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无土栽培技术现状及其应用
作者：关绍华 熊翠华 何迅 杨文兵 郭凯 邹家龙
来源：《现代农业科技》2013年第23期
摘要 对无土栽培的发展作一概述，总结了无土栽培技术的优点与不足，具体介绍了无土栽培技术要点及其应用情况，并对该技术的发展趋势进行展望，以期促进无土栽培技术快速发展，在现代化农业中发挥重要作用。
关键词 无土栽培；优缺点；现状；应用；发展趋势
中图分类号 S317 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）23-0133-03
无土栽培就是无需土壤，而用营养液种植作物的一种栽培技术，它属于一种设施栽培。它利用一定的栽培设施，通过协调植物与环境、营养液与植物根系间的相互作用，满足植物生长需要的温光水肥气条件，并达到高产、优质、高效的目的。无土栽培的特点是人工为作物创造植物根系环境、营养和水分条件，以取代土壤环境。它不仅能满足作物对矿物质营养、水分和空气条件的需要，而且可以应用现代科学技术、通过人工或自动化控制调节这些条件，以促进作物的生长和发育，使其发挥最大的生产力。这项新技术已经广泛应用于无土育苗、蔬菜无土栽培等方面。无土栽培技术集中体现了农业高科技的成果，现已真正成为我国农业现代化中一项新兴的农业科学技术[1]。综述了近年来国内外无土栽培的相关方法、成果应用及发展趋势，认为无土栽培在实现我国高产、高效、优质农业现代化建设中，特别是在“菜篮子”工程中将发挥愈来愈大的作用。
1 无土栽培发展概述
在国外应用营养液培养植物已有近100年的历史，直到1929年，美国格里克在营养液中种植1株番茄高达7.5 m，产出果实重达14 kg，一时轰动全世界，当时称这种方法为水培。1945年后开始应用水培生产蔬菜和粮食，随着塑料工业的发展，在西方和海湾地区已大量应用无土栽培进行工厂化生产蔬菜，在英格兰建成了一个有8万m2的水培温室，称为“超级番茄工厂”，使无土栽培走上工厂化、商业化。
我国应用这项现代科学技术在蔬菜生产上，始于20世纪80年代，现在全国的大都市、大多数省市以及部分科研单位和农业高等院校等都进行了一定规模的生产和试验研究，并引进了国外的部分设施，而且在部分城郊农村也开始应用这项新技术生产优质高产蔬菜，实现周年蔬菜供应，丰富蔬菜市场的品种。
2 无土栽培优缺点 龙源期刊网
无土栽培是一种先进的、科学的现代栽培技术，有很多优点，也有一些缺点。
2.1 主要优点
一是可提高产量和品质。应用无土栽培比一般大田栽培可提高产量1～2倍，产品品质好，生产出的番茄，形状端正、颜色鲜艳、味道好，营养价值高，维生素C含量比土壤种植的增加30%，矿物质含量也增多。二是可提高水分、养分的有效利用率。无土栽培对水分、养分能充分利用。土壤种植所需的灌溉水大部分被蒸发和渗漏，植物吸收利用少，所施的肥料，其相当大的一部分被土壤固结或淋失，导致水分和养分失调。无土栽培通过人工和自动调控，使植物吸收的水分、养分平衡协调。三是清洁卫生、病虫害少。无土栽培应用营养液生产的是一种无公害蔬菜，病虫很少感染，干净卫生。四是不受土地限制。无土栽培可以在不适宜于农作物生长的地方进行，不选择土地的肥沃性，在荒地、沙滩、山岭坡地及城市屋顶、阳光充足的空闲地都可地进行栽培，既可扩大作物生产种植面积，又可以改善城市环境。五是有利于现代化农业发展。无土栽培因简化栽培工序，节省劳力，应用设施进行操作、管理，利用电脑自动控制营养液浓度、用量、酸碱度以及氧气供应和温度调节等，向现代化生产方式发展，实现了蔬菜种植工厂化。
2.2 缺点
