摘要：本文以宁夏回族自治区固原市原州区1 个月的水培菜心学生实验为研究基础，试图找到适合固原地区气候特点的简易、智能、省钱、可复制的蔬菜种植技术。实验使用深液流（DFT)方法加上定时器、温湿度计、简易光照系统等简单的智能控制设备来记录和管理菜心从播种、育苗到采收的全过程。本文详细说明了实验所用材料、种植过程、日常管理方式，并对菜心的生长高度、叶片数目等基本生长情况进行系统的记录。从实验结果的对比中可知，在固原相对凉爽、干燥的气候条件下，采用简单的智能控制手段可以达到水培菜心的良好生长效果，并具有节水、省肥、生长期可控等优点。同时，本文以文科生实践视角总结出实验过程中在营养液管理、环境控制等各方面的困难，并提出一些家庭、小规模种植的优化措施。本文以水培技术在固原地区以及其他类似地区的应用为研究对象，从学生角度给出具体的参考案例和实施办法。

关键词：水培菜心；智能种植；固原农业；学生实验；实践探索

1. 引言

固原市原州区位于宁夏南部山区，属典型的温带大陆性季风气候，春旱夏凉秋雨冬寒。传统农业会受到水资源短缺、有效积温不够和土壤条件不好的制约。随着现代农业技术的发展，水培作为不使用土壤、水资源利用率高的种植方式，给固原地区蔬菜的供应开辟了新的途径。

水培（Hydroponics）属于无土栽培的一种高级形式，用营养液来供给植物生长的水分和养分，具有节水节肥、环境可控、生产周期短、单位面积产量高、产品品质好、不受地域季节的限制等优点。

作为一种生长期短、市场需求大且适合水培种植的绿叶蔬菜，菜心是理想的水培蔬菜。与传统的土培相比，水培菜心有以下潜在优势：第一是节水，水培系统具有封闭循环的特点，可以大大减少水分的蒸发和渗漏，对水资源紧缺的宁夏固原来说意义重大；第二是生长环境可控，可以克服固原早春和晚秋低温的不利影响，实现反季节生产；第三是无需耕地，适合在庭院、阳台、简易乡下温棚等非传统农业空间进行，为城市农业和家庭种植提供方案。

但是一般目前对水培技术的介绍大多都以大型现代化温室为主，其复杂化的设备和较高的成本使普通家庭、农民以及学生难以实现。因此本次实验的主要目的就是以大学生所学知识和动手能力为基础，设计并实施一套简化版的智能水培方案。用最低的成本、最易上手的设备探索水培菜心在固原环境下的可行性，记录过程中成功和失败的经验，为居民、学生社团和小型农业创业者提供一份“看得懂、学得会、做得起”的实践指南。

