植物工厂营养液膜技术管道水培生菜高效栽培及采后处理技术

High-Efficiency Pipeline Hydroponics Cultivation of Lettuce with Plant Factory Nutrient Film Technology and Post-Harvest Processing Technology

廖晨 Chen LIAO , 彭晓云 Xiaoyun PENG , 谢亮 Liang XIE , 李骁 Xiao LI , 杨德荣 Derong YANG , 周龙 Long ZHOU

1 云南云天化现代农业发展有限公司云南昆明 650600 Yunnan Yuntianhua Modern Agriculture Development Co. Ltd., Kunming, Yunnan 650600, China 2 云南农业大学植物保护学院云南昆明 650201 College of Plant Protection, Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201, China 3 云南云天化股份有限公司云南昆明 650228 Yunnan Yuntianhua Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650228, China 4 云南省化工研究院有限公司云南昆明 650228 Yunnan Chemical Research Institute Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650228, China

Author notes:

Correspondence to: 周龙(1990—)，男，博士，农艺师，研究方向为功能型肥料开发及作物种植全程解决方案研究；287834727@qq.com

摘要：

水培生菜具有周年连续生产、节约土地资源、安全洁净等优势，已成为主流的水培蔬菜品类。简单介绍了植物工厂的优势及营养液膜技术(NFT)管道水培的组成。从生菜的品种选择、育苗、栽培管理、采后处理等方面阐述了植物工厂NFT管道水培生菜的全程高效栽培管理，并提供了水培生菜的采后处理及保鲜技术。

关键词：

生菜; 植物工厂; 营养液膜技术; 管道水培; 高效栽培; 采后处理;

Abstract：

Hydroponic lettuce has the advantages of annual continuous production, saving land resources, safe and clean, etc. and has become the mainstream hydroponic vegetable category. A brief introduction is given of the advantages of the plant factory and the composition of the nutrient film technology (NFT) pipeline hydroponics. From the aspects of lettuce variety selection, seedling raising, cultivation management, post-harvest treatment, etc., the whole process of high-efficiency cultivation and management of lettuce in the plant factory NFT pipeline hydroponic is explained, and the postharvest treatment and fresh-keeping technology of hydroponic lettuce are provided.

Keyword：

lettuce; plant factory; nutrient film technology; pipeline hydroponics; high-efficiency cultivation; postharvest treatment;

生菜(Lactuca sativa var. ramosa Hort.)又名叶用莴苣，属菊科莴苣属，为一年生或二年生草本作物，可生食，原产欧洲地中海沿岸，具有较大的市场需求量，近年来种植规模不断扩大，持续稳中向上发展。生菜适合在土壤栽培、无土栽培(基质栽培、水培)等多种栽培环境下生长，水培生菜具备周年连续生产、节约土地资源、安全洁净的优势，已发展成为主流的水培蔬菜品类。

1 植物工厂

植物工厂是一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效农业系统。植物工厂可分为两种类型，即人工光利用型及太阳光(有补光或无补光)利用型。植物工厂有以下几个优势：①作物生产计划性强；②单位面积产量高；③机械化、自动化程度高；④减少化肥及农药使用量；⑤提高土地利用率；⑥不受土壤条件制约；⑦建设地选择面广^[1]。

2 营养液膜技术(NFT)管道水培系统

NFT属于浅液流栽培范畴，与深液流水培的营养液深度6~8 cm不同，NFT的营养液深度仅为1~2 cm，根系与营养液的接触面更小，大部分的根系裸露在空气中。NFT管道栽培系统主要包括纯水处理系统、NFT管道、营养液循环流动系统、过滤消毒装置、残液回收系统等，见图 1。

图 1

NFT管道栽培系统^[2-3]

2.1 纯水处理系统

生菜水培对水质要求较高，栽培全程使用的水均需是纯水，因此需要先对生产用水进行处理，纯水处理系统包括水泵、砂石过滤器、叠片过滤器、RO反渗透纯水处理设备等。处理流程：原水先经过砂石过滤器去除水中下层沉淀杂质，再通过叠片过滤器去除水中上层悬浮杂质，然后通过RO反渗透纯水处理设备去除水中的细菌、病毒、藻类、重金属、有机物等，最后得到纯水。

2.2 NFT管道

NFT管道为生菜栽培床，主要由栽培管道、定植杯、盖板等3个部分构成，管道孔距为20 cm×20 cm, 定植杯口径通常为5 cm。NFT管道坡度范围设置为2%~3%，方便控制营养液的热量积聚, 避免营养液在管道内积滞^[4]。

2.3 营养液循环流动系统

营养液循环流动系统主要包括营养液池、水泵、管道、流量调节阀以及传感控制系统(定时器、电导率自控系统、pH自控装置、温度调节装置、安全报警装置)等。

2.4 过滤消毒装置

供液水泵、回液水泵处需设置过滤装置，以保障液体洁净，避免管道因杂质堵塞。营养液循环应通过紫外线消毒装置，避免细菌、真菌、病毒等的扩散及传染。

2.5 残液回收系统

残液回收系统主要由废液回收管道及废液回收池两部分组成，收集循环过程中产生的废液。

3 生菜品种的选择

生菜分为结球生菜、皱叶生菜(散叶生菜)、直立生菜等三大类，绝大多数生菜品种均能适应管道水培。综合考虑产量及效益，可以选种罗马直立生菜和意大利抽薹生菜等；考虑具备较好的观赏性，可以选种玻璃生菜、红叶生菜等。

