無(wú)土栽培是不用自然土壤,用營(yíng)養(yǎng)液或營(yíng)養(yǎng)液與基質(zhì)栽培作物。無(wú)土栽培是在人為控制下,充分滿足作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)、水分、氣體條件的要求,是一種技術(shù)集約的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,具有節(jié)水、節(jié)能、省工、省肥,減輕土壤污染、防止連作障礙、產(chǎn)品潔凈無(wú)污染、高產(chǎn)高效益等優(yōu)點(diǎn)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家的無(wú)土栽培均在設(shè)備良好的室內(nèi)進(jìn)行,不但能控制室內(nèi)的溫度、濕度、co2濃度,還能控制營(yíng)養(yǎng)液濃度和ph值,使作物處于其生長(zhǎng)發(fā)育的最適宜環(huán)境中。因此可以獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。
1無(wú)土栽培的類(lèi)型
無(wú)土栽培有2種類(lèi)型:一類(lèi)是固體基質(zhì)栽培,采用固形物質(zhì)固定作物的根系,這些固形物質(zhì)孔隙較大,透氣性好,有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)(如酸堿度、導(dǎo)電度等),不含有毒物質(zhì),能吸附營(yíng)養(yǎng)液滿足作物根系所需要的營(yíng)養(yǎng)與氧氣。在無(wú)土栽培中應(yīng)用的基質(zhì)可分為無(wú)機(jī)基質(zhì)和有機(jī)基質(zhì)。無(wú)機(jī)基質(zhì)主要有:巖棉、石礫、砂、火山巖、蛭石、珍珠巖、膨脹陶粒、膨脹片巖等;有機(jī)基質(zhì)常用的有:樹(shù)皮、軟木、鋸末、炭化稻糠等。另一類(lèi)是直接將根系連續(xù)或斷續(xù)地浸在營(yíng)養(yǎng)液中,這種方式稱(chēng)為水培,或是將根系掛在栽培槽中,間斷地向根系噴霧,提供營(yíng)養(yǎng),這種方式稱(chēng)為霧培。
無(wú)土栽培系統(tǒng)包括:作物生長(zhǎng)保護(hù)設(shè)施,如溫室、塑料棚等;容納基質(zhì)或營(yíng)養(yǎng)液的槽、桶、盆、床等;提供作物營(yíng)養(yǎng)液系統(tǒng),如營(yíng)養(yǎng)液的制備、貯存、消毒、注入等;監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng),包括監(jiān)測(cè)調(diào)控溫度、濕度、光照、co2濃度、氣流速度、ph值、電導(dǎo)度、營(yíng)養(yǎng)液水位、營(yíng)養(yǎng)液成分等?；|(zhì)栽培:是在容器內(nèi)填充一定基質(zhì),再將調(diào)好的營(yíng)養(yǎng)液灌入容器內(nèi)的一種栽培方式。水槽栽培或立筒水培:這是無(wú)土栽培采用最早的形式,這種方法是讓作物的根系直接懸掛在營(yíng)養(yǎng)液中,營(yíng)養(yǎng)液在栽培體中呈流動(dòng)狀態(tài),以增加氧氣含量,它的優(yōu)點(diǎn)是不需用栽培基質(zhì)。噴霧或噴淋栽培:這是無(wú)土栽培中較先進(jìn)的方法,主要是讓作物的根系懸掛在栽培體空間,用噴霧或噴淋的方法供應(yīng)根系營(yíng)養(yǎng),這種方法不但供氧效果好,便于控制根系發(fā)育,而且還節(jié)約用水,但對(duì)噴霧、噴淋質(zhì)量要求嚴(yán)格。
2無(wú)土栽培發(fā)展歷程
第2次世界大戰(zhàn)期間,西方國(guó)家應(yīng)用無(wú)土栽培技術(shù)生產(chǎn)蔬菜供應(yīng)部隊(duì)。20世紀(jì)70年代后期出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)液膜技術(shù)(nft),生產(chǎn)成本有所下降。后來(lái)又出現(xiàn)多種人工基質(zhì),其中巖棉的應(yīng)用較廣,發(fā)展迅速。荷蘭的無(wú)土栽培已發(fā)展到4000hm2,成為世界上無(wú)土栽培最先進(jìn)的國(guó)家?，F(xiàn)在世界上商業(yè)性無(wú)土栽培以基質(zhì)栽培為主,荷蘭的基質(zhì)栽培占無(wú)土栽培總面積的90%,法國(guó)占89%,加拿大占80%,日本占88%。世界各國(guó)采用無(wú)土栽培技術(shù)主要生產(chǎn)蔬菜、花卉和水果,在歐盟各國(guó)的溫室蔬菜、水果和花卉生產(chǎn)中,已有90%采用無(wú)土栽培方式。
