自然光型植物工廠葉菜高效無(wú)土栽培技術(shù)
隨著現(xiàn)代植物工廠的發(fā)展，各種無(wú)土栽培新技術(shù)在植物工廠中得到應(yīng)用。在充分利用自然光的基礎(chǔ)上，通過(guò)將現(xiàn)有溫室改造為半密閉式自然光型植物工廠，結(jié)合營(yíng)養(yǎng)液溫度管理調(diào)控技術(shù)，以人工光育苗+自然光栽培的方式生產(chǎn)葉菜，可實(shí)現(xiàn)葉菜高效、優(yōu)質(zhì)、安全、規(guī)?；a(chǎn)和周年連續(xù)供應(yīng)，是一種生產(chǎn)計(jì)劃性強(qiáng)、單位面積產(chǎn)量高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、資源利用率高的葉菜栽培技術(shù)。
中國(guó)是葉菜類蔬菜的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，葉菜類蔬菜產(chǎn)量已占中國(guó)蔬菜生產(chǎn)總產(chǎn)量的30%~40%，有些地區(qū)的葉菜產(chǎn)量比例更高。作為速生類蔬菜，葉菜具有生長(zhǎng)速度快、周期短、肥水管理方便等特點(diǎn)。近些年來(lái)，由于在設(shè)施栽培過(guò)程中過(guò)量的施肥及用藥，葉菜硝酸鹽累積和農(nóng)藥殘留問(wèn)題凸顯，加之生產(chǎn)勞動(dòng)力數(shù)量不足和老齡化問(wèn)題，已經(jīng)成為制約葉菜類蔬菜生產(chǎn)發(fā)展的主要因素。因此提高蔬菜生產(chǎn)的組織化程度和生產(chǎn)效益，保障葉菜類蔬菜供應(yīng)的質(zhì)量安全和生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，迫切要求葉菜類蔬菜的高效、優(yōu)質(zhì)、安全、規(guī)?；母咝г耘嗉夹g(shù)。
植物工廠栽培具有安全高效、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)計(jì)劃性強(qiáng)、單位面積產(chǎn)量高等特點(diǎn)，是未來(lái)設(shè)施園藝重要的發(fā)展方向之一。自然光利用型植物工廠是指在半封閉的溫室環(huán)境下，利用太陽(yáng)光或者短期人工補(bǔ)光進(jìn)行植物工廠化生產(chǎn)的方式。通過(guò)將現(xiàn)有溫室改造為半密閉式自然光型葉菜植物工廠，結(jié)合人工光型工廠化育苗、自然光栽培與營(yíng)養(yǎng)液溫度調(diào)控等生產(chǎn)技術(shù)，可有效提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)施葉菜的集約化、產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。
設(shè)施概況
生產(chǎn)溫室位于江蘇常熟國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)內(nèi)，由2400m2文洛型玻璃溫室改造而成。溫室自身配備內(nèi)外遮陽(yáng)、內(nèi)保溫、濕簾、風(fēng)機(jī)等環(huán)境控制系統(tǒng)。園區(qū)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)溫室進(jìn)行升級(jí)改造，通過(guò)增加風(fēng)淋消毒室、人工光型密閉式育苗箱、平滑式移動(dòng)栽培架、營(yíng)養(yǎng)液溫度調(diào)控及管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)建成了半密閉式自然光型葉菜植物工廠（圖1）。
栽培管理
育苗
◎品種選擇
依據(jù)本地氣候特點(diǎn)及市場(chǎng)需求，兼顧考慮其品質(zhì)、產(chǎn)量、抗逆性等特性，園區(qū)葉菜栽培種類主要包括小青菜、菠菜、水菜、生菜、小松菜、葉用甜菜等。在種子的選擇上采取國(guó)內(nèi)、外搭配及早、中、晚熟品種搭配。以小青菜為例，日本'姬八仙’，國(guó)產(chǎn)'蘇州青’等品種都是較好的選擇。
