杨艳丽，江海宇，杨丹彤，辜　松※（.广州实凯机电科技有限公司，广州　5064；.广州市绿翔机电安装工程有限公司，广州　540；.华南农业大学　工程学院，广州　5064）

水培叶菜自动化生产系统

杨艳丽1，江海宇2，杨丹彤3，辜松3※
（1.广州实凯机电科技有限公司，广州510642；2.广州市绿翔机电安装工程有限公司，广州511401；3.华南农业大学工程学院，广州510642）

水培叶菜生产具有生长周期短、周转快，经济效益高等特点，在设施栽培中的生产规模不断的扩大。本文分析了水培叶菜生产的特点和自动化生产的需求，通过对国外自动化生产系统的研究，为我国水培叶菜自动化生产提出参考借鉴。

水培，叶菜，自动化生产

1　水培叶菜生产的特点

水培是无土栽培技术的一种，指植物一部分根系悬挂生长在营养液中，而另一部分根系裸露在潮湿空气中的一类无土栽培方法［1-2］。叶菜类蔬菜多食用植物的茎叶，有些叶菜还以生食为主，这就要求产品鲜嫩、洁净、无污染。由于土培蔬菜容易受污染，沾有泥土，清洗起来不方便，而水培叶菜类比土培叶菜质量好，洁净、鲜嫩、口感好、品质上乘。因此，水培在叶菜蔬菜生产中的应用已日趋广泛。绝大多数叶菜类蔬菜均可采用水培方式进行，如生菜、木耳菜、空心菜、紫背菜、叶甜菜、苦苣、京水菜、西洋菜等等。采用水培进行叶菜生产还具有以下特点：

1）可在同一场地进行周年栽培，换茬作业简单，只需将幼苗植入定植孔中即可。可以随时播种、定植、采收，不间断地连续生产。适合于计划性、合同性生产，适应市场需求。

2）蔬菜生长周期短，周转快。水培方式又属设施生产，一般不易被台风所损坏。沿海地区台风季节能供应新鲜蔬菜的农户往往可以获得较高利润。

3）由于叶菜类蔬菜生长周期短，如果中途无严重的病虫害情况发生，一般从定植到采收只需定植时配一次营养液，无需中途更换营养液，因此，生产管理方便。

4）水培叶菜可以避免连作障碍，复种指数高，生产经济效益高［3-6］。

2　水培叶菜生产流程

水培叶菜生产流程包括精量播种、种苗培育、种苗移植、叶菜培育和叶菜收获五个阶段。首先进行精量播种，将种子播种到穴盘内进行种苗培育，播种后一般要对种子进行催芽处理，种苗培育通常是采用基质；当种苗在穴盘内生长一定时期后需要进行种苗移植，将蔬菜苗由密集的栽培穴盘内移植到低密度、栽培空间较大的栽培容器内，如管道式栽培槽或浮板式栽培孔内，再进行叶菜培育，此阶段采用营养液水培生产；再经过一段时期的培育到达收获期。培育周期因叶菜品种的不同有所差异，一般为25～30 d，一年可培育12～15茬。

3　水培叶菜自动化生产的迫切性

由于水培叶菜生产具有生长周期短、周转快，经济效率高等优点，所以在设施栽培中得到广泛应用，生产规模在不断扩大。水培叶菜的生产从播种、移植、培育到收获，以及营养液的灌溉和生产管理等一系列的作业过程，需要消耗大量的劳动力。而随着我国设施栽培面积的增加，农村劳动力现状严峻，农村剩余劳动力逐渐下降，农业劳动力工资在逐年增长，生产成本越来越高。以广州为例，叶菜种植企业的用工费已由2010年的人均2 000元/月的工资上涨到2015年的人均3 500元/月。因此，需要在农业生产中大力发展机械化，实现自动化的农业生产，提高劳动生产率，降低生产成本。

4　一种国外水培叶菜自动化生产模式

目前世界上应用无土栽培技术的国家和地区已上百个，栽培技术逐渐成熟，应用范围和栽培面积也不断扩大，经营与技术管理水平空前提高，实现了集约化、工厂化生产。从日本、美国、荷兰等发达国家无土栽培技术的发展来看，自动化的程度已相当高，把工业技术用于蔬菜无土栽培的大型保护地设施中使之成为蔬菜生产工厂［7-9］。

