低成本阳台农业工程技术方案探索

邹明森

（崇仁县农业农村局，江西抚州 344200）

阳台因为空气流动快，蒸发量大和楼面负重值有限，不能用增厚土层的方法来满足作物对水分的需求，因此，如何用简而易行的方法，来建立阳台气候环境条件下的农艺工程技术，来保障作物生长对水份以及根系对土壤通透性的需求，是阳台种植成败与规模化推广的关键。文章主要介绍低成本阳台种植农艺工程技术方案（图1）探索情况。

图1 阳台水稻、水空心菜种植箱与蓄水床结合栽培

试验方法

为了掌握屋阳台作物种植对水分消耗、根系对土层深度的基本要求，就必须对种植场地的蒸发、蒸腾强度等基础性数据进行现场测试。

测试地点

崇仁县郭圩乡园艺场小区8 号院四楼阳台，楼层高度9.5 m，经度116.077807°，纬度27.727549°，海拨79.6 m。

测试安排

利用泡沫箱（外径长宽高分别为44.5、29.5、24 cm，内径长宽高分别为40、25.5、21 cm）装水为观测水源，屋顶凉亭内、凉亭外进行布点观测。

测试方法

水面日蒸发强度，前期采用逐日观测记录方法，作物蒸腾强度采用隔日观测记录方法进行。

结果分析

水面日蒸发强度测试

为避免下雨对数据的影响，水面日蒸发强度观测场地选择在顶楼的凉亭内进行。同时，凉亭外露台也设一组对照，每日记录天气状况、现场温度、水面高度、水温；凉亭外对照箱因下雨原因，水面高度变化不定；也因不专业，手记不全，所以用平均值作为观测依据（表1）。

表1 亭内和亭外水面蒸发强度记录表

据观测，从2021 年4 月30 日（气温31℃/16 ℃，利用隔热的敞口泡沫箱装水）～ 6 月27日（气温34 ℃/26 ℃），前后共历时59 天，泡沫箱水面从90 mm 下降至16 mm，总蒸发高度74 mm，计算出水面日平均蒸发强度约（74/59）≈1.254 mm/ 天。由此可知，覆盖是阳台种植抗高温干旱的有效措施。

作物蒸腾强度测试

为利于估算出阳台种植作物对水分的最大消耗量，2021 年9 月3 日～21 日，阳台箱培中稻（品种‘野香优莉丝’，一箱双蔸，每蔸3 苗），抽穗扬花期，稻株高80 cm，剑叶顶高100 cm、水稻幅宽70 cm，加水记录水稻此期蒸腾强度（表2）。当泡沫箱内加满7.5 kg 水时，2～3 天后箱内贮水室底部无积水，但土壤湿润不干燥（种植泡沫箱外径长宽高分别为44.5、29.5、24 cm，内径长宽高分别为40、25.5、21 cm）。按加水量3.5 kg/ 天、种植箱内表面长宽为40、25.5 cm计算，蒸腾量约3.5 mm/ 天。

表2 水稻蒸腾强度记录表

浇水量测试

为探测出阳台蔬菜种植时浇定根水的用量，试验用废食用油桶进行装土测试，即在土壤呈灰白色干燥状态下，要湿润深度19～20 cm 土层，单位面积浇水量以3 mm 雨量为宜。如果土壤干而未白，单位面积浇水2 mm 雨量，即可湿润19～20 cm 土层。浇水超出土壤饱和含水量后，多浇水分将外流损失（图2）。

图2 土壤浇水量测试

土壤蒸发强度观测

上述废食用油桶装土浇足水后，2022 年5 月2～5 日，在连续天晴的天气条件下，经3 日曝晒，用电子土壤测试仪探测5 cm 深土层湿度，显示为NOR(正常)。探测10 cm 及以下土层，显示为WET(湿) 或WET+（非常湿）。由此可知，水面蒸发强度远大于土壤蒸发强度（图3）。

