在全球范圍內(nèi)，農(nóng)業(yè)集約化、單一化種植以及農(nóng)藥化肥的過度投入，導(dǎo)致土壤退化、面源污染及病蟲害 嚴(yán)重等一系列環(huán)境問題，需要依靠科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步來逐步解決這些制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。 無 土栽培技術(shù)沖破傳統(tǒng)種植模式，不使用天然土壤，而用營(yíng)養(yǎng)液或固體基質(zhì)加營(yíng)養(yǎng)液的方法栽培作物，極大 拓展了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的空間，有效克服了土壤栽培引發(fā)的一系列環(huán)境問題，成為人類農(nóng)業(yè)文明的里程碑事件， 為革新傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式帶來了曙光。 與土壤栽培相比，無土栽培能有效拓展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，水肥利用率 高，省工、省力，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和智能化以及作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效益，并能有效預(yù)防病蟲害，降低根際 病害發(fā)生，減少種植過程中農(nóng)藥、除草劑等化學(xué)投入品的使用，控制面源污染。 因此，無土栽培對(duì)于解決人類資源、環(huán)境、食物三大關(guān)鍵生存問題發(fā)揮重要作用，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中先進(jìn)的栽培技術(shù)，必將成為未來農(nóng)業(yè) 的重要發(fā)展方向。一、國(guó)內(nèi)外無土栽培發(fā)展概況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，２０１９ 年全世界應(yīng)用無土栽培技術(shù)的國(guó)家和地區(qū)已達(dá)100多個(gè)，蔬菜無土栽培面積達(dá)到19.7萬 ｈｍ ２ 。 目前，世界上商業(yè)性無土栽培以基質(zhì)栽培為主，其中荷蘭的基質(zhì)栽培占無土栽培總面積的 ９０％ 以上、法國(guó)占81％、日本占80％以上、加拿大占80％、比利時(shí)占 50％左右。 近年來，無土栽培面積和效益 都在快速發(fā)展和持續(xù)增長(zhǎng)。

1國(guó)外無土栽培發(fā)展概況
歐洲

歐洲國(guó)家發(fā)展無土栽培較早。21世紀(jì)以來，歐洲共同體要求所有成員國(guó)的園藝作物生產(chǎn)都 要采用無土栽培。 無土栽培技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家是荷蘭，占設(shè)施栽培面積的 ９５％；比利時(shí)、波蘭 ８０％ ～９５％ 的溫室采用無土栽培；而西班牙、意大利、希臘溫室采用無土栽培的比例僅為 ７％ ～９％，但近年來擴(kuò)展速度 較快。 這些國(guó)家的無土栽培以巖棉、珍珠巖、椰糠等基質(zhì)栽培為主 （表 １）。其他歐洲國(guó)家無土栽培面積 有限，約1500ｈｍ２ 。 俄羅斯溫室面積在蘇聯(lián)解體后的20 年里減少了一半 ，最近 １０ 年快速增長(zhǎng)回到 3600ｈｍ２ ，其中新建大型現(xiàn)代溫室占總面積 20％，均以無土栽培為主 。

美洲

美國(guó)將花卉的無土栽培列為農(nóng)業(yè)十大技術(shù)之一并開發(fā)推廣，2019年蔬菜和草莓、香草等食 用植物設(shè)施栽培面積826ｈｍ ２ ，總產(chǎn)量39萬 ｔ，其中通過水培系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)量占 ５４％。 ２０１８ 年水培農(nóng)場(chǎng)總 數(shù) ２１９ 家，產(chǎn)值870萬美元，其中營(yíng)養(yǎng)液膜技術(shù)占36％，浮板和深水培占14％，霧培占 ８％。 目前，美國(guó)苗 木生產(chǎn) ４３ 萬 ｈｍ ２ ，絕大部分是基質(zhì)栽培，其中露地容器栽培面積41.5萬 ｈｍ ２。2019年美國(guó)園藝生產(chǎn)企業(yè) 購買栽培基質(zhì)的費(fèi)用達(dá)到 ３.６億美元，其中83％用于各種觀賞植物和苗木生產(chǎn)，蔬菜和草莓育苗占 ５％，蔬 菜等作物栽培占 ５.７％ 。 加拿大溫室面積約 2600ｈｍ ２ ，其中水培約600ｈｍ ２ 。 拉丁美洲設(shè)施園藝總面積約10萬 ｈｍ ２ ，其中墨西哥約4萬 ｈｍ ２ ，水培17.5ｈｍ ２ ；巴西３ 萬 ｈｍ ２ ，水培50ｈｍ２ ，預(yù)計(jì)每年增長(zhǎng)５％  。

