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无土栽培技术的发展与应用

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无土栽培技术的发展与应用

本期策划I Speci alPl anningDOI 1 0 . 1 681 5/j .cnk i . 11-5436/s . 201 7. 1 0. 001无土栽培技术的发展与应用I 李霞 , 张轶婷, 刘厚诚 ( 华南农业大学园艺学院 , 广州 51 0642 )^【 摘要 】无土栽培采用营养液栽培 , 以人工制造的作物根系环境取代了土壌环境 ,结合环控技术能合理调节作物生长的光 、 温、水、 气、 肥等环境条件 , 充分发挥作物的生长潜力。随着设施农业的发展 ,无土栽培技术越来越受到重视。L'1〖眶1无土载境技术的发庵」目前中国无土栽培技术主要用于设施园艺中第 2 次世界大战中 , 美军就开始采用无土栽番茄、 黄瓜 、 甜椒 、 甜瓜 、 生菜等蔬菜作物及花培技术为军队生产新鲜蔬菜 , 在 20 世纪 50 年卉植物。 近几年国内各研究所对无土栽培的模式、代 , 美国开始在温室内采用无土栽培方式生产蔬基质配方 、 肥料配方、 灌溉模式及产品品质等方菜 , 成为了最早实现无土栽培商业化的国家 m。面都做了深入研究。 由于无土栽培在防止肥料导美国早期无土栽培主要为砂袋培和岩棉培 ,主要致的环境污染 、 节约水资源、 提高作物产量方面种植莴苣 、 番茄、 黄瓜等蔬菜和少部分花卉 , 集的潜在优势 , 无土栽培面积不断扩大, 目前已成中在干旱和沙漠地区。 第 2 次大战后 , 美国在日为设施作物生产的重要栽培方式。本建立的无土栽培设施为日本的无土栽培奠定了无土栽培的优势有以下 4 点 ( 1) 有利于基础 , 早期主要为DFT栽培和岩棉栽培 ,目前主实现工厂化生产。 无土栽培在一定程度上摆脱了要以无机和有机基质栽培为主体。 日本基于无土传统植物种植以及作物生产模式的束缚 ,不受土栽培技术研发和应用人工光型叶菜类植物工厂 ,壤环境以及气候等自然因素的干扰 , 可以避免设成为全球植物工厂最多的国家[ 2]。 荷兰是世界上施栽培出现土壤连作障碍, 减少栽培工序、 节省无土栽培最先进的国家。 荷兰的无土栽培作物主劳动力 , 有利于实现操作管理向 自动化 、 现代化要是番茄、 黄瓜、 甜椒和花卉 , 大部分实现了微方面的发展。 ( 2 ) 栽培条件宽泛。无土栽培有电脑控制 , 达到了现代化 、 自动化管理水平 [3] 。效地摆脱了土壤条件的限制 , 在戈壁、 荒地 、 沙中国正式进行无土栽培研究是在 1 97 5年山东滩地、 盐碱地、 海岛 、 城市等地都可以进行无土农业大学开始用蛭石栽培西瓜、 黄瓜、 番茄等。栽培 , 生产优质、新鲜的蔬菜。 ( 3 ) 栽培的肥20 世纪 90 年代前, 中国处于引进、 吸收消化国外水利用率较高 。 无土栽培的营养液营养全面且均的无土栽培技术,90 年代以后, 国内开始自主研衡 , 营养的有效性高, 供应充分 、 迅速 , 有利于发出适合中国环境资源情况的新型无土栽培技术,植物对营养的吸收 , 肥水利用率得到大幅度提升。如有机生态型无土栽培系统、 浮板毛管系统 , 以( 4 ) 产量高质量好。 无土栽培很大程度上满足及一些低成本、 优质的栽培基质及其配套的营养了作物对温度 、 光照、 水分 、 养分的需求 , 作物液配方[4 ] , 促进了无土栽培技术在国内的推广应用 。的产量大幅提高 , 产品品质也有显著改善。| n I温室园艺I2017-04无土栽培的关力丨j和特成;条件要求严格 ; 獅供液 , 易传播病害等不足。水培NFT 栽培技术能显著提高产量和品质 , 研究水培指植物的根系直接生长在营养液液层的证实 , NFT 栽培的番茄植株性状和果实品质均优栽培技术。 水培可以充分利用种植空间 ,1 年可于土培番茄[6]; 与椰糠、 岩棉栽培比较 , NFT栽以收获多茬 , 具有节水 、 节肥等优点 培的生菜产量最高 , 叶片中的硝酸盐含量有所降营养液膜技术低[7]。 NFT栽培可以増强作物的抗性 , 与土培相营养液膜技术 ( NFT ,NutrientF ilmTechnique ),比 ,NFT 栽培的樱桃番茄对弱光、 高温的适应能是指将植物种植在浅层循环流动的营养液中 , 植力增强 9 ] 。