◎播種育苗
采用基質(zhì)穴盤育苗，包括基質(zhì)裝填、壓穴、播種、覆土、澆水、催芽處理等流程。采用育苗專用基質(zhì)進(jìn)行穴盤（288柱狀孔，泡沫制）裝填，基質(zhì)裝填完成后刮去表面多余基質(zhì)，壓穴后放入托盤準(zhǔn)備播種。可使用播種板或者手動(dòng)播種，將種子直接撥入穴盤孔。播種粒數(shù)根據(jù)葉菜種類及生產(chǎn)季節(jié)決定，株型較大的生菜、小青菜等每穴播1粒，株型較小的菠菜、小松菜等可每穴播5~6粒，播種深度7mm左右，便于種子生根。播種完成，覆蓋基質(zhì)進(jìn)行平整后，噴淋澆水，每個(gè)穴盤水量約800mL。隨后將托盤放入育苗箱，銀膜覆蓋，20℃條件下黑暗催芽處理。
◎苗期管理
種子發(fā)芽出苗后應(yīng)將托盤擺放到育苗箱（圖2）的育苗架上，采用人工光型密閉式育苗箱進(jìn)行育苗。設(shè)置每日光照時(shí)間12h（9:00~21:00），黑暗時(shí)間12h（21:00~次日9:00）；溫度白天設(shè)置為22℃，夜間設(shè)置為19℃；CO2濃度設(shè)定為1000umol/mol；營(yíng)養(yǎng)液（日本三菱集團(tuán)葉菜營(yíng)養(yǎng)液配方）濃度設(shè)為EC1.5mS/cm，每日自動(dòng)澆水1次，每次10min，采取潮汐式灌溉的方式使基質(zhì)充分吸水，澆水時(shí)間與光照開始時(shí)間同步。育苗期間，注意定期查看幼苗情況。一般發(fā)芽后8~14天左右即可成苗。
栽培
◎苗床準(zhǔn)備
葉菜幼苗長(zhǎng)到2葉1心時(shí)，可以定植（圖3）。定植前需完成栽培床清洗、鋪無(wú)紡布、營(yíng)養(yǎng)液配制及定植板的鋪設(shè)等準(zhǔn)備工作。采用消毒液對(duì)栽培床進(jìn)行清洗，然后將無(wú)紡布均勻鋪設(shè)在栽培床的銀膜上，保證營(yíng)養(yǎng)液流過(guò)時(shí)無(wú)氣泡產(chǎn)生，最后進(jìn)行定植板的鋪設(shè)，依據(jù)植株種類及大小選擇合適的定植板。準(zhǔn)備工作就緒后準(zhǔn)備定植。
◎定植定植
應(yīng)選取陰天早上或者晴天傍晚進(jìn)行，以防止幼苗萎蔫，緩苗遲緩。定植當(dāng)天，需要在澆水前將育苗箱里的幼苗移出，定植時(shí)，先用頂根板將幼苗根部頂起，后將幼苗移植到定植孔。定植完成后，開啟營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)，緩苗期2~3天應(yīng)避免陽(yáng)光直射，定期檢查存活情況，及時(shí)查漏補(bǔ)缺。
營(yíng)養(yǎng)液管理（圖4）的關(guān)鍵在于EC和pH的管理，應(yīng)根據(jù)生長(zhǎng)季節(jié)及生長(zhǎng)時(shí)期適時(shí)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以生菜為例，生長(zhǎng)前期EC以2.0mS/cm較為適宜，進(jìn)入結(jié)球期后以2.0~2.5mS/cm為宜。整個(gè)生產(chǎn)季節(jié)營(yíng)養(yǎng)液pH應(yīng)保持為5.5~6.5，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液pH>7時(shí)可采用稀HNO3溶液加以調(diào)整，當(dāng)pH過(guò)低時(shí)可用0.5%~1.0%的NaOH溶液進(jìn)行調(diào)整，生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)定期對(duì)營(yíng)養(yǎng)液顏色、養(yǎng)分含量及酸堿度進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)調(diào)整。
肥水管理
