蔬菜无土栽培研究进展
摘要蔬菜无土栽培是不用天然土壤而用营养液浇灌蔬菜，或者把蔬菜直接种植在营养液中的栽培方法。从蔬菜无土栽培的研究历程、系统种类、基质研究状况、缺点及蔬菜营养管理等方面阐述了蔬菜无土栽培的发展状况，指出我国蔬菜无土栽培发展前景广阔。
关键词蔬菜；无土栽培；研究进展
中图分类号S63文献标识码A文章编号1007-5739(2009)01-0034-02
蔬菜无土栽培是指不用天然土壤而用营养液浇灌蔬菜，或者把蔬菜直接种植在营养液中的栽培方法，又称为营养液栽培，是一种农业高新技术。与土壤栽培比较，无土栽培的蔬菜吸收养分更高效，克服了土壤连作导致的病虫危害，具有节肥、节水、省工、高产、优质、不受地域限制、产品洁净卫生、能充分利用空间、有利于实现农业现代化等特点。试验表明，每生产1kg蔬菜所用的营养液的成本低至几分钱，是实现蔬菜生产工厂化、现代化、高效化的重要途径。
1蔬菜无土栽培的研究历程
美国是最早在蔬菜生产上应用无土栽培的国家，栽培的蔬菜种类主要有番茄、黄瓜和莴苣(生菜)，平均产量：番茄135～150t/hm2、黄瓜135～225t/hm2、莴苣30～45t/hm2。我国进行无土栽培研究始于20世纪70年代，首先在营养液育苗方面进行了研究与应用。80年代后期进行系统地研究和生产中大面积推广应用。据不完全统计，至1993年底，全国无土栽培面积40～50hm2。其中以我国东部和东南沿海各大城市发展较快，多以引用国外无土栽培设施及技术为主。近年来，我国无土栽培技术取得了快速发展，从引进和消化吸收发达国家的无土栽培技术发展到了自主研发阶段，获得了良好的经济、社会和生态效益。目前，降低成本、提高蔬菜品质是我国无土栽培发展中的重点。
2无土栽培系统的种类
无土栽培的系统很多，主要的有有機生态型无土栽培系统、浮板毛管法栽培系统、营养液膜栽培系统、深液流栽培系统、鲁SC栽培系统等，实际应用时要依蔬菜种类不同采用适当的无土栽培系统。果菜类主要采用基质栽培，另外配备一套滴灌设施；叶菜类主要采用营养液栽培，另外配备一套营养液循环系统。在我国，除有机生态型基质槽具有一定栽培面积外，其他系统的应用规模还比较小。
2.1有机生态型无土栽培系统
有机生态型无土栽培是指不用天然土壤而使用基质，不用传统的营养液灌溉植物根系而使用有机固态肥并直接用清水灌溉作物的一种无土栽培技术。有机生态型无土栽培管理技术关键在于基质与肥料的选择与配比以及管理过程中的灌水。有机生态型无土栽培的形式包括槽式栽培、袋式栽培、立体垂直栽培，实际生产中基质槽培应用较多，其结构主要包括栽培槽、PE膜、灌溉带和基质。栽培槽由3层砖垒成，高15cm，宽48cm，长度视温室类型而定。槽底铺设0．1mm厚的PE塑料膜，以防土壤病虫害的侵染，是克服温室连作障碍最有效、最经济的办法，也是适合我国国情，符合有机农业和农业可持续发展要求，并具有显著经济、社会、生态效益的实用无土栽培新方法。
2.2浮板毛管法栽培系统
浮板毛管系统是由浙江农业科学院和南京农业大学共同研究开发的，其结构由栽培床、贮液池、循环系统和控制系统四大部分组成。具体设计如下：栽培槽由聚苯乙烯泡沫板连成长15ｍ、宽0.4ｍ、深0.1ｍ的凹形槽，内铺0．8mm厚的黑色聚乙烯膜以防渗漏。营养液深度为3～6cm，液面漂浮厚1.2cm、宽12cm的聚苯乙烯泡沫板，板上覆盖密度为50 g/m2的亲水性无纺布，并且两侧延伸入营养液，通过毛细管作用，使浮板始终保持湿润状态，蔬菜根系一部分生长在浮板上，一部分从浮板两侧伸入营养液中，吸收氧气、营养元素和水分。该系统属深水培类型，但它克服了深水培根际氧气供给不足及营养液膜栽培中营养液供给受停电影响的缺点，营养液的温度不易受温度剧烈变化的影响，成本低，投资少，蔬菜生长快，产量高，效益好。
2.3营养液膜栽培系统
