烎2018，水培技术真正意义上解决蔬菜的安全性问题
水培蔬菜产业化前景
及存在问题和解决途径
1.水培蔬菜的优缺点
1.1优点
1.2缺点
2.规模化水培蔬菜生产主要设施
2.1营养液膜栽培系统
2.2深液流水培系统
2.3漂浮栽培系统
3.规模化水培蔬菜生产企业经营管理要点
3.1把控生产技术规范，保证蔬菜产量和质量
3.2采取工业化生产管理模式，调动人员积极性并降低劳动生产成本
3.3注重营养液精细管理以保证产量和质量
3.4抓好生产环节的街接以保证产品的可溯源
3.5严格控制病虫害的发生与农药的安全使用
3.6以资源循环利用来保障生产过程污染的零排放
3.7做好三产融合，拓展水培蔬菜产业发展空间
4.规模化水培蔬菜生产可能遇到的问题及解决途径
4.1建设规格过高，投资回收不易
4.2营养液调控不到位，产量和品质未达理想水平
4.3病虫害发生严重，产品安全受到威胁
4.4管理水平低下，生产成本高昂，经济效益不高
4.5市场开拓不够，投资回报不尽人意
5.水培蔬菜规模化生产发展展望
水培是在环境相对可控的条件下进行的，其作物生长的营养供应以及各种环境因子可以做到相对精准的调控，因此水培蔬菜的产量和品质都是传统土壤栽培无法比拟的，无论是从安全性，还是蔬菜口感、内在品质，都要远比土壤栽培优越。也正因为水培蔬菜有这些优点，使得水培蔬菜产业在包括中国在内的世界许多国家中，都作为一种高档蔬菜、安全蔬菜生产的不二选择。
中国真正应用于商业化生产的水培技术，源自20世纪70年代的山东农业大学的邢禹贤教授，他在大庆油田、胜利油田等先后开展了'鲁SC’系列的多层水培技术种植番茄，华南农业大学连兆煌、刘士哲教授等也开发了适应于南方热带亚热带气候条件的水泥砖结构深液流水培设施，并得到了大面积的推广。后来日本赠送给中国浙江、上海等地的无土栽培设备中往往包括一些水培设备，浙江农科院园艺所张德威、徐志豪研究员等开展了利用预制泡沫种植槽的浮板毛管水培技术，其后全国许多研究机构也先后开展了水培技术商业化、规模化应用的尝试。从21世纪开始，华南农业大学刘士哲教授等在全国许多地方大面积推广离地高设管道水培技术，因该技术投资少、管理简单、设施设备耐用等特点而在全国各地得到大面积推广应用。近10年来，中国又掀起了一阵从国外引进大规模、高规格温室及棚室内无土栽培设施的高潮，先后从荷兰、以色列、日本等多个国家引进了大量的此类设施。目前，这些设施对于水培水培技术的发展有一定的科技示范作用，但由于投资大、管理相对复杂、产量并不理想等原因，生产效益还未达到预期水平。如何结合中国的实际情况来发展水培技术，是值得探究的大课题。
纵观水培蔬菜的发展历程及目前种植蔬菜品种的不同以及最终的经济效益的差别，与传统土壤栽培、基质栽培相比，其主要的优缺点如下：
1.1优点
产量高 水培蔬菜通过营养液为根系直接提供营养和水分，因此蔬菜的营养供应更加充足、均衡和迅速，采用这种方式种植的蔬菜，在产量上要比传统土壤栽培或基质栽培的高几倍甚至是十几倍。
品质好 因为是采用营养液来进行蔬菜的种植，其营养供给均衡，并且可以根据蔬菜种类和生长阶段的不同来进行营养供应的精准控制，而且是在温室大棚等保护性设施条件下进行的，不易受到类似露地栽培那样不利于生长的条件的干扰和影响，植株体内不会过多地积累为抵御干旱、淹水、染病、虫咬和营养不平衡等胁迫而产生的次生代谢物。所以水培蔬菜的口感更好，内在品质更佳。
易于自动化控制 由于水培设施采用营养液作为提供植物根系生长的根际条件，其营养水平易通过自动控制设备进行精确控制，只需增加各种检测探头和相应的控制设备即可实现生产过程的自动化控制。
设施设备管理简单 水培设施设备采用管道或者各种可以盛装营养液的种植槽等来进行种植，其设备相对简单，只要将设施设备建设好，就可以对作物种植进行良好管理，而且水培的设施设备耐用，管理上较为方便。
1.2缺点