2. 实验材料与方法

2.1 实验时间与地点

实验周期：2025 年 7 月 15 日至 2025 年 8 月 15 日，共计 30 天。

实验地点：固原市原州区某乡村简易大棚（具备良好的通风和自然光照条件

2.2 实验材料与简易设备清单本实验秉承“简易、经济、易得”的原则准备物料。

种植系统主体：

泡沫箱（4 个）：规格约50cm 30cm 20cm，两个做育苗用，两个做定植用。成本低，保温性好。

泡沫定植板：与泡沫箱配套，带有孔洞，用于固定植株。

种植材料：

菜心种子：选择“四九菜心”品种，因其具有生长快、耐寒性较好的特点。

育苗海绵：用于种子萌芽和初期根系固定。

营养液系统：

通用型水培营养液A 肥、B 肥：市售产品，按照说明书的说明进行稀释使用，省去了自行配置多种元素的复杂性，避免了配制不出的困难。

EC 笔（电导率笔）：用于简易测量营养液浓度，是本次实验的核心“智能”监测设备之一。

pH 试纸：用于粗略检测营养液酸碱度。

环境控制系统：

鱼缸用水泵两个（家里闲置废旧鱼缸）：一个用于育苗箱制造循环水流，一个用于定植箱增氧。

USB 充电式LED 植物补光灯（1 盏）：在阴雨天补充光照。

电子温湿度计：实时显示环境温湿度。

家用定时插座：用于控制补光灯和水泵的自动启停，实现基础“智能化”。

测量与记录工具：

直尺、游标卡尺、手机、实验记录本。

2.3 实验步骤

2.3.1 实验准备与系统搭建

1.用稀释高锰酸钾溶液对四个泡沫箱以及定植板清洗一次，再用清水冲洗干净防止细菌滋生。

2. 搭建定植系统：在定植箱上安装好水泵，随后在两个箱内分别注入约 20cm 深的清水和雨水。

3. 搭建育苗系统：在育苗箱内注入少量清水（约4-5cm 深），放入水泵以保持水体流动。

4. 取水样（雨水、自来水）在专门的检测公司进行水质检测。

2.3.2 播种与育苗

1. 种子处理：将菜心种子在清水中浸泡5 小时，以促进发芽。

2. 播种：将浸泡后的种子点播在湿润的育苗海绵块中央的切口中，每个海绵块 2-3 粒种

3. 育苗管理：把种好的海绵块密集的放在育苗箱里，使海绵底部一直和水流接触。育苗箱放在散射光下，用定时器控制水泵间歇工作（开20 分钟，关40 分钟）。

2.3.3 定植与管理

待幼苗长出2-3 片真叶，根系从海绵块底部充分伸出时（播种后10 天），进行定植。

1. 配营养液，向定植箱中分别加入清水和雨水，按说明书比例加入A 肥和B 肥营养液，用EC 笔测量，调整EC 值至1.2-1.6mS/cm(菜心生长初期的浓度)。同时用pH 试纸测量，用白醋或小苏打微调pH 值，使pH 值在6.0～6.5 之间。

2. 移栽：将带幼苗的海绵块小心塞入定植板的孔洞中，使根系自然下垂，浸入营养液。3 开启智能管理：启动定植箱的水泵(24 小时不间断运转，来增加氧气)，并且设置补光灯、定时插座。管理策略就是：当自然光不足的时候，即每天的19：00 到22：00 这三个小时里，补光灯自动亮起。

2.4 日常管理与数据记录我们制定了每日和每周的管理任务清单：

每日：

观察：观察植株长势、叶片颜色、根系状态（是否发黄、变褐）。

环境记录：记录电子温湿度计显示的当日最高、最低温度及平均湿水分补充：检查营养液液面，因蒸发而下降时及时补充清水至初始刻度线。

每周：

全面检测：用EC 笔和pH 试纸对营养液的浓度和酸碱度进行全盘检测，并根据测量的结果补充营养液或者调整 pH。

更换营养液：实验期间，为保持养分均衡，在第15 天时整体更换了一次营养液。

数据测量：每周日固定测量所有存活植株的株高（从海绵块底部到植株最高点的自然高度）和真叶数，并拍照保存，取5 株长势中等的植株作为样本做数据统计分析。

3. 实验结果与分析

3.1 菜心生长情况

经过30 天的生长，水培菜心从子叶展开到基本达到采收标准，整体生长过程顺利。以下是样本植株的生长数据记录：

表1：水培菜心生长指标周变化记录表

分析：从数据可以看出，菜心定植后进入快速生长期，其中第 14 天到第21 天株高增长最快。叶片数量稳定增加说明营养充足。实验结束时大部分植株高 20cm 以上，并且已经抽薹，满足菜心的采收期特征。

3.2 环境数据记录与分析

大棚实验期间白天平均温度为 18^∘C～25^∘C ，夜间平均温度为 12^∘C～16^∘C ，正好是菜心生长最适宜温度 15℃～25℃。平均湿度在 40%到60%之间，固原的气候干燥，实验期间没有发现真菌性病害（白粉病、霜霉病等）。

3.3 营养液管理反馈

在整个实验过程中营养液EC 值缓慢下降，每周需补充约初始量的 1/5 营养液来保持其浓度。pH 值有轻微上升的趋势，一周内需要用稀释后的白醋微调一到四次。植物对养分的吸收是选择性的，会造成营养液环境的变化，因此要定期检测并调整。

4. 讨论：从文科生实践视角看水培技术

本课题是一项跨学科的尝试，其成功在带来技术与实践二者间的关系的深入思索的同时，也带给我们很多启示。

4.1 实验心得与价值认知

1. 智能的本质就是精准和省力：我们用的智能设备并不是什么高级机器人，只是定时器、传感器等一些基础工具。它们的价值就是把我们从重复、定时的劳动（开关灯，检查水泵等）中解放出来，并给我们提供 EC 值，温度等准确的数据依据，减少了管理上的盲目性。智慧农业的入门门槛可以很低。

2. 直观震撼的培育过程就是在养根池里看到植物根的生长情况。洁白如玉的根系在营养液里生机勃勃，和叶片一起生长，生命力量的直接呈现土培是无法比拟的。当第一颗菜心开始抽薹的时候，全组的兴奋度比任何一场理论考试的高分都要高。

3. 本次实验中我们需要做生物学家来了解植物生长，做化学家来调配营养液，还要像工程师一样去搭建立一个维护系统。它打破文理科之间的壁垒，使人们明白了在解决问题时必须运用综合能力以及各种专业知识。

4.2 遇到的问题与优化建议尽管实验整体成功，但我们依然遇到了不少挑战：

1. 营养液管理的学习曲线，实验开始的时候，由于没有及时补充营养液，造成部分植株叶片发黄（缺氮）。查阅资料和调整管理频率后得以改正。建议：初学者可以制作一个营养液管理日历，将检测、补液的时间节点清楚地标明出来，以免忘记。