一是初期投资较大，需要购置大棚、管理和调控的设施、设备。二是营养液的配制、管理技术较复杂，掌握自动化设施、设备和调控的科学技术性较强，需要一定的科学文化水平。三是种植环境要很卫生，否则病菌一旦感染，扩散发展很快。
3 无土栽培技术现状
3.1 无土栽培的类型
无土栽培根据作物生长的环境条件和采用的栽培方式，一般分为两大类，即水培和基质栽培（图1）。
其中基质栽培中可用单一的基质培养法，也可用几种基质按比例组成混合基质培养法。基质是营养液的介质和载体，是植物的固定物质。无基质栽培法的水培法，常采用溶液流动培养方法，主要特征为“深悬流”，即提供的营养液的液层较深，植株悬挂在营养液的水平面上，营养液进行循环流动。经过大量研究总结，适用无土栽培的主要是蔬菜作物，在蔬菜作物中以瓜果类较适应，其中有番茄、黄瓜、哈密瓜、甜瓜种植的较多，还有苦瓜、丝瓜、辣椒、生菜、芹菜、莴苣等。无土栽培还常用于花卉植物、果树育苗、水果草莓培育以及牧草的种植。
3.2 无土栽培的设施环境 龙源期刊网
无土栽培需要在一定的设备条件下进行栽培管理才能满足作物生长发育所需条件，其设施包括：一是塑料大棚或玻璃温室，用来遮风雨、保温、控温。二是种植槽或种植床，它既可让植物生长在其中，又能提供营养液，是植物根际周围营养液移动的特殊装置，基质栽培的基质分布在种植床中。三是营养液的循环系统，包括贮液池、供液管道、水泵、自动调控装置设备、计算机管理系统等。
无土栽培是在一定设施环境中进行的，利用这些设施，按作物生长发育的需要，控制光照、室温、风速、相对湿度、CO2浓度等地上部环境，以及基质的温度等根际环境，使作物生长在最适的环境条件下，实现作物高产、稳产、优质栽培。光照条件的调控：为提高室内采光量，应选择防尘、防老化的透光性强的覆盖材料；在设施物材选择方面，单栋式的比连栋式的采光性好，温室的跨度、高度、倾斜角度与采光量也有密切的关系。
昼夜温度的调控：根据作物生长季节对温度要求，采用喷雾降温和遮阳网降温；利用改良式温室或保温设施保温；可利用太阳能设施增温。温度调控必须注意空气温度与作物根际温度的密切关系。
湿度及通风环境的调控：不同蔬菜作物对湿度要求不同，湿度过大易引起病害，由于温室多处于密闭状态，采用自然通风调节室内湿度，通风有降温、降湿和增加CO2浓度的叶面运输的功能。干燥时采用叶面喷水、喷雾来调节室内温度。
CO2浓度的调控：CO2作为光合作用的原料，对作物产量和品质有很大影响，设施栽培作物，其室内CO2浓度相对降低而亏缺，通常采用自然通风调节CO2，还采用CO2施肥，如利用碳酸氢铵释放CO2以补充其浓度。
3.3 营养液的配制技术
营养液是将植物所需要的各种营养元素化合物溶解于水中配制而成，通过营养液提供作物所需的养分和水分，它是无土栽培的核心，为作物提供生长的基本条件。
营养液的原料就是水和含有营养元素的化合物及辅助物质，水有自来水和井水，井水应经过矿物质化验。配制营养液的大量元素化合物有硝酸钙、硝酸钾、硝酸铵、硫酸馆、磷酸一铵、磷酸二氢钾、重过磷酸钙、硫酸钾和硫酸镁等；微量元素化合物有硫酸亚铁、鳌合铁、柠檬酸铁、硼酸、硫酸锰、硫酸铜、硫酸锌、硫酸钼等；用于调节营养液pH值（酸碱度）的辅助物质有氢氧化钾、磷酸、盐酸等。
营养液的配制，是根据营养液配方中营养元素化合物的用量和性质以及相互关系，溶于水中配制成浓缩贮备液和工作液。营养液的配方有通用型和专用型，可酌情选择使用。在磷、钾营养平衡条件下，分化细胞朝着有利于发育的正常方向发展，贮藏物多且植株生长量大。营养不平衡时，分化细胞的发育受阻，贮藏物少，生长量下降[2]。不同氮、磷、钾用量和配比对龙源期刊网
温室无土栽培黄瓜叶片部分代谢关键酶活性均有影响[3]。较高硝态氮比例有利于总生物碱的积累，较高铵态氮比例有利于总有机酸的累积[4]。