投资较大 相对于传统的土壤栽培或者是基质栽培，因为水培的设施设备投资较大，造成了整个规模化水培蔬菜生产基地的投资较大，这是目前规模化水培蔬菜发展的一个瓶颈。但是，随着各种简化、耐用、低成本设施的研发，投资较大的问题也可以得到一定程度上的解决。
有可能出现病害的大量传播 水培蔬菜的营养液是循环流动的，如果种植系统中出现病害，特别是根系病害时，有可能出现病害的大范围传播。因此做好生产用水、育苗基质的消毒、营养液和设施设备的消毒非常重要。
技术要求较高 水培蔬菜是在营养液中进行的，它没有传统土壤栽培中土壤的缓冲性，因此对营养液浓度、各营养物质比例、酸碱度以及温度等条件的控制就需更加严格。因此，在管理和控制的技术上要求更高。
所谓的规模化水培蔬菜生产企业主要是指水培设施面积不少6.67hm2，每天蔬菜产量可达到1000~2000kg水平的企业。规模化运营的企业，除了因规模化生产而造成的生产总体成本降低之外，也因为有相当规模的蔬菜产出，使得整个企业管理的规范化、技术措施的科学化落实以及市场销售的趋于稳定。目前，中国蔬菜水培技术包括营养液膜技术和深液流水培技术2类，因所用的材料不同、设施设计不同而呈现不同的外观，且设施的种植作物类型和管理上也有很大的差异。
2.1营养液膜栽培系统
营养液膜栽培系统是指在种植槽中的营养液液层较浅，大约只有几毫米或1~2cm左右的深度。主要包括种植槽、营养液池、供液及回流系统。
种植槽 可以用各种各样的管道做成，也可以用其他硬质、软质的，可盛装营养液，不漏水的材料来做成，例如用土工膜、硬质塑料板等。如果用塑料管道，一般可以采用UPVC材料，形状有圆形、方形或者其他异形。管道选用时最好选用达到或者接近饮用水水管标准的材料做成。管道上的株行距根据种植作物类型的不同而有差异。种植管道一般都用镀锌方管或者圆管做成的架子支撑起来。如果用土工膜做成栽培槽，则需要用其他的硬质材料，如木板、塑料板、锌铁板等，这些材料需预先做好位于底部有一定倾斜角度的种植槽，然后把土工膜或其他塑料薄膜铺上去。如果用硬质塑料板直接做成种植槽的，则需要做成有一定坡降的形状，以利于营养液的流动。
营养液池 可以用水泥砖砌、内外水泥油批荡做成，或者采用塑料桶、玻璃钢容器、或者用土工膜衬里做成。营养液池往往要分隔为沉降滤清池和供液池2个部分。因营养液膜水培系统的种植槽中的营养液量较少，所以需要将营养液池的体积做得稍大一些，一般可以承接整个种植系统中的营养液总体积的2/3~3/4左右。否则在较长时间停电后，有可能造成种植槽中的营养液全部回流到营养液池而无法盛纳，这时营养液可能从营养液池中溢出而造成浪费。
供液及回流系统 供液系统主要由水泵、定时器、各级供液及回流管道和阀门等部分组成。供液管道利用耐腐蚀的潜水泵或者清水泵将营养液池中的营养液通过各级管道输送到每条种植管的一端，而回流管道则从种植管道的另外一端收集从种植管中流出的营养液并回流到营养液池中，使得营养液在整个种植系统中循环流动。
其他辅助设施 包括营养液加温及降温装置、营养液自动检测及调节装置等，这可根据需要来选用。如果条件不允许，这些辅助设施也可以不用，只采用上述种植系统的基本组成部分即可，其生产效果并不会由于加装了这些辅助设施而大幅度提高，只是会提高企业的自动化生产程度而已。
2.2深液流水培系统
深液流水培是指在种植槽中的营养液层深度一般较深，至少都有几十毫米甚至几十厘米深，主要包括种植槽、定植板、定植杯、营养液池、营养液的供液和回流系统等组成部分。
种植槽 可以用水泥砖砌、硬质塑料管道、或其他各种材料做成槽框之后内衬土工膜等塑料薄膜做成，只要做到不漏水且能盛装较多营养液、并能保证槽框表面水平即可。
定植板 一般用聚苯乙烯泡沫塑料板做成，不能用铁板、硬质塑料板等，否则容易变形损坏。
营养液池 与上述营养液膜技术的类似，只是其体积可稍小一些，因为种植系统中的大部分营养液都是在种植槽中集聚。
其他辅助设施 与上述营养液膜技术的类似。
2.3漂浮栽培系统
