无土栽培概论

《无土栽培概论》课程论文 作者：胡荣 （2008211750） 与统计学学院财会系 简述无土栽培技术在国内外的应用及其发展趋势 摘要：无土栽培是一种用营养液代替天然土壤作基质的栽培新技术，这种营养液可满足作物整个生命周期对水分、养分、氧气及温度的需求。简述了国外无土栽培的概况，介绍了中国无土栽培的发展，现状，并对发展趋势进行了分析，为推进中国无土栽培技术发展提供理论依据。 关键词：无土栽培 现状 发展趋势 无土栽培始于砾耕循环水栽培。美国的Gerick于1929年首先建立了商业性的无土栽培体系，但由于在技术上存在一些问题，直至20世纪40年代前均未应用于生产，这阶段可称为无土栽培的实验研究阶段。无土栽培真正的发展始于1970年丹麦Groden公司开发的岩棉技术和1973年英国温室作物研究所的NFT技术。20世纪70年代以后由于营养液膜技术和岩棉栽培技术的发展，使世界上商业性的蔬菜和花卉无土栽培生产逐渐走俏，无土栽培生产亦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达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、高效和低耗的目的。 在设施农业中，无土栽培正在改变着传统种植方式，成为飞速发展的新兴学科。实践证明，无土栽培具有节水、节能、省工、省肥、减少环境污染、防止连作障碍、产品无污染及高产高效等一系列特点。早在第二次世界大战期间，西方国家就应用无土栽培技术生产蔬菜供应部队。到20世纪60年代无土栽培技术在发达国家得到广泛应用。70年代后，出现了营养液膜技术(NFT) ，生产成本有所下降。后来又出现多种人工基质，其中岩棉的应用较广，发展迅速。美国是世界上最早进行无土栽培商业化生产的国家，主要集中在干旱、沙漠地区，主要栽培作物有黄瓜、番茄等蔬菜，无土栽培面积超过2000hm2。荷兰是无土栽培最发达的国家，其无土栽培面积达4000hm2，有64％的温室都采用无土栽培技术。日本也是无土栽培较发达的国家，其无土栽培以岩棉培和NFT为主，无土栽培面积约300hm2。现在世界上商业性无土栽培是以基质栽培为主。荷兰的基质栽培占无土栽培总面积的90％以上，法国占81％，加拿大占80％，日本各种循环水栽培占80％以上，比利时基质栽培面积占50％左右。 世界各国采用无土栽培主要生产蔬菜、花卉和水果。在欧盟国家温室蔬菜、水果和花卉生产中，已有80％采用无土栽培方式。欧盟规定，2010年之前该组织所有成员国的温室必须采用无土栽培。产量高是无土栽培的最大特点，世界上先进的无土栽培技术其番茄产量可以达到45～55kg／m2，黄瓜产量达到50～70kg／m2。为此，发达国家已经实现了采用计算机实施自动测量和自动控制，先进的无土栽培技术可以较好的保护环境，生产出绿色食品。近年，发达国家又采用了专家系统的最新技术，应用知识工程专家的知识和，使其化、系统化，形成专家系统软件，它可以完成与专家水平相当的咨询工作，并可为用户提供建议和决策。 目前，世界上的无土栽培技术发展有两种趋势：一种是高投资、高技术、高效益类型，如荷兰、日本、美国、英国、法国、以色列及丹麦等发达国家，无土栽培生产实现了高度机械化，其温室环境、营养液调配、生产程序控制完全由计算机调控，实现一条龙的工厂化生产，实现了产品周年供应，产值高经济效益显著。另一种趋势是以发展中国家为主，尤其是以中国为代。根据本国的国情和经济技术条件，就地取材搞土法上马，手工操作，采用简易的设备。这些国家发展无土栽培的目的是改造环境、节约用水和土地资源，解决人民的基本生活需要。 