀，生長受阻、幼葉變黃、葉緣干枯或焦枯、毛細根腐爛等現(xiàn)象。以種植奶油生菜為例，對純植物栽培模式生產(chǎn)試驗進行解析。首先選取2套單排3層和2套雙排3層栽培裝置作為試驗裝置，設(shè)定14：00為營養(yǎng)液供給時間，基質(zhì)濕度設(shè)定為65%，供應(yīng)時長為15 min，再利用pH測量計在相隔1～2天內(nèi)采集各個裝置營養(yǎng)液的pH，共10組數(shù)據(jù)，為期20天（此檢測期間需對多功能栽培養(yǎng)殖供給槽施加2次營養(yǎng)液，間隔7天），采集后的試驗數(shù)據(jù)記錄下表1中，并觀測在此期間作物的長勢情況。

通過數(shù)據(jù)檢測得出，奶油生菜在生長初期在沒有進行營養(yǎng)液施加的情況下，單一營養(yǎng)液物質(zhì)pH均偏堿性，在施加利用農(nóng)業(yè)廢棄物制肥機制作的高濃度營養(yǎng)液后，裝置內(nèi)營養(yǎng)液pH偏向中性，而在之后幾天內(nèi)營養(yǎng)液pH偏向酸性，主要原因是在種植前的營養(yǎng)物質(zhì)為水，當(dāng)奶油生菜適應(yīng)環(huán)境生長后進行營養(yǎng)液的施加，在施加營養(yǎng)液后需與水相融合且適應(yīng)生菜生長需要，因此在測量過程中會出現(xiàn)逐漸偏酸的過程，而15天后營養(yǎng)液中的營養(yǎng)物質(zhì)被生菜吸收后的pH開始偏堿性，在繼續(xù)施加營養(yǎng)液后pH開始慢慢偏酸。在通過觀察奶油生菜長勢情況并結(jié)合營養(yǎng)液pH變化，該裝置在種植奶油生菜時，營養(yǎng)液供給系統(tǒng)能完全滿足生菜生長需要，在控制營養(yǎng)液方面也能做到合理的調(diào)配（圖4）。

光照度

當(dāng)植物的光照強度增強時，光合速率逐漸增大；而光照強度達到一定的強度時光合速率也隨之達到最大程度；當(dāng)光照強度繼續(xù)增加時，光合速率保持不變，而當(dāng)光照時間過長時，則會減緩光合速率。植物在生長過程中，需要的光照度每天都有定量，過多的光照并不能促進光合作用，反而破壞植物生長規(guī)律，破壞植物生長系統(tǒng)。因此在種植不同作物時，要根據(jù)對植物光照的要求進行補光。下面通過幾組測定數(shù)據(jù)來解析該技術(shù)的特點。首先選取1套單排3層，以種植奶油生菜為例進行單一栽培模式生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)采集，植物補光燈采用目前先進的LED植物生長燈，由于該裝置為開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此可在白天進行自然光補光，根據(jù)奶油生菜所需光照的特點，設(shè)定每天夜間增加補光時長為6 h，白天根據(jù)光照的強度采用間隙補光，再利用光照度計對每層進行三點式采集，采集10組數(shù)據(jù)，為期20天左右，采集后的試驗數(shù)據(jù)記錄下表2中，并觀測作為在此期間長勢情況。奶油生菜的光補償點為4656 lx，光照時間為每天12～15 h左右，通過檢測所得到的數(shù)據(jù)及奶油生菜長勢情況觀察，能看到利用LED植物生長燈進行補光，能夠滿足奶油生菜生長的需求，提高了奶油生菜的光合作用，使奶油生菜長勢良好，提高奶油生菜的品質(zhì)。

應(yīng)用意義

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，涌現(xiàn)出很多新興農(nóng)業(yè)科技，如自動化栽培技術(shù)、自動灌溉技術(shù)等。目前比較先進的多層栽培領(lǐng)域的栽培模式都比較單一，且集約化程度較低，應(yīng)用范圍窄，而該技術(shù)裝置的設(shè)計理念為集約化、智能化、安全化等綠色生產(chǎn)工藝，全力打造智能化農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)裝置，為人們的身體健康提供保障，在調(diào)節(jié)人們都市繁忙生活壓力的同時，又可以綠化生活環(huán)境。該裝置不僅適用于大型現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)場、都市綠色酒店、大型新鮮蔬菜自選超市等，也適用家庭陽臺，家庭幼兒教育等等，是人們生活中優(yōu)選的種植裝置，為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展開辟新的道路。