亞洲

亞洲國(guó)家的無土栽培以日本和韓國(guó)為主。 日本設(shè)施園藝總面積４３２３２ ｈｍ ２ （不包括植物工 廠），其中無土栽培 １８２６ ｈｍ ２ ，占比４.２％，其中約 １/４ 為水培。 韓國(guó)設(shè)施園藝面積 ５２４００ ｈｍ ２ ，無土栽培 ３１８４ ｈｍ ２ 。 土耳其無土栽培從 １９９５ 年開始時(shí)的 １０ ｈｍ ２，到 ２０１６ 年已經(jīng)增加到 １２００ ｈｍ ２ ，占總溫室面積 的 ２.３％，且以珍珠巖、巖棉和椰糠基質(zhì)培為主。 新加坡主要發(fā)展以水培、霧培為主的垂直農(nóng)場(chǎng)（植物工廠），魚菜共生，屋頂農(nóng)場(chǎng)，物聯(lián)網(wǎng)精準(zhǔn)都市農(nóng)業(yè)等 。 中東和阿拉伯半島可耕地少，節(jié)水高產(chǎn)的無土栽培具有廣闊的發(fā)展前景。2018 年，阿聯(lián)酋和阿曼分 別有 １１００個(gè)和 ４２０個(gè)溫室采用無土栽培，也門、巴林、科威特、卡塔爾等也在推進(jìn)無土栽培技術(shù) 。沙特 溫室主要栽培番茄和黃瓜，但其溫室栽培面積卻由 ２００９年的 ９６７２ ｈｍ ２ 減少到２０１８ 年的 ３２６５ ｈｍ ２ 。 阿聯(lián)酋則在阿布扎比、迪拜投資上億美元建設(shè)超大型植物工廠用于無土栽培。 以色列是中東設(shè)施園藝產(chǎn) 品、設(shè)備和技術(shù)輸出國(guó)家，其設(shè)施園藝面積 １．５ 萬 ｈｍ ２ ，絕大多數(shù)采用無土栽培。 伊朗設(shè)施園藝發(fā)展迅猛， 溫室面積接近 ２．１ 萬 ｈｍ ２ ，有 ３７．３％的溫室采用無土栽培，主要栽培作物包括黃瓜（３７．３％）、切花（２５．６％）、 草莓（１８．２％）和番茄（９．１％） 。

非洲和大洋洲

埃及有 １ ３５０ ｈｍ ２ 塑料溫室和 ５ 萬 ｈｍ ２ 大棚，而采用水培的僅 １０ ｈｍ ２ ，政府曾啟 動(dòng) ４ 萬 ｈｍ ２ 的大規(guī)模溫室建設(shè)項(xiàng)目，大力發(fā)展設(shè)施園藝，其中相當(dāng)大的比例采用無土栽培。 在南非，水培 主要用來生產(chǎn)高附加值蔬菜。 在東非，肯尼亞、坦桑尼亞和烏干達(dá)也有小規(guī)模采用無土栽培技術(shù)生產(chǎn)。 在大洋洲，澳大利亞約 １ ３１０ ｈｍ ２ 溫室采用無土栽培。

2我國(guó)無土栽培發(fā)展概況

改革開放以后，無土栽培在我國(guó)開始蓬勃發(fā)展。 ２０００ 年以來，多地大量興建超大型連棟溫室，促進(jìn)了 無土栽培的發(fā)展。 近年來，我國(guó)無土栽培進(jìn)入迅速發(fā)展階段，２０１５ 年無土栽培面積約 ２ 萬 ｈｍ ２ ，２０１６ 年 達(dá)到 ３ 萬 ｈｍ ２ ，２０２０ 年在 ５ 萬 ｈｍ ２ 左右，其中有 １．３ 萬 ｈｍ ２ 的玻璃溫室均采用無土栽培 。 我國(guó)無土栽培中有機(jī)基質(zhì)培約占 ５０％，無土栽培技術(shù)大多用于黃瓜、番茄、葉用萵苣、甜瓜、甜椒等蔬 菜作物的生產(chǎn)，部分花卉、果樹也開始大面積應(yīng)用。 工廠化育苗和水稻育秧均采用固體基質(zhì)，其中，蔬菜年 無土育苗量超過 １ ０００ 億株 ，２０１５ 年我國(guó)花卉無土育苗花卉超過 ８６ 億株、水稻無土育秧栽培面積 ２ ７１９ 萬 ｈｍ ２ 。 值得關(guān)注的是，在我國(guó)甘肅河西走廊地區(qū)，利用荒漠戈壁等非耕地發(fā)展有機(jī)基質(zhì)培無土栽 培，面積超過 ３ ５００ 萬 ｍ ２ 。

