無土栽培的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

無土栽培的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1國內(nèi)無土栽培技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀所謂的無土栽培是指沒有自然土壤栽培植物，而將植物種植在營養(yǎng)液和基質(zhì)中。這種營養(yǎng)液可以取代天然土壤，提供食物的水分、養(yǎng)分、氧氣和溫度，植物可以正常生長，完成整個生命周期。由于無土栽培不受土地條件限制、勞動強度小、病蟲害明顯減少、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、便于工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點,越來越受到人們的重視。目前,無土栽培在我國發(fā)展迅速眾多的科研院所及生產(chǎn)單位對無土栽培技術(shù)進行了大量的試驗和探討,為推進我國無土栽培事業(yè)的發(fā)展做出了極有價值的研究,但很多技術(shù)仍處于小規(guī)模示范階段,較之國外的無土栽培技術(shù)的發(fā)展還有相當?shù)牟罹唷o土栽培的核心技術(shù)為營養(yǎng)液的配制與管理而我國營養(yǎng)液的調(diào)控自動化程度不高,在一定程度上限制了無土栽培技術(shù)的發(fā)展,致使無土栽培產(chǎn)量低、品質(zhì)差,不能發(fā)揮設(shè)施園藝潛在的經(jīng)濟效益。2國內(nèi)外無土種植的發(fā)展2.1主要立地材料、設(shè)備及與環(huán)境條件科學完善的無土栽培設(shè)施在國外的應(yīng)用目前世界上應(yīng)用無土栽培技術(shù)的國家和地區(qū)已達100多個,其栽培技術(shù)的逐漸成熟和發(fā)展,應(yīng)用范圍和栽培面積也不斷擴大,經(jīng)營與技術(shù)管理水平空前提高,實現(xiàn)了集約化、工廠化生產(chǎn),達到了優(yōu)質(zhì)。蔬菜無土栽培的形式,各國不盡相同,目前以巖棉栽培和營養(yǎng)液膜水培(NFT)兩種形式為主導(dǎo),其它還有礫石基質(zhì)培、沙培、蛙石培、鋸末培、深水培、霧培等無土栽培形式。1)日本是無土栽培設(shè)施較發(fā)達的國家,其栽培技術(shù)有許多種,如:NFT、湛液培、噴霧培、固體基質(zhì)培(包括巖棉培、礫培、砂培),其中以巖棉培和NFT為主,巖棉培則占到營養(yǎng)液栽培面積的50%。典型的營養(yǎng)液栽培裝置有以下幾種形式:一種是栽培床用泡沫制成,有一定的斜度,底部營養(yǎng)液呈薄膜狀緩緩流動,可以自動供肥,還帶有殺菌裝置;一種是采用成型的塑料栽培床,適用于果菜栽培;還有一種循環(huán)式巖棉栽培裝置,在栽培槽中央安裝排水管,從上到下依次鋪放粒狀巖棉墊、巖棉塊、定型滴水管,采用滴灌式,多余的營養(yǎng)液排回集水槽供循環(huán)使用。2)美國是世界上最早進行無土栽培商業(yè)化生產(chǎn)的國家,但其無土栽培面積并不大,且多數(shù)集中在干旱、沙漠的地區(qū),主要原因是因為美國國土面積遼闊、肥沃的土地較多、人口稀少的緣故。其采用無土栽培的蔬菜品種主要有黃瓜、番茄、萵苣。不同的蔬菜選用不同的無土栽培設(shè)施。番茄和黃瓜主要采用基質(zhì)栽培,其容器為塑料袋,因此也稱袋培,配備一套滴灌設(shè)施。萵苣采用營養(yǎng)液膜栽培,在白色的硬塑料管道(直徑約8mm)中栽苗,配備一套營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)。