其中，发达国家无土栽培的发展现状具有以下几个特点： （一）设施农业发达 荷兰是世界上设施农业发达的国家之一，其温室设施设备享誉世界，该国64%的温室采用基质（岩棉）栽培，果菜全部采用基质栽培，设施内无土栽培不仅克服了连作障碍，而且更有利于计算机管理，使商品率从60%提高到90%。日本也是设施园艺发达的国家之一， 该国的温室材料生产技术处于世界领先水平, 加上该国的农业保护政策, 使得设施农业生产能保持较高的效益。 （二）配套的高效生产技术发达 发达国家在无土栽培发展过程中，特别注意配套研究的高效生产技术。如液化二氧化碳装置替代过去燃烧天然气的方法，可以有效的控制温室内二氧化碳浓度，促进作物高效生长。发达国家已实现自动化控制营养液的电导度和酸碱度，能根据太阳辐射来调整植物所需的元素。基质种类也很多，而且发达国家还发展了机器人移苗，机器人灌溉等先进技术。 （三）生产销售措施配套合理完善 发达国家无土栽培生产全部实行专业化生产，专业化销售，保证产品的顺利流通，也提高了经济效益。例如荷兰就是通过联合体的拍卖中心，完成蔬菜和花卉的销售。 另外，发达国家非常重视农业基础教育，并具有专门的基础研究和应用研究的部门从事研究工作，并设独立的负责推广的机构，提供特别的推广和咨询服务。 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）。美国无土栽培蔬菜的产量很高，全国平均产量：番茄为135～150t/ha，黄瓜135～225t/ha，莴苣30～45t/ha。美国无土栽培蔬菜采用的高产技术措施主要有： 一、选用优良品种 农民很重视选用适于无土栽培专用的优良品种。美国原来有不少适于温室栽培的蔬菜品种，但是目前无土栽培生产上应用的蔬菜种子，有很多是从荷兰购进的。常用 的优良品种：番茄有Dombito、Rianto、Jumbo等，黄瓜有Daleva、Farbiola等，莴苣有Ostinata、Salinas、 Grand、Rapid等。 二、选择适当的无土栽培系统 无土栽培的系统很多，在美国依蔬菜种类不同采用了适当的无土栽培系统和有关和设施。番茄、黄瓜主要采用基质栽培，其容器以塑料袋为主，所以也称为袋培，配 备一套滴灌设施。莴苣主要采用营养液膜栽培，在白色的硬塑料管道（直径约8cm）中栽苗，配备一套营养液循环系统。 三、培育短龄壮苗 根据不同的无土栽培系统，采用相应的育苗方式，严格控制苗期的环境条件，培育短龄壮苗。用手持播种器在指形育苗管中进行精量播种，苗期严格控制适宜的温度环境条件，一般为：番茄4～5周，黄瓜3～4周，莴苣 15～20d。 四、良好的保护设施 美国的温室或塑料大棚都是比较大型的，其单栋的跨度为8m以上。塑料大棚上覆盖聚乙烯薄膜，可连续应用3年。常常应用双层薄膜中间充气的塑料大棚，可增加保温性能，节能20%～30%。由于温室及塑料大棚的结构合理，所以室内的光照条件良好。低温季节室内用热风提高气温。夏季普遍采用“水帘”法降温，可比室外降低5℃，但是也有采用喷雾法降温的，藉此调节室内的空气温度。有些温室还装有二氧化碳发生器、人工补充光照设备，电光源应用金属卤化物灯或高压钠灯，无土栽培的蔬菜是处在严格环境条件的保护设施中，这些环境条件都采用先进的自动控制设备。 五、严格的温室管理技术 无土栽培的温室和塑料大棚中都能控制适宜的温度，在生产实践中更重视保持适当的昼夜温差，严格控制最低温度或最高温度。美国无土栽培蔬菜注重整体结构，提高光能利用率，强调在充分提高单株产量的基础上增加单位面积的产量。 　 无土栽培蔬菜很重视防治病虫害，病虫害一般很少发生。其措施首先是选用抗病良种，其次是严格控制温室中的温、湿度。 六、科学的营养液管理技术 蔬菜应用的营养液配方很多，营养液中所含不同营养元素的浓度根据蔬菜种类和其他条件而异。