二、國(guó)內(nèi)外無土栽培取得的技術(shù)進(jìn)步

國(guó)內(nèi)外有關(guān)無土栽培的研究大多圍繞營(yíng)養(yǎng)液、栽培基質(zhì)和栽培系統(tǒng)及其配套裝備三方面開展，呈現(xiàn)出 蓬勃向上的發(fā)展態(tài)勢(shì) 。

1營(yíng)養(yǎng)液管理技術(shù)日趨成熟

營(yíng)養(yǎng)液配方、酸堿度（ｐＨ）、濃度（以 ＥＣ 表示）、溫度、溶氧量（ＤＯ）、氮素形態(tài)等是無土栽培營(yíng)養(yǎng)液管 理的主要研究?jī)?nèi)容，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液、營(yíng)養(yǎng)液供液裝置等的研發(fā)也取得了許多進(jìn)展。

營(yíng)養(yǎng)液配方

營(yíng)養(yǎng)液配方是無土栽培成敗的關(guān)鍵。 呂炯璋等研究結(jié)果表明，對(duì)番茄幼苗的生長(zhǎng) 發(fā)育荷蘭營(yíng)養(yǎng)液配方效果最好，其次是山東農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的番茄專用營(yíng)養(yǎng)液配方；而孫敏紅等認(rèn)為，日 本山崎配方營(yíng)養(yǎng)液能明顯促進(jìn)番茄種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)；Ｋｉｌｉｎｃ 等報(bào)道了營(yíng)養(yǎng)液配方對(duì)無花果幼苗生 長(zhǎng)和生理特性的影響，顯示休伊特（Ｈｕｅｔｔ’ｓ）和霍格蘭德（Ｈｏａｇｌａｎｄ）配方對(duì)植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用優(yōu)于其他 配方。

在無土栽培 １００ 多年的發(fā)展歷程中，各國(guó)科學(xué)家根據(jù)不同作物種類、生育階段、栽培方式、水質(zhì)和氣候 條件以及營(yíng)養(yǎng)元素化合物來源，研制并經(jīng)過實(shí)踐形成了以 Ｈｏａｇｌａｎｄ、日本園式等為代表的通用營(yíng)養(yǎng)液配 方，以及以日本山崎、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等為代表的專用營(yíng)養(yǎng)液配方 。此后，關(guān)于營(yíng)養(yǎng)液配方的研究多在經(jīng) 典配方的基礎(chǔ)上對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的 ｐＨ、ＥＣ 進(jìn)行優(yōu)化，或者對(duì)單個(gè)離子的濃度進(jìn)行優(yōu)化，或者引入螯合物、有機(jī)物 質(zhì)替代傳統(tǒng)的無機(jī)離子等。