常用的基質(zhì)有:蛭石、珍珠巖、泥炭、巖棉、砂樹皮、木屑、聚丙烯泡沫塑料。應(yīng)用時往往采用混合基質(zhì)。營養(yǎng)液的供給方法因不同的無土栽培系統(tǒng)而異。袋培等基質(zhì)栽培都采用滴灌,一般每天供液約8次,每次約4min,不再灌清水。供液量大致以袋的側(cè)孔處有水微溢為度。營養(yǎng)液栽培采用營養(yǎng)液自動循環(huán)供液法,一般為間歇供液,用電腦控制自動供給營養(yǎng)液。無土栽培的蔬菜是處在嚴格環(huán)境條件的保護設(shè)施中,這些環(huán)境條件都采用先進的自動控制設(shè)備。3)荷蘭是世界上設(shè)施農(nóng)業(yè)最為發(fā)達的國家,該國64%的溫室采用基質(zhì)(巖棉)栽培,果菜全部采用基質(zhì)栽培。由于荷蘭法律禁止施用化學藥劑進行溫室的土壤消毒,迫使農(nóng)民采用便于蒸氣消毒的巖棉栽培技術(shù);又由于荷蘭廣泛利用溫室生產(chǎn),而土培條件嚴重障礙溫室的連作,這就促進了水培技術(shù)的發(fā)展。同時荷蘭又是歐洲蔬菜花卉主要出口國,所以水培面積躍居世界第一。荷蘭4khm2種植蔬菜的溫室?guī)缀跞坎捎矛F(xiàn)代無土栽培技術(shù)。從日本、美國、荷蘭等發(fā)達國家無土栽培技術(shù)的發(fā)展來看,自動化的程度已相當高,把工業(yè)技術(shù)用于蔬菜無土栽培的大型保護地設(shè)施中,使之成為蔬菜生產(chǎn)工廠。他們利用系列化傳感系統(tǒng),各種自動化調(diào)控系統(tǒng)通過電腦作業(yè),自動調(diào)節(jié)和控制設(shè)施內(nèi)溫度、光照、水用量、氣體(CO2)等環(huán)境條件;營養(yǎng)液配置及調(diào)控系統(tǒng)的應(yīng)用采用10個母液罐,可根據(jù)太陽輻射、作物生長等要求每天數(shù)次單獨調(diào)整營養(yǎng)液各種成分的濃度,使調(diào)整后的營養(yǎng)液完全適合作物生長要求。通過自動化技術(shù)的應(yīng)用可使保護地設(shè)施最大限度地滿足不同作物生長發(fā)育對環(huán)境的需求,從而發(fā)揮最大的生產(chǎn)潛力。近年來,國外的研究機構(gòu)在無土栽培方面作了許多卓有成效的研究。英國的D.Savvas,G.Manos根據(jù)灌溉液中消耗的水分和養(yǎng)分的補充以保持電導(dǎo)率平衡,通過一種計算機算法完成封閉式水培系統(tǒng)排水管中的營養(yǎng)液的補充和再利用,實現(xiàn)循環(huán)營養(yǎng)液能夠有效地調(diào)整和再利用。荷蘭的H.Altunlu等人研究無土栽培黃瓜采摘后的品質(zhì),選用珍珠巖基質(zhì),采用不同的營養(yǎng)液供液系統(tǒng)、不同的袋培類型及不同的品種,結(jié)果表明:供液類型和袋培類型對黃瓜采摘后的品質(zhì)有重要影響。荷蘭的M.Bohme等人在營養(yǎng)液中加入乳酸鹽,結(jié)果表明:經(jīng)乳酸處理后能增加黃瓜和豆類的凈葉片面積,而且對其產(chǎn)量和品質(zhì)也有明顯的影響。美國I.Grafiadellis等人無土栽培大丁草生產(chǎn)的經(jīng)濟分析GerberaProduction表明:使用無土栽培系統(tǒng)特別是使用珍珠巖為基質(zhì)的袋培系統(tǒng),效益可觀。荷蘭APardossi等人研究NFT中NaCl影響芹菜的生長,研究表明:增加鹽分對植物的生長、營養(yǎng)液的濃度幾乎沒有影響,但鹽分可以通過減少硝酸鹽的的積累改善旱芹的品質(zhì)及幼葉的“黑心病”,因此在營養(yǎng)液使用合適濃度的鹽對于改善旱芹的品質(zhì)是很有效的。