图2-图8所示为欧洲一家水培叶菜自动化生产作业过程，可以看到其生产从播种、育苗、和培育阶段的多个环节都实现了高度的自动化。首先采用播种机对蔬菜种子进行精量播种（图1），播种速度一般可达400～500盘/h；播种后的穴盘种苗一般会通过传送带输送到种苗培育区（图2）；当叶菜种苗在培育区生长一段时间，达到可以移植的大小时，再通过传送装置将种苗输送到移植作业区，利用自动移植机将种苗由密集的穴盘内移植到低密度、间距较大的栽培槽内（图3），移植机的生产率一般可达3 000株/h；移植作业完成后，通过栽培槽自动搬运车（图4），将多个栽培槽整体搬运到叶菜培育区，进行大苗的培育（图5）；在叶菜培育过程中定期进行灌溉（图6）；当叶菜生长到收获期时，再通过栽培槽自动搬运车将叶菜搬运到收获区进行采收（图7）。整个生产过程中，仅在收获阶段需要人工进行操作，其他作业过程均采用自动化设备进行生产，减少了劳动力的需求。

图1　叶菜精量播种

图2　叶菜种苗培育区

图3　叶菜种苗移植

图4　叶菜栽培槽搬运输送

在水培叶菜自动化生产过程中，不但利用播种机、输送装置等自动化设备，最大限度地代替人工作业，减轻了工人的作业强度，还采用了系列化传感系统和自动调控系统，自动调节和控制设施内温、光、水、肥、气等生育条件。通过自动化技术的应用，最大限度地满足不同作物生长发育对环境的需求，从而发挥最大的生产潜力。

图5　水培叶菜培育区

图6　水培叶菜营养液灌溉

图7　水培叶菜收获

5　水培叶菜自动化生产对中国的借鉴

虽然我国无土栽培已有悠久的历史，如发豆芽、船上种菜、盆里养水仙等都是原始的无土栽培，但是开展无土栽培研究工作和应用于生产的时间比较晚，直到进入20世纪80年代，中国无土栽培才开始迅猛发展，无土栽培的面积迅速扩大，其中绝大部分都用于蔬菜生产，只有很小一部分用于花卉生产。近年来我国对无土栽培的核心技术营养液的配制与管理进行了深入的研究，但是针对于栽培的自动化生产尚未涉及。目前，国内的叶菜生产过程基本还是依靠人工劳动力为主，生产条件落后，工人劳动强度大。我国应该借鉴国外的自动化生产模式，基于自身的国情出发，针对资金比较充足的大规模企业，可配置符合生产要求的进口精量播种机、自动物流化输送装置等生产设备，减轻工人劳动强度，实现高效生产；针对一些规模较小的种植企业，可根据企业自身的条件，首先配备国产技术较成熟的播种设备，再通过自主开发设计成本较低的输送设备，减轻工人劳动强度，在自主开发和实际生产中逐步提高生产的自动化水平，最终实现高效生产。

［1］刘永红，何竹青，李曼，等.生菜的管道式水培技术［J］.杨凌职业技术学院学报，2015，14 （1）：38-40.

［2］孙霞.无土栽培技术的发展状况及趋势［J］.中国农机化，2005（6）：47-50.

［3］沈连静.水培蔬菜的特点与栽培管理［J］.吉林蔬菜，2012（10）：52-53.

［4］李 程，冯志红，李丁仁.蔬菜无土栽培发展现状及趋势［J］.北方园艺，2002（6）：9-11.

［5］潘杰.水培生菜技术研究［D］.郑州：河南农业大学，2003.

［6］丁晓蕾.20世纪中国蔬菜科技发展研究［D］.南京：南京农业大学，2008.

［7］吴敬才，郑回勇，吴 燕，等.叶菜类蔬菜营养液膜无土栽培技术［J］.福建农业科技，2015，（10）：48-50.

［8］王化.中国蔬菜无土栽培发展历史的初步探讨［J］.上海蔬菜，1997（1）：11-12.

［9］邓一鸣，刘聪.我国无土栽培的现状及发展趋势［J］.生物技术，2015（8）：5.

Automated Production System of Hydroponic Leaf Vegetables

Yang Yanli1，Jiang Haiyu2，Yang Dantong3，Gu Song3※
（1.Guangzhou Sky Mechanical&electrical Technology co.，Ltd，Guangzhou 510640，China；2.GBC（GuangZhou）Mechatronics installation engineering co.，Ltd，Guangzhou 511401，China；3.College of Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

The production scale of hydroponics leaf vegetables is enlarged in the protected cultivation in recent years，with characterized by short vegetative cycle，fast turnover and high economic benefits.This paper analyzed the characteristics of the hydroponics leaf vegetables production and the requirements of automation production of hydroponics leaf vegetables，and provided some reference for the automated production of hydroponics leaf vegetables in our countrythrough the research in the area of automated production systems of hydroponics leaf vegetables abroad..

hydroponics，leaf vegetables，automated production

杨艳丽（1986—），女，博士，主要从事现代园艺生产装备的研究。广州实凯机电科技有限公司，510640。E-mail:yangduod@sina.com
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辜松（1963—），男，博士生导师，教授，博士，主要从事现代园艺生产装备的研究。广州华南农业大学工程学院，510642。Email:sgu666@sina.com