王青兰 魏闯 雷成霞
（山西水利职业技术学院 山西 运城 044000）
摘要：温室节水无土栽培实训场所应用的节水设施以及无土栽培设施为学生进行相关课程内容的实训提供了一定的条件，也为实施“工学结合”的教学理念提供了真实的职场氛围环境。利用温室节水无土栽培的生产条件对有关专业课程的实训进行了初步尝试，以期利用已有实训条件开发与探索教学与生产相结合的实训项目，使学生通过实训加深理解和灵活运用所学专业知识，提高解决实际问题的能力，增强教学效果。
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关键词 ：温室节水无土栽培；实训项目；节水设施；节水灌溉
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）06-0102-04
随着现代农业的发展，节水灌溉技术与设施农业在生产上已得到了一定的推广应用。特别是在温室内将节水灌溉设施与无土栽培技术相结合采取智能自动化控制环境的特点，使蔬菜的生长不仅不会受外界四季环境变化和地域的影响，同时使环境达到最适于蔬菜生长的条件，可使蔬菜的生产过程像工业流水线一样，周年生产周年收获，生产出高产无公害的农产品。
结合高职院校人才培养的目标要求，我院于2007年建成了农业节水灌溉实训基地即山西省农业节水灌溉示范园，在教学过程中通过将课本讲解的节水灌溉设施与生产中具体应用的内容相结合，形成了生产型节水灌溉技术示范与教学实训内容融为一体的高职教学特色，通过利用真实的职场氛围，形成了工学紧密结合、集理论实践于一体的教学模式。在此基础上，结合设施农业与节水灌溉设施配套使用的新特点，2011年，我院又在学院农业节水灌溉实训基地示范区二区新建了一座温室节水无土栽培实训场，并已于2011年11月投入运行。
无土栽培简介
无土栽培是指不用天然土壤，将作物栽培在营养液或基质中，由营养液（水培）或基质（附着和固定作物根系的材质称基质，水分养分的供给仍然依靠营养液）代替天然土壤向作物提供水分和养分，使作物能够正常生长并完成其整个生命周期的生产过程。因此，无土栽培的核心是营养液，无土栽培中作物所需要的营养元素是依靠营养液（即根据不同作物对各种养分的需求特点以及吸收养分的特性，利用无机盐类肥料，按一定数量和比例人工配置形成含有植物所必须的营养元素的溶液）来供应的。
无土栽培改变了农业生产依赖于土壤的种植习惯，极大地推进了现代农业技术的进步，为实现农业生产的自动化打开了广阔的前景。
无土栽培通过人工调控来尽量满足作物的生长需要，所以温室无土栽培可以实现周年进行生产、年产值显著提高的目的。无土栽培还可提高土地和空间的利用率，特别是在不宜耕种的盐碱地、荒山和废弃地等处可使土地得到充分利用；无土栽培中营养液是在不易渗漏的容器中，几乎可实现水肥全部被作物吸收利用。我国的水资源严重不足，无土栽培也为节水农业开辟了一条新途径。另外，城市家庭阳台的种菜、养花以及无土栽培在太空农业上的应用都有其特殊的应用价值。可见，无土栽培可以不需要土壤。但现阶段我国蔬菜无土栽培也存在一些问题：（1）投资大。温室无土栽培设施平均每亩投资达70多万元，难以被普通种植者所接受。（2）技术上要求高。营养液调配以及在作物生长过程中的调控，要求较高的技术水平。（3）管理水平要求高。在温室内生产，其环境条件既有利于作物的生长，在某种程度上也有利于某些病源菌的生长。如操作不规范，种子、基质和设施等的清洗和消毒不到位，易造成病害的大量繁殖而使种植失败。
我国温室无土栽培面积仅占温室生产总面积约千分之一，其发展潜力巨大。迫切需要大专院校、农业科研单位研究解决无土栽培在技术推广和生产应用方面的各类问题，走教、产、研、销相结合的道路，以推动现代农业的不断发展。
温室无土栽培实训场概况
山西水利职业技术学院温室节水无土栽培实训场总面积576m2，工程所用材料以阳光板为主，内部主体工程由环境自动监测系统（包括温度、湿度、光照、CO2浓度及室外的风速、风向、降雨量、温湿度和光照强度等）、全自动智能控制设备（根据监测参数对天窗、内外遮阳幕、湿帘及风机系统、降温加湿系统、灌溉系统、供暖系统、环流风机等的智能控制，使温室内环境达到植物生长的最适宜条件）、营养液供给系统、滴灌系统和无土栽培蔬菜（主要为生菜和小白菜）等五部分组成。
温室节水无土栽培实训场完善了我院农业节水灌溉实训基地的结构体系，扩大了节水灌溉设施的推广应用领域。通过配备国内领先的环境自动监测系统、全自动智能控制设备、营养液供排水管道系统、滴灌系统和无土栽培蔬菜的生产过程，为水利工程专业、给排水专业、水质分析专业以及学习相关课程的学生掌握节水设施的应用、管理维护、维修以及将节水设施与无土栽培的生产实践相结合提高专业技能提供了良好的实训条件。
