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綠葉蔬菜軌道式高效栽培效益

來源:職稱閣分類:農業論文 時間:2019-09-10 10:58熱度:

  日光型植物工廠綠葉蔬菜軌道式栽培技術基于淺液流(NFT)灌溉模式,由泡沫床、種植軌道、種植盤和水肥系統構成,通過對溫室環境的自動化調控實現綠葉蔬菜的高效生產,每年可生產12茬,每667m2活體蔬菜產值可達35.4萬元,對比普通日光型植物工廠綠葉蔬菜NFT栽培技術,產量和產值可大幅提高,是一種值得應用推廣的高效栽培模式。植物工廠是現代農業發展的最高形式,根據光照來源的不同可分為人工光型植物工廠、太陽光型植物工廠及太陽光與人工光綜合利用型植物工廠(賀冬仙,2016)。其中太陽光型植物工廠也被稱為日光型植物工廠,日光型水培葉菜工廠主要有管道式栽培、泡沫床式栽培和軌道式栽培3種形式,可采用深液流(DFT)和淺液流(NFT)2種灌溉模式。

綠葉蔬菜軌道式高效栽培效益

  關鍵詞:蔬菜;栽培

  NFT以其節水省肥、根系易于呼吸到氧氣等優點被廣泛應用。但是植物工廠依然存在諸多問題,如前期建設成本高,能耗大,溫室設備等固定資產折舊與運營成本高,經濟效益偏低(楊其長,2016),如何提高植物工廠的產值與效益,是植物工廠需要深入探索的重要課題。日光型綠葉蔬菜工廠除面臨以上問題外,還存在自動化程度不高、生產效率低下的問題,因此亟需一種高效的生產模式來促進該產業的發展。上海綠立方農業發展有限公司(以下簡稱綠立方)通過研究植物工廠的現狀,分析產業發展存在的痛點,充分考慮植物的生長特性、材質的耐用性及通用性,自主研發了綠葉蔬菜軌道式高效栽培方法,采用NFT灌溉模式,實現了栽培過程移栽、傳送、采收的半自動化,并預留自動化接口,以期實現水培葉菜生產的全程自動化。與普通NFT水培生產模式相比,軌道式栽培易實現模塊化、機械化、自動化生產,且由于蔬菜可直接帶盤采收,省去了田間采收工序,減少了用工,節約了生產成本,提高了工作效率。

  1軌道式栽培系統

  1.1栽培床

  采用寬度為1.6m的固定式栽培床,主體結構由鋁型材和泡沫板組成。鋁型材做成固定框架,泡沫床置于鋁型材框架之上。整個栽培床分為供液端(主管道內徑為25mm,毛管內徑為4mm)(彩色圖版1)與回液端(彩色圖版2),兩者具有1%的落差,以保證營養液緩速均勻地從供液端流到回液端,滿足作物對營養液的需求。

  1.2軌道

  每一個栽培床單元含6組栽培槽(彩色圖版3),每組栽培槽的寬度為25cm,栽培槽上分別鋪設軌道,軌道采用R13的流利條制作而成,共6組12條軌道。定植好的種植盤,放入種植軌道上,可直接由種植端推入至栽培床上,操作者不需進入栽培床間,節約了在栽培床間的往返時間,節省人力消耗,提高了勞動效率,為機械化和自動化操作提供了可能性。

  1.3種植盤

  種植盤是軌道式栽培的最小栽培單元,規格為434mm×242mm(長×寬)。種植盤材質采用硬質ABS塑料,強度和韌度均通過檢測,符合機械手推臂的最大壓力,種植盤上開有8個種植孔,孔距10cm,葉菜通過定植杯放入種植孔內,可滿足大部分葉菜的栽培。種植盤的優點在于可對生產單元實現模塊化,蔬菜可隨種植盤連根帶走,節約了田間收獲的時間。