严格意义上来说，它也是一种深液流水培。漂浮栽培系统是指将作物种植在具有一定浮力的、漂浮在营养液层上的泡沫塑料板上的种植系统，它主要包括栽培槽、漂浮板（定植板）、营养液池、供液及回流系统这几个组成部分。
栽培槽 栽培槽可用多种材料做成，面积可大可小，有些温室或大棚中，除了留出少量工作通道和操作区域之外，绝大部分面积就做成一个大水池状，利用机械推力把漂浮板（定植板）从栽培槽的一端推至另外一端。也有一些把种植槽做得较小，每个种植槽之间留有工作通道。
漂浮板 漂浮板就是定植板，用聚苯乙烯泡沫塑料板做成，板上可根据种植蔬菜的种类不同而钻出不同株行距的定植孔，将小苗放置在定植孔中，然后放入漂浮栽培槽中。为了充分提高栽培系统的利用率，往往会根据不同阶段的蔬菜生长阶段对株行距的要求不同而做成不同株行距规格的漂浮板，然后在整个生长阶段根据苗龄大小进行间疏移栽。
营养液池 与上述深液流技术的相同。
供液及回流系统 与上述营养液膜技术的类似。
其他辅助设施 与上述营养液膜技术的类似。
3.规模化水培蔬菜生产企业
经营管理要点
水培蔬菜生产企业与传统的土壤栽培蔬菜生产企业因生产方式和设施设备的不同，造成了管理上较大的差异。要经营好一个规模化的蔬菜水培生产企业，单纯具有大棚及棚内种植系统等硬件设施是远远不够的，还需结合科学的管理，才能让一个企业有条不紊地正常运作。这些管理要点之间是相互联系、环环相扣的，哪个环节出了问题都将严重影响整个企业正常、高效、低成本地运转。
目前，国内开展蔬菜水培的企业不少，但面积较大、呈规模化运营的水培蔬菜生产企业并不是太多，相对于面积巨大的露地栽培来说，水培蔬菜种植面积微乎其微。据不完全统计，全国范围内的水培蔬菜的总面积不超过5000~10000亩（约3335~6670hm2）。主要是因为增大水培蔬菜的生产规模会导致生产基地的总投资大幅度增长。而且有许多有意愿投资在水培蔬菜生产行业的企业家，对水培蔬菜的生产技术、生产过程的把控以及市场销售等并不了解，因此其投资非常谨慎。在这些较大规模的水培蔬菜生产企业中，广州绿垠农业科技发展有限公司（以下简称“绿垠公司”）是一家生产技术较为成熟、管理规范、销售市场开拓良好、经济效益较高，并且把产学研结合紧密、三产业融合做得相对较好的企业，该企业现已建立面积约为200亩（133.400hm2）的大棚，棚内全部采用管道水培种植蔬菜（包括叶菜类和各种瓜果类蔬菜，包含了上述的营养液膜技术和深液流水培技术），种植品种达40多个，并全部取得无公害蔬菜产品认证，产品溯源管理均纳入广州市农业局牵头组建的广州市农产品质量安全溯源管理平台。该企业生产的水培蔬菜主要销往香港、深圳、广州、东莞、中山、佛山等珠三角地区的超市、社区商店，并通过电商、社区配送、会员配送的方式进行销售。现以该企业为例，简要说明水培蔬菜生产企业的管理要点。
3.1把控生产技术规范，保证蔬菜产量和质量
规模化水培生产企业要进行常年均衡高效地生产蔬菜，技术规范的制订和落实是保证蔬菜产量和质量的前提。这些技术规范主要包括育苗基质制备、播种、营养液管理、病虫害控制、产品收获、包装及装箱规范等。规模化水培生产企业一般都采用购买原材料自己配制育苗基质，这就需要从基质原料采购、各种原料比例和配制方法上进行统一的标准，以保证育苗的质量。播种规范是指在利用育苗穴盘进行播种时根据植株大小，确定播种的每个孔穴种子数量和种子覆盖基质的厚度、基质的紧实度等。
营养液管理规范是指从原料肥料购置开始，落实各种原料的来源和纯度，严格把控质量关，不合乎标准的原料一概不得使用，然后在称量各种原料肥料时要反复核对，避免名不符实的问题，在配制浓缩营养液和工作营养液时更是需要根据生长的时期，确定合适的营养液管理方案并落实到具体的生产中。
3.2采取工业化生产管理模式，调动人员积极性并降低劳动生产成本
规模化水培蔬菜生产企业与传统的农场不同，几乎所有的操作过程都可以规范化进行，因此绿垠公司采用按照工序进行细分的计件工资制度进行生产管理，把水培蔬菜生产全过程划分为播种、定植、收获、设备清洗消毒、产品包装等工序，经过大量的调查研究，对比当地工人工资情况，对每个工序的工作量及单价进行较为精确的精算。这样每个员工完成每个工序的时间以及收入就可以了解得比较透彻，既要保证按时按质按量完成工作，又要保证员工有较高的收入，以体现多劳多得的精神，以调动员工的主观能动性。