3無(wú)土栽培技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
應(yīng)用無(wú)土栽培技術(shù)可以避免作物連作障礙、減少病害、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、降低成本、簡(jiǎn)化工序、不受農(nóng)藥化肥污染,有利于栽培技術(shù)的現(xiàn)代化。產(chǎn)量高是無(wú)土栽培的最大特點(diǎn),世界上無(wú)土栽培的先進(jìn)技術(shù)可使番茄產(chǎn)量達(dá)到45~55kg/m2,黃瓜產(chǎn)量達(dá)到50~70kg/m2。在農(nóng)產(chǎn)品短缺的年代,主要追求產(chǎn)品的數(shù)量,過(guò)量施用化肥、農(nóng)藥,使農(nóng)產(chǎn)品中殘留過(guò)多的硝酸鹽、重金屬和有毒農(nóng)藥等有害成分。現(xiàn)在,隨著人們生活質(zhì)量的提高,對(duì)無(wú)公害無(wú)污染的蔬菜、水果的需要逐年增加。無(wú)土栽培基本杜絕了植物土傳病害的發(fā)生,化學(xué)農(nóng)藥的使用相對(duì)少于土壤栽培。利用高溫蒸汽、紫外線、沙濾、生物膜過(guò)濾等物理方法,可對(duì)植物病害進(jìn)行防治,對(duì)營(yíng)養(yǎng)液和設(shè)施進(jìn)行消毒,而不污染環(huán)境。為此,采用無(wú)土栽培技術(shù)可以較好地保護(hù)環(huán)境,生產(chǎn)出綠色食品。20世紀(jì)后期,無(wú)土栽培技術(shù)無(wú)論在發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家都得到迅速發(fā)展,無(wú)土栽培技術(shù)已日益完善。
4我國(guó)的無(wú)土栽培技術(shù)
我國(guó)最早進(jìn)行無(wú)土栽培是在1941年,由浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)教授陳子元在上海開(kāi)展無(wú)土栽培試驗(yàn),后來(lái)因成本太高而放棄。1975年山東農(nóng)業(yè)大學(xué)首先開(kāi)展了無(wú)土栽培西瓜的研究。改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)無(wú)土栽培面積成倍增長(zhǎng),1990年無(wú)土栽培面積7hm2,1995年為100hm2,2000年達(dá)到240hm2。我國(guó)先后引進(jìn)荷蘭、日本、美國(guó)等國(guó)一些無(wú)土栽培設(shè)施,在消化吸收國(guó)外無(wú)土栽培先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了無(wú)土栽培設(shè)施配套技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的研究與開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)90年代以來(lái),我國(guó)引進(jìn)和自己研制的無(wú)土栽培系統(tǒng)很多,目前生產(chǎn)上應(yīng)用的主要有:營(yíng)養(yǎng)液膜系統(tǒng)、深液流法、浮板毛管水培法、袋培法、基質(zhì)水培法。中國(guó)農(nóng)科院蔬菜花卉所研制開(kāi)發(fā)了袋培、槽培、巖棉培和uft無(wú)土栽培系統(tǒng);南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京蔬菜所研制開(kāi)發(fā)了果菜類(lèi)nft無(wú)土栽培系統(tǒng);山東農(nóng)業(yè)大學(xué)研制開(kāi)發(fā)了魯-sc基質(zhì)水培系統(tǒng);華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了深水栽培系統(tǒng);農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)院研制了無(wú)土栽培滴灌系統(tǒng)和營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)控制系統(tǒng)。
