NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)展示設(shè)計及應(yīng)用

劉立平 卞志偉 惠 靜 卜立君 陳西濤 卜崇興

（上海孫橋溢佳農(nóng)業(yè)技術(shù)股份有限公司，上海 201210）

無土栽培是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新科技、新模式、新藝術(shù)的體現(xiàn)，水培技術(shù)作為無土栽培技術(shù)中的一種重要生產(chǎn)方式，生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、安全美味等特點，符合國際環(huán)保節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，被普遍認(rèn)為是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向[1]。近年來，國內(nèi)各地的水培模式不斷創(chuàng)新發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)媒體以及中小學(xué)校等宣傳教育平臺開設(shè)相關(guān)專題學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過普及農(nóng)業(yè)知識讓公眾了解并熱愛農(nóng)業(yè)[2]。

NFT（nutrient film technique）是一種水培技術(shù)，植物的根系生長在一個塑料薄膜槽或一個固定通道中，營養(yǎng)溶液通過該槽或通道不斷循環(huán)，從而給植物提供必要的營養(yǎng)和水分。NFT模式因具有根際環(huán)境好、生長速度快、占用空間小、可標(biāo)準(zhǔn)化操作、產(chǎn)品衛(wèi)生安全等特點逐漸成為綠葉蔬菜周年生產(chǎn)的優(yōu)選模式。NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)作為一種新型水培模式，具有水肥管理自動化、節(jié)省人工等特點，經(jīng)濟效益、生態(tài)效益顯著?？破战逃砂袾FT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)作為提高公眾科技素養(yǎng)、激發(fā)全民科技創(chuàng)新意識的關(guān)鍵手段[3]。

本文以上海正義園藝有限公司NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)模式展示設(shè)計、配套設(shè)備及栽培管理技術(shù)、應(yīng)用等方面進(jìn)行總結(jié)，以供相關(guān)人員參考。

1 NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)概況

NFT是一種水培技術(shù)，植物的根系生長在一個塑料薄膜槽或一個固定通道中，營養(yǎng)溶液通過該槽或通道不斷循環(huán)，從而給植物提供必要的營養(yǎng)和水分[4]。NFT系統(tǒng)水培設(shè)施主要由營養(yǎng)液槽、栽培床、加液系統(tǒng)、排液系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)等5個部分構(gòu)成[5]。NFT系統(tǒng)特點是循環(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，上部暴露在空氣中吸氧，較好地解決了根系吸水與吸氧的矛盾。在所有類型的葉菜NFT水培栽培系統(tǒng)中，常見的NFT水培模式為無基質(zhì)栽培類型。由于生產(chǎn)設(shè)施條件限制、區(qū)域水資源限制以及栽培技術(shù)人員的管理水平等因素，NFT存在液流淺、液溫不穩(wěn)定，一旦停電停水，植株易枯萎，根際環(huán)境穩(wěn)定性差等不足，還存在NFT水培的葉菜保鮮期短，不利于長途運輸?shù)葐栴}，制約著葉菜水培的運營生產(chǎn)。

NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)結(jié)合NFT系統(tǒng)的特點進(jìn)行改進(jìn)，具有機械播種育苗、基質(zhì)固定葉菜根系、智能肥水灌溉系統(tǒng)及紫外線殺菌循環(huán)利用、移動種植苗床等特點。

NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)包括自動化播種線、催芽室、自走式噴灌育苗系統(tǒng)、移動式生長系統(tǒng)、采收包裝線、紫外線處理系統(tǒng)等，是集自動播種、育苗、移栽、采收等功能為一體的全自動移動式流水線系統(tǒng)，所生產(chǎn)的蔬菜可以帶根活體收獲，也可以切根后銷售。該系統(tǒng)適用于溫室、大棚精品葉菜類、香辛類蔬菜和草本花卉規(guī)模化生產(chǎn)。

NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)由工廠化育苗區(qū)、移動種植生產(chǎn)區(qū)、采收清洗區(qū)等組成，可以實現(xiàn)蔬菜工廠化生產(chǎn)設(shè)備自動化流水線作業(yè)栽培模式，從播種、育苗到生產(chǎn)以及最終產(chǎn)品采收都實現(xiàn)了專業(yè)化的管理。其無土栽培中的播種、移栽、間距、供液等自動化過程，勞動效率高，節(jié)省人力操作。

蔬菜在生長區(qū)域移動時，種植槽的間距根據(jù)蔬菜不同生長階段自動調(diào)節(jié)，確保每個階段都有足夠的生長空間，具體間距根據(jù)不同作物品種、收獲的重量進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)作物的品種、氣候條件、水質(zhì)、光強等因素，通常從移栽至收獲需要20～28 d，較露地種植產(chǎn)量高出10～12倍。該種植系統(tǒng)使用可循環(huán)的水系統(tǒng)，相比露地種植可節(jié)約90%～95%的水。同時，該種植系統(tǒng)替換種植其他植物非常方便。

2 NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)的展示設(shè)計

2.1 設(shè)計建設(shè)

2020年1月，上海正義園藝有限公司利用園區(qū)內(nèi)已建成的1座連棟玻璃溫室的1個倉（面積2880 m2，配套水簾風(fēng)機、內(nèi)外遮陽網(wǎng)、加溫設(shè)備和防蟲網(wǎng)等設(shè)備設(shè)施），設(shè)計為NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)展示應(yīng)用基地。NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)將葉菜整個生產(chǎn)過程分為工廠化育苗區(qū)、移動種植生產(chǎn)區(qū)、采收清洗區(qū)，每個區(qū)協(xié)調(diào)運作，實現(xiàn)葉菜的機械化、自動化生產(chǎn)，節(jié)省了人力的支出。

2.1.1 工廠化育苗區(qū)。蔬菜種苗是生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其技術(shù)含量高，對蔬菜生產(chǎn)起著關(guān)鍵性的作用。蔬菜工廠化集中育苗就是集現(xiàn)代高新技術(shù)于一體，運用企業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)營的方式，培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)蔬菜秧苗，從而推進(jìn)蔬菜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)工廠化育苗區(qū)由自動化播種流水線、催芽車架、催芽室、育苗床及自走式噴灌設(shè)備組成。

自動化播種線包含了穴盤填土機、精確播種設(shè)備、蛭石覆蓋機、澆水機、滾軸臺，特別適用于各類種子的播種。操作上，整條線不需要配設(shè)空氣壓縮機，最大播種速度可達(dá)到200盤/h。

人工播種流程為用鐵鍬拍碎基質(zhì)、裝穴盤、播種、蛭石覆蓋、轉(zhuǎn)運、澆水等；自動化播種線流程則是裝盤、播種、澆水等一步到位，減少了作業(yè)環(huán)節(jié)，提高了作業(yè)效率。通過測算，機械播種的效率是人工播種的8倍。

育苗技術(shù)在葉菜栽培中起著重要作用，秧苗的整齊度、長勢以及成活率直接影響著后期移栽的計劃工作。在育苗技術(shù)中，催芽是非常重要的一項，不論是炎熱的夏季還是寒冷的冬季，不適宜的環(huán)境溫度會降低葉菜種子的發(fā)芽率，從而增加育苗的種子成本。

經(jīng)播種線播種穴盤擺放至催芽車架，進(jìn)入催芽室進(jìn)行催芽。催芽室配備先進(jìn)的計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度、濕度、光照、氣體環(huán)流等內(nèi)部環(huán)境全部自動化控制，能針對不同種子的不同生長需求，對溫、濕度做到可控。以生菜為例，在催芽時保證發(fā)芽溫度25℃、空氣濕度80%，催芽12～72 h，當(dāng)秧苗開始拱土?xí)r，及時推出催芽室，轉(zhuǎn)到溫室育苗床正常管理。

