无土栽培技术研究的现状与发展前景

无土栽培技术研究的现状与发展前景摘要:简述了国内外无土栽培发展的历史和概况,介绍了我国无土栽培的主要方法以及无土栽培技术的种类及特点,分析了无土栽培的优势及存在的问题，并对其研究利用的前景进行了展望。关键词:无土栽培;现状;发展;前景1国内外无土栽培发展概况国际无土栽培学会定义,凡是不用天然土壤而用基质或仅育苗时用基质,在定植以后不用基质而用营养液进行灌溉的栽培方法,统称为“无土栽培”。与传统的土壤栽培相比,无土栽培具有不可替代的优越性,它有效地解决了水分、空气和养分供应的矛盾,充分发挥了作物的增产潜力。目前世界上应用无土栽培技术的国家和地区已达100多个,其栽培技术也日趋成熟和完善,无土栽培技术的推广和应用,使农业、园艺和林业生产步入了一个新的发展阶段,具有十分广阔的发展前景[1]。我国的无土栽培在生产上的应用始1941年,但由于生产成本太高而放弃。20世纪70年代后期,山东农业大学首先开始无土栽培生产试验,并取得了成功。80年代中期,进口的温室及无土栽培设施相继投产,尤其是随着改革开放的深入发展和人民生活水平的不断提高,蔬菜生产已经从过去的单纯追求高产向高产、优质方向发展,人们要求无公害蔬菜、绿色食品的呼声越来越高,在此形势下无土栽培在全国各地蓬勃兴起,迅速从研究阶段进入生产阶段[2]。据不完全统计,1989年全国无土栽培面积仅5.0hm2左右,而90年代中期仅北京就已达2.5hm2左右,全国无土栽培面积仅118.0hm2左右,近几年来我国的无土栽培已经进入了迅速发展阶段。目前世界上应用无土栽培技术的国家和地区已100多个,由于其栽培技术的逐渐成熟和发展,应用范围和栽培面积也不断扩大,经营与技术管理水平空前提高,实现了集约化、工厂化生产,达到了优质、高产、高效、低耗的目的。2无土栽培技术的定义及分类无土栽培学是研究无土栽培技术原理、栽培方式和管理技术的一门综合性应用科学。所谓无土栽培就是完全摆脱对土壤的依赖，根据植物生长发育所需要的各种养分配置成营养液，供植物直接吸收利用。无土栽培以人为创造的作物根系环境取代了土壤环境，有效的解决了传统土壤栽培中难以解决的水分、空气、养分供应的矛盾，使作物根系处于一个良好的环境条件。无土栽培技术主要包括水培、雾培和基质培等方式,其中基质培是无土栽培的最主要形式。受应用成本、实用性和操作管理难度等方面因素影响，目前世界上90%以上的商业性无土栽培都是采用基质栽培方式。无土栽培基质的主要功能是支持、固定植株，并为植物根系提供稳定协调的水、气、肥环境。基质的研究是基质栽培的基础和关键。我国无土栽培起步较晚，目前主要采用营养液膜技术(NFT)、深液流技术(DFT)、浮板毛管水培法(FCH)等水培技术以及岩棉培、袋培、槽培、鲁SC无土栽培法和有机生态型无土栽培技术等基质栽培技术[3]。3无土栽培技术的应用情况人类可以用无土栽培代替土培，但它的推广与应用在一定程度上受到多方面的限制，因此在实践过程中无土栽培不能完全取代土培，仅能作为土壤栽培的一种补充形式，这样才能使无土栽培的价值得到更大程度的发挥。无土栽培技术主要应用：一是适合航天、航海和军用，将无土栽培用于飞船、空间站，不但可以提供氧气，还能在空间生产果蔬用于供应宇航员食用，而在远洋轮的甲板、仓贮空间安置水培箱、水培袋，可以解决长期在海上航行船员对于新鲜蔬菜的要求。二是可为居民提供迷你型栽培，对于小型的无土栽培箱、袋可安放在住宅楼的阳台、屋顶，这样既可以绿化城市又可以满足人们的日常爱好，是未来城市休闲农业的必然选择。三是可作观光农业项目，充实旅游资源，回归自然，了解植物生态知识同生物和睦相处。而在城郊、旅游区建立无土栽培示范区，既可以吸引游客，又能普及科学知识，同时也丰富了旅游内容。四是用在反季节和高档园艺产品的生产，可增加作物的产量与销量。五是作为中小学生的教具和科研人员的研究工具。