2.2栽培方式與設(shè)備我國無土栽培已有悠久的歷史,如生豆芽、船上種菜、盆里養(yǎng)水仙等都是原始的無土栽培。但是開展無土栽培研究工作和應(yīng)用于生產(chǎn)的時間比較晚。進入20世紀80年代,中國無土栽培的發(fā)展異常迅猛,1985年全國無土栽培的面積只有7hm2,1995年發(fā)展到50hm2。目前中國無上栽培的總面積約為315hm2,與5年前相比增長了3倍多,其中絕大部分都用于蔬菜生產(chǎn),只有很小一部分用于花卉生產(chǎn)。國內(nèi)無土栽培的栽培方式主要有基質(zhì)培和水培兩種。一種是固體基質(zhì)培,目前其主要代表是有機生態(tài)型基質(zhì)培、還有基質(zhì)袋培、立體培、魯SL型糟式基質(zhì)培和巖棉培等形式,使用固體基質(zhì)的營養(yǎng)液栽培具有性能穩(wěn)定、設(shè)備簡單、投資少、管理容易、不易傳染根系病害等優(yōu)點。近期使用的基質(zhì)主要有巖棉、泥炭、沙、蛭石、珍珠巖、鋸木屑等。現(xiàn)已證明,巖棉、泥炭是較好的基質(zhì),但我國的農(nóng)用巖棉只處在試用階段,多數(shù)靠進口,成本較高。另一種是水培,目前以浮板毛管水培技術(shù)(FCH為主體,同時還有營養(yǎng)液膜技術(shù)(NFT)等。營養(yǎng)液膜技術(shù)(栽培裝置如圖1所示)的特點是循環(huán)供液的液流呈膜狀,僅以數(shù)毫米厚的淺液流流經(jīng)栽培槽底部,水培作物的根墊底部接觸淺液流吸水吸肥,上部暴露在濕氣中吸氧,較好地解決了根系吸水與吸氧的矛盾。但存在液流淺、液溫不穩(wěn)定,一旦停電停水,植株易枯萎,根際環(huán)境穩(wěn)定性差等不足,限制了它的進一步發(fā)展。南京市蔬菜研究所對營養(yǎng)液膜技術(shù)作了實用化的改進,取得了良好的效果。FCH系浙江省農(nóng)業(yè)科學院和南京農(nóng)業(yè)大學“八五”期間研制開發(fā),其特點是應(yīng)用分根法的特點是在栽培槽中設(shè)置濕氈分根裝置,既解決了根系水氣矛盾,又有一定深度的營養(yǎng)液,不怕短期停電(24h以上),根際環(huán)境穩(wěn)定,易于調(diào)控(冬季于栽培床內(nèi)鋪電熱線加溫,夏天鋪塑料軟管通深井水降溫),循環(huán)式水培可提高水肥利用率,減少環(huán)境污染。水培的主要缺點是易發(fā)生、傳染根系病害。2.3日水勢變化對番茄生長的影響近年來,我國無土栽培技術(shù)的研究不斷深入。如河北工業(yè)大學筵麗萍等采用形態(tài)學矩陣法研制的無土栽培營養(yǎng)液自動控制系統(tǒng)(圖2為自動施肥裝置)中國農(nóng)業(yè)大學宋衛(wèi)堂等人研究的溫室番茄營養(yǎng)液深液流無限生長型栽培的環(huán)境調(diào)控技術(shù),設(shè)計了溫室環(huán)境調(diào)控模式、營養(yǎng)液根系微環(huán)境調(diào)控模式,保證了番茄集中座果、集中采收的數(shù)量和時間;浙江大學陶國富等對營養(yǎng)液膜條件下番茄在3種間歇灌溉條件下的水勢變化進行了比較,并分析了苗期番茄葉水勢與溫度、相對濕度和光照強度之間的相互關(guān)系。