該育苗系統(tǒng)肥水澆灌采用自走式噴灌車根據(jù)基質(zhì)的養(yǎng)分含量適當(dāng)補充肥料和水分，可以通過遙控器來調(diào)節(jié)噴灌時往返噴灌的速度，相較于傳統(tǒng)的簡易催芽室及催芽箱、簡便的水管加花灑的水分管理形式，提高了生產(chǎn)效率，育出的苗成活率高、長勢整齊一致。

2.1.2 移動種植生產(chǎn)區(qū)。移動種植生產(chǎn)區(qū)包括種植槽、移動制架、供液回液系統(tǒng)。移動制架以進(jìn)水端稍高、排水末端稍低的滑坡方式為好，坡降8/1 000。種植槽鋪設(shè)在移動制架上，傳送鏈條通過反扣擋卡推動種植槽物流栽培線的末端方向位移。移動制架在布局時中間預(yù)留80～100 cm操作空間。

作物在生長區(qū)域移動時，種植槽的間距根據(jù)植物不同生長階段自動調(diào)節(jié)，確保植物每個階段的生長有足夠的空間，具體間距根據(jù)不同作物品種、收獲的重量進(jìn)行設(shè)置。栽培槽管道里專用的定植杯省水省肥，移栽與采收時操作方便。

從育苗區(qū)轉(zhuǎn)移定植入生長區(qū)域種植槽可以由人工完成或者由市面上常用的機械臂完成。本區(qū)域考慮規(guī)模小采用人工完成。

隨著植物生長，種植槽間距自動調(diào)節(jié)以確保植物有足夠的生長空間。一個生長區(qū)域跨度總共種植槽267條，每條種植槽有61盆蔬菜，一共有3個生長區(qū)跨度。根據(jù)作物品種，種植密度（15～50株/m2）可以調(diào)控。

采用水肥一體化技術(shù)供應(yīng)營養(yǎng)液。進(jìn)液管的鋪設(shè)通常以靠近走道的一端為縱向布設(shè)一道進(jìn)液總管，再用黑色的微管引入澆灌槽，微管對應(yīng)每根管道；而另一側(cè)排液管用集液槽收集回液，可以把每根種植槽回液的營養(yǎng)液集中回送至貯液回收池。流入貯液回收池的營養(yǎng)液可以通過再處理使用。澆灌槽和集液槽回流至貯液池安裝流水型的紫外線殺菌裝置，保證對水徹底消毒。再次澆灌時灌溉機檢測回收液的EC值，再對該營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行補充，最后重新流入澆灌管道內(nèi)作為新的營養(yǎng)液使用。

2.1.3 采收清洗區(qū)。采收作業(yè)可以由人工完成或者常用的采收機械臂完成。本區(qū)域考慮規(guī)模小常采用人工完成。收獲區(qū)帶有專門設(shè)計的包裝工作臺及傳輸平臺，員工進(jìn)行采收作業(yè)時最大程度符合人體工程學(xué)，力求工作效率達(dá)到最大。采收區(qū)工作人員將采收的葉菜裝在運轉(zhuǎn)箱，再經(jīng)過傳輸平臺，通過傳輸帶，將采收的葉菜運輸?shù)桨b區(qū)，全程不需要人工搬動，節(jié)省人力。

種植槽葉菜采收結(jié)束后不需要采用傳統(tǒng)的疏通管道的清洗方式來清洗栽培槽，將種植槽放在自動種植槽清洗設(shè)備進(jìn)入口處，利用自動清洗設(shè)備自動往返清洗1次，然后經(jīng)過熱水高壓清洗機，可同時清洗和消毒種植槽。

2.2 適宜栽培品種

根據(jù)NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)栽培模式特點，可以進(jìn)行周年生產(chǎn)，具有很好的科普展示效果。NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)適栽種類較多，適用于溫室、大棚精品葉菜類、香辛類葉菜和觀賞類葉菜規(guī)?；a(chǎn)。

生產(chǎn)示范葉菜種類為普通葉菜類（青菜、杭白菜、奶白菜、菠菜、空心菜、生菜、苦苣等）、香辛葉菜類（韭菜、西芹、香菜、小香蔥等）、觀賞類（羽衣甘藍(lán)、紅梗芹菜、紅梗葉恭菜等）。