4无土栽培技术的主要缺点无土栽培技术具有许多优点，但我们也应该清楚地认识到，它是农业科学技术发展到一定程度的产物，同土壤栽培相比无土栽培具有很多优越性，但无土栽培设施设备需要一定量的资金投入，各种应用营养液来灌溉作物的无土栽培系统，一般一次性投资至少9万元/hm2元以上，有的甚至高75万~90万元/hm2，用于配置营养液用的肥料，每年也需要花费4.5万元/hm2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3.0万~4.5万/hm2，每年的肥料成本也需2.4万元/hm2左右。由于种种原因，导致生产者采用无土栽培的积极性不高。因此根据多方面的实践，总结出无土栽培具有以下主要缺点：与土壤栽培相比投资较大、且运行成本比较高；对技术方面要求较为严格；对管理方面要求最为严格，一旦管理不当，易发生某些病害的迅速传播，造成损失严重。5无土栽培技术的分类及特点5.1按是否使用基质分类5.1.1无基质栽培无基质栽培没有固定根系的基质,根系直接与营养液接触。可分为水培和雾气培。水培又称水耕栽培,其显著特点是能够稳定的供给植物根系充足的养分,并能很好的支持、固定根系。水培主要有营养液膜法、深液流法、浮板毛管法3种。雾气培又称喷雾培,是利用喷雾装置将营养液雾化、直接喷施于植物根系的一种无土栽培形式。此法解决了根系从溶液中吸收营养与氧气供应的矛盾,主要特点是将营养液在超声换能器的作用下形成极小的颗粒,为植株的生长提供养分,而且营养液经过超声处理后,实现了超声灭菌的作用,控制了部分叶部病害发生传播的条件。5.1.2基质栽培无土栽培的基质是能为植物提供温度协调的水、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,使植物根系从中按需选择吸收,因此基质的研究是无土栽培的第一步,同时也反映了无土栽培的水平。根据基质的形态、成分、形状,目前国内外使用的基质可分为以下4种。无机基质:包括无机颗粒状基质,如砂、陶粒、砾石等;纤维基质,如岩棉、矿棉等;还有其他基质,如珍珠岩、蛭石等。人工基质:常见的有合成化学基质,如聚乙烯、聚丙烯、酚类树脂、脲醛泡沫塑料等。有机基质:包括锯木屑、蛇木屑、蔗渣、稻草、草炭、稻壳、水苔、熏炭、树皮、麦秆、椰壳糠、菌糠等。混合基质:无机基质与无机基质混合、有机基质与无机基质混合、有机基质与有机基质混合的栽培基质。5.2按无土栽培消耗能源多少和对环境生态条件的影响分类5.2.1有机生态型无土栽培用有机肥代替营养液,灌溉时只使用清水,排出液对环境无污染,能生产合格的绿色食品。有机生态型无土栽培的优点是:以有机固态肥取代传统营养液;操作管理简单;大幅度降低无土栽培设施系统的一次性投资;大量节省生产费用;对环境无污染;产品质量优。有机生态型无土栽培能适应当前生态农业及绿色食品发展的需要,只有大力推广有机生态型无土栽培,才能实现传统农业向现代化农业的转变[5]。5.2.2无机耗能型无土栽培全部使用化肥配制营养液,营养液循环中耗能多,灌溉排出液污染环境和地下水,生产出的食品硝酸盐含量超标。6无土栽培的优势及发展方向无土栽培以人工创造的作物根系环境取代了土壤环境,可有效解决传统土壤栽培中难以解决的水分、空气和养分供应的矛盾,使作物根系处于最适宜的环境条件,从而充分发挥了作物的增产潜力。无土栽培能避免土壤传染的病虫害,免除土壤污染,可以生产出清洁卫生、污染少、无公害、品质好的产品。同时无土栽培还能有效克服土壤连作障碍,具有省水、省肥、省工等土壤栽培难以比拟的高效生产优势[6]。但是,由于无土栽培作物根际所处环境(营养液或固体基质)缓冲能力较土壤小,根系易受设施内气温、营养液pH、养分状态等外界条件的影响,因此其较土壤栽培更易发生生理障碍,生产中急需相应对策加以克服。