物理法新型多層栽培技術解析

許維輝

【摘要】利用物理法新型多層栽培技術能夠實現多種生產模式，改變以往多層栽培裝置的單一性，能根據作物不同，定時定量的為植物提供營養液及所需的光照，又結合溫室空間電場防病技術及相關物理植保技術，全方位地解決植物在種植過程中出現的病害、蟲害等問題。通過對裝置的營養液pH與光照度的檢測及相關試驗數據解析，該技術在設計理念上能適應現代化農業生產模式的要求，為農產品生產提供保障。

隨著農業現代化快速發展，人們倍加關注飲食健康，對食品安全的要求也越來越高，導致種植者更加注重農產品品質，因此人們開始尋求新型綠色生產模式。物理法多層栽培技術的出現，為高品質農產品生產提供新的思路。該技術是集物理法病害防御、自動化補光和營養液調控供給等技術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，為城市酒店提供優質的飲食文化，創造優美的飲食環境。通過大連市都市農業試驗基地的試驗示范，該項技術在保障農產品品質、病害防御、產量提高等方面的效果顯著，是目前現代化都市農業生產中最為先進的新型技術，為健康農業生產提供技術保障。

栽培裝置的介紹

該技術裝置最大的亮點是具備了集約化、智能化等特點，綜合現代農業生產科學技術，實現無人自動化管理的生產模式。其裝置融合目前先進的植物補光、溫室電除霧防病促生、營養液供給自動調控等多項現代農業生產技術，能夠實現養魚不換水、病害早防御、營養有保障等。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，提高作物的產量與品質。應注意的是植物補光過多時，反而會導致植物過度新陳代謝，破壞植物的生長規律，從而降低農產品的品質（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等元素物質的吸收，與植物生長燈相結合可以進一步促進植物的呼吸作用，從而提高植物的產量與品質。在營養物質供給方面，主要采用2種自動灌溉方式，一是自制營養輸送帶進行滴灌，二是利用虹吸原理進行涌灌，在設定的灌溉時間內，裝置檢測基質的濕度，當濕度到達設定值時，就會進行灌溉，從而確保植物在生長過程中，能夠合理吸收營養物質。本裝置與物理植保液、靜電滅蟲燈等技術相結合，能夠更好地做到純綠色生態生產模式。

根據結構的不同，可分為單排3層（圖1）與雙排3層（圖2）結構的2種型號，裝置上2層為栽培槽，主要用于栽培各種蔬菜，底部為多功能養殖栽培槽（栽培與養殖供給槽），主要用于各類蔬菜栽培及水產養殖，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。

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

多種生產模式是該技術最大的特點。該裝置能適應淡水種植也能夠適應海水種植，能作為單一植物栽培模式生產，也能作為栽培與養殖相結合生產。單一植物栽培生產模式時，多功能栽培養殖供給槽就可充當營養物質供給槽，而在設計該槽時，采用上下隔離的方式，共分2層，底層作為營養物質供給使用，上層則作為栽培槽使用。在栽培與養殖相結合的生產模式時，多功能栽培養殖供給槽就充當養殖槽與營養物質供給槽，底層作為養殖生產與營養物質供給使用，上層則作為栽培槽使用。在以淡水種植時，需要選擇適應以淡水為營養物質的栽培作物，如種植生菜、番杏等；在以海水種植時，則選擇適應以海水為營養物質的栽培作物，如冰菜、海蘆筍等。因此在農業生產中，需根據自己的需求，選擇適合的栽培生產模式，方可進行農業生產。目前該裝置主要應用于蔬菜生產基地、都市酒店及家庭莊園等領域。

栽培工藝與操作

該項技術的生產工藝可分4個方面，即基質的選擇、育苗與栽培、營養液的選擇及配比、補光與營養液供給時間的設定。以單一作物栽培生產模式為例進行工藝流程解析。

基質的選擇

為了使營養物質更好循環流通，顆粒不能過大，顆粒越大，其間隙越大，從而導致在作物生長時基質對養份保有量會降低，因此基質的選擇需要根據作物種類的不同選擇相對合適基質，如生菜可以選擇陶粒與火山石作為基質等。

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，根據技術裝置的特點，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進行消毒和清洗，以保證作物生長環境無毒無菌。

營養液的選擇及配比

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

補光與營養液供給時間的設定

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，則需要增設白天補光，一般在夜間補光時長為4～6 h，白天根據情況進行相應的時長補光。在營養液供給方面，主要采用全程自動化供給系統，根據栽培基質的濕度進行定時供給，當濕度達到設定要求即停止。根據生菜的生長特點，一般基質濕度控制在50%～60%。

試驗數據測定與解析

營養液pH

植物在中性、弱酸性、弱堿性營養液（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、毛細根腐爛等現象。以種植奶油生菜為例，對純植物栽培模式生產試驗進行解析。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，設定14：00為營養液供給時間，基質濕度設定為65%，供應時長為15 min，再利用pH測量計在相隔1～2天內采集各個裝置營養液的pH，共10組數據，為期20天（此檢測期間需對多功能栽培養殖供給槽施加2次營養液，間隔7天），采集后的試驗數據記錄下表1中，并觀測在此期間作物的長勢情況。

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

光照度

當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；當光照強度繼續增加時，光合速率保持不變，而當光照時間過長時，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律，破壞植物生長系統。因此在種植不同作物時，要根據對植物光照的要求進行補光。下面通過幾組測定數據來解析該技術的特點。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試驗數據采集，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構設計，因此可在白天進行自然光補光，根據奶油生菜所需光照的特點，設定每天夜間增加補光時長為6 h，白天根據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組數據，為期20天左右，采集后的試驗數據記錄下表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據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。

應用意義

現代化農業的發展，涌現出很多新興農業科技，如自動化栽培技術、自動灌溉技術等。目前比較先進的多層栽培領域的栽培模式都比較單一，且集約化程度較低，應用范圍窄，而該技術裝置的設計理念為集約化、智能化、安全化等綠色生產工藝，全力打造智能化農產品生產裝置，為人們的身體健康提供保障，在調節人們都市繁忙生活壓力的同時，又可以綠化生活環境。該裝置不僅適用于大型現代化農業場、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，是人們生活中優選的種植裝置，為未來農業發展開辟新的道路。