水耕栽培－精緻蔬菜生產(chǎn)技術(shù)之開(kāi)發(fā)文／高德錚
 為穩(wěn)定臺(tái)灣夏季蔬菜之產(chǎn)銷及提昇蔬菜之品質(zhì)，使國(guó)人能享受既便宜又無(wú)農(nóng)藥殘毒之清潔蔬菜，臺(tái)中農(nóng)改場(chǎng)在農(nóng)委會(huì)及農(nóng)林廳經(jīng)費(fèi)補(bǔ)助下正積極研究無(wú)土水耕栽培技術(shù)，希望發(fā)展出一套既可提供家庭主婦在公寓陽(yáng)臺(tái)上或屋頂上生產(chǎn)蔬菜，又可藉『植物工廠』年中無(wú)休地生產(chǎn)蔬菜。如何『選擇無(wú)農(nóng)藥殘毒之精緻蔬菜』的疑問(wèn)一直困擾著家庭主婦，消費(fèi)者常以菜葉上具有蟲(chóng)孔者視為上品。事實(shí)上臺(tái)灣位處亞熱帶，四季溫暖，媒介昆蟲(chóng)及病菌生育世代繁盛下，若不能有效地抑制其族群之?dāng)U張，則無(wú)法達(dá)到經(jīng)濟(jì)性之生產(chǎn)，因此過(guò)去二、三十年來(lái)大抵藉用噴灑農(nóng)藥來(lái)防治病蟲(chóng)害，作為增產(chǎn)之途徑。 歐美國(guó)家由於緯度較高，季節(jié)性溫差較大，農(nóng)藥使用頻率遠(yuǎn)低於臺(tái)灣業(yè)者，其生產(chǎn)之蔬菜幾可生食，甚至臨近之日本國(guó)民每日生食萵苣、芹菜、紫蘇、高麗菜的生活習(xí)慣，常令人羨慕不已。我國(guó)之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)並不亞於日本，為何日本能，我們不能？ 水耕栽培植物之構(gòu)想是有歷史淵源的，早在紀(jì)元前數(shù)百年前古埃及之楔形文字遺跡中即可發(fā)現(xiàn)有植物生長(zhǎng)於水中的圖形，而世界七大不可思議的傳說(shuō)中『巴比崙的空中花園』，亦常讓人百思不解。其實(shí)土壤為天然的栽培床，她為植物之母，固持著植物，及提供各種生育必需之元素。一旦不用土壤作為栽培介質(zhì)，若能人為的固持植物根部及提供各種營(yíng)養(yǎng)成分，則在水中生長(zhǎng)植物又有何不可呢？以日本筑波萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上展示之一株活生生地，預(yù)計(jì)可結(jié)一萬(wàn)二千個(gè)果實(shí)之水耕番茄，可了解水耕技術(shù)之奧妙。水耕無(wú)土栽培因果菜類及葉菜類生理習(xí)性之分野，在植株育苗、栽培床構(gòu)造及養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)之設(shè)計(jì)上略有不同，目前本場(chǎng)已成功地各開(kāi)發(fā)一套水耕栽培技術(shù)，在240平方公尺之溫室中以巖棉栽培法來(lái)培植番茄、胡瓜、草莓及木瓜等果菜，並以浮根式栽培法來(lái)生產(chǎn)小白菜、萵苣、山(水)芹菜及菠菜等葉菜。 據(jù)目前研究成果顯示養(yǎng)液蔬菜生產(chǎn)技術(shù)之優(yōu)點(diǎn)為 (1)縮短生育期，增加年收穫數(shù)； (2)週年性工業(yè)化生產(chǎn)； (3)無(wú)農(nóng)藥污染， (4)迴避土壤病蟲(chóng)害及連作障害； (5)施肥合理化； (6)省勞力； (7)輕勞動(dòng)力； (8)不懼農(nóng)村老齡化。 巖棉栽培法栽培介質(zhì)：