  1.4NFT灌溉系統

  NFT灌溉系統由供液端、回液端、栽培床組成。供液端包括供液管道、水泵、營養液池、上液開關。通過水泵將營養液經由管道進入栽培床,通過上液開關設定供液頻次和單次供液時長?;匾憾税ㄟ^濾棉、回液管道、臭氧消毒裝置。營養液到達回液端時,先經過濾棉將固體雜質過濾后進入回液管道,再經15~20mg·L-1臭氧消毒后進入營養液池,完成循環。由于采用了NFT灌溉方式,栽培槽需用鋁箔紙覆蓋均勻,保持鋁箔紙平整,不可出現鼓包或者起泡,以免影響營養液的流速和流向;鋁箔紙應從種植端向收獲端依次平鋪下去;2張鋁箔紙交接處,應由種植端方向的鋁箔紙壓在收獲端鋁箔紙上為宜,以利于營養液流過時不發生滲漏。

  2軌道式栽培的特點

  軌道式栽培是在現有泡沫床栽培的基礎上進行創新改進,是一種高效的生產模式,具有可實現自動化生產,通過對溫室環境的管控增加葉菜種植茬數,通過營養液調控提升蔬菜品質等特點。

  2.1可實現自動化生產

  軌道式栽培與種植盤單元的結合,為自動化生產預留了空間。用戶可根據需要加裝自動化設備如傳送帶、無人運輸車、移栽機、推盤機(彩色圖版4)等,實現機器換人,提高勞動效率,降低人工成本。以生菜為例,傳統的泡沫床栽培或者管道栽培,需要人進入生產區域內進行操作,勞動強度和生產效率相對較為低下,而人工成本目前呈上升趨勢,生產成本逐年提高(楊艷麗等,2016)。軌道式栽培由于種植盤可在種植軌道上移動,工人不需進入生產區,僅在生產區外通過移栽機或者人工一次性定植,然后通過運輸工具運輸到目標苗床,在供液端將定植好的種植盤依次沿軌道推入種植床,從而有效降低勞動強度,提高生產效率,節約勞動成本。

  2.2通過溫室環境的精準管控增加種植茬數

  軌道式栽培主要用于連棟薄膜溫室或者玻璃溫室,需配備風機、濕簾、天窗等環境管控設施,根據外界氣候與作物特點對棚內環境進行調節,以達到或者接近目標作物最佳生產環境條件,縮短作物生長周期。對于綠葉菜來說,可以增加種植茬數,提高復種指數,大幅提升產量。

  2.3通過營養液調控提升蔬菜品質

  在冬季低溫和夏季高溫季節,隨著外界氣溫的降低或者升高,營養液溫度會不利于作物根系對養分的吸收。以生菜為例,其最佳的生長溫度為18~25℃,營養液溫度一旦超過30℃,生菜根系吸收養分和水分的能力會被抑制,從而影響生菜的正常生長發育(杜金鳳,2016)。軌道式栽培通過增加營養液溫控設備調節營養液的溫度,為植物根區創造適宜的溫度,從而提高蔬菜品質(要旭陽,2016)。3軌道式栽培的關鍵技術

  3.1精量播種

  3.1.1種子選擇NFT水培工廠化生產對品種要求較高,目前生產中專門用于水培生產的品種不多,大多數是從普通栽培的品種中直接篩選后使用。品種篩選要求:性狀一致,適宜季節表現優異,適應NFT水培模式栽培。在這些前提下優選種子純度高,發芽率高,發芽勢快,無雜質,種子大小均勻,易于播種的品種。大多數蔬菜商品種子,種子生產商在銷售前會使用處理劑進行殺菌消毒,少數種子會用種衣劑進行包衣。以生菜種子為例,目前市場上銷售的種子有裸種、包衣種子、精選包殼種子、丸?;N子4種。優先選擇丸?;N子和精選包殼種子,經過丸?;幚砘蛘甙鼩ぬ幚淼姆N子外形更加整齊規則,表面更加光滑,可批量使用機器自動化精量播種,實現單粒播種,節約種子,提高工作效率,降低人工成本,實現規?;a。3.1.2穴盤選擇目前軌道式栽培配套的栽培孔為3cm×3cm大小,采用288孔穴盤育苗。穴盤使用前先用高錳酸鉀溶液浸泡滅菌消毒,再用清水沖洗,晾干后使用。3.1.3基質選擇基質選用纖維長度在0~10mm,pH值在6.0~6.5之間的白泥炭。珍珠巖選用中粒大小,將白泥炭與珍珠巖按照9∶1的體積比混拌成育苗基質。

