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两种阳台蔬菜水培装置的开发与应用
颜志明，史红林，蔡善亚，王全智，韩艳丽，宋强强（江苏农林职业技术学院/江苏现代园艺工程技术中心，江苏句容212400
随着科技的发展、农业技术水平的提高和城市种植绿地的不断减少，小型化无土栽培已经成为农业特别是家庭园艺发展的必然趋势。小型无土栽培装置主要用于室内园艺，其栽培系统及相关的配套技术正逐步发展为一个新兴的产业。目前，小型无土栽培系统主要包括灯芯式无土栽培、箱式深水培、潮汐式栽培、滴灌供液式栽培、营养液膜技术和雾培6个基本类型。目前市场上使用的取土栽培装置有的结构复杂，使用不便，如小型复合基质插管式泡沫塑料立柱栽培装置；有的自动化程度低，管理不便，如箱式水培装置。目前，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，此传统方式多用于大面积农田，并且装置结构庞大，不适合家庭、办公小环境等地使用，由于家庭栽培量小，不能有效的节约空间，观赏性、实用性不强。结合教学与科研，笔者研制了两套小型的管道水培装置并测试了其栽培效果。试验证明两款装置美观洁净、管理便捷，并且造价低廉、蔬菜生长良好，兼具观赏性及实用性，适宜在室内园艺领域栽培蔬菜、花卉之用。
1 材料与方法
管道立体栽培装置栽培方法选用的是为深液流法，深液流栽培的优点是液层深、更好的解决根系的水气矛盾、增加营养液中的溶存氧含量、种植品种多并且养分利用率高。水培装置包括营养液循环装置、栽培槽、控制装置；它由贮液池、增液泵、栽培槽、营养液循环管道和调控系统组成；营养液循环装置包括贮液箱、进液泵、进液管、回流管；营养液通过增液泵从进液管流向栽培槽（床），营养液在栽培槽内的深度为5～8 cm，与根系接触，然后沿着栽培槽的回流口通过回流管流回贮液池；进液管一端连接进液泵，另一端分支成两路分别与两个栽培槽的进液口连接；栽培槽的出液口连接有回流管；控制装置包括时控开关、电源，进液泵与时控开关、电源连接；立体管道栽培装置由不同规格的PVC 管组合成一个可供营养液循环的无土栽培系统，PVC 管上设置有种植槽，进行植物栽培时将装有植物的定值网框或海绵块放入定植孔，植物的部分根系浸入营养液吸收营养，整个系统满足了植物对水、气、肥的需求。装置的优点是能够实现自动化浇灌，培育面积适应小环境的需求，能随时随地的移动装置以满足不同环境的需求。栽培过程中根际的缓冲作用大，根际环境受外界环境的影响小，稳定性好，有利于作物的生长和管理；管道栽培装置可以做成不同的管道造型，适用于大多叶菜类蔬菜和部分花卉等的营养液培[4]。采用了这种管道式立体水培装置，一点土都不用，完全靠营养液，避免了土传病害的产生，而且管理方便、环境洁净、病虫害易控制，可供家庭安全无公害的蔬菜之用。
1.1 栽培管
栽培管由建筑材料中的PVC （直径为110 mm、200 mm）圆形排水管管材组成,以专用弯头将栽培管连接, 固定在立体支架上。在管道水平面上方每隔15 cm 打一圆孔,圆孔直径为2.5 cm 左右,各管之间水平向的管口用HF-8039 软PVC 专用胶水粘接, 以便于拆卸。每根栽培管长根据需要而定，一般长度约为150～200 cm。
1.2 隔阻板
在每管水平向出液口连接处安装一半圆形隔阻板,用于阻止部分营养液,可使管内始终保持5cm 高度的液面。
1.3 定植杯
在定值口上放置定值杯，定值杯为FCH 水培系统定植杯。也可用定植海绵块或普通海绵根据苗和栽培口大小剪开使用。
1.4 供液系统