 巖棉(rockwool)為人造之礦石纖維(圖一)，與坊間之石棉(asbestos)不同，石棉可由天然礦石中開(kāi)採(cǎi)取得，巖棉為玄武巖或輝綠巖等礦石在1,600℃下熔融後，利用高速離心設(shè)備使巖漿形成微粒液滴，諸液滴因高速離心運(yùn)動(dòng)露於空氣中而形成纖維狀物，然後再將諸纖維重新壓縮排列而形成方塊型一此即所謂巖棉。巖棉內(nèi)部兼具各種疏水性及親水性纖維，且空隙密度大(97%)，保水率強(qiáng)(82%)，適合作為幼苗固持物及栽培床之承載物。農(nóng)用成品規(guī)格大略為長(zhǎng)方體，長(zhǎng) 6.5~90公分、寬6.5~30公分、高5.0~12公分，其化學(xué) 成分主要SiO2 (35~45%)，AI2O3 (10~20%)，CaO (16~40%)，MgO (3~10%)及Fe2O3 (0~12%)，pH (7.0~8.5)。栽培床：
在4"PVC管上每隔20公分挖一個(gè)直徑5公分的洞，以便移入預(yù)先以巖棉育苗之植株，利用PVC管作為栽培床特別適合臺(tái)灣冬季草莓觀光果園之立體栽培，以長(zhǎng)4公尺
 寬1公尺之土地面積為例，若架設(shè)1個(gè) 1.8公尺之三角形立體架一臺(tái)中區(qū)農(nóng)業(yè)良場(chǎng)果菜I型栽 培床(圖二)將以8~10倍於同土地面積之株數(shù)來(lái)進(jìn)行立體經(jīng)濟(jì)性栽培。若進(jìn)行番茄、胡瓜、茄子類之栽培， 如圖三所示之臺(tái)中區(qū)農(nóng)業(yè)改良場(chǎng)果菜II型栽培床，可利用5公分厚保利龍板圍成，寬60公分，高10公分， 長(zhǎng)度180公分之小栽培床，實(shí)際進(jìn)行大面積栽培時(shí)在做好180×60×10之小栽培床後以連接方式依所需長(zhǎng)度，上覆1塊黑色防漏PE塑膠布即可。由於臺(tái)灣氣候 炎熱在移入以巖棉育苗之植株後，栽培床上面需加一 片3~5公分厚之保利龍，以防止養(yǎng)液溫度之上昇。養(yǎng)液條件：
液溫維持在23~27℃，pH 5.5~6.5，養(yǎng)液濃度(以EC值表示)因作物別及生育時(shí)期而異大約 在0.75~2.0mmho，養(yǎng)液溶氧量需維持在3.0~6.0ppm左右。
養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)：
 巖棉栽培法養(yǎng)液之循環(huán)方式可依養(yǎng)液之回收與否，可分為兩類。而養(yǎng)液不回收之灌水系統(tǒng)又可分成噴灌式或點(diǎn)滴式。噴灌式灌水系統(tǒng)為巖棉上直接裝設(shè)PE塑膠，管上設(shè)有微量噴頭，當(dāng)養(yǎng)液槽馬達(dá)啟動(dòng)後，養(yǎng)液直接由噴頭噴至巖棉上，亦可不用噴頭而直接在PE管上穿洞， 而讓養(yǎng)液流入巖棉中。點(diǎn)滴式灌水系統(tǒng)為兩行栽培床中裝置PE或PVC養(yǎng)液主管一條，再以點(diǎn)滴管之一頭插入養(yǎng)液管中，而另一頭插入巖棉中。噴灌式灌水系統(tǒng)每日啟動(dòng)馬達(dá)3~5次，而點(diǎn)滴式灌水法，係利用高水塔及栽培床間之水位落差，使養(yǎng)液24小時(shí)均在滴灌。在養(yǎng)液回收系統(tǒng)又分成靜水式及湛水循環(huán)式，前者為栽培床上留置3~5公分深之養(yǎng)液直至水份減少時(shí)，再注入新鮮養(yǎng)液；而循環(huán)式者，每日定時(shí)由養(yǎng)液槽將養(yǎng)液打入栽培床中，多餘者再流入養(yǎng)液槽。
適合栽種之作物：
番茄、茄子、甜椒、胡瓜、西瓜及洋香瓜等果菜。
 浮根式葉菜類蔬菜栽培法栽培介質(zhì)：