我院温室无土栽培的形式包含基质培和水培两种，无土栽培设施共分10种。（1）基质栽培。包含6种不同的设施：LT立体架4套（每套宽0.4m，长4m，高2.1m，PVC材质，马槽形8根，附滴灌系统）；A字架3套（每套宽1.2m，长1.2m，高0.8m，PVC材质，马槽形8根，附滴灌系统）；水泥砖槽基质栽培5套（宽1.2m，长6m，高0.2m，附微灌溉系统）；长方形基质盆栽50套（塑料材质）；可活动式苗床基质栽培5套（每套宽1.5m，长6m，高0.8m，附育苗盘）；三层基质育苗架8套（每套宽0.6m，长2m，高1.2m）。（2）水培。包括4种不同形式的设施：PP平铺管道式水培2套（每套宽1.9m，长4m，高0.8m，管径75mm，栽植根12根）；平面槽式水培3套（每套宽1.2m，长4m，高0.8m，水培槽为泡沫材质）；LT立体管道式水培3套（每套宽0.4m，长4m，高2.1m，管径75mm，栽植管道10根）；A字架管道式水培3套（每套宽1.2m，长4m，高1.9m，管径75mm，栽植管道10根）。
各课程实训项目的开发与探索
以高职院校培养学生职业能力为主线，加强综合实训和顶岗实习的作用，推进教学过程的实践性、开放性和职业性的特点，实行“做中学，做中教”的教学模式。在2012~2013学年，课题组成员在温室节水无土栽培实训场运行管理过程中，充分利用温室的环境管理、自动化设施的运行和维护、营养液的配置、营养液循环管道工程系统、微灌环境加湿设施和滴灌基质栽培技术等条件探索了与教学内容相关的实训项目。主要有以下几个实训项目。
（一）温室设施的功能及温室全自动智能控制系统的操作实训项目
学生第一次进入温室需要熟悉温室内各种设施的功能，了解全自动智能控制系统的内容，初步认识温室节水无土栽培的设施和环境状况，为后期进行有关课程内容的实训奠定必需的基础。
实训内容包括认识各种设施和熟悉温室管理内容。（1）认识各种设施。温室内设施主要为水培设施和基质培设施。（2）温室管理的内容。主要为环境管理、营养液管理和蔬菜管理三大部分。其中，环境是温室无土栽培的基本管理内容，营养液管理是关键，蔬菜管理是防止蔬菜发生病虫害的根本。
环境管理即为应用全自动智能控制系统对天窗、风机、湿帘、内外遮阳幕和降温加湿系统等进行自动化操作控制，使温室全自动环境监测系统的内容控制在最适宜蔬菜生长的状况（如温度控制在20℃~28℃，湿度为65%~85%，光照在30000~50000lx）。同时，通过全自动智能控制系统设置电磁阀的工作时间，确保水培营养液循环的供氧条件满足蔬菜根系生长对氧气的需求量，保证根系的正常呼吸；通过设置基质营养液滴灌的放水时间来控制基质培的营养液供给时间（每次约3~5分钟，槽角和槽头滴灌不足处用洒壶人工补灌，注意应适时用清水滴灌以防肥害），保障基质正常供给蔬菜根系对水分和养分的吸收，谨防基质内产生积水造成透气不良；营养液管理主要为浓度管理和酸碱度管理；蔬菜管理为种子、基质和设施等的清洗、消毒以及清除病叶和枯叶。该内容主要由温室实训场的实训教师讲解，相关课程的实训教师将学生按班级分为两组按照安排的实训时间轮流实训。学生通过该实训可初步熟悉温室内全自动智能控制系统的具体操作方法，并对现代科学技术对农业生产发展的意义有更加深刻的认识，激发学生积极进取努力学习的信心。
（二）“节水灌溉技术与设备”课程实训项目
根据2012~2013学年第一学期安排的“节水灌溉技术与设备”课程，结合温室中应用的滴灌基质栽培设施和微灌环境加湿设施等节水设施探索了滴灌设施安装实训和温室自动化设施控制灌溉量等2个实训项目。实训工作由授课教师和温室管理工作人员共同承担（二者均为课题组成员）完成。
具体实训方法。（1）分组。将每班学生分为不同的实训小组，每组10~15人（温室的环境条件限制）。利用课程实训时间轮流实训，每小组每项目实训一次，每次实训时间2小时。（2）实训内容安排。第一次实训内容为滴灌设施的安装；第二次为温室自动化设施控制灌溉量以及灌溉量的测定。通过将节水灌溉设施的应用与温室滴灌基质栽培技术的内容相结合并在真实的职场氛围中现场进行教学。学生通过实际操作可理解滴灌的工作原理、滴头的安装方法和维修要求，掌握相应的安装技能。特别是通过自动化设施控制灌溉量的实际操作过程，学生更加理解了灌溉量对蔬菜生长的影响以及对温室整个环境条件的控制对蔬菜生产的意义，取得了一定的实训效果。