用小型水泵控制供液,用直径20 mm 的下水管或者是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”型路线供液，在营养循环过程中可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。
2 装置的设计及制作
试验的目的是提供几种水培植物装置，该装置能够实现自动化浇灌，且培育面积适应小环境的需求，能随时随地的移动装置以满足不同环境的需求。
2.1 “Λ”字型装置的材料及主要结构
2.1.1 立体支架
由不锈钢钢管连接而成的纵剖面呈“Λ”型结构，用于支撑和固定栽培管,并使栽培管排列成立体梯形。该架长1.5 m，高1.5 m，跨度0.85 m，每个栽培管上10 个栽培孔，共80 个栽培孔。
由不锈钢钢管连接而成的纵剖面呈“Λ”型结构，用于支撑和固定栽培管,并使栽培管排列成立体梯形。该架长1.5 m，高1.5 m，跨度0.85 m，每个栽培管上10 个栽培孔，共80 个栽培孔。
2.1.2 装置的技术方案
“Λ”字型水培装置包括支架、营养液循环装置、栽培槽、控制装置；营养液循环装置与栽培槽相连接，栽培槽设置在支架上，控制装置控制营养液循环装置；支架为三角形结构，在其两竖直侧面上对称设有数个支撑块，两竖直侧面上各设有一个栽培槽，栽培槽由数个首尾相接的U 形管组成，数个U 形管的上圆弧面设有数个栽培口，栽培槽通过支架上的支撑块水平放置在支架上，栽培槽的上、下两端口分别为进液口和出液口；营养液循环装置包括贮液箱、进液泵、进液管、回流管，贮液箱放置在支架的底面上，进液泵放置在贮液箱内，进液管一端连接进液泵，另一端分支成两路分别与两个栽培槽的进液口连接；栽培槽的出液口连接有回流管；控制装置包括时控开关、电源，进液泵与时控开关、电源连接。装置支架底部设有四个滑轮。三角形支架的两侧面各设有一个栽培槽，大大提高培育植物面积，将平面培育方式转变为立体培育方式，由单面生产转变为双面生产，有效地利用空间，且三角形结构稳定可靠，确保装置的安全；营养液循环装置将营养液不断地提供给栽培口内的植物，并通过时控开关按照植物的生长规律来控制进液泵的运行，节省时间及劳动力，更有利于植物的生长；通过设置在支架底部的滑轮来实现整个装置的自由移动，使用方便。在栽培中，营养液是在相对封闭的三维环形管形成。在培养管的底部，留一个出液口作为液体回流口，用贮液箱收集回流营养液，微型潜水泵置于贮液箱中，泵管连接进液管使用定时控制。也可以直接连接到电源，直接人工控制。
“Λ”字型水培装置包括支架、营养液循环装置、栽培槽、控制装置；营养液循环装置与栽培槽相连接，栽培槽设置在支架上，控制装置控制营养液循环装置；支架为三角形结构，在其两竖直侧面上对称设有数个支撑块，两竖直侧面上各设有一个栽培槽，栽培槽由数个首尾相接的U 形管组成，数个U 形管的上圆弧面设有数个栽培口，栽培槽通过支架上的支撑块水平放置在支架上，栽培槽的上、下两端口分别为进液口和出液口；营养液循环装置包括贮液箱、进液泵、进液管、回流管，贮液箱放置在支架的底面上，进液泵放置在贮液箱内，进液管一端连接进液泵，另一端分支成两路分别与两个栽培槽的进液口连接；栽培槽的出液口连接有回流管；控制装置包括时控开关、电源，进液泵与时控开关、电源连接。装置支架底部设有四个滑轮。三角形支架的两侧面各设有一个栽培槽，大大提高培育植物面积，将平面培育方式转变为立体培育方式，由单面生产转变为双面生产，有效地利用空间，且三角形结构稳定可靠，确保装置的安全；营养液循环装置将营养液不断地提供给栽培口内的植物，并通过时控开关按照植物的生长规律来控制进液泵的运行，节省时间及劳动力，更有利于植物的生长；通过设置在支架底部的滑轮来实现整个装置的自由移动，使用方便。在栽培中，营养液是在相对封闭的三维环形管形成。在培养管的底部，留一个出液口作为液体回流口，用贮液箱收集回流营养液，微型潜水泵置于贮液箱中，泵管连接进液管使用定时控制。也可以直接连接到电源，直接人工控制。
