家庭智慧菜园无土栽培系列产品研发与应用

孙亮 董慧 张蔚 王凌飞 许李杰

（江苏农林职业技术学院，江苏句容212400）

随着科学技术的发展，农业科技水平不断提高，其中小型无土栽培在当前农业生产特别是家庭园艺生产中已成为不可或缺的技术。当前，常见的小型无土栽培系统主要包括箱式深水培、滴灌供液式栽培、营养液膜技术、雾培灯芯式无土栽培和潮汐式栽培5个基本类型［1］。当前市场上的无土栽培设备普遍存在结构复杂、使用不方便等问题，有的自动化程度低、管理不方便。目前，水培设备基本都是使用一组或者多个可移动栽培管槽，但是这种传统的方法多应用在农田中，并且装置结构较大，不适用于家庭或者办公环境等室内场所。面对这种情况，研究人员开发了家庭智慧菜园无土栽培系列产品，并对这些产品进行了试验。试验结果表明，所开发的装置具有清洁、管理方便、造价低廉、蔬菜生长良好等特点，适用于室内栽培蔬菜和花卉。

1 家庭智慧菜园无土栽培系列产品研发意义

1.1 观赏性佳

随着种子资源的丰富，色彩斑斓的蔬菜种类不断涌现，大大增加了蔬菜的观赏性。而且家庭智能菜园系列产品的种植可以提高那些在城市里长期生活的人对农耕园艺的认识，丰富城市人民的业余生活，提升家庭空间观赏的趣味性，美化生活环境，同时具有调节气候空间、增加环境湿度的作用。此外，通过种植蔬菜，可以有效减轻人们的工作压力、愉悦心情等。

1.2 食用安全性高

家庭智能菜园采用先进的无土栽培技术，可以减少农药的使用，并且可以在种植蔬菜过程中使用有机肥或基质代替传统化肥，这样既环境保护又不使室内充满肥料的气味，还可避免农药、化肥对蔬菜造成的污染，保证人们能吃到绿色健康蔬菜，同时能克服长期运输蔬菜的缺陷，保证人们能随时吃到新鲜蔬果，避免蔬果营养成分流失。

1.3 可操作能力强

家庭智能菜园产品通过人工控制蔬菜的生长，能满足人们快速生产蔬菜的需要。而且蔬菜生长所需的水、肥、气、热等环境可通过电子端实现智能控制［2］，甚至外出时可以用手机操控远程控制器进行管理，大大降低这些植物培养维护的时间成本。一些几乎可以自动拆除的新兴植物种植培养系统，不用时可以自动收回，占用极小的种植空间。

2 家庭智慧菜园无土栽培系列产品介绍

家庭智慧菜园无土栽培系列产品的研发和应用，依托江苏农林职业技术学院技术人才的支持，同时采用美国、日本、荷兰和以色列先进无土培育技术，专业研究阳台、屋顶栽培技术，通过人工控制蔬菜生长条件，采用微型计算机或手机APP、营养液输送系统、控制系统、监测系统等完成人工对蔬菜的生长控制，在降低成本的同时提供“量身定做”的服务，能满足人们快速生产蔬菜的需要，又能发挥绿化室内、休闲生活等作用。

2.1 水培设备

水培装置多采用并列的一根或多根可移动的栽培管槽进行培育，是利用生长季节和设施条件大面积生产的栽培装置。水培装置由贮液池、增液泵、栽培槽、营养液循环管道和调控系统组成。其中，营养液循环装置包括贮液箱、进液泵、进液管、回流管。营养液经增液泵由进液管向栽培槽流动，营养液在栽培槽内的深度为5～8 cm，与根系相接触，再沿着栽培槽的回流口通过回流管流回贮液池；进液管一端与进液泵相连，另一端则分为2路，分别与2个栽培槽的进液口相连；栽培槽出液口与回流管相连。调控系统包括时控开关、电源，进液泵与时控开关、电源连接［3］。