結(jié)果表明:間隔供水時間為30min的番茄植株日水勢變化較大,其趨勢是隨著光照強度和溫度的增加而降低,隨相對濕度的增加而升高;中國科技大學的王永等人在溫室營養(yǎng)液循環(huán)檢測系統(tǒng)中,使用基于最小二乘法的“逐步擬合法”擬和鉀、鈣、硝態(tài)氨等離子選擇電極模型,對營養(yǎng)液養(yǎng)分進行在線測量;中國科技大學秦琳琳等研制了一套無土栽培營養(yǎng)液循環(huán)控制系統(tǒng)(圖3為營養(yǎng)液循環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖),采用動態(tài)矩陣控制算法控制離子濃度,在一定程度上克服了某些不確定干擾的影響;河北職業(yè)技術(shù)師范學院研究的插管泡沫塑料柱立體無土栽培系統(tǒng),結(jié)合有機生態(tài)型無土栽培技術(shù)可降低立體無土栽培成本,簡化栽培技術(shù),提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì);中國農(nóng)業(yè)大學宋衛(wèi)堂等提出了營養(yǎng)液深液流栽培的動態(tài)液位增氧法(DSS)。DSS利用了滴液法、液流法、露根法、濕氣根法等幾方面增氧的原理和方法,在由水泵向栽培槽中供給營養(yǎng)液時,在回液套管的作用下,營養(yǎng)液向栽培槽底面流動這種流動方式,有利于向植株根系更好地供應(yīng)養(yǎng)分和氧氣;在水泵停止工作時,隨著液面的不斷下降,植株的上層根系便暴露在空氣中,可以充分進行氧氣的吸收,以彌補營養(yǎng)液中氧含量的虧缺。如圖4為動態(tài)增氧法的實驗裝置。3蔬菜和營養(yǎng)液生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用有待加強近年來,無土栽培在國內(nèi)外蔬菜設(shè)施栽培中發(fā)展迅速,在克服連作障礙、拓展蔬菜種植領(lǐng)域、抵御不良環(huán)境等方面,具有常規(guī)土壤栽培難以比擬的優(yōu)越性。但由于無土栽培的核心技術(shù)營養(yǎng)液的配制與管理,受栽培環(huán)境、作物種類、生產(chǎn)者技術(shù)水平等諸因子的制約,常出現(xiàn)一些問題,難以實現(xiàn)無土栽培的工廠化生產(chǎn)。一是現(xiàn)在幾乎沒有專門適用于無土栽培的蔬菜品種。由于無土栽培的特殊性,迫切需要抗根系病害耐低溫、弱光、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的適用于無土栽培的專用品種。二是水培法回營養(yǎng)液循環(huán)流動,病菌傳播速度快。番茄疫病、葫蘆根腐病、黃瓜枯萎病等常在2～3d內(nèi)就可迅速傳染至整個系統(tǒng)。如何利用物理技術(shù)和生物技術(shù),盡量減少或不用農(nóng)藥,使產(chǎn)品成為無公害蔬菜,值得深入研究。三是營養(yǎng)液的自動配液及供液灌溉技術(shù)作為無土栽培技術(shù)的關(guān)鍵需深入研究。目前存在的最大的問題是自動控制程度仍不高,特別是在營養(yǎng)液的調(diào)控方面表現(xiàn)更為突出,營養(yǎng)液的定時供給要人工控制,營養(yǎng)液成分、濃度和酸度不能自動監(jiān)測和調(diào)整。四循環(huán)營養(yǎng)液不能很好地再利用,造成水資源的浪費。從長遠的觀點出發(fā),正確處理無土栽培后的培地和廢液利用問題,減少環(huán)境污染。4無土栽培技術(shù)應(yīng)加強的重點研究無土栽培的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾方面:1)加強無土栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)、營養(yǎng)液配制及營養(yǎng)液的再利用等方面的研究。2)為擴大無土栽培面積、增加種植次數(shù)、提高土地利用率、提高生產(chǎn)效益而加強立體栽培方面的研究。3)營養(yǎng)液自動配液及供液灌溉技術(shù)作為無土栽培技術(shù)的關(guān)鍵需深入研究。研制適合于我國國