物根系能够从循环的浅层营养液吸收充足的养 深液流技术分 , 又能从空气中获得呼吸代谢所需要的氧气 ,深液流技术 (DFT ,DeepFlowTechn i que) 是可以充分的协调水、 肥、 气之间的关系( 图 1) 。指植物生长在循环流动液深大约5 1 0cm的营养液营养液膜技术设备包括种植槽、 贮液池 、 营养液循层的一种水培方式 [ 1 ] , 主要包括种植槽、 定植板 /环流动装置及其他辅助设备等。 营养液膜栽培技术网 、 贮液池和循环系统4 部分 ( 图 2) 。 DFT技术中的营养液在泵的驱动下从贮液池流到种植槽内 ,具有效率高 、 设施稳定并耐用 、 管理操作简单等特使作物根系充分接触一层很薄的营养液 , 然后流回点 , 是最早成功应用于商业化植物生产的无土栽培至储蔵液池内 , 形成循环式供液体系。 NFT 栽培技术相对简单 、 设施投资少、 易于实时检测与实现生产过程的 自动化管理。但 NFT栽培技术也存在'■,一m根系只能接触浅层的营养液, 对环境温度 、 湿度的L而丨■丨 丨,,,缓冲能力小 ; 营养液節不需要_'>■麵Mvmm,图2深液流技术議議图 1 营养液膜技术图 3 浮板水培技术温室园艺| 丨 j2017-04技术。DFT技术还可以通过加热或者冷却营养液是指通过喷雾装置将雾状的营养液喷洒到作物的等措施来调节根系温度, 具有良好的温度调控作用根系上 , 是在无土栽培技术中水肥气协调得最好[ 1 1 ]。 DFT栽培植物的根系大部分接触营养液 ,所的栽培方式[ 1 21, 雾培主要由栽培系统、 营养液供以在调节营养液与氧气之间的关系较弱 ,需要的设给系统 、 控制系统3 大部分组成。 雾培具有节约施设备复杂。水资源 、 水肥利用效率高、 操作简单等优点 。 但浮板水培技术 是雾培系统对电力供应要求较高 , 植物的根系生浮板水培技术 ( FHT , F l oa t i ngHydropon i c s长发育过于发达、 经济系数较低。Techni que) 是指作物定植在浮板上 ( 图3),雾培能够促进作物的产量和品质的提高 , 研浮板放置于营养液中 , 可 自 由漂浮的一种栽培究表明 , 雾培能促进网纹甜瓜植株生长 , 提升产方式。 该技术是由浙江省农业科学院和南京农量和品质[ 13]。 雾培下的马铃薯生长速度快、生长业大学研制成功的一种新型无土栽培系统,具有周期延长1还能提高马铃薯块茎的繁殖能力 ,成本低 、 投资少 、 管理方便、 节能 、 实用等特点 tU] 。从而繁育出无毒高质量的马铃薯种苗 [ 1 5] 。 雾气还浮板水培技术适应性广 , 在番茄 、 辣椒、 芹菜等可以提高麝香、 非洲 白蔘等药用植物的产量 、 品多种蔬菜栽培上应用取得良好效果。质以及产品的均匀度 [ 1 6] 。 雾培基质培雾培技术又称喷雾栽培、 气雾培( 图 4 ) ,基质栽培是用固体基质 ( 介质 ) 固定植物根二 If '神,棚不仅能够固定 、 支撑作物, 还充当养分和水分的载体 , 稳定植物根系环境的作用。 根据栽培^^基质的形态、 成分 、 形状可分为无机基质栽培 、^5々机細栽培籼m频栽培 3 种类型。\‘家議 緣机i质栽培是指以砂、砾、 陶粒、 岩棉 、\M、 麟岩等麵爺賊培方5U图 6 ) 。'^..邊i无机基质生产成本低 、 消毒后可以重复利用 。无机基质的营养成分含量低 , 作物所需的营养i^iMl图 4 雾培图 5 基质培1 2温室因艺1 201 7-04I■圓图 6无机基质栽培图 8混合k质栽培mm图 7 有机基质栽培图 9 有机生态型无土栽培养分完全靠营养液供给 , 缓冲性较小 , 对营养合适的有机基质是提高作物产量和品质至关重液的要求严格 [ 1'一般情况下 , 单一的无机基要的环节。质不利于植物生长 , 多种基质按一定的比例配 混合基质栽培比进行种植更能促进作物的生长发育 , 或者可 混合基质栽培是指采用无机-无机、 有机-以通过改变营养液的成分有效地提高作物的产有机 、 有机 - 无机混合的基质进行植物栽培 ( 图量和品质。8 ) 。 