例如，管道式蔬菜栽培装置由各种规格的聚氯乙烯管组成，形成一种可供营养液循环的无土栽培系统，聚氯乙烯管上有种植槽，栽培植物时将装有植物的定值网框或海绵块放入定植孔，植物根系浸入营养液中吸收营养，满足植物的水、气、肥需求。管道栽培装置可以做成造型不同的管道，适用于各种叶菜类蔬菜和部分花卉等营养液栽培［4］。采用该设备可以有效避免土传病害的产生，而且管理便利、环境清洁，可用于生产安全、无公害蔬菜。管道式无土栽培装置高1.0～1.5 m、宽0.8～1.2 m，厚度0.3～0.5 m，一套设备的占地面积约0.4 m2。管道式装置有特殊配置的有机营养液，能为蔬菜的生长提供所需的营养物质，并且有自制的营养液循环通道和控制系统，可以对管道内的水位进行不断调整，实现氧气和养分的自动循环。同时，管道式装置非常美观，培育面积可以根据小环境的需求进行调节，底部安装万向轮，移动非常便捷。一般管道式装置能栽植蔬菜约60株。

2.2 立柱式蔬菜栽培装置

立柱式蔬菜栽培，可提高土地利用率3～5倍，提高单位面积产量两三倍，是一种资源节约型、工厂化高效型生产模式。立柱式无土栽培装置采用蛭石和有机营养土为基质进行栽培，该装置的特点是占地面积小，高度1.8 m，立柱直径约0.3 m，一般有6～9层栽培处，并且可以根据室内空间大小和家庭环境需求对高度进行调整。装置每层可以种植8株蔬菜，一套装置可以种植蔬菜约48株。同时，立柱式装置的下方装配了万向轮，可以根据实际情况进行自由移动，同时能通过调整装置的角度，保证所有植物都能接受充足的光照，使得栽培蔬菜可以健康生长。

2.3 悬挂式蔬菜栽培装置

悬挂式蔬菜栽培，是指在阳台顶部或檐口镶嵌套钩，钩上放置细钢管，管上悬挂吊盆或直接将吊盆挂在钩子上，在吊盆中栽培蔬菜的方式。根据实际需求，吊链可采用钢丝、麻绳、尼龙绳或彩色编织材料。悬挂式装置使用水培技术给蔬菜提供营养物质，利用自制的营养液循环通道和控制系统对水位进行自动调节，并且能不间断循环提供有机营养液。该装置可以种植30棵叶类蔬菜，可以充分利用空间，在房间中作为装饰非常美观。

3 家庭智慧菜园系列产品无土栽培技术原理

无土栽培是一种不采用天然土壤而采用含有植物生长发育必需元素的营养液或基质来提供营养，使植物正常完成整个生命周期的栽培技术。家庭智慧菜园系列产品无土栽培的技术原理主要如下。

深液补氧栽培，是指植株根系生长在较为深厚且流动的营养液层的一种水培技术。种植槽中盛放5～10 cm甚至更厚的营养液，将作物根系置于其中，同时采用水泵间歇开启供液使得营养液循环流动，以补充营养液中氧气并使营养液中养分更加均匀。

浅液流栽培，循环供液的液流呈膜状，仅以数毫米厚的浅液流流经栽培槽底部，水培作物的根垫底部接触浅液流吸水吸肥，上部暴露在湿气中吸氧，较好地解决了根系吸水与吸氧的矛盾。营养液通过管道循环供给植株根系营养，在循环过程中保证根系吸氧。

雾培，是一种新型无土栽培技术，是将作物的根系悬挂生长在封闭、不透光的容器（槽、箱或床）内，营养液经由特殊设备形成雾状，间歇性喷到作物根系上，以提供作物水分和养分需要的栽培技术。雾培与水培有明显的差异，作物根系直接暴露在充满雾化营养的空气中，在毫无机械阻力的情况下生长，具有充足的氧气和自由伸展的空间，可有效解决普通水培中供氧、供肥的矛盾，具有养分供应速率快、养分和水分利用率高等特点。

固体基质栽培，是用固体基质（介质）固定植物根系，根系通过基质吸收营养液和氧的一种无土栽培方式。采用滴灌法供给营养液，固体基质采用有机营养土与黄土（1∶1混合），有效固定植物根系和提供足够的养分，水分通过管道供给植物根系，保证植物正常生长。