2.1.3 装置的工作技术流程
装置包括支架8、营养液循环装置10、栽培槽6、控制装置11；营养液循环装置10 与栽培槽6 相连接，栽培槽6 设置在支架8 上，控制装置11 控制营养液循环装置10。图2 所示，支架8 为三角形结构，在其两竖直侧面上对称设有数个支撑块8-1，两竖直侧面上各设有一个栽培槽6，其底部设有数个滑轮9，通过设置在支架8 两侧面的栽培槽6 可以大大提高培育面积，增加空间利用面积，通过底部的滑轮9 可以自由移动装置。图1 所示，栽培槽6由数个首尾相接的U 形管组成，数个U 形管的上圆弧面设有数个栽培口6-1，栽培口6-1 用于培育植物，栽培槽6 通过支架8 上的支撑块8-1 挂在支架8 上，栽培槽6 的上、下两端口分别为进液口6-2 和出液口6-3；营养液循环装置10 包括贮液箱3、进液泵4、进液管5、回流管7，贮液箱3 放置在支架8 的底面上，进液泵4 放置在贮液箱3 内，进液管5 一端连接进液泵4，另一端分支成两路分别与两个栽培槽6 的进液口6-2 连接，栽培槽6 的出液口6-3 连接有回流管7；控制装置11 包括时控开关2、电源1，进液泵4 与时控开关2、电源1 连接。打开时控开关2，进液泵4 启动，将贮液箱3 内的营养液抽入进液管5，进液管5 将营养液分流分别流入支架8 两侧的栽培槽6 内，并通过栽培槽6 的出液口6-3 经回流管7 回流至贮液箱3
装置包括支架8、营养液循环装置10、栽培槽6、控制装置11；营养液循环装置10 与栽培槽6 相连接，栽培槽6 设置在支架8 上，控制装置11 控制营养液循环装置10。图2 所示，支架8 为三角形结构，在其两竖直侧面上对称设有数个支撑块8-1，两竖直侧面上各设有一个栽培槽6，其底部设有数个滑轮9，通过设置在支架8 两侧面的栽培槽6 可以大大提高培育面积，增加空间利用面积，通过底部的滑轮9 可以自由移动装置。图1 所示，栽培槽6由数个首尾相接的U 形管组成，数个U 形管的上圆弧面设有数个栽培口6-1，栽培口6-1 用于培育植物，栽培槽6 通过支架8 上的支撑块8-1 挂在支架8 上，栽培槽6 的上、下两端口分别为进液口6-2 和出液口6-3；营养液循环装置10 包括贮液箱3、进液泵4、进液管5、回流管7，贮液箱3 放置在支架8 的底面上，进液泵4 放置在贮液箱3 内，进液管5 一端连接进液泵4，另一端分支成两路分别与两个栽培槽6 的进液口6-2 连接，栽培槽6 的出液口6-3 连接有回流管7；控制装置11 包括时控开关2、电源1，进液泵4 与时控开关2、电源1 连接。打开时控开关2，进液泵4 启动，将贮液箱3 内的营养液抽入进液管5，进液管5 将营养液分流分别流入支架8 两侧的栽培槽6 内，并通过栽培槽6 的出液口6-3 经回流管7 回流至贮液箱3
内，以此实现营养液的循环。
2.2 屋脊型装置的材料及主要结构
2.2 屋脊型装置的材料及主要结构
2.2.1 立体支架支架为正方形结构，在四个侧面上对称设有设有8 个栽培槽，共192 个栽培孔。栽培槽由数个首尾相接的三通组成，数个直形管设有数个栽培口，栽培槽的上端口为进液口最下端留一个出液口。