营养液膜栽培系统(Nutrient Film Technique，简称NFT)是使1层很薄的营养液(0.5～1.0cm)层不断循环流经蔬菜根系，既保证不断供给作物水分和养分，又不断供给根系新鲜氧气。它由贮液池、水泵、栽培槽、输液管道和调控系统组成，营养液通过水泵从贮液槽流向栽培槽(床)，营养液在栽培槽内的深度为0.5～1.0cm，与根系接触，然后栽培槽的自然坡度流回贮液池。但是，营养液膜水培有很多缺点：根系环境的缓冲性能差，根际周围的温度受外界影响很大。营养液层较浅薄，总量较少要不断循环供液，能源消耗较大，若出现断电较长时间或水泵故障，便不能及时循环。一旦发生根系的病害，较容易在整个系统中传播、蔓延。
2.4深液流栽培系统
该系统的基本设施包括营养液栽培槽、贮液池、水泵、营养液自动循环系统及控制系统、植株固定装置等部分，这种栽培方式与NFT差不多，不同之处是流动的营养液层较深(5～10cm)，植株大部分根系浸泡在营养液中，其根系的通气靠向营养液中加氧来解决。这种系统的主要优点是解决了在停电期间NFT不能正常运转的困难。
2.5鲁SC栽培系统
该系统由山东农业大学研制开发，又称“基质水培法”，该系统能协调蔬菜根系水、肥、气三者的关系，主要结构是由贮水池、栽培槽、供液和排液管、供液时间控制器及水泵等组成。栽培槽体是用铁皮、水泥或粘土制成的倒三角形槽，高20cm，土制槽内铺1层聚乙烯农用膜，槽中部放一垫蓖，铺棕皮或尼龙编织布，然后填入10cm厚的基质，基质以下空间供根系生长及营养液流动，栽培槽一端用于供液，另一端设虹吸管用于排液。该系统集中了基质培与水培的优点。
3无土栽培基质的研究
基质是无土基质栽培的基础，它能为蔬菜提供稳定的协调水、气、肥结构的生长介质。它除了支持、固定植株外，更重要的是充当“中转站”的作用，使来自营养液的养分、水分得以中转，蔬菜根系从中按需选择吸收。
3.1历史与现状
栽培基质的研究史实际上也是固体基质栽培的发展史，始于1970年丹麦Grodan公司开发的岩棉栽培技术和1973年英国温室作物研究所的NFT技术。砂砾最早被植物营养学家和植物生理学家用来栽培作物，是最早的栽培基质，随后很快扩展到石砾、陶粒、珍珠岩、岩棉、海绵、硅胶、碱交换物等、泥炭、锯末、树皮、稻壳、酚醛泡沫、炉渣以及一些混合基质。对基质的作用、各类基质的优缺点、应用技术等进行了研究，内容包括基质主要理化性状、基质的空隙度、pH值、可利用水量、产量、养分平衡性(分析了顶部叶片的养分含量)等，并推荐了各种基质的栽培技术。
目前，基质的研究分理论和生产两部分，理论上进行基质空隙、吸水性、保水性、吸附养分性、基质结构的保持等研究，生产上进行与不同的基质相配套的栽培管理方式和技术研究；重点对基质的结构、生产工艺、基质栽培中根际营养、基质的水肥管理技术、有机基质和有机废弃物进行研究。
3.2基质种类
基质的来源有3种：一是有机质，如各种类型的泥炭、秸秆、草炭、树皮、锯末、堆肥等；二是粗团聚体。包括蛭石、珍珠岩、莱石、炉渣、塑料颗粒等；三是农用岩棉，岩棉是玄武岩1 500℃高温熔溶后在离心和吹管作用下形成的束状玻璃纤维，是很好的保温、隔热、隔音、防火材料。农用岩棉是岩棉经压制呈网状结构的条状物，适合蔬菜根系穿插生长，有很强的吸水性，由于空隙大小均一，保水性也很好，但是废弃的岩棉会造成严重的环境污染。岩棉、珍珠岩、蛭石、浮石、陶粒等，一般很少含有营养，又叫无机基质；泥炭、砻糠灰、尿醛泡沫等，是一类天然或合成的有机材料，含有一定量的养分，又叫有机基质；混合基质有：无机无机混合、有机有机混合、有机无机混合。草炭、岩棉等是目前世界上应用最广泛的无土栽培基质。
4蔬菜营养管理的研究