生產(chǎn)示范芳香作物有羅勒、鼠尾草、九層塔、貓薄荷、百里香、牛至、歐芹等種類。

2.3 配套技術(shù)

與設(shè)施設(shè)備相結(jié)合，按作物生長需要，精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)植物所需的光照、室溫、空氣相對濕度、CO2濃度、營養(yǎng)液等生長條件，使作物生長在最適的環(huán)境條件下，促進(jìn)作物產(chǎn)量增加、品質(zhì)提高。溫室中通過內(nèi)外遮陽網(wǎng)來控制光照，通過通風(fēng)窗、濕簾或風(fēng)機、加溫機等來控制室溫，通過水肥灌溉設(shè)備來控制營養(yǎng)液澆灌量。

病蟲害防治以防為主，重在于防，主要有化學(xué)防治、農(nóng)業(yè)防治、物理防治、生物防治等防治措施[6]。在開窗位置設(shè)置防蟲網(wǎng)將害蟲擋在防蟲網(wǎng)外；利用害蟲對光波段、氣味的敏感性，通過懸掛色板、粘蟲板等進(jìn)行誘殺；臭氧熏蒸進(jìn)行室內(nèi)熏殺；環(huán)流風(fēng)機定期循環(huán)可有效降低病菌的附著繁殖；營養(yǎng)液回收進(jìn)行紫外線殺菌后再循環(huán)利用等。保持溫室內(nèi)環(huán)境整潔衛(wèi)生，及時清理枯枝、爛葉、病株及其他垃圾，減少病蟲害來源。

3 NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)的推廣及應(yīng)用成效

溫室建造技術(shù)迅速發(fā)展，自動化控制技術(shù)、儀器儀表及計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用，以及人們對植物的生長規(guī)律、營養(yǎng)需求、環(huán)境因素對植物生長的影響、植物產(chǎn)值最大化的深入研究，使得水培技術(shù)得到了廣泛的推廣應(yīng)用[7]。NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)是對水培技術(shù)的一個深入研究探索，從規(guī)模化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)科普教育到農(nóng)業(yè)觀光旅游都有很好的運用意義。

設(shè)計制作NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)宣傳海報，通過科普展示櫥窗加以宣傳，利用廣播、電視、報紙、網(wǎng)絡(luò)等媒體平臺進(jìn)行專題報道，同時錄制視頻，利用論壇這種網(wǎng)絡(luò)交流的平臺，通過文字、圖片、視頻等方式發(fā)布，也可以借助直播平臺進(jìn)行宣傳推廣。建立“學(xué)?！亍彝ァ笨破战逃繹8]，開展田間課堂體驗活動，以青少年學(xué)生為主要服務(wù)對象，以講座+實地展示+手冊+互聯(lián)網(wǎng)多種宣傳交流方式結(jié)合，提高活動的實用性和時效性。

2020年8月至2021年5月上海正義園藝有限公司智能玻璃溫室NFT移動式活體盆栽蔬菜系統(tǒng)示范種植青菜、杭白菜、奶白菜、菠菜、空心菜、生菜、香菜、小香蔥等10個品種，總產(chǎn)量27 396.5 kg；青菜、杭白菜、奶白菜、生菜、菠菜、香蔥分別可周年種植 16、12、11、16、10、8 茬；年種植茬口是露地栽培茬口的3～4倍，且單位面積產(chǎn)量表現(xiàn)為奶白菜>青菜>杭白菜>生菜>菠菜>香蔥。

相比于經(jīng)濟效益，社會效益方面更突出。據(jù)統(tǒng)計，該項目建成后每年接待游客約3萬人次，其中為青少年學(xué)生進(jìn)行專項科普教育約2萬人次，在社會公益性、普及性等方面起到了極好的作用。

生態(tài)效益方面，灌溉系統(tǒng)可以對營養(yǎng)液進(jìn)行回收并進(jìn)行紫外線殺菌循環(huán)利用，實現(xiàn)零排放、無污染，生態(tài)環(huán)保且消毒徹底。