2.2.2 装置的技术方案包括营养液循环装置、栽培槽、控制装置；营养液循环装置与栽培槽相连接，栽培槽相互连接，构成一个整体房屋型结构，控制装置控制营养液循环装置；支架为正方形结构，支架管既是支撑管又是营养液流动管，在四个侧面上对称设有设有数个栽培槽，栽培槽由数个首尾相接的三通组成，数个直形管设有数个栽培口，栽培槽的上端口为进液口最下端留一个出液口；营养液循环装置包括贮液箱、进液泵、进液管、回流管，贮液箱放置在支架的底面上，进液泵放置在贮液箱内，进液管一端连接进液泵，另一端分支成两路分别与两个栽培槽的进液口连接；栽培槽的出液口连接有回流管；控制装置包括时控开关、电源，进液泵与时控开关、电源连接。装置通过四面种植的方式进行种植，大大提高培育植物面积，将平面培育方式转变为立体培育方式，由单面生产转变为四面生产，有效地利用空间，且屋形结构稳定可靠，确保装置的安全；营养液循环装置将营养液不断地提供给栽培口内的植物，并通过时控开关按照植物的生长规律来控制进液泵的运行，节省时间及劳动力，更有利于植物的生长；通过设置在支架底部的可刹滑轮来实现整个装置的自由移动，使用方便。
2.2.3 装置的工作流程装置包括支架4、营养液循环装置1、栽培槽2、控制装置3；营养液循环装置1与栽培槽2 相连接，栽培槽2 设置在支架4 上，控制装置3 控制营养液循环装置1。图3、图4、图5 所示，栽培槽2 包括数个方形栽培槽20、人字形栽培槽21、堵头22、连接管23，方形栽培槽20 为四方结构，四根管道首尾相连，本试验为5 个方形栽培槽20 层组合而成，从上至下四个角有四根连接管23 相连，在最底层的方形栽培槽20 设有一个出液口201；人字形栽培槽21 包括两个人字形营养液管211、数个栽培横管212，两个人字形营养液管211 的两端口分别连接在最顶层方形栽培槽20 的四个角，3 个栽培横管212水平方向链接两个人字形营养液管211，人字形营养液管211 的顶端设有一进液口213；方形连接槽20 级栽培横管212 设有数个栽培口24；在链接方形栽培管20 是连接管23 的内部每层对角位置设置两个堵头22，且相邻两层堵头22 的位置交替设置；在每层两个人字形营养液管211 与栽培横管212 的交接处的对角位置设置两个堵头22，且相邻两层堵头22 的位置交替设置；营养液循环装置1 包括贮液箱10、进液泵11、进液管12，贮液箱10 放置在支架4 上；进液泵11 放置在贮液箱10 内；进液管12 一端连接进液泵11，另一端伸进人字形栽培槽21 的进液口213 并分成两路分别有人字形营养液管211、栽培横管212链接；最底层的方形栽培槽20 的出液口201 对着职业想10；方形栽培槽20 的出牙口201 与贮液箱10的叶面之间设有间隙；控制装置3 包括时控开关30、电源31，进液泵11 与时控开关30、电源31 连接，支架4 的底部设有数个可刹滑轮40。打开时控开关30，进液泵11 启动，将贮液箱10 内的营养液抽入进液管12，进液管12 将营养液分流分别流入人字形栽培槽21、方形栽培槽20 内、并通过最底层的方形栽培槽20 的出液口201 回流至贮液箱10 内，以此实现营养液的循环。