混合基质是由结构性质不同的原料混合而有机基质栽培 成 , 在水、 气、 肥相互补充 、 混合基质优于单有机基质栽培是将作物种植在天然或合成一基质 , 是运用广泛 、 低成本、 使用效果稳定的有机材料的栽培方式 ( 图 7) 。 有机基质主要的一种栽培方式 [k1 9 1 。 不同的作物对栽培基质有树皮 、 秸秆、 稻壳 、 蔗渣 、 苔藓 、 堆肥 、 沼渣 、的理化性质的需求是存在差异的 。 因此 , 在不泥炭等。 有机基质因来源不同而含有的有机营养同的作物育苗 、 生长发育及产品品质提升时需成分、 理化性质等都存在较大差异 , 并且基质成要根据作物、 当地的资源而选择适宜的栽培基分也随着环境的改变而变化 。 基质原料主要来质配方。自农业生产过程中剩余的生物质 , 具有成本低 、 有机生态型无土栽培高效、 减少营养液流失 、 富含有机营养 、 保水性有机生态型无土栽培是指在有机基质栽培的能好 、 环保等优点 [ 1  ̄ 。 根据作物的特性, 选用基础上施用有机固态肥后直接用清水灌溉作物的温室园艺|1丨 32 017-04 1J一种无土栽培技术( 图 9) , 是 20 世纪 90 年代发展前景。由 中国农业科学院蔬菜花卉研究所研发的一种生基质栽培是中国目前主要的无土栽培形式,态环保新型无土栽培方式[4]。 有机生态型无土栽由于中国资源 、 环境存在很大的差异, 应该根据培既具有传统无土栽培的优势 , 也拥有营养元素各地的资源情况选择适合的栽培基质 , 营养液配齐全、 节约成本、生态、 高产优质等优点。方也因各地水质等的不同而进行适合的调整 , 发有机生态型无土栽培形式主要有槽式栽培、展各地特色的无土栽培技术。 此外 , 我们还需加袋式栽培 、 立体栽培。 通常 , 生产上采用槽式栽强研究替代草炭和岩棉的无土栽培生态型基质 ,培方式 , 主要有2 种形式一种是用砖砌成的,开发生态型复合无土栽培基质 , 优化栽培基质配另种是直接在水平面挖成槽型的简易栽槽 , 在制技术, 研究无土栽培作物根区环境的调控技术 ,生产过程中应根据作物的株型选择相应的栽培营养液的消毒技术和配套设施设备以及无土栽培槽。 同时 , 也应根据作物的需求和当地的资源选灌溉自动控制技术和配套装备。择经济、 高效的基质。以NFT 为代表的叶菜水培方式, 易于实现@菜生F的t示准化 、 自动化 , 是今后无土栽培重无土栽 技木的友展趋A要的发展方向 。 为此 , 需加强营养液各种离子在中国无土栽培技术的广泛应用起步较晚,线检测技术 、 营养液自 动配比技术 、 营养液消毒无土栽培技术水平还处于不断发展阶段, 随着技术以及机械化移栽等技术的研发。设施农业的发展 , 未来无土栽培将会出现蓬勃植物工厂是高技术密集型植物生产系统 ,发展的新局面 , 无土栽培技术具有十分广阔的也是未来设施园艺重要的发展方 向之一 , 以\bwnft和dft 技术为基础的多种立体多层无土栽胃技术 ( 图 1 0 ) 已经得到了开发应用 ,立体#- Al|层无土栽培借助栽培床和层架管路装备 ,实现獅好啟減帛針莉奸。 能提高植齡产鮮, 5分麵水肥-靴优势 , 拓展说碰间 , 提高土地利用效率。 但立体无残. ,培中光照不足与均匀性的问题值得重视, 应该隱'痛图 1 0 立体无土栽培图 1 1 无土栽培生产模型温室园艺I I2017-04加强改善光环境 ( 包括立体栽培形式、补光方境适应性 [J] . 灌厭排水学报, 2〇1 2,3 1(1) 1 24-彳 26 .式等 ) 的技术研究和开发 。[1 0]TerabayashiS,Ha「adaN,DateS,eta l . EffectsofAera tion利用无土栽培营养液的精准可调性 , 可用于andRootI mmers ionLeve lontheDevelopmentof生产高品质番茄 、哈密瓜以及功能性叶菜类 ( 如Ca_R_i nHydm_i eSAQ PPrad U Gt i Qn &富含萝 卜 硫素P _胡萝 卜 素维生素C维生Croppin gType ) [J] .Hort icul tu ralResea rch,2008 ,7(3) 4^Q-444素 E等 、 用于透析肾脏病患者食用的低钾生菜与廿甘电、热丄古祕工丄肚访 丨描[11]ParkK S,Bekhzod K,KwonJ K,et al . Deve lopmentof菠菜等 ) , 建卫局效无土栽培盈利模式。