立柱和柱式无土栽培系统及其在生菜栽培上的应用

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系统的结构

1.1 组装立柱的盆钵（图1）

盆钵是由高硬度、抗老化、无毒性的ABS 工程塑料铸塑而成。盆钵的h 和d 均为15 cm；周壁向外有5 条半圆形凸起是栽培位置, 鸟瞰形如梅花. 5 条凸起外壁中部各有1 只耳环, 用于固扎高杆植物。盆钵上沿有5 只凹扣，下沿有5 只凸扣, 凸凹扣相连组成盆钵立柱。另外, 盆钵中央有一中轴管道, 立柱的中轴通过管道串联诸多盆钵, 再加上凸凹扣的作用使柱上盆钵构成一稳固的柱体。

组成立柱的盆钵有4 种系列产品, 其中3 种的外形相同( 图1) , 但盆腔内结构不同。本文介绍的是水培型盆钵, 其底部为封闭式( 图2) , 盆腔内有一高度低于盆沿2cm 的溢水管穿过底部, 使柱上所有盆钵水路相通, 当水面高出溢水管时, 水即流入下一只盆内, 所以由这种盆组成的立柱是流动的水柱。

1.2 淋滴装置（图3a，b）

该装置是d10 cm 的上下两部分经螺纹旋合而成，上半部( 图3a) 的外表面垂直对称位置分别是水管接头和定位孔。从装置的纵切面( 图3b) 可见上半部的内面中央有一圆形漏水孔( 图3b)。装置的下半部( 图3b) 的内面中央有一短轴( 塞子)，当装置的两部分旋紧时, 短轴插入上半部的漏水孔中, 无水流出, 旋松时，水的流出量随旋松程度而变化, 所以短轴可调节供水量. 进入装置内的水经下半部内面4 只对称滴水孔( 图3b) 流入立柱上端的盆钵内。4 只滴水孔出水量之和大于漏水孔的进水量, 所以螺纹处不会有水溢出。装置的下半部的外表面中央有段套管( 图3b)，可套在柱中轴的上端。

1.3 立柱的底座（图4）

这是一只黑色圆形ABS 塑料平台, h 2 cm, d 15cm, 平台的中央有一圆形封底的凹陷, 深约2 cm, 凹陷的d 同于盆钵中轴管道的d。

1.4 立柱的组装（图4）

柱中轴先串联12 只盆钵再插入底座中央凹陷, 上端套盖淋滴装置, 连接凸凹扣使12 只盆钵成一体, 全柱h200 cm. 柱上相邻盆钵的栽培孔错位排列互不遮挡, 柱上所有盆钵可同时环绕中轴转动, 有利植物采光。

1.5 柱式无土栽培系统的建立

在地面无土栽培槽的上面, 安装立柱设施, 两者通过循环灌溉系统组合为一, 这就是立柱式（柱式）无土栽培系统（图5a）。

室内地面共有9 条水槽, 每槽宽1. 00 m, 其中6 条各长28 m, 其余3 条除去水池占用面积, 各长24. 5 m, 槽间距是0. 8 m, 两栋的槽间距是1. 4m, 槽距四周玻璃门窗都是0. 6 m, 所以地面水槽总面积是A = 241. 5 m2.柱子立在地面水槽上( 图5a) , 每条水槽设两行立柱, 柱间距为0. 8 m x 0. 8 m, 共安装立柱636 根。

柱式无土栽培系统的总面积是地面栽培面积的3. 2 倍.各行立柱需分别用铅丝串联于温室两端墙壁才能站稳, 然后将定位钩分别插入淋滴装置的定位孔( 图3a, 图4) 中, 使立柱并联, 但为其稳定, 最好在每排立柱的3 或4 段处分别用铅丝将各排再并联一次, 并分别与温室另两边墙壁连接. 这样经过纵横串联和并联的立柱设施就与温室结合为一体。