2.2.3 装置的工作流程装置包括支架4、营养液循环装置1、栽培槽2、控制装置3；营养液循环装置1与栽培槽2 相连接，栽培槽2 设置在支架4 上，控制装置3 控制营养液循环装置1。图3、图4、图5 所示，栽培槽2 包括数个方形栽培槽20、人字形栽培槽21、堵头22、连接管23，方形栽培槽20 为四方结构，四根管道首尾相连，本试验为5 个方形栽培槽20 层组合而成，从上至下四个角有四根连接管23 相连，在最底层的方形栽培槽20 设有一个出液口201；人字形栽培槽21 包括两个人字形营养液管211、数个栽培横管212，两个人字形营养液管211 的两端口分别连接在最顶层方形栽培槽20 的四个角，3 个栽培横管212水平方向链接两个人字形营养液管211，人字形营养液管211 的顶端设有一进液口213；方形连接槽20 级栽培横管212 设有数个栽培口24；在链接方形栽培管20 是连接管23 的内部每层对角位置设置两个堵头22，且相邻两层堵头22 的位置交替设置；在每层两个人字形营养液管211 与栽培横管212 的交接处的对角位置设置两个堵头22，且相邻两层堵头22 的位置交替设置；营养液循环装置1 包括贮液箱10、进液泵11、进液管12，贮液箱10 放置在支架4 上；进液泵11 放置在贮液箱10 内；进液管12 一端连接进液泵11，另一端伸进人字形栽培槽21 的进液口213 并分成两路分别有人字形营养液管211、栽培横管212链接；最底层的方形栽培槽20 的出液口201 对着职业想10；方形栽培槽20 的出牙口201 与贮液箱10的叶面之间设有间隙；控制装置3 包括时控开关30、电源31，进液泵11 与时控开关30、电源31 连接，支架4 的底部设有数个可刹滑轮40。打开时控开关30，进液泵11 启动，将贮液箱10 内的营养液抽入进液管12，进液管12 将营养液分流分别流入人字形栽培槽21、方形栽培槽20 内、并通过最底层的方形栽培槽20 的出液口201 回流至贮液箱10 内，以此实现营养液的循环。
3 使用方法
3.1 播种与定植
种子净处理后在育苗畦中用基质进行崔根育苗,待幼苗长至三叶一心时用贮液箱进行静液养苗，以促进根系的生长，随着幼苗的生长不断调节营养液面的高度，诱使根系不断伸长。当根系长达8 cm 左右时,再把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。
3.2 栽培管理
3.2.1 营养液管理定植后连续8～10 d 供液,增进溶解氧的量,促进新根发生,以后营养液每隔25 min 循环4 min。在栽培过程中每隔5 d 测1 次溶液的pH 值以及EC。循环式营养液栽培中往往使用电导率（EC）变化来调节和控制总离子浓度[8]。但是在生产中常因钙、镁等，特别是钠积累过多，导致植株生育不良。因此EC 值变化不能反映营养液中单一元素浓度及各组分比例等变化，造成营养过剩或缺乏[9]。3.2.2 消毒与清理当一茬蔬菜采收后,及时拆下栽培管道, 对植株残根及沉淀物进行清理, 清理后用0.5%的漂白粉或者2%～5%硫酸铜溶液浸泡刷洗进行消毒。
4 两种水培装置应用试验效果
4.1 应用范围
主要适用于家庭阳台、庭院及高海拔地区或土质很差和栽培蔬菜困难的地区。可种植叶类蔬菜、草莓、其它矮生蔬菜和部分花卉。
4.2 试种蔬菜效果
装置设计、组装完成后,主要进行了紫叶生菜、苦菊、四季快菜的栽培试验，试验效果如下：
5 设备造价
设备含管材、立体支架等材料及制作费，合计每套260 元左右,因制作数量所限,成本过于偏高。
6 设备使用效果评价
栽培管选用具质轻、耐酸、耐火、隔热性好、结构稳定、寿命长等优点的材料制成,使整个装置具有结构简单，操作与维护方便,可拆卸,便于运输和保管,适应性广、寿命长,可在不适宜蔬菜栽培的地方如庭院、阳台、楼顶及高海拔地区进行叶类蔬菜的栽培。本系统将平面栽培改变为立体栽培,可充分利用空间,单位面积产量明显提高。通过试验屋脊型装置栽培量相对较大，适合4㎡以上阳台栽培；“Λ”字型装置栽培适中，适合各种大小阳台栽培，能够达到一家日常蔬菜所需。