3.3注重营养液精细管理以保证产量和质量
水培蔬菜生产的核心是营养液，营养液管理的到位与否与产量和产品质量之间有着紧密的关系。营养液的精细管理主要包括不同蔬菜作物要求的营养供给的规律不一样而确定的营养液管理策略。
3.4抓好生产环节的街接以保证产品的可溯源
以上文所述的计件工资制度来进行管理，就必须解决各种生产工序之间的员工工作衔接问题，把每个工作环节的记录都要做好，并通过各个工序工作量的汇总，统筹安排各个工序的工作，并做好相关记录在溯源系统的录入，并通过这些数据的分析，合理安排各种工作，保证设施设备生产效能以及员工积极性的最大化。
3.5严格控制病虫害的发生与农药的安全使用
温室或大棚的病虫害防治是规模化水培蔬菜生产企业需要常抓不懈的工作，在高温高湿的南方热带亚热带气候条件下，如果环境控制不好，病虫害的发生比露地更加严重。现在主要采取下面的做法来防止病虫害的发生与蔓延：①利用大棚设施的围护，用物理隔离的方法来减少病虫危害，例如在大棚四周的遮阳网、出入口的缓冲间设立等都是防止成虫飞入的良好方法；②整个大棚铺设地布，阻隔成虫产卵进入棚室内土地中，防止虫卵在土壤中孵化后危害作物；③大棚四周种植香茅等多数虫子不喜欢噬食的植物，以降低整个生产基地的虫口密度；④合理施用农药：选用低毒、低残留、安全间隔期短的农药。
3.6以资源循环利用来保障生产过程污染的零排放
广州绿垠农业科技发展有限公司的水培蔬菜生产基地通过以下的方法使得整个生产基地的所有废弃物都得到了充分地利用，使得这些废弃物变废为宝，不仅将废弃物转化为生产中的可用资源，而且还保证了生产基地污染物的零排放、零污染。具体的做法是在水培蔬菜生产过程中蔬菜产品收获后剩余的老叶、黄叶、蔬菜根系、育苗基质等，经过收集分类，新鲜的植物性残体用于喂养走地鸡、鸭、鹅和鱼塘里的鱼，同时也可以用于黄粉虫、黑水虻等的养殖，节约了大量的饲料成本，养殖的动物产品的品质也会更好，另外有部分动物食用不完的废弃物及养殖动物后的粪便经发酵后可以变成优质的有机肥，这些有机肥又可以放在水培蔬菜的种植架下面的空间中，用于较为耐阴的石斛、鱼腥草等中草药的良好种植基质，也可以把堆沤后的有机肥用于生产基地露天栽培植物的良好有机肥。
在水培蔬菜生产过程中，营养液在经过数月使用后，会累积一定量的根系分泌物，由肥料带入的杂质以及植物吸收不完的伴随离子等，当这些有毒有害于植物生长的物质累积到一定浓度时，势必会影响蔬菜的正常生长。而这些废弃的、从水培种植系统中更换出来的废弃营养液，也不能直接排入到环境中，因为这些废弃的营养液还含有部分养分，如果不经处理直接排入环境中，会造成环境污染。在更换营养液时，可以将废弃的营养液进行集中收集，然后在上述蔬菜收获后的废弃物堆沤过程中淋入堆体中，维持了堆体湿度，保证了堆沤的正常进行。也可以将收集的的废弃营养液用于露地栽培植株的灌溉，既防止了废弃营养液排放造成的环境污染问题，还节约了水和肥料。
3.7做好三产融合，拓展水培蔬菜产业发展空间
广州绿垠农业科技发展有限公司充分利用其水培蔬菜生产基地规模较大、种植品种繁多、生产管理规范、蔬菜品质优良等特点，利用基地靠近珠三角各个主要城市的优势，大做三产业融合的文章，把旅游休闲观光、亲子体验、科普教育、餐饮服务和水培蔬菜产业相结合，利用基地生产的各种蔬菜及其他农产品进行初级加工，形成了一个集蔬菜生产、旅游体验和产品加工为一体的现代农业综合体。不仅展示了现代农业生产的魅力，也为企业带来了不菲的收益。同时该生产企业也作为一个农民技术员、政府官员、大学生的培训基地，起到了现代农业技术和设施设备的展示窗口的作用，极大地促进了水培蔬菜产业的发展。
4.规模化水培蔬菜生产
可能遇到的问题及解决途径