4 家庭智慧菜园无土栽培系列产品使用方法

4.1 播种与定植

种子净处理完成后，采用基质在育苗畦中进行催根育苗。幼苗长至三叶一心时，使用贮液箱进行静液养苗，为根系生产提供良好的条件。同时，需要根据幼苗的生长情况对营养液的高度进行调整，有效引导根系伸长。根系长达8 cm时，将苗定植在装置栽培管的定植孔上，并利用增液泵定时给栽培管供液。

4.2 消毒与清理

蔬菜采收完成后，必须对栽培时利用的管道进行及时拆除，并对蔬菜的残根及管道中沉淀物进行清理，之后使用0.5%漂白粉或2%～5%的硫酸铜氢钠溶液对所有材料进行一次清洗。

5 家庭智慧菜园无土栽培系列产品的材料

5.1 栽培管

栽培管由建筑材料中的聚苯烯（直径为10.5 cm）圆柱形下水道管材组成，并通过专用弯头将栽培管连接成环状，固定于立体支架上。在管道的水平面上方每隔15 cm打一个直径2.5 cm左右的圆孔，各管之间水平向的管口用专用胶水粘接，垂直向的则不粘，以便于拆除。每根栽培管长度根据需求确定，一般为150～200 cm。

5.2 隔阻板

在每管水平向出液口的连接部分安装一个半圆的隔阻板，用于保持管内稳定的液面。

5.3 定植杯

在定植口上放置定植杯，定值杯为FCH水培系统定植杯，也可将定植海绵块或普通海绵根据苗和栽培口大小剪开使用。

5.4 供液系统

用小型水泵控制供液，用直径20 mm的下水管或者长方形小水箱盛装营养液，利用自然落差使营养液在管内以“S”形路线供液。在营养循环过程中，可以根据苗的大小及需肥情况利用型号为TW-E05时控开关控制营养液日流动次数［5］。

6 家庭智慧菜园无土栽培系列产品发展前景

6.1 家庭菜园，绿色环境丰富

家庭蔬菜栽培设备是近几年我国兴起的一种集观赏、食用和美化于一体的新式绿色产品。早在20世纪30年代，日本、欧美等发达国家和地区开始结合观光农业的研究开发了观赏蔬菜，选育了大量适合盆栽的蔬菜品种，开发了很多与不同室内条件相匹配的栽培容器，以及无土栽培基质和营养液配方。在我国，继前几年城市建立了屋顶农场后，近年来开始在自己面积较小的平台甚至窗户栏杆上种植各式水果，如草莓、番茄等，这样就可以吃到自己种植的新鲜水果、蔬菜，既饱口福，又丰富生活，让家庭菜园在具有实用性的前提下极具观赏性［6］。

6.2 亲子交流，满足心理需求

家长陪孩子管理家庭菜园，通过种植蔬菜、浇水施肥等农田管理工作，打开孩子寻求知识的心扉，培养孩子观察、分析、语言表达、逻辑思考等能力，让孩子健康地学习和成长。

6.3 智慧农业，高效智能管理

许多上班族虽然渴望在家里种植蔬菜，但是缺乏基本的蔬菜种植技术，加之工作繁忙，很多时候对家庭种植的蔬菜疏于打理，出现蔬菜种植一段时间后引病害、虫害严重或者因管理不当而出现大批量死亡现象。通过手机、Ipad、PC端等智能APP控制蔬菜生长环境的无土智能栽培方式更受消费者青睐。

7 结语

家庭种植蔬菜可美化环境、净化空气、颐养心灵、陶冶情操等，并能使远离自然的人重新感受到与自然零距离接触的感觉。但在家庭蔬菜种植过程中存在一些问题，如种植人员缺乏栽培知识，造成蔬菜产品产量和品质均不高；环境和植物的选择均不恰当，导致植物生长情况不佳，甚至由于操作不正当等原因引起人们的过敏症。故种植前需要周密考虑及设计，同时研究并采用清洁、干净、健康、易于管理的家庭智慧菜园，满足城市居民的实际需求。