海(泡)棉，將種子消毒後直接播種到海棉育苗床中，育苗床係由3x3x49cm海棉條組成，播種量以3cm長(zhǎng)內(nèi)含3~5粒種子為宜。待種子發(fā)芽生長(zhǎng)至2葉齡時(shí)將海棉條切成3x3x3公分之方塊(圖四)，直接移入保利龍?jiān)耘啻采稀?/div>
養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)：
定時(shí)循環(huán)式，使養(yǎng)液中O2濃度維持3.0~6.0ppm。
養(yǎng)液條件：
液溫17℃~25℃，pH值5.5~7.0、EC值0.70~2.00mmho。
適合栽培作物：
 小白菜(圖六)、萵苣、芹菜、菠菜、韭菜、蔥、莧菜、甕菜、茼蒿及芫荽等葉菜。家庭式水耕栽培法水耕栽培槽：
置備一深10cm、寬30cm、長(zhǎng)50cm左右之容器，此容器最好具不漏水，不生銹及保溫之特性，一般以保利龍箱最佳，此種箱子在菜市場(chǎng)上用於裝魚(yú)、水果等，為避免漏水可內(nèi)置一塊黑色塑膠布，市售之保利龍箱深度大約在四十公分左右，因此可在內(nèi)部先墊入保利 龍碎瑰使深度僅餘十公分，再覆上塑膠布。
水槽蓋：
水槽蓋之作用在於固特植物，一般以3.0公分厚之保利龍最佳，水槽蓋之大小與水耕槽之 面積相仿，至於水槽蓋之洞數(shù)則依栽培植物而定，一般在二～十個(gè)間，洞徑在二公分左右。
適合栽培之植物及數(shù)量：
以30×50cm之水耕栽培床為準(zhǔn)，可栽種之植物種類及株數(shù)如表一：
表一、適栽之植物種類及數(shù)量
育苗法：
取3×3×3海棉塊將其中切0.5cm後，先浸在清水中浸潤(rùn)，然後放入種子3粒于海棉內(nèi)口， 此海棉塊置於黑暗中3~5天，待種子發(fā)芽後移入陽(yáng)光中3 ~5天讓其充分生長(zhǎng)，待之第一對(duì)葉完全展開(kāi)後即可移入水耕栽培床上。
水耕養(yǎng)液：
水耕槽內(nèi)之液體為人工調(diào)配之營(yíng)養(yǎng)液，可取定量之自來(lái)水、地下水或泉水，依本場(chǎng)開(kāi)發(fā) 之水耕養(yǎng)液配方 ( 表二) 調(diào)配之。
表二、臺(tái)中區(qū)農(nóng)業(yè)改良場(chǎng)水耕養(yǎng)液配方
上述配方為通用配方 (S)，可依蔬菜類別及生育時(shí)期調(diào)整其濃度，表三為各蔬菜之最適濃 度。
表三、各種蔬菜之適用水耕濃度
水耕液之調(diào)節(jié)
水耕液之組成：
生物生育、開(kāi)花、結(jié)實(shí)及種子等所必需之營(yíng)養(yǎng)元素為碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、 鎂、鐵、硫、銅、鋅、硼、鉬、氯及錳等十六種，除了二氧化碳可經(jīng)由葉部進(jìn)行光合作用獲得外，均由根部之吸收而得到。因此進(jìn)行水耕無(wú)土栽培時(shí)，水耕液中化學(xué)組成可依植物生育 時(shí)需要量之多寡分成巨量元素－氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫及微量元素－銅、鋅、硼、鉬、氯 及錳。原則上每一種作物對(duì)每一元素之需求量均不同且隨作物之生育期別水耕液之組成亦不 同，因此栽植前每一種作物均需決定一最適配方。
依據(jù)本場(chǎng)開(kāi)發(fā)之水耕配方( 如表二) ， 巨量元素之組成分為硝酸鈣、硝酸鉀、磷酸銨及硫酸鎂， 微量元素之組成分為鐵(Fe EDTA) 、硼 酸、氯化錳、硫酸鋅、硫酸銅及鉬酸銨。 水耕液之酸鹼度：