4 育苗

4.1 种子消毒

采用清水漂浮法进行选种，去除漂浮杂物及不饱满种子，留取底部饱满种子。用质量浓度20 g/L NaOH溶液浸泡种子15 min，用纯水清洗5次，每次清洗时间为1 min^[5]。

4.2 催芽

将消毒处理后的种子在纯水中浸泡6~8 h，取出后用干毛巾吸干表面多余水分。将种子平铺于垫有纸的盘子内，放入恒温催芽室，调节温度为25 ℃，湿度控制在85%左右^[6]。一般催芽24~36 h，80%以上种子露白即可取出备用。

4.3 点种

选用50~72孔标准育苗盘(540 mm×280 mm)，装入清水浸湿后的蛭石作为育苗基质^[7]，蛭石要求直径为1~3 mm。压实基质后，将育苗盘放上自动播种机，每孔播入1粒种子。

4.4 幼苗管理

将点种后的育苗盘放进灌1/4倍日本园试均衡配方营养液^[8]8~10 cm的漂浮苗床中进行育苗，育苗时间为10~15 d。

5 生菜栽培管理

5.1 移栽

管道水培需采用四叶一心大苗龄定植移栽^[2]，苗太小会被营养液冲走，无法在定植杯内直立生长。移栽时将裹满蛭石基质的根坨取出，直立放入水培管道的定植杯中，栽培面积为20 cm×20 cm，种植密度为25株/m²^[9]。打开营养液循环系统控制器，让营养液进入水培管道中，营养液深度控制在1~2 cm。

5.2 营养液控制

5.2.1 母液配制

按照水培所需营养液的100倍配制日本园试配方母液A、母液B、母液C、调酸液、调碱液，具体配方见表 1。

表 1

营养液及调配液的配方

营养液	化合物名称	分子式	质量浓度/(g·L^-1)
母液A	四水合硝酸钙	Ca(NO₃)₂·4H₂O	94.5
母液A	硝酸钾	KNO₃	80.9
母液B	磷酸二氢铵	NH₄H₂PO₄	15.3
母液B	七水合硫酸镁	MgSO₄·7H₂O	49.3
母液C	乙二胺四乙酸二钠铁	EDTA-2NaFe	2.04
	硼酸	H₃BO₃	0.286
	四水合硫酸锰	MnSO₄·4H₂O	0.213
	七水合硫酸锌	ZnSO₄·7H₂O	0.023
	五水合硫酸铜	CuSO₄·5H₂O	0.008
	四水合钼酸铵	(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O	0.002
调酸液	磷酸	H₃PO₄	9.8
调碱液	氢氧化钠	NaOH	4

5.2.2 营养液配制

用母液A、母液B、母液C及纯水配制生菜水培营养液前，先将表 1中的调酸液和调碱液用水稀释100倍，然后打开P532型在线pH控制仪，用稀释后的调酸液或调碱液将纯水的pH调至6.5左右，再将上述3种母液用调酸/碱后的纯水进行同等倍数稀释。生菜不同生长时期的营养液浓度：移栽10 d内，调节营养液的可溶性盐浓度(EC)为1.0~1.5 mS/cm；移栽10~20 d，调节营养液的EC到1.5~2.0 mS/cm；移栽20 d后至采收，调节营养液的EC至2.0~2.5 mS/cm，pH控制为6.0~6.5^[10]。

5.2.3 营养液循环

营养液循环流量控制为2~4 L/min较为适宜。由于NFT的营养液深度仅为1~2 cm，相比深液流，优势在于根系接触空气面积较大，不容易出现根系缺氧现象，不足之处在于缓冲性较差，营养液需根据液层高度及电导率情况及时进行循环供应，否则一旦营养液消耗完，水培生菜会在短时间内迅速缺水死亡。通常情况下，NFT水培生菜可采取间歇供液法，夏季白天1 h供液15 min，停供45 min；冬季白天1.5 h供液15 min，停供75 min；无论夏季或冬季，晚上均为2 h供液15 min，停供105 min，这样既能达到补充氧气的作用，又不至于长时间停液造成植株萎蔫死亡^[11]。

5.3 温度控制

大棚及营养液温度调节主要通过遮阳、循环风机、湿帘、喷雾、热泵、热水/风炉(泵)等设备控制。缓苗阶段，应控制白天大棚温度为20~25 ℃，夜间大棚温度为15~20 ℃；缓苗结束，控制白天大棚温度为15~22 ℃，夜间大棚温度为10~ 15 ℃；收获期间为延长供货期，控制白天大棚温度为10~15 ℃，夜间大棚温度为5~10 ℃^[12]。

营养液温度控制为18~25 ℃。已有试验表明，水培生菜的最适宜根区温度，即营养液温度为25 ℃。在此根区温度下，生菜叶的生理生长、光合作用均处于最佳状态^[13]。