營(yíng)養(yǎng)液配方的優(yōu)化多為陽離子濃度和比例的調(diào)節(jié)，以提高肥料利用率以及產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。 研究 表明，９０ ｍｇ·Ｌ －１ Ｋ、２９ ｍｇ·Ｌ －１Ｍｇ 和 ７７ ｍｇ·Ｌ －１ Ｃａ 組合營(yíng)養(yǎng)液栽培的紅色葉用萵苣抗氧化物質(zhì)酚類的含量 最高 ；與日本園式營(yíng)養(yǎng)液配方相比較，提高營(yíng)養(yǎng)液 Ｐ、Ｋ 濃度（ ＥＣ ０． ９ ｄＳ·ｍ －１ ，ＰＯ － ４ ?Ｐ ４． ６ ｍｇ·Ｌ －１ ， Ｋ ５．８ ｍｇ·Ｌ －１ ）顯著改善番茄植株長(zhǎng)勢(shì)；宋夏夏等以水果型黃瓜‘戴多星’為材料，在醋糟基質(zhì)栽培條件 下，以日本山崎黃瓜專用營(yíng)養(yǎng)液配方為基礎(chǔ)配方，篩選出 ２０． ６７ ｍｍｏｌ·Ｌ －１ Ｎ、１０． ５８ ｍｍｏｌ·Ｌ －１ Ｋ、４． ５４ ｍｍｏｌ·Ｌ －１ Ｃａ 為最佳濃度。 Ｑｕ 等利用四元二次回歸分析建立了 Ｎ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ 對(duì)黃瓜產(chǎn)量品質(zhì)綜合評(píng)分 的回歸模型，得到優(yōu)化的 Ｎ、Ｋ、Ｃａ 和 Ｍｇ 濃度分別為 １４．８３、６．８９、３．５５ 和 ４．１７ ｍｍｏｌ·Ｌ －１ ；與黃瓜專用日本 山崎營(yíng)養(yǎng)液配方處理植株相比，優(yōu)化的營(yíng)養(yǎng)液配方栽培黃瓜果實(shí)的可溶性蛋白、維生素 Ｃ 和可溶性總糖 ９００含量分別提高了 ２１．０７％、４０．９１％和 ５３．３３％，有機(jī)酸和硝酸鹽含量顯著降低。

截至 ２０２１ 年 １０ 月，從萬方數(shù)據(jù)庫搜索得到 ６３９ 篇關(guān)于營(yíng)養(yǎng)液配方研究的期刊論文，涉及作物包括草 莓、大部分蔬菜和花卉，而果樹和園林植物相對(duì)較少。 自 １９９８ 年以來，我國(guó)科技工作者開展的營(yíng)養(yǎng)液配方 的研究文獻(xiàn)呈上升趨勢(shì)，由 １９９８ 年的 １ 篇上升到 ２０１９ 年的 ３８ 篇。 中國(guó)知網(wǎng)的檢索結(jié)果表明，“營(yíng)養(yǎng)液配 方”為關(guān)鍵詞的發(fā)明專利公開 １３０ 件。 說明不斷優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)液配方以滿足不同作物、不同生育期和不同栽 培目的是無土栽培領(lǐng)域持續(xù)的研究主題。

營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ 值

低 ｐＨ 值會(huì)直接引起水合 Ｈ ＋增加，降低 ｐＨ 值依賴的陽離子的有效性。 水培條件 下，營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ 值為 ５．５～６．５ 時(shí)對(duì)番茄植株生長(zhǎng)有利；歐洲報(bào)春適宜生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ 值為 ５．８ ～ ６．２，并且 在此 ｐＨ 值條件下葉片葉綠素含量和光合速率較高；適合水培魔芋生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ 值為 ６.０ ～ ８.０，營(yíng) 養(yǎng)液 ｐＨ６.０ 有利于水培非洲菊的生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ 值在堿性（７.０ ～ ８.５）條件下甘蔗生長(zhǎng)良好，最適合綠蘿 生長(zhǎng)的 ｐＨ 值為 ７．０，ｐＨ８．０ 的營(yíng)養(yǎng)液促進(jìn)了大麥根尖細(xì)胞的增殖和伸長(zhǎng)；Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅ 等研究表明，ｐＨ４．０ 條件下，菠菜植株生長(zhǎng)尤其是根系生長(zhǎng)明顯受抑制，營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ４．５ 或 ５．０ 條件下，植株生長(zhǎng)和形態(tài)表現(xiàn)正 常，但株型變??；Ａｌｅｘｏｐｏｕｌｏｓ 等研究發(fā)現(xiàn)藥用蒲公英和賴卡菊在營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ５.５ 時(shí)的生長(zhǎng)表現(xiàn)較好， ｐＨ４.０ 對(duì)植株的生長(zhǎng)有抑制作用。