為進(jìn)一步降低無(wú)土栽培成本,提高產(chǎn)量,中國(guó)農(nóng)科院蔬菜花卉所研制開(kāi)發(fā)出符合國(guó)情、節(jié)約投資、節(jié)約肥料、管理簡(jiǎn)便、產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到綠色食品標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)生態(tài)無(wú)土栽培技術(shù);浙江省農(nóng)科院和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制出浮板毛管水培系統(tǒng)。目前,這兩個(gè)無(wú)土栽培系統(tǒng)約占全國(guó)無(wú)土栽培面積的60%,大大促進(jìn)了我國(guó)無(wú)土栽培技術(shù)的發(fā)展。
5無(wú)土栽培發(fā)展趨勢(shì)
從世界各國(guó)發(fā)展無(wú)土栽培的歷程看,都是從礫耕循環(huán)水開(kāi)始,成本較高。20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了nft系統(tǒng)。各種天然和人工基質(zhì)同時(shí)發(fā)展,歐洲找到了巖棉并認(rèn)為是最好的基質(zhì),加拿大因木材工業(yè)發(fā)達(dá),則以鋸末為基質(zhì)?；|(zhì)栽培絕大多數(shù)是營(yíng)養(yǎng)液不循環(huán)使用,成本較低,成為當(dāng)前各國(guó)無(wú)土栽培的主要方式。一種是高投資、高技術(shù)、高效益類(lèi)型。如荷蘭、日本、美國(guó)、丹麥、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家,無(wú)土栽培生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了高度機(jī)械化、自動(dòng)化、電子化、專(zhuān)業(yè)化。其溫室的環(huán)境條件(溫度、濕度、co2濃度、通風(fēng)、光照)、營(yíng)養(yǎng)液配制都完全由計(jì)算機(jī)調(diào)控。其生產(chǎn)過(guò)程,包括播種、間苗、移栽、病蟲(chóng)害防治、采收、分級(jí)包裝全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,實(shí)現(xiàn)了一條龍的工廠化生產(chǎn),達(dá)到產(chǎn)品周年供應(yīng),產(chǎn)值高,經(jīng)濟(jì)效益顯著;另一種趨勢(shì)是以發(fā)展中國(guó)家為主,主要根據(jù)本國(guó)的國(guó)情和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件,采用簡(jiǎn)單的設(shè)備就地取材,土法上馬,手工操作。這些國(guó)家發(fā)展無(wú)土栽培目的是改造環(huán)境,節(jié)約水、土資源,解決人民生活的基本需要。
展望21世紀(jì),我國(guó)的無(wú)土栽培技術(shù)主要目標(biāo)是研究適合我國(guó)國(guó)情的普及型簡(jiǎn)易無(wú)土栽培設(shè)施,以降低投資和生產(chǎn)成本。將微電子、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)應(yīng)用于無(wú)土栽培設(shè)施,對(duì)其營(yíng)養(yǎng)液的貯液量、液溫、ph值、電導(dǎo)率和供液時(shí)間實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。同時(shí)要研究營(yíng)養(yǎng)液全自動(dòng)控制系統(tǒng),定時(shí)測(cè)量作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求量,自動(dòng)分析和調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液成分,以達(dá)到高產(chǎn)節(jié)本的目的。擴(kuò)大無(wú)土栽培的應(yīng)用范圍,在國(guó)內(nèi)缺水、土壤貧瘠甚至難以種植作物的沙漠、重鹽堿地、海島、屋頂、陽(yáng)臺(tái)、庭院等開(kāi)發(fā)大、中、小型無(wú)土栽培設(shè)施,擴(kuò)大無(wú)土栽培技術(shù)的應(yīng)用范圍。