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肥水供给及种植管理

2.1 肥料

硝酸盐KNO3

Ca( NO3 ) 2•4H2O2用量的1/ 2,

磷酸盐( NH4H2PO4)

镁盐( MgSO4•7H2O) 用量的1/ 4 作为大量元素,

改用Fe-EDTA ( w ( Fe) = 2 mgkg- 1) ,

其它各种必要元素均取其用量的1/ 2. pH 5. 5~6. 5, EC 1. 0 左右。

2.2 供水（营养液）系统（图6）

水由蓄水池泵出, 经过滤器和管道, 流至地面水槽的一端, 然后按水槽数量分几路垂直上升至立柱高度, 再各分两路流经串联于淋滴装置的输水管( 图3a, 图4) , 经淋滴装置浇灌各行立柱。

2.3 种植和管理

柱式栽培的第一年取1/ 3 玻璃温室即一栋做柱式栽培, 其余二栋仍为地面栽培( 图5b) 。两栽培区用同一池营养液灌溉, 每小时循环15 min 休息45 min, 每天下午6: 00 至次日7: 00 停灌。

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系统运行管理

3.1 根系环境

观察盆钵中小栽培钵、植株和水面三者之间的相对位置( 图7) , 可以看出, 小栽培钵斜向插入盆钵的栽培孔中, 其底面的小部分触及水面和水面形成角度。包裹小苗的岩棉吸水而上供给水分和营养, 小苗的部分新根沿岩棉进入水中, 有的根穿过岩棉进入水气饱和的空气层再进入水中, 所以小苗能得到充分的空气、营养和水分。

再加上不断循环灌溉的水带给的新鲜营养和空气, 使根系始终生长于良好的环境中。立柱设施也给柱间地面植物提供了优良的根系环境, 在一只地面水槽中有两排共有52~ 70 根立柱, 每当水循环时所有立柱同时注水入槽, 带给地面生菜比无柱区的对照植株更充分的空气和营养。

3.2 光照（E / E m- 2 s- 1）条件

分析两处理( 图5b) 的光照( E / E m- 2 s- 1) 条件( 表1) , 在柱式栽培区, 定植前( 1996-01-30) 柱间30 cm 和100cm 两种高度有基本相同的光照量, 与CK 相比, ( 无柱区)都没有明显减少, 另外两区内白色膨体塑料地面反射的光都有E= 240 LE m- 2 s- 1左右, 说明所设立柱密度( 80 cmx 80 cm) 对光照的影响不明显.在生菜生长的中后期( 图5c, 3 月6 日) 。

再分别检测原测定点的光照, 柱高30 cm 和100 cm 高处分别有E = 680LE m- 2s- 1和E= 860 LE m- 2s- 1, 虽较CK 的E= 1 060 LEm- 2 s- 1明显减少, 但仍高于生菜光合作用饱和点E= 500LE m- 2 s- 1 。此外, 近柱旁有E = 280 LE m- 2 s- 1的光照,比原来减少不多, 各测定点反射的光有E= 200 LE m- 2 s- 1也接近原测定结果, 所以立柱区内总的光照情况能满足生菜光合需要量(表1) 。

于生长后期( 图5b, 表2) 考察3 叶期和5 叶期时候定植的生菜, 在柱间地面的单株鲜重反而比CK ( 无柱区) 高37% ~ 48 % ( 表2) , 证明无柱区过强的光照量( 表1) 已对生菜生长产生不利影响, 而立柱区内的光照量能维持生菜光合需要. 此外已如前述, 由于槽中增加的水流量带来的溶氧量和新鲜养分的增加都优于CK ( 无柱区) , 有利柱间地面生菜生长。

但是立柱上的生菜单株鲜重比柱间地面低1. 1 倍, 又比无柱区的CK 低31%。从光照( 表1) 和上述分析可知, 这一结果主要不是发生在3 月6 日即生长中后期( 图5c)之前,而是发生在以后至采收时, 此期间气温渐高, 生长渐快, 植株茂盛拥挤(图5b) , 使柱上植株失去了生长空间, 地面封行,失去了反射的光, 因而影响了柱上生菜的生长. 但是如果改进收获方法(见后) , 可以改善柱上的生长条件。