營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ 值不僅影響植物生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累，而且影響根系元素吸收利用和病蟲害發(fā)生，甚至影響 產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。 在營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ４．５、ＥＣ １．４ ｄＳ·ｍ －１條件下，菠菜葉片中 Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ 含量低于 對(duì)照植株（ｐＨ５．５，ＥＣ １．４ ｄＳ·ｍ －１ ）。ｄａ Ｓｉｌｖａ Ｃｅｒｏｚｉ 等研究發(fā)現(xiàn)，在魚菜共生營(yíng)養(yǎng)液中，營(yíng)養(yǎng)液的 ｐＨ 值會(huì)影響溶液中磷離子的種類和利用率，磷的利用率隨 ｐＨ 值升高而減小，因此建議魚菜共生系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng) 液 ｐＨ 值應(yīng)保持在 ５．５～７．２。 營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ 值升高與植株吸收 Ｎｉ 的能力呈正相關(guān)，與吸收 Ｚｎ 的能力呈負(fù)相 關(guān)。 低 ｐＨ 值可以增加蒲公英和賴卡菊總可溶性固形物、總酚、葉綠素和類胡蘿卜素含量，降低硝酸鹽含 量，提高 ２ 種植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和膳食功能 。 研究表明，營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ５.５ 時(shí)煙草的根腐病發(fā)病率最低，而 ｐＨ８．５ 時(shí)根腐病發(fā)病率達(dá) ４８．８６％；Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅ 等研究發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ４．０ 可以有效抑制營(yíng)養(yǎng)液中腐霉病 菌病原體的繁殖，提高營(yíng)養(yǎng)液的 ｐＨ 值可以抑制草莓植株上鐮刀菌枯萎病的發(fā)生。

適宜的營(yíng)養(yǎng)液 ｐＨ 值可以緩解某些元素對(duì)植株的毒害作用。 低 ｐＨ 值與鋁毒性存在協(xié)同作用，將營(yíng)養(yǎng) 液 ｐＨ 值從 ２．５ 提高到 ４．０ 會(huì)降低植株根系對(duì) Ａｌ 元素的吸收，增加植株對(duì) Ｎ、Ｐ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓ 和 Ｂ 的吸收量。 Ｇｈｅｓｈｌａｇｈｉ 等發(fā)現(xiàn)缺 Ｆｅ 脅迫下，ｐＨ 值為 ５．５ 和 ７．５ 時(shí)會(huì)促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)液中黃芩對(duì) Ｆｅ 的吸收，并且通過增加 分泌黃素來緩解 Ｆｅ 脅迫，且隨著 ｐＨ 值的升高，分泌黃素的能力也增強(qiáng)。

營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ

Ｇａｒｃíａ?Ｓａｎｔｉａｇｏ 等研究了地面滲灌條件下營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)容器栽培番茄生長(zhǎng)的影響， 表明營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ 值降低到總濃度的 ６０％時(shí)，對(duì)無土栽培番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量沒有明顯影響。 低 ＥＣ 營(yíng)養(yǎng)液不利 于網(wǎng)紋甜瓜植株生長(zhǎng)，而高 ＥＣ 營(yíng)養(yǎng)液使植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)過旺，產(chǎn)量降低，品質(zhì)變劣 。

生產(chǎn)中，常通過調(diào)控營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ 來調(diào)控產(chǎn)品品質(zhì)，如：適當(dāng)提高營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ 值能夠顯著提高番茄的果實(shí) 品質(zhì)，提高營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ 可提高草莓果實(shí)品質(zhì)，較高營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ 可增加萵苣葉片含糖量，提高商品 性 ，標(biāo)準(zhǔn)濃度的 １ ／ ２ 日本山崎營(yíng)養(yǎng)液配方的水培葉用萵苣硝酸鹽含量最低 ，１ ／ ２ 濃度的 Ｈｏａｇｌａｎｄ 營(yíng) 養(yǎng)液栽培的韭菜硝酸鹽、亞硝酸鹽含量較低 ，增加營(yíng)養(yǎng)液濃度辣椒果實(shí)中大量營(yíng)養(yǎng)元素含量降低， 營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ 影響迷迭香中香精油的含量，但不影響其化學(xué)組成 。

營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ 不僅影響植株的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)，也影響其對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用 、果實(shí)發(fā)育以及 耐儲(chǔ)性等 分吸收 。 降低營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ，可顯著提高番茄植株養(yǎng)分利用率，“少量多次”的澆灌模式可能更有利于養(yǎng) 。