 植物生育之根圈之環(huán)境有一定之酸鹼度，酸鹼度一般用酸鹼度計(jì)來(lái)測(cè)定 ( 如圖七中上面之儀器) ，其顯示之?dāng)?shù)字稱 為pH 值，pH 值從1 ~14.7 為中性，1 為強(qiáng)酸，14 為強(qiáng)鹼。在水 耕栽培時(shí)，一般將水耕液之pH 值調(diào)在5.5 ~6.5 。實(shí)際栽培時(shí)若 pH 值超過(guò)6.5 時(shí)，用0.1N 硫酸調(diào)回；若pH 值低於5.5 時(shí)，則用 0.1N NaOH 調(diào)回。水耕液中 pH 之調(diào)整相當(dāng)重要，pH 值太高( 鹼性) 時(shí)，水耕 液中微量元素鐵、錳等重金屬會(huì)發(fā)生沉澱，pH 值太低( 酸性) 時(shí)植物因鈣及鎂之吸收效率降低，而影響其發(fā)育。
水耕液之溫度：
水耕液之溫度影響植物根部吸收能力甚鉅，植物根部生長(zhǎng)有最適之溫度。液溫太低時(shí)根 部生理活性低下，對(duì)磷、硝酸態(tài)氮及鉀之吸收能力下降。液溫高時(shí)，根部對(duì)硝酸態(tài)氮之吸收 能力增加，但鈣之吸收能力下降，以番茄為例，液溫超過(guò) 30℃ 時(shí)，根部呼吸率加速，水耕液 中溶氧量減少，因此發(fā)生根腐現(xiàn)象且果實(shí)腐爛。水耕液溫度之調(diào)整法一般將水耕液槽置放地 下，且栽培床採(cǎi)用隔熱保溫資材，儘量地減少水耕液在栽培床之停留時(shí)間，換言之，加速水 耕液之循環(huán)，使水耕液溫維持在15 ~27℃ 間，否則水耕液漕內(nèi)需加入控溫系統(tǒng)。
水耕液之溶氧量：
水耕液之溶氧量與液溫及水耕液在栽培床中之流動(dòng)速率有關(guān)，液溫昇高時(shí)，水耕液中之 溶氧量下降，而且液溫昇高時(shí)，植物根部呼吸作用加速，導(dǎo)致水耕液中溶氧量下降。一般水 耕液之溶氧量需維持在 3 ~6ppm 間，否則水耕植物生育不良。要維持水耕液溶氧量之方法為(1)增加水耕液之循環(huán)次數(shù)；(2) 增加水耕液之流量及流速；(3) 水耕液流入栽培床時(shí)加裝空氣混入 器；(4) 水耕液導(dǎo)入栽培床時(shí)改用噴霧式；(5) 增加栽培床傾斜度，以加速水耕液流速；(6) 將植 株根部上方遠(yuǎn)離泥面2 ~3 公分，使根部直接露於空氣中。
水耕液之濃度：
水耕液內(nèi)填加之化學(xué)肥料一旦加入水中以後均以離子形態(tài)存在，因此吾人檢定水耕液中 電導(dǎo)度 (electric conductivity, EC) 之多寡來(lái)判定水耕液是否因植物吸收而缺失。一般而言，作物 所需之水耕配方?jīng)Q定後，吾人可依配方中每一元素之克當(dāng)量之總和換算出該配方之理論電導(dǎo)度值(EC, mmho) ，例如表二之配方EC 值為2.0mmho ，依植物種類及生育期別而調(diào)配成植物所 需之最適濃度( 如表三所示) 。又，水耕液經(jīng)植物吸收後EC 值會(huì)逐漸下降，日常管理上以電導(dǎo) 度計(jì)( 圖七中下面的儀器) 測(cè)量EC 值之變化，當(dāng)EC 值降至最適值之10% 以下時(shí)，則需補(bǔ)充新的 水耕液使之保持最適濃度。
水耕栽培之日常管理
陽(yáng)光：
水耕栽培床最適宜之放置地點(diǎn)為溫室、陽(yáng)臺(tái)、屋頂或園院中，尤其是番茄、胡瓜、草莓 等需要較強(qiáng)之陽(yáng)光，但一般葉菜類蔬菜需光性不太強(qiáng)，甚至在栽培床上方加上黑色遮蔭網(wǎng)。
氣溫：
吾人可選擇季節(jié)性之蔬果來(lái)栽培將可避免氣候之成為制限因子，例如：春夏天以胡瓜、 白菜、芹菜、茄子、青椒為宜，秋冬天以菠菜、萵苣、番茄、碗豆等最易生長(zhǎng)，若要栽培非季節(jié)性蔬菜則在夏天需遮蔭，冬天需加人工照明才可順利生產(chǎn)。
根溫：