  3.2區別分段式生產

  3.2.1區別育苗為了降耗節能,日光型植物工廠的育苗采用自然光與人工光相結合的育苗方式。在寒冷和炎熱等不適宜幼苗生長的季節,啟用人工光育苗箱育苗,以獲得壯苗。在春秋等適宜季節,采用自然光育苗方式,以節省能耗。一般1hm2的蔬菜工廠,配備30m2的人工光育苗箱和200m2的自然光育苗場(彩色圖版5)。3.2.2育苗與生產分段軌道式栽培將葉菜的生長階段分為苗期與生長期2個階段。苗期指播種到定植前,生長期為定植后至采收前的階段。通過合理的生產計劃,使育苗階段與生長階段形成一個良性的鏈條,可提高育苗床與栽培床的利用率,增加復種茬數,提高全年總產量。3.2.3生產過程分段栽培將葉菜定植至采收的生長階段平均分為3個階段。以4月栽培的生菜為例,定植至采收需要30d(天),這樣每個階段為10d(天),按照10d(天)定植1次的頻率安排生產。第1階段定植在栽培床床頭,進入第2階段后,新的蔬菜苗通過種植盤作為載體,經由種植軌道把進入第2階段的蔬菜苗推送到栽培床中間,當進入第3階段時,蔬菜苗進入栽培床尾部。當蔬菜苗達到采收標準時,即被推送到傳送帶上傳送至出菜區,進行采收。

  3.3機器移栽

  軌道式栽培的最小種植單元為種植盤,種植盤大小為標準模塊。通過定制化穴盤、定植杯、種植盤,由機械抓手抓取定植杯,進而實現蔬菜幼苗的機器移栽。采用人工定植的效率為每分鐘20~25孔,機器移栽可達到每分鐘70孔,效率提高到原來的3倍。目前綠立方已經完成機器移栽1.0版本的測試,在幼苗移栽上可完全實現機器換人,解放更多的生產力。

  3.4溫室物流

  軌道式栽培最主要的特點之一是實現溫室栽培流水線生產。流水線分別在種植端和收獲端。通過流水線可把移栽好的幼苗傳送至指定栽培床的種植端,再由推盤機通過機械臂推送到栽培床上。由于實行的是分段栽培,回液端的成品菜同時會被推出栽培床,進入到下菜流水線,再通過流水線運輸到出菜區。

  3.5NFT灌溉方式

  采取NFT灌溉方式,通過調節營養液的供液頻次和供液時間來控制營養液的供給(王平魁,2017),采取半浸泡式的水培方式,根系不容易缺氧,可減少因缺氧而造成的漚根等障礙;也可有效控制營養液的供給量,避免過量施用肥料而出現肥害的問題。

  3.6工作區封閉生產

  蔬菜工廠一般為封閉式生產,主要表現為溫室或棚室環境與外界的空間隔離,可減少外界病蟲害對生產環境的干擾,創造最適宜的蔬菜生產環境。軌道式栽培在保留原有溫室環境封閉生產的前提下,生產區域也可以進行空間隔離,降低工作強度,減少人為機械損傷,提高工作效率。在栽培床上配備軌道,種植盤可通過軌道在栽培床上移動,因此工人不必進入到栽培區中間,只需站在栽培床供液端將種植盤依次推入栽培床即可;采收時,可從供液端將種植盤一起推送至回液端進行采收。目前綠立方配置有流水線、移栽機、推盤機,通過三者的聯動來實現蔬菜幼苗的移栽、傳送、出菜,可極大地解放生產力,提高工作效率。