无土栽培大规模生产上应用的肥料主要是： 硝酸钙、硝酸钾、硫酸镁、磷酸铵、铁常用的是螯合铁。营养液的供给方法因不同的无土栽培系统而异。营养液栽培采用营养液自动循环供液法， 一般为间歇供液，用电脑控制自动供给营养液。 七、专业化经营和多茬栽培 美国的无土栽培蔬菜都为专业化经营，一个农户一般有0.7公顷左右的温室，企业的经营规模更大。但在一个农户或企业中，通常只种一种蔬菜，进行专业化栽培，加强市场竞争能力。很重视提高温室利用率，一般都进行一年多茬栽培。番茄通常为一年两茬，黄瓜一年种 2～3茬，莴苣全年最多的可种11茬。由于每茬的产量较高，又进行多茬栽培，所以美国无土栽培蔬菜的全年单位面积的产量很高。 把世界最前沿的太空技术应用到寻常百姓生活中是件有意义的事情。 英国商家29日推出一款家用电动无土栽培机，利用美国国家航空航天局最新技术造福千万家。 这款新产品名为电动栽培机。这项发明基于新兴无土栽培技术，是美国国家航空航天局科学家为满足航天员执行任务期间“每日五蔬果”需要而研制。电动栽培机内置微型喷射系统，上百个小喷孔不断向植物根部喷洒营养液。使用者所需要做的就是向内置营养混合器内加水，然后倒入栽培机，接着把种子放在栽培机顶部海绵内，盖上盖子，插上电源。利用这种仪器不但一年四季都能在室内种植植物，而且可以免去虫子和泥土的烦恼，更不用花很多心思照料。这种电动栽培机还可以无限重复使用。 英国供应商奥克思里夫特公司29日首次在国内市场推出这种新产品，共有两种型号。较小的大约高15.5厘米，长20厘米，宽7厘米，售价34英镑（约合55.6美元），可以用于种植水果、草本植物以及花卉。大一点的呈桶状，售价60英镑（98美元），更适合种植马铃薯等体积较大的蔬菜。 英国《每日邮报》29日援引公司销售主管安东尼·弗雷德曼的话报道：“它非常奇妙，你想种什么种什么，新鲜水果，例如山莓、黑莓以及可口的圣女果，当然还有花卉。只要有种子，都能种。” 克思里夫特公司介绍，利用这种技术种植的作物与传统户外种植的植物相比长得更快、更强壮。 弗雷德曼说：“作物在大约5天内开始发芽。传统方法种植一株实生植物大约需要120天，而利用电动栽培机平均只需90天。在光照更为充足的夏季，你所种植的果蔬生长更快，大约60天即可成熟。” 英国园艺学会园艺咨询负责人盖伊·巴特说：“一些人不喜欢家中有泥土和昆虫，这种技术可以克服这一点。它的好处在于可以使作物免受外部环境影响，从而提高种植效率。” 当然这项技术也存在缺点，那就是这样种植出的作物并不是有机的。此外，这项技术已经大规模应用于商业种植。 我国无土栽培的历史悠久，如生豆芽、船上种菜和盆里养水仙等都是原始的无土栽培。但我国开展无土栽培研究工作的时间比较晚，20世纪70年代末。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，从国外引进温室及无土栽培设施相继投产。尤其是随着改革开放，人们的生活水平不断提高，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，人们需求无公害蔬菜、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。据资料统计，1985年全国无土栽培的面积只有7hm2，1990年增长到15hm2。1995年全国无土栽培的面积发展到50hm2，2000年全国无土栽培的面积达100hm2左右，2005年我国无土栽培的总面积约为315hm2。近几年，我国无土栽培进入迅速发展阶段，无土栽培的面积和栽培技术水平都得到空前的提高。 　　