鉴于目前我国大部分地区采用的无土栽培方式仍以无机耗能型为主,其不仅耗能多、污染环境,而且生产的食品硝酸盐含量超标,将对人体产生极大危害,因此应当大力推广具有投资省、成本低、用工少、易操作和产品高产、优质等优点的有机生态型无土栽培技术,这样才能使我国的无土栽培技术向更新、更好的方向发展。发展无污染、安全、优质、营养的绿色蔬菜生产是社会和经济发展的需要，也是维护人类健康、保护环境、发展持续农业的当务之急。无土栽培是世界设施农业中广泛采用的先进技术，已成为发展无公害绿色蔬菜生产的可靠途径。随着我国与世界接轨，对于传统的蔬菜种植必将得到较大程度的发展，而无土栽培由于能够生产符合国家食品卫生标准的“绿色食品”必将为蔬菜产业的发展提供技术支撑，成为我国设施作物生产的主要方式[3]。综观世界各国无土栽培的现状与趋势,无土栽培技术已经由实验阶段全面转入生产应用阶段,其关键性技术也日臻完善,发展速度将会迅速加快。实践证明,无土栽培的集约化、现代化、自动化程度越高,生产的效益就越大,但由于各国的经济、科技、设备等条件不同,无土栽培的水平和效果也存在较大的差异,因21世纪的无土栽培将出现高度设施化和简易栽培设施并存的局面。我国无土栽培技术的应用起步较晚,无土栽培技术水平虽处于初级阶段,但我国是一个具有巨大发展潜力的发展中国家,随着改革开放的深入发展、农村经济条件的逐步改善和人民生活水平的不断提高,预计今后无土栽培将会出现蓬勃发展的新局面。无土栽培的兴起,将使农业、园艺、林业、花卉生产乃至耕地利用和沙产业开发等进入一个新的发展阶段,因此无土栽培技术具有十分广阔的发展前景。无土栽培技术在我国发展的前几十年步伐缓慢，但进入20世纪70年代以后发展的速度开始加快。就全国而言，随着国际交流和旅游业的发展，无土栽培技术在20世纪80年代改革开放以后得到推广。经过几年的研究开发找到了适合国情的无土栽培技术。通过一系列技术的开发，研究出适合我国国情的高效、节能、实用的系列蔬菜无土栽培技术，使我国的无土栽培从实验研究阶段迅速进入了商品化生产时期，使国外的先进实用农业技术率先实现了国产化。国外大型现代化温室的引进，使现代化的无土栽培设施得到引进。使无土栽培技术在诸多方面开始适应中国的国情，并开始全面的发展。无土栽培这一农业高新技术，在我国应用的时间虽然不长，但其仍然具有无限的发展潜力和应用前景[4]。随着人民生活水平的提高和对蔬菜质量的要求日渐严格，无土栽培技术将受会得到更大的重视。7我国无土栽培技术存在的问题及展望无土栽培技术由于在发展的过程中需要许多条件同时并存才能得以发挥，而在我国由于许多条件还不成熟,因此造成了无土栽培的落后，具体原因有如下几条：一是生产系统昂贵，使无土栽培限于特定的区域，及一些经济价值较高的作物；二是基质昂贵，有很多资源为不可再生资源，需求量较高；三是产品昂贵，造成消费者购买量局限较大；四是产品硝酸盐含量高，有一定的污染。无土栽培技术虽说在我国起步较晚，仍处于初级阶段，但我国确是一个有着巨大发展潜力的国家，随着经济的发展和人民生活水平的提高，预计无土栽培将在我国蓬勃发展。无土栽培的兴起，将使农业、园艺、林业、花卉生产及开发等进入一个全新的发展阶段。参考文献:[1]邢禹贤.世界无土栽培及发展趋势[J].农业新技术新方法,1997,(3):2～17.[2]柴晓芹.无土栽培及其发展趋势[J].甘肃农业科技,1999,(1):4～5.[3]田吉林,汪寅虎.设施无土栽培基质的研究现状、存在问题与展望[J].上海农业学报,2000,16(4):87～92.[4]李式军,高丽红,庄仲连我国无土栽培研究新技术新成果及发展动向[J].长江蔬菜,1997,(5):1～4.[5]蒋卫杰,郑光华,刘伟.有机生态型无土栽培技术[J].中国蔬菜,1997,(3):53～54.[6]范双喜.蔬菜无土栽培的主要生理障碍及对策[J].北方园艺,2002,(3):20～22.