  3.7病菌消毒

  營養液的配制與應用是植物工廠的重中之重(陳偉,2011),其中如何保證營養液的潔凈安全是植物工廠安全生產的重要環節。營養液一旦帶有病原菌,對于生產的打擊是毀滅性的。主要從以下兩方面來保證營養液的安全。3.7.1水源消毒雨水作為最適宜水源,在進入營養液池之前,首先通過精度為100μm的袋式過濾器,再經過精度為20μm的精密過濾器,經過2次過濾把一些雜質過濾掉,再由臭氧進行消毒,才進入到營養液池。從源頭上杜絕病菌的滋生,保證營養液的水源安全。3.7.2回液消毒營養液在經過栽培床后,從回液管道回流到營養液池之前,首先進行過濾,將栽培床上帶入的基質等固體雜質過濾掉,然后經濃度15~20mg·L-1臭氧消毒,殺滅其中可能存在的病菌,最后進入營養液池。

  4軌道式栽培的效益分析

  目前NFT栽培主要有泡沫床式栽培、管道式栽培和軌道式栽培3種模式,泡沫床栽培與管道式栽培相比,產量并無顯著的差異(王鎮等,2018)。軌道式栽培是以NFT栽培為基礎,在泡沫床栽培的基礎上改良而成的。目前市場上多數NFT栽培產品以銷售切割菜為主,軌道式栽培可以分別銷售切割菜和活體蔬菜(彩色圖版6),尤其以銷售活體蔬菜為主,是其在生產模式上的創新。

  4.1切割菜效益分析

  2018年4~6月在綠立方崇明基地C區進行軌道式栽培和泡沫床栽培2種栽培方式的比較試驗。每個品種單個處理栽培5m2,設置3次重復。幼苗三葉一心時在日光型蔬菜工廠定植。從表1可以看出,由于泡沫床的栽培密度比較小,株行距比較寬,單株蔬菜的生長空間比較充分,因此生菜在泡沫床栽培模式下單株產量比軌道式栽培高出18.4%,小白菜高出52.5%。但在單位面積單茬產量上,軌道式栽培比泡沫床栽培有明顯提高,其中生菜增產44.8%,小白菜增產12.4%。按照栽培面積利用率60%、每年12茬計算,以生菜為例,日光型植物工廠軌道式栽培切割菜年產5軌道式栽培的應用目前軌道式栽培生產系統主要應用于綠立方自建工廠,包括綠立方上海崇明工廠(彩色圖版7)、金山工廠(彩色圖版8)、孫橋工廠(彩色圖版9)共3個工廠,主要以生產生菜、小白菜等綠葉蔬菜為主。參考文獻陳偉.2011.小蔥基質、營養液配方篩選及其滲吸式無土栽培技術研究〔碩士論文〕.泰安:山東農業大學.杜金鳳.2016.新型無土栽培設施及其根區溫度調控系統的研制量為321120kg·hm-2,泡沫床栽培為221760kg·hm-2,國外NFT栽培生菜產量為235595kg·hm-2(Maestre-Valeroetal.,2018),因此軌道式栽培比國外NFT栽培產量提高36.3%,比泡沫床栽培的產量要高出44.8%。

  4.2活體蔬菜效益分析

  軌道式栽培1hm2滿產一茬可栽培60000盤蔬菜,每年可栽培12茬,合計生產720000盤活體蔬菜。采集上海綠立方崇明基地2018年3~5月的生產銷售數據,在此期間,每茬葉菜從定植到采收約30d(天),實際生產面積5000m2,每茬30000個種植盤。從表2可以看出,2018年3~5月,綠立方通過活菜銷售,每茬實際效益平均可達29536元·(667m2)-1,遠高于普通銷售模式。而且按照活體蔬菜銷售,可直接帶種植盤銷售,減少蔬菜帶根拔出工序,提高工作效率,節省人工成本。因此,軌道式栽培是一種相對低成本高附加值的生產銷售模式。

  作者:張樣平常麗英黃丹楓薛飛劉佳劉秀云魏海燕 單位:1上海交通大學農業與生物學院2上海綠立方農業發展有限公司3上海農林職業技術學院,4上海天成草業服務有限公司

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文章名稱:綠葉蔬菜軌道式高效栽培效益

文章地址:http://www.592mir.com/nylw/13681.html

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