我国从事无土栽培技术研究的部门和单位约50多个。除研制不同类型的栽培装置外，重点研究营养液膜栽培和不同材料基质培的配套技术，并在全国普及推广，使我国的无土栽培从实验研究阶段进入商品化生产时期，获得一批具有中国自主知识产权的农业高新技术，使国外的先进实用技术实现国产化。无土栽培的植物也扩大到蔬菜、花卉、西瓜、甜瓜及草莓等20多种，但绝大部分用于蔬菜生产。 　　我国无土栽培方式主要有基质培和水培两种： 　　(1)固体基质培。主要是有机生态型基质培，还有基质袋培、立体培、岩棉培等形式。使用固体基质的营养液栽培具有性能稳定、设备简单、投资少、管理容易及不易传染根系病害等优点。 (2)水培。目前以营养液膜技术(NFT)和浮板毛管水培技术(FCH)两种为主。营养液膜技术(NFT)的特点是循环供液的液流呈膜状，仅以数毫米厚的浅液流流经栽培槽底部，水培作物的根垫底部接触浅液流吸水、吸肥，上部暴露在湿气中吸氧，较好地解决了根系吸水与吸氧的矛盾。但存在液流浅、液温不稳定、一旦停电停水植株易枯萎以及根际环境稳定性差等不足，限制了其发展。浮板毛管水培技术(FCH)系浙江省农业科学院和南京农业大学于“八五”期间研制开发，应用分根法的特点在栽培槽中设置湿毡分根装置，既解决了根系水气矛盾，又有一定深度的营养液，不怕短期停电(24h以上)，根际环境稳定。易于调控(冬季于栽培床内铺电热线加温，夏天铺设塑料软管通深井水降温)。 我国无土栽培技术发展的趋势：无土栽培具有十分诱人的广阔前景，但其技术要求严、设施装备投入高，受我国生产、消费、资金、技术等方面因素的限制，目前不宜盲目发展，更不能全套照搬国外的生产模式。应结合当地实际进行研究试验，在推广应用中走出一条实用可行的具有中国特色的无土栽培之路。 1．因地制宜发展具有本地特色的无土栽培技术 由于自然资源、生产技术、市场环境等因素千差万别，因此各地不能全盘照搬国外或其他地区的生产方式和管理方法。各地应根据当地的具体情况，建立适合本地区特点的无土栽培技术体系。 2．大力发展立体栽培模式 　　要使我国经济保持可持续发展，不断提高人民生活水平，必须不断提高有限土地面积的生产效率，拓展农业生产空间。据研究，立体栽培能充分利用空间和太阳能，提高土地利用率3～5倍，提高单位面积产量2～3倍。为节约土地资源和水资源、提高土地利用率和生产效益，我国要加强立体栽培方面的研究，大力发展立体栽培技术。 3．简化技术，循序渐进 无土栽培作为一项现代农业生产技术，涉及的范围包括作物栽培、肥料、病虫害控制、农业工程及自动化控制等多个学科，其技术难度、管理的复杂性均高于有土栽培，不易被农民所掌握，推广起来有一定的困难。这就需要各地农技推广或科研部门把特定的无土栽培技术总结、制定成简便易行的操作步骤，而农民只需按此操作即可。先试验性探索，再大规模投入生产应用，使无土栽培技术的管理和操作均有类似的“指导”可循。同时还要对农民进行有关的技术培训，提高其现代农业技能和水平。 4．降低成本，增加效益 在发展无土栽培时应考虑成本的投入、技术力量及其他社会条件。因此，通过诸多方法和技术避开高投入问题是推广无土栽培技术的关键。无土栽培的类型和方式多种多样，各地可根据实际情况就地取材，筛选出各种无土栽培设施替代品或采用人工、半人工管理的方式进行尝试，增强无土栽培技术的实用性。 5．发展有机生态型无土栽培技术 大力推广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。 总之，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、花卉生产及开发等进入一个新的发展阶段。无土栽培技术具有十分广阔的发展前景。