葉菜類蔬菜根系較淺，在栽培過(guò)程中，選用營(yíng)養(yǎng)液膜法（NFT）栽培模式，采用不間斷循環(huán)式供液的方法對(duì)根部進(jìn)行供液，每床（18.0m×1.2m）供液量為9L/min。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，將設(shè)施區(qū)域分成若干相對(duì)獨(dú)立的種植單元，其中每個(gè)單元配備單獨(dú)子液罐，子液罐與營(yíng)養(yǎng)液控制系統(tǒng)中的母液罐相連，可實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)部多條栽培床營(yíng)養(yǎng)液的自動(dòng)供給及精確管理。單元內(nèi)營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)主要由子液罐、水泵、管道、閥門等組成。營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)過(guò)程為子液罐→水泵→管道→閥門→栽培床→排液口→子液罐。每個(gè)單元內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)液濃度及葉菜生長(zhǎng)階段可保持一致，多單元種植區(qū)域的劃分一方面可以根據(jù)不同葉菜品種選擇不同的營(yíng)養(yǎng)液，提高栽培品種的多樣性，另一方面也可實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)液的有效隔離，防止病菌大面積擴(kuò)散。營(yíng)養(yǎng)液配方可依據(jù)葉菜種類的不同進(jìn)行選擇。
環(huán)境管理
葉菜生長(zhǎng)適宜溫度在15~25℃，適宜晝夜溫差大、夜間溫度低的環(huán)境（圖5）。白天溫度保持在20~25℃，夜間溫度保持在10~15℃，應(yīng)結(jié)合溫室內(nèi)部天窗、遮陽(yáng)、濕簾風(fēng)機(jī)、保溫幕、加溫機(jī)等環(huán)境控制設(shè)備對(duì)室溫進(jìn)行控制，環(huán)境溫度超過(guò)25℃時(shí)應(yīng)通風(fēng)降溫。夏季最高氣溫應(yīng)控制在40℃以下，冬季最低氣溫應(yīng)控制在5℃以上。
此外，為促進(jìn)根系養(yǎng)分吸收及生長(zhǎng)發(fā)育，發(fā)揮生產(chǎn)潛力，實(shí)現(xiàn)高效栽培，在每個(gè)栽培單元的營(yíng)養(yǎng)液罐中配備了營(yíng)養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用冷熱水循環(huán)溫控技術(shù)，在罐內(nèi)配備單獨(dú)冷熱水循環(huán)熱交換盤管，借助燃?xì)鉄崴仩t或冷水空調(diào)機(jī)組對(duì)盤管內(nèi)部循環(huán)水進(jìn)行加熱或制冷。通過(guò)冷熱水溫度、流量和流速的設(shè)定，營(yíng)養(yǎng)液溫度控制在植物根區(qū)適宜的溫度范圍內(nèi)。營(yíng)養(yǎng)液溫度控制在18~22℃為宜，夏季應(yīng)在25℃以下，冬季應(yīng)保持在13℃以上。葉菜較喜冷涼氣候，夏秋季節(jié)中午光照較為強(qiáng)烈時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)避光措施；冬季或連續(xù)陰雨天光照不足時(shí)，可采取人工補(bǔ)光措施。由于溫室設(shè)施的密閉性，容易造成CO2的缺乏，影響光合作用，進(jìn)而影響產(chǎn)量，因此應(yīng)定時(shí)通風(fēng)，加強(qiáng)氣體流通，必要時(shí)可適當(dāng)補(bǔ)充CO2，提高生產(chǎn)效益。
病蟲害防治