由于该实训项目为首次开发，还需在以后的教学实践中进行积极的探索，如每组人数偏多需要进一步改进。或通过实训组建有兴趣的3~5名学生构成实训小组，对温室日常节水灌溉设施运行中遇到的维修、维护和安装等问题多加参与解决，并引起更多学生学习的兴趣。因此，需要进一步探索和不断总结实训经验，逐步提高实训效果。
（三）“给排水工程”课程实训项目
“给排水工程”课程实训项目主要为以下两项。
给排水管道布设实训项目 利用温室水培应用的设施，从水源地（蓄水池）用水泵提水后通过输水管道将自来水引入营养液池。在营养液池内将无土栽培的专用肥料按一定的肥料配比溶解后形成满足蔬菜生长所需要养分的水溶液，通过微型水泵提水使营养液逐级输入水培栽植管道，首先进入最上层（第四层：高约2.5m）管道，通过不断循环流动逐步输入以下各层，随着营养液在各级管道中不断循环保证营养液的供氧量，使根系在生长过程中有充足的氧气供给，因此蔬菜根系虽浸泡在水中却保证了根系呼吸作用的正常进行。营养液在通过各级管道循环流动后最后进入埋入地下的回水管道，再由回水管道回流进入营养液池。这样通过营养液在水培栽培管道的反复循环过程将现代农业、设施农业与给排水管道设施应用的基本原理有机结合，并以真实的职场氛围进行实训，使学生掌握从水源地（蓄水池）引水通过各种设施进行引水（或排水）的基本原理。
给排水管道工程的安装和维修实训项目 温室水培技术中的管道工程把课本理论知识与实际生产内容相联系，在温室管道设施的安装以及使用过程中所遇到的维修和维护等技术问题，通过让学生以实训课程的形式进行参与，掌握有关管道安装、使用、运行、维护与管理等相关知识及技术，以提高学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。该内容主要采取兴趣小组（每班3~5人）参与实训的形式，有待不断摸索实训方法，逐步扩大实训学生的数量，以有效利用现有实训条件，增强学生解决实际问题的能力。
（四）“水质分析”课程实训项目
无土栽培营养液的配制、营养液电导率的测定和PH值的测定等可与我院水质分析实训室有关仪器的使用结合起来进行实训，达到既能熟悉和掌握仪器使用方法，也能定期监测营养液的浓度。
“水质分析”课程实训项目为：营养液的配置方法和浓度测定。
实训组织形式：将安排“水质分析”课程的班级，按学生人数分为5~8人的实训小组，每组安排一个月的不定期实训。主要根据温室内环境状况与营养液的消耗情况进行营养液的配制和浓度调节。各组按月轮流实训。根据具体情况在课堂教学时间或课余时间进行实训操作。实训项目的操作过程如下：（1）配置营养液浓度。将营养液池引入原水2m3，在塑料桶或塑料盆取水适量，在水中放入无土栽培1号专用肥料1袋（按2m3原水匹配的肥料），不断搅拌使其完全溶解后倒入原水中，一次溶解不完可多次取水溶解直至溶解完后倒入原水，搅拌原水使原水浓度均匀；用同样的方法分别溶解2号专用肥料和3号专用肥料各1袋（注意不能取原水溶解，可用清水多次溶解）。此时营养液调制完成，再充分搅拌配置好的营养液，使其均匀融合。（2）使用雷磁DDBJ-350电导率仪测定营养液池营养物质离子的浓度（即Cond）、固体物质总溶解度（即TDS）、含盐量（即salt）并使用试纸或PH仪测定PH值。根据栽植的蔬菜种类的不同，配制成不同的营养液浓度。如生菜在栽植后的1~2周内，适宜的Cond值应为1.8~2.0ms/cm；2~4周Cond值应控制在2.0~2.1ms/cm；4周后Cond值应控制在2.2~2.3ms/cm。TDS值应略低于Cond值，salt浓度最大应不超过0.11%。每7~10天定期测定一次，以便根据蔬菜生长阶段、季节、温度、空气湿度和光照强度等及时加水调试和测定营养液浓度。（3）用PH测定仪测定营养液的酸碱度。每7~10天定期测定一次。针对当地水质碱性偏大的特点通过测定PH值后及时调试。当PH值超过7.0时及时用磷酸溶液调试，使PH值保持在6.0~6.5之间，最大不超过6.9，以满足无土栽培中生菜生长对酸碱度的要求。
上述各实训内容尚处于初步开发与探索阶段，还需要在实践中根据具体情况不断调整实训内容和实训时间，如根据水质分析课程的内容结合营养液池的条件还可增加某种具体养分的测试，达到实训与生产应用相结合的目的。还有些具体管理内容可通过部分学生如2~3名学生组成的实训兴趣小组参与各种实训任务，以提高其职业技能和实践能力。
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参考文献：
[1]姜国利，张淑波.北方有机态番茄无土栽培技术[J].农业科技通讯，2010（12）.
[2]周新民.蔬菜有机质和有机生态型无土栽培[J].西北园艺，2010（7）.
（责任编辑：张维佳）