3.3 温度（H/ e）和湿度（RH / %）

柱间气温同于温室内的气温, 2 月两处理的最高气温是21 ℃ , 最低是2. 8℃ , 3 月的最高气温在CK 区是21℃ , 立柱区是20℃ , 两区的最低温度都是3. 3℃ , 而2 月柱上盆钵中的水温比CK 区浮板下的水温高2 ℃, 是12℃ , 此期间观察到立柱上生菜苗生长快于CK 区, 可能是在光照下塑料盆钵内水温易升高引起的效应。在日间门窗敞开情况下, 立柱区的湿度( RH) 为57%~ 71% , 属正常。

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系统经济效益评价

4.1 产品

以实验基地为例考察一茬生菜总产量, 立柱区实收总产量893 kg, 平均为5. 58 kg / m2, CK 区实收271 kg, 平均为1. 50 kg / m2, 前者是后者的3. 7 倍( 表3)。

夏季柱中水温同于气温, 根系生长差, 抽苔快, 菜的质量不高, 如同温室中的其它种植方式在夏季不能种植一样, 夏季也不适合立柱种植。但如果改用地下水降低根际温度, 或者天气转暖时改种果菜类, 如葫芦科夜开花, 丝瓜等每盆1 棵, 每根立柱种3 棵, 多次循环灌溉, 不仅能取得好结果还可过夏栽培.水耕法种菜的品质是人们关心的问题。

有人说此类蔬菜中的NO-3 含量高有害健康。在NO-3 -N( 水培必用的成分) 营养液栽培的绿叶菜中, 能诱导形成硝酸还原酶( NR)和亚硝酸还原酶( NiR) , 两种酶负责转化NO-3 至NH+2 , 所以通常在良好的光照条件下, 叶细胞内不会积累NO-3 , 但在连续阴雨条件下, 由于酶活性低, 特别在老化的叶片中将积累较多的NO-3 。为了减少蔬菜中的NO-3 积累, 在收获上市前的1 wk 减少营养液中NO-3的用量, 将有利提高蔬菜品质。

4.2 产值

仅以生菜为例, 按表3, 666. 7 m2一次产量达3 000kg 鲜菜, 全年平均售价2. 00 元/ kg, 共有6 000元。在上海自然条件下, 一年( 冬、春、秋) 可种植5 次, 共产生菜15 000 kg , 价值30 000 元。扣除柱式设施折旧费5 000元, 营养液费2 000 元, 一人的人工费10 000元, 约可有17 000 元的净创收, 如果加上7、8、9月夏季果菜收入, 全年约可收入20 000 元。

追求更为新颖的优质优价销售方式, 在上海实践两次, 在一家火锅城安装8 层水培型立柱共10 根, 再从园艺场生产基地的水培柱上带根取可上市的生菜400 株并插入火锅城的立柱上, 每根柱可种生菜40 株, 放在餐桌旁, 当天销售。客人从柱子上采下正在生长的干净生菜, 交服务员洗好送回。

这种销售方式做到了双盈, 园艺场以0. 5 元/ 棵售出, 火锅城以2. 00 元/ 棵售出, 仍几近火爆。情况说明以立柱形式向宾馆、家庭销售蔬菜是有无限潜力的经营方式. 以0. 5 元/ 棵生菜售出, 仅立柱上就有38 160株, 则一次的产值应有19 080 元, 全年5 次共95 400元( 这只是本工作栽培面积540 m2上的立柱产出的产值)。但这一经营方式没有延续, 主要原因是没有专用的运输车和品种单调, 跟不上顾客需要。

中国科学院上海植物生理研究所

作者：李止正，龚颂福