吾人利用保利龍作為栽培床之用意，利用其隔熱、保溫之特性來(lái)維持養(yǎng)液之溫度。因此 避免將栽培床置於太陽(yáng)直射之地方或在栽培床上加置一塊反光塑膠布較能保持水溫。
水耕液之管理：
 栽培床若無(wú)打氣或打水循環(huán)裝置，易造成養(yǎng)液內(nèi)氧氣缺乏，因此以每七天將栽培床內(nèi)養(yǎng)液倒掉後換 新鮮養(yǎng)液為宜。水耕液在深度與植株幼苗根系成反 比，最初在幼苗移入栽培床時(shí)由於根系少可將栽培床 內(nèi)營(yíng)養(yǎng)液加滿，以促進(jìn)植株根系生長(zhǎng)，但2~3天後， 植株根部已伸長(zhǎng)，因此水位與水槽蓋保持 2 公分左右 之空間，藉此有利於根毛之生育及氧氣之供給。經(jīng)濟(jì)效益之評(píng)估
本場(chǎng)開(kāi)發(fā)水耕栽培技術(shù)來(lái)生產(chǎn)蔬菜，主要為解決夏季蔬菜供銷之困擾及生產(chǎn)無(wú)農(nóng)藥殘毒之精緻蔬菜，經(jīng)年來(lái)試驗(yàn)研究之估算，
構(gòu)築 25 公尺×10 公尺之簡(jiǎn)易溫室一棟需164,200 元(圖八) ，
內(nèi)設(shè)置之保利龍?jiān)耘啻残?8,400元，
養(yǎng)液輸送系統(tǒng)需45,000 元，
養(yǎng)液自動(dòng)控制系統(tǒng)需91,320 元，
育苗設(shè)施需8,100元，
表四、葉菜類水耕栽培設(shè)置經(jīng)費(fèi) (1985 ，臺(tái)中場(chǎng)，1 棟，10 ×25m2)
250 平方公尺水耕栽培之年收益性為何?以種小白菜為例年收穫14 次，每次收穫720公斤，以單價(jià)每公斤30 元計(jì)，粗收益為302,400 元，以生食用之萵苣為例，年粗收益為360,000元。開(kāi)支方面分成種苗費(fèi)、肥料費(fèi)、電費(fèi)、水費(fèi)、農(nóng)藥費(fèi)、雇工1 員、設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、 包裝費(fèi)及稅金、手續(xù)費(fèi)，合計(jì)需234,442 元~228,774( 表五) 。因此淨(jìng)所得為67,958 元~131,226元，所得率為22.47% ~36.45% 。
表五、果菜水耕栽培之年收益 (1986,10×25cm2)
養(yǎng)液栽培之前瞻性
臺(tái)灣位處亞熱季，夏季氣溫高，雨季長(zhǎng)，颱風(fēng)頻仍，每年五月至十月間蔬菜生產(chǎn)受制於 天候因素供銷不平衡，尤其颱風(fēng)豪雨過(guò)後菜價(jià)居高不下，倘若利用水耕栽培技術(shù)來(lái)生產(chǎn)無(wú)農(nóng) 藥殘毒之精緻蔬菜，則必能穩(wěn)定夏季果蔬之供應(yīng)。唯目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)工廠生產(chǎn)水耕栽培所需之各種資料及自動(dòng)化設(shè)備，最重要的是開(kāi)發(fā)此技術(shù)所需之各種相關(guān)知識(shí)，比 如如何 (1) 平衡溫室內(nèi)外氣溫(2) 維持最適養(yǎng)液溫度(3) 緩和養(yǎng)液中pH 及EC 值之變動(dòng)(4) 維持養(yǎng)液中氧氣濃度及(5) 發(fā) 展水耕肥料配方等仍待各方專家進(jìn)一步的探討。就國(guó)民所得逐年提高之趨勢(shì)下，讓消費(fèi)者享 受無(wú)農(nóng)藥污染之高品質(zhì)生鮮蔬菜是必然的且可預(yù)期的。
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