图3 土壤蒸发强度测试

阳台种植铺土厚度测算

2022 年1 月12 日，通过对高产露地蔬菜-西兰花根系土球测量，土球半径15～20 cm、厚度10～15 cm（图4）。综上所述，阳台种植的土层厚度应在15～20 cm。水分消耗量应在1.25～3.5 mm/ 天。但不超过2 mm 土壤持水量，只能满足作物旺盛生长期半天对水的消耗量。为避免每天1～2 次浇水带来的人力、物力、水资源等浪费，必须用一种新的农艺工程技术，来替代需要天天浇水的盆（栽）、框（栽）工艺。

图4 大田花棷菜根部土球

低成本阳台种植农艺工程设计与 成本分析

低成本阳台种植工程主要由种植箱、塑料膜蓄水床、阳台小菜圃组成，种植箱是阳台种植最基本的农作物种植培育单元。根据栽培品种、阳台场地大小，可选择不同规格的种植箱。它有易搬动、调整快、能充分利用农作物的边际递增效应、土传病害不随雨水流动而横向传播等优点。也有因种植箱个体小，产量低等缺点。

塑料膜蓄水床主要作用是蓄集雨水等水源，方便阳台农作物取水。或直接为水源，通过种植箱给作物供水。缺点是占场地，只能构建于屋顶或空旷场地，蓄水后易滋生蓝藻、蚊虫，要用喜水作物（如水稻、水空心菜等）来净化水质，或遮光覆盖保证水质。

阳台小菜圃是在塑料膜蓄水床的基础上，经“聚酯布+水泥胶浆”护膜硬化后，再铺放营养土而建成。其优点是面积相对较大，能够满足阳台蔬菜根系生长要求，管理方法与露地菜园接近，土壤封闭消毒更简易，稳产性好。缺点是占场地，也只能用于屋顶等空旷场地。

种植箱及成本分析

种植箱由种植室（或称栽培室）、箱内贮水室二部分组成，贮水室依靠着种植箱底面和侧壁设置，形成内贮水式种植箱（图5）。

图5 种植箱剖面及辣椒种植

依据观测数据计算，当种植箱内贮水室底面积占比为1/5 时，贮水室高度每增加1 cm，可存贮作物约1 天的耗水量，当种植箱排水线（注水观察孔）预留高度为5 cm 时，理论上可满足箱植蔬菜旺盛生长期3～5 天蒸腾量的水分消耗。由于没有专业化的内贮水种植箱，实践中采用回收泡沫箱、回收塑料框切割和市场采购进行制作（表3）。

表3 种植箱成本构成表/（元/箱）

组合式塑料膜蓄水床及成本分析

组合式塑料膜蓄水床由垫层、立柱、连接拦杆、塑料膜组成（图6）。据测定，当进行水稻种植时，7.5 kg 水量（相当于所用泡沫种植箱内表面7.5 mm 雨量）在水稻灌浆结实时期，只能维持2 天消耗，因此，用蓄水床+种植箱进行组合，用来保障水稻等耗水量大的作物对水源的需求，在晴、雨相间时期可不浇水或少浇水，在连续多日的晴热天气条件下，可保障7 天左右水源供应。

图6 塑料膜蓄水床支架及蓄水效果

蓄水床构建采用回收食用油桶、牛毛毡、线管、塑料膜等材料制作。现以长、宽、围栏高（3 m×1.5 m×0.15 m）蓄水床为例，其成本构成见表4。

表4 蓄水床（4.5 m2）成本构成表/元

阳台小菜圃建造与成本分析

在蓄水床的基础上，用挡泥板+聚酯布+建筑速溶水泥胶配成水泥浆进行护膜处理，水泥浆硬化后，铺放营养土，建成屋顶小型菜圃。小菜圃能更好地解决作物根系伸展对土壤通透性要求。小菜圃土壤水分管理方法：雨季可放开地位低端的塑料膜排水降渍，干燥天气时，收起塑料膜蓄水保墒，可简而有效地应对雨湿、干旱天气影响（图7）。