營(yíng)養(yǎng)液溫度

Ｔｈａｋｕｌｌａ 等采用營(yíng)養(yǎng)膜技術(shù)（ＮＦＴ）試驗(yàn)研究不同水溫對(duì)葉用萵苣生長(zhǎng)的影響，結(jié) 果表明，將水溫保持在 ２１．１ ℃時(shí)，葉用萵苣的生長(zhǎng)和生物量更大。 Ｓａｍｕｅｌ 等發(fā)現(xiàn)水培萵苣產(chǎn)量最高的 營(yíng)養(yǎng)液溫度是 ２５ ℃ ，葉片光合參數(shù)、礦質(zhì)元素含量、葉片和根系生長(zhǎng)均處于最佳狀態(tài)。 Ｏｒａｂｙ 等研究表 明，將營(yíng)養(yǎng)液溫度降至 １８ ℃可顯著增加馬鈴薯的生長(zhǎng)量和塊莖產(chǎn)量。

在無土栽培中調(diào)控營(yíng)養(yǎng)液溫度比調(diào)控溫室大環(huán)境的氣溫更經(jīng)濟(jì)、快速、有效。 因此，越來越多無土栽 培裝備增加了營(yíng)養(yǎng)液溫度調(diào)控功能，甚至家庭園藝產(chǎn)品中也可以看到營(yíng)養(yǎng)液控溫系統(tǒng)，如日本三菱葉菜生 產(chǎn)系統(tǒng)通過設(shè)定營(yíng)養(yǎng)液溫度、流量和流速，控制作物根區(qū)溫度在 １８ ～ ２２ ℃ 。 Ｌｉ 等 采用冷水機(jī)降溫技 術(shù)，將營(yíng)養(yǎng)液溫度控制在（２０±１）℃ ，實(shí)現(xiàn)了水培葉用萵苣的越夏生產(chǎn)。

營(yíng)養(yǎng)液溶氧濃度（ＤＯ）

充足的氧氣供應(yīng)可維持水培植物良好的根際環(huán)境。 根際低氧對(duì)水培萵苣 生長(zhǎng)、生理和品質(zhì)均有明顯抑制作用，較低的 ＤＯ 會(huì)抑制萵苣根系對(duì)水分的吸收 。 此外，缺氧脅迫下根 系發(fā)育不良、抗性降低，病原微生物菌容易侵染根系。 高溫季節(jié)營(yíng)養(yǎng)液 ＤＯ 是限制作物生長(zhǎng)的主要因素。 郭世榮等研究表明，高液溫下黃瓜植株耐低氧性明顯降低；Ｙｏｓｈｉｄａ 等研究也指出，常液溫（２５ ℃ ） 下營(yíng)養(yǎng)液 ＤＯ 濃度降至 １ ｍｇ·Ｌ －１時(shí)，黃瓜植株仍能正常生育，顯示出較高的耐低氧性；但在高液溫（３３ ℃ ） 下，ＤＯ 在 ２ ｍｇ·Ｌ －１以下時(shí)，生長(zhǎng)發(fā)育即受到顯著抑制 ，黃瓜植株耐低氧性明顯降低。 因此，保持營(yíng)養(yǎng)液 中有足夠的 ＤＯ 是越夏水培作物能夠取得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。 除了調(diào)控營(yíng)養(yǎng)液溫度外，目前生產(chǎn)者使用壓 縮空氣泵、添加化學(xué)增氧劑、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)流動(dòng)等措施提高營(yíng)養(yǎng)液 ＤＯ。 在水培蔬菜生產(chǎn)中，常采用營(yíng)養(yǎng)液 間隔時(shí)間循環(huán)流動(dòng)的方式來增加根際 ＤＯ，除此之外，使用微納米氣泡快速發(fā)生裝置，能夠產(chǎn)生納米級(jí)別 的氣泡，快速增加營(yíng)養(yǎng)液 ＤＯ 值；應(yīng)用 Ｈ２Ｏ２ 也有助于增加營(yíng)養(yǎng)液 ＤＯ。

營(yíng)養(yǎng)液氮素形態(tài)

植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成了對(duì)不同 Ｎ 素形態(tài)吸收的偏好性。 如黃瓜和番茄 在硝態(tài)氮為氮源時(shí)生長(zhǎng)良好，甘藍(lán)和芥藍(lán)也更傾向于吸收硝態(tài)氮，而水稻和針葉類樹木則偏好吸收銨態(tài) 氮 ，但大多數(shù)植物在混合氮源中生長(zhǎng)更好。Ｚｈｕ 等改變營(yíng)養(yǎng)液中銨態(tài)氮／ 硝態(tài)氮的含量，增加銨態(tài)氮 含量將營(yíng)養(yǎng)液的 ｐＨ 值調(diào)整到 ５．８ 時(shí)，可以提高菜心的產(chǎn)量。 一般來說，營(yíng)養(yǎng)液中 ＮＨ ＋ ４ 高比例會(huì)導(dǎo)致作物 生長(zhǎng)不良，但對(duì)有些植物生長(zhǎng)卻有促進(jìn)作用 。