葉菜生長(zhǎng)速度快，生產(chǎn)周期較短，病蟲害發(fā)生相對(duì)較少，應(yīng)秉持“預(yù)防為主、綜合防治”的原則，采用隔離、物理防治等方式的配合，以達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。溫室環(huán)境應(yīng)做到密閉，對(duì)側(cè)窗，天窗處遮蓋防蟲網(wǎng)，在溫室入口處設(shè)置風(fēng)淋消毒室，對(duì)所有進(jìn)出溫室人員進(jìn)行風(fēng)淋，避免將病菌及蟲卵帶入室內(nèi)。常見蟲害有菜青蟲、小菜蛾、蚜蟲等，可通過(guò)溫室內(nèi)部懸掛黃色粘蟲板及滅蟲燈誘殺等物理方式進(jìn)行防治。常見病害主要有枯萎病，軟腐病、霜霉病等，應(yīng)以預(yù)防為主，控制好室內(nèi)溫、濕度，一旦發(fā)現(xiàn)病害，及時(shí)處理病株。局部發(fā)病時(shí)，可去除病株，繼續(xù)種植，若種植單元內(nèi)栽培床出現(xiàn)大面積發(fā)病，應(yīng)立即停止種植，將植株全部移出室外，對(duì)栽培床及營(yíng)養(yǎng)液罐進(jìn)行消毒處理（將600mL濃度為6%的次氯酸鈉倒入營(yíng)養(yǎng)液罐中，經(jīng)200L清水稀釋后進(jìn)行循環(huán)消毒處理），同時(shí)對(duì)整個(gè)溫室進(jìn)行煙熏消毒。平時(shí)要對(duì)溫室內(nèi)部及時(shí)清掃，保持整潔，杜絕病菌滋生。
采收
葉菜的采收應(yīng)適時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同生產(chǎn)季節(jié)及葉菜品種進(jìn)行采收（圖6）。冬春季菠菜、小松菜等葉菜采收期在定植后28~35天左右，小青菜、生菜在40~45天左右；夏季，菠菜、小松菜采收期在定植后15~18天左右，小青菜、生菜在28~30天左右即可收獲。采收應(yīng)盡量選在早晨，避免高溫，采收前，若是整個(gè)單元采收，需提前一到兩天將營(yíng)養(yǎng)液子液罐中供液閥門關(guān)閉，便于子液罐內(nèi)剩余養(yǎng)分充分利用。采收前需關(guān)閉子液罐給液閥門。采收時(shí)從定植板上一手將植株板上部扶住，另一手持剪刀將根部剪除，將收獲的葉菜整齊放置在周轉(zhuǎn)箱中。為保證新鮮度，延長(zhǎng)保存時(shí)間，也可帶活根采收、銷售。另外，將采收后的葉菜稱重后在5~8℃條件下預(yù)冷5~6h可延長(zhǎng)新鮮期。
采收結(jié)束應(yīng)進(jìn)行栽培床的殘根處理、清洗、消毒，以及下一茬的準(zhǔn)備工作。首先，將定植板取下進(jìn)行清洗，對(duì)栽培床上的根部進(jìn)行清理，可從栽培床一頭向另一頭將根系慢慢卷起，完成后移出室外。將無(wú)紡布取下、用次氯酸鈉浸泡清洗消毒后晾干備用，清洗栽培床。往子液罐中導(dǎo)入次氯酸鈉消毒液，打開循環(huán)水泵與閥門，對(duì)管道及栽培床進(jìn)行循環(huán)式消毒，消毒液循環(huán)時(shí)間需保持2h以上。清洗除菌完畢后，將營(yíng)養(yǎng)液罐及管道內(nèi)的廢水外排到室外，然后加水，再次循環(huán)1h。完成后配置新的營(yíng)養(yǎng)液，鋪設(shè)新的無(wú)紡布，無(wú)紡布下不能有氣泡，放置新的定植板，準(zhǔn)備下一茬的種植。在每一茬口種植前要做好對(duì)所有相關(guān)資材的消毒清理工作。
栽培茬口安排
應(yīng)根據(jù)葉菜品種、生產(chǎn)季節(jié)以及市場(chǎng)需求狀況合理安排種植茬口。以小青菜為例，每年可實(shí)現(xiàn)8~10茬的種植與采收（表1）。目前，園區(qū)17m2的人工光育苗箱配合2400m2的溫室栽培床，主要栽培品種包括小青菜、菠菜、水菜、生菜、小松菜等，全年可培育優(yōu)質(zhì)菠菜種苗150萬(wàn)株或生菜種苗80萬(wàn)株，可栽培葉菜13~19茬，葉菜年產(chǎn)量可達(dá)5萬(wàn)kg以上，該高效栽培技術(shù)的實(shí)施可有效推動(dòng)葉菜育苗集約化、工廠化，實(shí)現(xiàn)設(shè)施葉菜生產(chǎn)的綠色標(biāo)準(zhǔn)化。
作者：魏斌、畢研飛、唐政輝、孫昊、錢晗（江蘇常熟國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)管理委員會(huì)）；殷峰（常熟市農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司）；孟穎（南農(nóng)大(常熟)新農(nóng)村發(fā)展研究院有限公司）
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