营养液的配制与管理是无土栽培的核心技术，它关系到无土栽培的成败和进一步推广应用，营养液管理中常出现的问题包括营养液用水的水源、营养液配制、营养液供给、控制系统、营养液滞留等方面，这些问题直接影响蔬菜的水分和養分供应。中国农业大学等对营养管理的问题做了深入研究和详尽报道，如不同蔬菜的专用营养液配方，营养液中不同氮源、不同铁源对蔬菜生长发育的影响，基质微生物对蔬菜根系以及生长发育的影响，营养液自身(pH值、EC值)的调控，全程病虫害无公害综合防治，有机生态型无土栽培基质中基质和肥料的选择与配比以及管理过程中的灌水等。这些研究成果很好地解决了生产中的实际问题，使生产者获得了增产增收的满意效果。近年来，研究内容集中在水分、肥料、专用品种选育、环境条件等方面，一些无土栽培专用配方肥和性价比优良的基质也不断被开发出来，随着一些主要蔬菜的无土栽培技术规程相继出台，番茄、黄瓜、生菜的产量大幅增长，在一定程度上提高了无土栽培生产者的经济效益，使无土栽培的可操作性大大增强，这些都有益于无土栽培的推广应用。
5蔬菜无土栽培的缺点
5.1费用高
一次性投资至少6000元以上，有的甚至高达5～6万元，如建玻璃大棚、连栋大棚，及供液排液配套设施，即使是采用塑料大棚生产，通风及防虫设备、排灌设施以及栽培槽建设等一次性投资也较大；用电多，肥料费用高，用于配制营养液用的肥料，每年需花费3000元以上；即使较实用的有机生态型无土栽培系统，其一次性投资也达2000～3000元，每年的肥料成本也需1600元左右。
5.2专业性强
营养液的配制、调整与管理都要求掌握专门知识，要求生产者掌握农业生产技术，还要掌握好蔬菜的生理生化机械电子方面的技术。目前，这样的从事一线生产的人较少。作为培养农业技术专门人才的大专院校、农业科研单位，应着力培养一批专业技术人才，充实到蔬菜无土栽培的第一线。
5.3基础研究薄弱，生产技术不配套
基质的来源、处理和消毒程序繁琐；循环过程中病菌传播速度快，一旦发作，很难控制；应用普通塑料大棚进行无土栽培，温室环境难以调控，影响周年生产；专门适用于无土栽培的蔬菜品种不多。
6蔬菜无土栽培的前景展望
无土栽培新技术，开创了高效农业发展的新模式，它给农业生产从田间生产走向工厂化、集约化生产带来了可能，同时它也是绿色环保食品生产的重要途经，是一项充分利用自然资源的栽培模式，随着农业科技的发展，这种模式必然会同生物工程学、机械工程学、电子学等各学科结合起来，一种自动化、工厂化的绿色农业必将得到更好的发展。
6.1无土栽培技术是克服温室连作障碍最有效、最经济和最彻底的办法
20世纪90年代以来，我国日光温室发展迅猛，目前，日光温室已成为我国北方地区农村的支柱产业。温室在使用3～4年以后，都会不同程度地出现温室连作障碍，最终导致生产成本不断上升，蔬菜产量和产品品质不断下降的恶性循环。无土栽培技术是克服温室连作障碍最有效、最经济和最彻底的办法，目前我国无土栽培面积不足温室和大棚面积的
0.1%，而荷兰等国则占温室面积的80%以上。因此，无土栽培这一农业新技术在我国具有广阔的发展前景。
6.2充分利用空间
我国存在大量的荒滩、荒沟、沙荒地、废弃矿区，这些传统农业无法耕作的地区和中低产地区、盐碱地区等利用无土栽培则可以进行蔬菜生产，并可成为农民脱贫致富的重要手段。无土栽培不但可使地球上许多荒漠变成绿洲，而且在不久的将来，海洋、太空也将成为新的开发利用领域。美国已将无土栽培列为该国21世纪要发展的十大高技术之一；在日本，无土栽培技术已被许多科学家作为研究“宇宙农场”的有力手段，人们称为太空时代的农业。
6.3节省水资源，减少环境污染
水资源的问题，是世界上日益严重威胁人类生存发展的大问题。无土栽培是最节水的农业，与土壤滴灌栽培相比，可节水20%～26%。另外，无土栽培还可以大大减少化肥、农药的使用，在减轻环境污染、减少生产成本的同时，可以提高蔬菜的产量和品质。因此，无土栽培在中国具有极为广阔的前景，但是在应用无土栽培技术时，一定要全面掌握技术，同时提高社会化生产配套体系。随着我国农业生产的迅速发展，科技和条件的不断改善，无土栽培技术在我国将会呈现一个全新的发展局面。
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