2. 设备故障应急处理：第15 天定植箱水泵因故停机半天，造成部分根系缺氧，没有死亡，但是影响后期长势。建议对水泵、气泵这类关键设备进行“设备运行状态每日目视检查”，还可以备一个泵来降低风险。

3. 根据固原气候特点做进一步优化，固原昼夜温差较大，夜间的气温可能会低于菜心最适生长期的温度。建议在泡沫箱底部再铺一层宠物用电热毯，用温控器控制，形成简易的根部加温系统，对深秋或早春生产来说非常重要。

4. 根据我们对雨水进行水培实验，我们发现，雨水酸性强度比较高，在这个过程当中我们过于忽略了这一点，在调配营养液时未考虑这一点，导致初期的菜心根系坏死。建议在使用天然雨水进行水培实验种植时要考虑到雨水的酸碱度，在调配营养液时适度注意，在实验过程中也要多加观察。

4.3 技术在固原地区的推广展望

基于本次实践，我们认为简易水培技术在固原具有广阔的推广前景。它可以应用于：

1.城市层面发展都市农业、社区支持农业、阳台经济、家庭菜园，推广我们实验所验证的“泡沫箱+定时器”模式，鼓励城市居民利用阳台进行家庭种植。不但可以保证蔬菜的供应，保障食品的安全，还可以美化家居环境，调节室内微气候，成为市民健康生活的一种时尚。开发固原地区适合家庭的家庭水培套装，种子（青菜、油菜、生菜等）、营养液、计量器具。简单易行，使初学者也能迅速启动用水培种植的探索和学习活动。

在条件成熟的社区，用公共屋顶或者空置地建立小规模的水培种植园，即社区共享农场。由社区成员共同投资、管理、分享收益，不仅能加强社区的凝聚力，而且能形成一种新型社区支持农业模式，在一定程度上解决一部分蔬菜供应的问题。

2.教育层面：融入劳动教育与科学实践

校园科普农场，把简易水培系统带进固原市各个中小学、高校的实验室、生物角。它是一种直观的教具，可以直观地展示植物的生长、营养吸收、光合作用等生物知识，是开展劳动教育、STEAM 教育、食农教育的最好平台。学生经过自己动手操作才能对现代农业科技有一个较为透彻的理解，并且培养出良好的科学素养和节约资源的意识。

3.产业与乡村振兴层面：培育特色小微产业

庭院经济新模式：引导和培训农村居民，主要是留守妇女、老人用自家庭院或闲置的房间来进行水培种植。水培劳动强度小，不用弯腰锄地，适合于劳动力缺乏的家庭。种植出的洁净、品质优良的蔬菜既可供给本地市场、农家乐，也可利用电商平台来进行出售，这是最理想的增加收入的方式之一。

文旅融合体验项目：可在固原的乡村旅游景点或者特色村镇里设立水培科技观光园。使游客在观赏自然风光的同时亲眼看到、体验到无水培无土壤的奇妙种植技术，打造集观光、采摘、科普、购物于一身的农旅新业态，提高固原农业的科技形象。

5. 结论

本研究在固原地区用简单的设备、基础智能控制技术进行水培菜心一个月的种植实践。经过实验发现，该技术方案是可行的，菜心生长状况良好，能在预期时间内达到采收标准。通过自来水和雨水检测和分别试验后得出，雨水也可用于水培菜心。夏季山区多雨可将雨水储存用于水培菜心。在用雨水的时候加三分之一的营养液来调节它的EC 值与pH 值。经过实践证明了水培技术节水、环境可控的优势，也总结出一套适合学生和初学者的管理流程。

更重要的是一从一个文科生的角度证明，先进的农业技术不是高不可及的，只要经过合理的简化与设计，先进的农业技术完全可以为非专业人员所掌握和运用。我们遇到的各类问题，就是技术落地过程里最真实的反馈，给之后的优化与推广提供宝贵的借鉴。随着简易化、智能化的种植技术流行开来，固原这样的地方在现代农业发展道路上会有更多的选择。[文章系自治区级大学生创新创业训练计划项目“绿色革新-固原水培菜心智能种植技术开发与应用”的项目成果，项目编号：S202514200025X]

参考文献

[1] 王明， 李华. 家庭简易水培技术手册[M]. 北京： 中国农业出版社， 2020.

[2]张伟， 刘芳. 叶菜类蔬菜水培营养液管理关键技术[J]. 北方园艺， 2022(15): 5

[3]宁夏统计局. 宁夏统计年鉴2022[Z]. 北京： 中国统计出版社， 2022.

[4]郭世荣. 无土栽培学[M]. 第 2 版. 北京： 中

[5]固原市气象局. 固原市气候公报[R]. 2022.

[文章系自治区级大学生创新创业训练计划项目“绿色革新-固原水培菜心智能种植技术开发与应用”的项目成果，项目编号：S202514200025X]