目前规模化水培蔬菜设施生产遇到的问题主要有以下几点：
4.1建设规格过高，投资回收不易
投资过大问题是困扰几乎所有规模化水培蔬菜生产企业的严重问题，也是有意投资规模化水培的企业担心的问题之一。许多企业不了解水培的基础设施，以为投资高规格的温室大棚以及全部配套设施规格高，即可获得优质高产的水培蔬菜，对于水培棚室及自动化设施缺乏了解以及基本的运行、维护，最终造成效益受损，影响规模化水培蔬菜产业的健康发展。
4.2营养液调控不到位，产量和品质未达理想水平
水培蔬菜的产量和品质理应要比传统的土壤栽培来的更高，但目前有不少企业生产的水培蔬菜并没有达到理想的水平，甚至部分水培蔬菜的品质还不如土壤栽培，具体表现在没有“菜味”。这个问题在许多完全采用人工光源的植物工厂中更加严重。实际上，这是因为这些企业在进行水培蔬菜的生产过程中，对不同品种的蔬菜、不同的种植季节、不同的水质条件下的营养调控技术并没有完全掌握，不了解蔬菜的营养需求规律，盲目使用一些不恰当的营养液配方，致使营养液的调控不到位，蔬菜产量降低，质量下降，口感变劣。这个问题如果不引起足够的重视，将让不明真相的消费者误以为是水培蔬菜生产技术本身存在不可克服的问题，从而严重打击水培蔬菜产业化发展。
4.3病虫害发生严重，产品安全受到威胁
在高温高湿的温室大棚中，如果没有对病虫害的发生进行及时的控制，会比在露地栽培时更为严重。水培蔬菜病虫害主要来源于水源、育苗基质、种子、外部人员进出温室大棚携带进入以及温室大棚密闭不够而让病虫进入。因此需要特别注意棚室的密闭，并做好各种物品和种植设施的消毒处理。还要把控和限制无关人员进入棚室中，如果有外部人员进入，需做好人员的防护处理，例如经过风淋室消毒和穿上消毒的鞋子、鞋套和衣帽等。同时，也要做好种植过程中棚室的消毒，及时喷洒药剂。一般要选用低毒、低残留的药剂来进行喷洒处理，绝对不可以用高毒、残留期过长的农药，更不可以使用国家明令禁止在蔬菜作物上使用的农药。
4.4管理水平低下，生产成本高昂，经济效益不高
水培蔬菜的管理水平低下是很多水培蔬菜生产企业普遍存在的问题。这个问题主要是由于很多从事水培蔬菜生产企业的技术人员和管理人员原来并不了解水培技术，难以把控精细的营养液养分供给调节技术，再加上规模化生产过程的各个环节的紧密相扣，如何把控整个基地的综合生产能力的最大化发挥，以降低生产成本，也是造成该产业经济效益不高的原因之一。
4.5市场开拓不够，投资回报不尽人意
水培蔬菜对于绝大多数消费者来说还是比较陌生的。并且很多从事水培蔬菜生产的企业规模较小，产量有限，就水培蔬菜在整个蔬菜市场的份额来说，其占有率极其有限。目前对水培蔬菜市场的开拓力度不够，造成水培蔬菜的市场售价偏低，没有体现出其高质、高价的优势。因此还需更多的从业人员进行多方位宣传，例如通过各种媒体的宣传，在中小学校和社区人群中开展科普教育，或通过目前已有的水培蔬菜生产基地进行亲子科普旅游、体验旅游等，让更多的消费者更好地、科学地、客观地了解水培蔬菜的安全性、营养的全价性以及口感更佳等特点。
由于水培技术能对蔬菜生长过程进行养分的供给进行精准控制，因此蔬菜的产量和品质要远比传统土壤种植的要高，而且在大棚或温室中可以隔绝土传病虫害的侵染，极大地减少了农药的使用量，可以做到少施、安全施用甚至是不施农药，蔬菜产品完全可以达到无公害农产品的要求，真正意义上解决蔬菜的安全性问题。再加上产品生产过程通过物联网技术全程溯源上的把控，实行生产过程的自动化、远程控制及监管，通过实时视频让消费者能够完全了解和参与整个生产管理过程，实现水培蔬菜的品牌化，实现安全蔬菜生产与进入超市、社区、家庭、餐饮企业等消费场所及消费者之间的无缝对接，必将极大地推动水培蔬菜规模化生产的发展，其市场前景也是非常广阔的。
（作者单位：华南农业大学资源环境学院/无土栽培技术研究室，广州绿垠农业科技发展有限公司）
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