配制浓缩贮液时，不能将所有的营养盐都溶解在一起，因为高浓度的营养盐分子容易互相作用而形成沉淀，一般将其分为3种母液：A母液以钙为中心，凡不与钙作用而产生沉淀的盐可溶解在一起，浓缩200倍；B母液以磷酸盐为中心，凡不与磷酸根形成沉淀的盐可溶解在一起，浓缩200倍；C母液是鳌合铁和微量元素，因其用量少，可配浓缩倍数高的母液，可浓缩1 000倍。配制工作液时，先在贮液池内加入总液量40%的水，再分别依次加A、B、C母液，边加入边搅动，使其扩散均匀，然后加足水量并搅动，达到均匀。
配制后的营养工作液，在种植作物过程中，营养液中营养元素成分和水分被消耗，需要进行补充，可以进行定期元素含量检测加以监控。水培法用电导仪和酸度计测定其电导率和pH值，通过自动控制装置补充和调整营养液、水分、电导率和酸碱度。电导率一般控制在2
500～3 500 μs，电导率太高或太低，会导致植物在生长发育中出现各种不良症状。pH值在5.5～6.5为宜，pH值小于5.5时，会剌激微量元素的过量吸收；pH值大于6.5时，会导致营养物质沉淀。基质栽培法常采用滴灌方式供给作物养分和水分，也可采用补充营养液的方式调控营养和水分。
4 无土栽培技术在育苗上的应用
不用天然土壤而用基质配合适当的营养液进行育苗的技术，称无土育苗技术，又称营养液育苗技术。无土育苗可减轻劳动强度，便于实行标准化管理和专业化、工厂化、商品化生产，它具有加速秧苗生长、缩短苗期、利于培育优质壮苗和避免土壤传染病虫害的作用。目前，生产上较广泛应用的无土育苗方式有塑料钵育苗、泡沫小方块育苗、岩棉块育苗、穴盘育苗等。
无土育苗营养液的供给，将配制的营养液采用喷灌方式进行，喷液育苗，根据育苗季节的气温确定喷液次数、浓度和用量。
无土育苗可用于无土设施栽培，而且已广泛应用于现代集约化农业生产，如蔬菜、棉、油、花卉、果树、苗木等大田作物的育苗都在广泛采用。
近年来，随着工厂化育苗技术的推广和新型基质的开发，固体基质的营养液栽培（无土基质栽培）受到广泛的应用，它具有性能稳定、设备简单、投资少、管理科学等优点，并得到充分发挥，取得了较好的经济效益，在生产上常用固体基质栽培方法取代水培。
5 无土栽培发展趋势
国际上在一般水培法无土栽培基础上，研究出了营养膜无土栽培技术，它是将植物栽在一个狭长、不透水的营养槽中，槽中有缓慢流动的营养液，根系半浸半露，保持湿润，始终有一龙源期刊网
薄层营养液包围着根际，故称“营养膜”技术。该技术在国外已广泛采用，引起了世界各国学者和专家的极大关注和高度重视，普遍认为营养膜技术是现代农业的一大革命，它为农业现代化和工厂化生产开辟了有效的新途径。在英国，营养膜技术系统已实现电子计算机化，用远程遥控调节植物生长发育。在国内，无土栽培技术正在发展之中，方兴未艾，营养膜技术及其对植物生长影响的研究也已经开始，研究植物根系之间以及根系与营养膜之间的相互作用，即根际间的物质和能量交换以及信息传递[5]。期望我国在根际营养膜对话的基础和应用研究领域能够得到快速发展，在实现我国高产、高效、优质农业现代化建设中，特别是在“菜篮子”工程中将发挥愈来愈大的作用。
6 参考文献
[1] 曹恭，梁鸣早.平衡栽培体系中的农业栽培措施——无土栽培[J].中国土壤与肥料，2008（5）：88-91.
[2] 陈慧选，韩雪梅，吴树彪，等.磷、钾营养平衡对青菜解剖结构的影响[J].植物营养与肥料学报，1996，2（4）：343.
[3] 李冬梅，魏珉，张海森，等.氮、磷、钾用量和配比对温室黄瓜叶片相关代谢酶活性的影响[J].植物营养与肥料学报，2006，12（3）：382.
[4] 李灿雯，王康才，吴健，等.氮素形态对半夏生长及生物碱和总有机酸累积的影响[J].植物营养与肥料学报，2012，18（1）：256-260.
[5] 李春俭，马玮，张福锁.根际对话及其对植物生长的影响[J].植物营养与肥料学报，2008，14（1）：178-183.