图7 阳台小菜圃

因为挡泥板采用了80 cm×13 cm 复合地板条，投放营养土层高度以12 cm 计算营养土体积，其中营养土出厂价25 元/60 L（表5）。

表5 菜圃（4.5 m2）成本构成表/元

配套工程

棚架、防虫防鸟网、双层保温膜、保温被、智能温度控制仪，是屋顶种植作物周年生长的重要保障。相对于地面，屋顶风大、昼夜温差大、种植圃蓄热量小、抗寒能力低。因此，棚架以设计成外、内双层棚为宜。外棚要配备压膜带，防止棚架被风吹倒。家庭小型棚高度应控制在2 m以内。内棚主要作用是冬季保温和增温，用轻型塑料支架即可，高度在1.3～1.6 m。外棚架常年覆盖防虫网，可拒阻虫、鸟为害，直接减少了农药使用次数。当温度回升时，逐步撤除内、外保温膜。反之，逐步加盖外、内保温膜，保温被，挂装智能温控仪。据初步观测，内棚（高1.5 m、面积4.5 m2）上覆盖保温被后，雪天晚上设定温值16～22℃，用50 m 线480 W 智能温控器增温，用时22 min；经约33 min 后再次启动，用电占时比约40%，以冬夜加温时长12 h 计算，单棚耗电量约3 kW.h（含待机耗电）。低温阴雨全天维持增温时，耗电量预计6 kW.h/ 天（图8）。这就为屋顶太阳能应用提供了依据。

图8 双棚保温与温控器增温

应用效果

水稻种植

2021 年8 月，用“种植箱+蓄水床”组合，进行了初次水稻种植试验（品种‘野香优’）。每个“内贮水式种植箱”（长×宽×高=45 cm×29.5 cm×24 cm），种植2 蔸，每蔸3 苗，取得了平均蔸稻湿谷148 g，干谷120 g（240 g/ 种植箱）的高产。

2022 年3 月15 日、4 月15 日，在同一个“箱+床”4.5 m2组合区，设计了6 个水稻种植组合的、二个不同直播期对照测试。2021 年度中稻移栽与今春早稻直播种植试验管理过程证明，简易的屋顶“箱+床”结合农艺工程技术，在水稻种植试验中，对照组合设置与调配、全生育期观察记录、水肥精量管控、病虫草害防控、单株产量、场地利用率、降低劳动强度等方面，都显著优于大田种植（图9）。

图9 中稻种植（2021 年度）与早稻种植(2022 年度)

蔬菜种植

2022 年4 月26 日～5 月15 日，用屋顶小菜圃与露地水空心菜压条种植进行比对，相同管理条件下，露地种植虽经再次补苗，小菜圃水空心菜生长情况仍明显好于露地种植（图10）。

图10 （同日栽植）露地、阳台水空心菜长势

温度调节效应

据2021 年9 月11 日记录，裸露楼面土表温度40℃时，稻株下水床水温31℃。12 月26 日，小雪，地表温度-1℃，种植棚智能控温范围设定为16～22℃。能让顶楼居室，达到冬暖夏凉的效果（图11）。

图11 （阳台同时刻）种植区与非种植区温差

开拓新的就业渠道，增加新的就业岗位

屋顶种植工程技术，可在种植技术服务、品种繁育、栽培基质加工、废弃物回收利用、劳动服务、工矿废弃场地重新利用等领域发挥作用，也可融合太阳能+屋顶雨水收集存蓄+机械化保温装备开发+智能化水、肥、光、温控制等新兴领域。而内贮水的种植箱，将其小型化、个性化或可降解化设计制造，应用于阳台、吧台、书室或名贵中草药品种育苗、林下带箱移栽，将带动更广泛的创业就业，促进多行业实体经济的深入融合和发展（图12）。

图12 露台营养土吊装与露台种植箱蔬菜种植

展望

据第三次全国国土调查主要数据（2021 年8 月25 日）公报，城镇村及工矿用地3530.64万hm2。假设全国有10% 的阳台或废弃工矿场地进行农作物种植，则可新增人工调控下的设施农用地5200 余万亩（3468400 hm2），也能将阳台打造成一个个风格各异的“生态乐园”，将阳台、居室装点出自己理想中的风景。让老年人有发挥余热的场所；让少年儿童有自己的“农艺小天地”；让中、青年有创业、就业的新门路；让人们足不出楼就能体验到四季如春的农艺美景；让城市的空气更清新、天空更蔚蓝。诚如此，不仅能撬动民间的投资热情，也能为节能减排、为碳中和目标的实现，开拓新的途径。