acou p l edphotos yn t h et i cmode lofsweetb as i l物联网技术快速发展的同时也改变着传统hy d ro pomca l l yg r owni np l an tfa c t o ne s [ J ] .农业的种植 , 使其向着智能化 、 集约化 、 高效wI tPtH P'th,Hort icul tureEnvi ronmentandB iotechnology,201 6,化的方向发展 。 物联网应用于无土栽培是现代57^20-21fe息技术与无土栽培技术 ( 图 11) 相结合的产[1 2] 郭世荣 .无土栽培学 北京 中国农业出版社 ,2003 .物。 物联网技术在无土栽培中主要应用在对栽[1 3] 周剑 , 李天来,刘义玲 . 霉培对网纹麵生长和产量及品质培环境相关参数的智能化监控和调节 , 以及辅 0〗影响[J ]. 北方园艺,2013(4) 1 6-1 9.助人工进行智能化管理, 感知和调控栽培基质[1 4]T i emoR,Carr ascoA,Ri t te rE, eta l . D ifferent i a l或营养液温度 、 营养液组成 、 pH 、 水分含量 、growthresponseandmi n itube rproduct i onofth ree植物生长等相关指标 , 最终实现工厂化生产和 pota tocu l t ivarsu nde raeropon i csan dg reenh ouse效益的最大化。 bedcu ltu 「e [J] . Amer i canj ournal ofpot atores ea rch ,201 4,91 (4) 346- 353.参考文献[1 5]Rykaczews kaK .Thepotatomi ni t u berp roduc t io n[1 ] 万军 . 国内外无土栽培技术现状及发展趋势 [J] . 科技创新导报,frommi c「otube「si nae ropon iccul tu re[J] . 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Theregi ons[J] .Nutr iti on&FoodScience,2016J46(5) 672-684.reuseofpeanutorgan icwast esasagrowthmedi um[6] 陈海生 营养液膜条件下樱桃番茄生长和生理特性研究 [J] 农 foror name nta lp l an ts[ J] . I nter nat i on a lJ ou rn a lof机化硏究 ,201 1,33( 10) 1 23-1 25.Recycl i ngofOrgani cWasteinAgri cu ltu re,2015 ,4(2)[7]Kowa lczykK. Mi rgosM, B,czekK, etal . Effectofd ifferent85-94 .g rowi ngmed iai nhyd ro pon i ccu ltureontheyi el dand [彳 9] 李耀龙,季延;母,于平彬,等 基于不同基质理化特性的无土bi ologi ca lqua l ityof \e\Xuce(Lactucasativayar .capitata)[S\ .栽培混合基质筛选 [J ] 北方园乙 , 201 6 , (8) 36-40,201 6( 1 142) 1 05-1 10 .[8]陈海生,刘天宝,郑舂明,等 . 营养液膜水培樱桃番茄对弱光作者简介 李霞 ( 1 990-),女,四川万源人,硕士的逆境适应性 [ J].江西农业学报 , 201 0, 22(1 2 ) 44-45 . 硏究生 , 研究方向为设施农业 。[9] 陈海生 ,朱兆平 . 高温胁迫条件下营养液膜水培樱桃番茄的逆『 5丨 田尸白丨 丨[ 引用信息 】 李霡 . 张轶婷 . 刘厚诚 无土栽培技术的发展与应用 [J]农业工程技术 ,201 7,37 ( 1 0 ) 1 0-1 5.温室园艺|2017-04

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