5.4 光照控制

植物工厂水培生菜，针对不同的品种，补光灯的光质要求不同，红叶生菜多选用红蓝比为1 ∶2光质的LED补光灯，绿叶生菜多选用红蓝比为2 ∶1光质的LED补光灯。在采收前适当增加光照时长和光照强度，能有效提高生菜产量，增加可溶性糖和维生素C含量，降低硝酸盐含量^[14]。有文献报道^[1]使用红蓝比为4 ∶1光质的LED补光灯，在100 μmol/(m² ·s)光照强度下连续照射48 h，最适于在采收前调控蔬菜品质。

5.5 湿度控制

生菜育苗期间湿度需控制在80%~90%；定植后直至采收，棚内湿度应控制在60%~75%。

6 病虫害防治

植物工厂水培生菜病虫害发生较少。通过大棚通风口安装40目(0.38 mm)防虫网，入口处设置风淋间，人员进入大棚须穿戴防护服及鞋套，悬挂蓝/黄板，安装害虫诱杀器，加强棚内温湿度管理，改善通风条件等物理措施，能有效杜绝大部分病虫害发生^[15]。

6.1 病害及防治

水培生菜生长期主要发生的病害及防治方案：①菌核病，发病初期使用20%丙环唑1 500~2 000倍液，或10%戊菌唑1 000~1 500倍液防治；②软腐病，发病初期使用20%噻唑锌500~800倍液，或47%春雷·王铜可湿性粉剂600~800倍液防治；③霜霉病，发病初期使用72.2%霜霉威盐酸盐600~800倍液，或20%氰霜唑600~800倍液进行防治。

6.2 虫害及防治

水培生菜生长期主要发生的虫害及防治方案：①蚜虫，可使用10%吡虫啉2 000倍液防治；②斑潜蝇，可使用10%精高效氯氟氰菊酯3 000倍液，或1.8%阿维菌素800~1 000倍液防治；③白粉虱，可使用2.5%溴氰菊酯2 000倍液，或10%啶虫脒1 000~1 500倍液防治；④蓟马，可使用60 g/L乙基多杀菌素2 000倍液，或25%噻虫嗪800~1 000倍液防治。

7 采收

采收前应根据不同品种生菜的单株质量对其成熟度进行评估。通常情况下，散叶生菜30%以上达到单株质量0.15~0.35 kg，结球生菜30%达到单株质量0.5~0.6 kg或球径为17~19 cm时，即可采收。采收时剔除植株下部老、黄、烂叶，采收时间选择清晨或傍晚，避免在温度过高的正午采收^[16]。

8 采后处理

8.1 预冷

生菜采收后仍具有生命力，其呼吸作用、蒸腾作用等其他生理代谢活动仍在进行，这样会造成生菜脱水萎蔫、黄化和有害微生物大量繁殖导致的变质。预冷的目的是使生菜采收后遗留的热量得以尽快去除，在短时间内使生菜降温，保持生菜品质，延长其货架期。

生菜适宜的预冷方式：①冷库预冷，设置预冷温度为2~3 ℃，预冷10~20 h，保持预冷冷库湿度为98%~100%。②差压预冷，即通过对两侧带有通风孔的包装箱进行特殊码垛，利用差压风机在包装箱两侧形成压力差，使冷空气从包装箱内部通过，直接与箱内蔬菜进行热交换的一种预冷方式，具有冷却快速、均匀，干耗降低的优势。生菜最适宜的差压预冷温度为2~3 ℃，预冷时间为3~5 h，相对湿度保持在98%~100%。③结球生菜可采取真空预冷，真空预冷是利用蔬菜在低压条件下的水分蒸发，带走遗留热量，以达到迅速降温的目的，具有冷却快速、均匀的优势，不足之处在于会造成生菜水分含量降低。结球生菜最适宜的真空预冷温度为2~3 ℃，预冷时间为20~30 min，相对湿度应保持在100%^[17]。

8.2 储藏

生菜可通过以下几种方式进行储藏保鲜，以延长其保鲜时间。

(1) 包装膜及气调保鲜。采用塑料薄膜、微孔薄膜、纳米复合包装材料、乙烯气体吸附膜或可降解新型生物杀菌材料等对生菜进行包装处理，通过人为调节包装内气体成分及温湿度达到保鲜目的。研究表明，在体积比O₂ ∶CO₂ ∶N₂=0.03 ∶0.10 ∶0.87的气调环境下，生菜能保持较好的品质并延长其货架期^[18]。

(2) 低温保鲜。生菜可在冷库中进行保鲜储藏，在保鲜温度为0~0.4 ℃、相对湿度为90%~95%的条件下可保鲜1个月^[19]。

(3) 光照保鲜。可使用20~30 μmol/(m² ·s)的低强度LED光照，通过促进采后生菜继续进行光合作用，增加可溶性碳水化合物含量，抑制呼吸强度、乙烯释放及微生物生长的原理，有效维持生菜外观品质，抑制采后成熟衰老，延长货架期^[20]。

ckwx 参考文献

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