Ｎ 素形態(tài)還影響作物品質(zhì)和養(yǎng)分積累。 較多的硝態(tài)氮培養(yǎng)菊苣的酚類化合物的含量更高，而較多的 銨態(tài)氮有利于脂肪酸積累 。 Ｋｕｍａｒｉ 等認(rèn)為營(yíng)養(yǎng)液中 ＮＯ － ３ 與 ＮＨ ＋ ４ 濃度比例為 ７５ ∶２５ 時(shí)可提高香菜產(chǎn) 量和品質(zhì)；與硝態(tài)氮相比，銨態(tài)氮增加了茄子葉片中 Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｚｎ 和根系中 Ｚｎ、Ｃｕ 的濃度，降低了葉片中 Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ 和根系中 Ｃａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ 的濃度 ；當(dāng) ＮＨ ＋ ４ 的臨界濃度高于 ５．７ ｍｍｏｌ·Ｌ －１時(shí)，營(yíng)養(yǎng)液中 陽離子的吸收、氮肥利用率（ＮＵＥ）和百香果干物質(zhì)均降低 。

營(yíng)養(yǎng)液中總氮含量一定時(shí)，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的比值越大，農(nóng)產(chǎn)品中硝酸鹽含量越高。 Ｓｃａｉｆｅ 等 發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中僅有銨態(tài)氮時(shí)，葉用萵苣葉片中硝酸鹽含量?jī)H為只有硝態(tài)氮時(shí)的 ２５％，而當(dāng)硝態(tài)氮與銨態(tài) 氮比例過低時(shí)，作物會(huì)產(chǎn)生氨毒害。 營(yíng)養(yǎng)液氮素形態(tài)還影響作物的缺素癥，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液氮源為銨態(tài)氮時(shí)，植 物易出現(xiàn)缺鈣或缺鎂癥，如營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的茄果類蔬菜以銨鹽為氮源時(shí)，易造成果實(shí)缺鈣而引發(fā)“臍腐病”； 用硝態(tài)氮為氮源的營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)作物，易造成植株缺鐵或缺鎂。 許多研究表明，無土栽培營(yíng)養(yǎng)液管理中，硝 態(tài)氮和銨態(tài)氮等比例對(duì)作物生長(zhǎng)最好。 在不結(jié)球白菜營(yíng)養(yǎng)液栽培中，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的比例各占 ５０％時(shí) 效果最好；營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)二色補(bǔ)血草，純銨態(tài)氮營(yíng)養(yǎng)嚴(yán)重抑制其生長(zhǎng)，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮等比例混合最有利 于植株生長(zhǎng) ；以硝態(tài)氮與銨態(tài)氮配比為 １ ∶１ 的營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)煙草，效果最佳。

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液中不僅含有大量植物所需的礦質(zhì)元素，而且含有諸多有益微生物及其代 謝產(chǎn)物，可部分代替無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液用于作物無土栽培，生產(chǎn)成本低、養(yǎng)分含量高，還具有生物防治和肥效的雙 重作用，應(yīng)用前景較好。 無土栽培中常采用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液替代無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液，以改善植物的生長(zhǎng)。 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液 水培的葉用萵苣、番茄及玉米，與無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液栽培的產(chǎn)量沒有顯著差異。 更多的研究證明，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液可 以提高作物產(chǎn)量，例如從松葉中提取的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液可以提高不結(jié)球白菜和萵苣產(chǎn)量 ；徐大兵等研究 表明，豬糞堆肥浸提液促進(jìn)棉花植株生長(zhǎng)發(fā)育的效果明顯，可提高產(chǎn)量；李惠等從堆漚腐熟好的豬糞、 牛糞、菇渣＋雞糞、菇渣＋牛糞中提取獲得浸提原液，結(jié)果表明 １/３ 浸提液有利于番茄和黃瓜幼苗生長(zhǎng)，可 作為有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液用于番茄和黃瓜育苗。 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液還有利于培育煙草、番茄、黃瓜等作物壯苗，提高秧苗 質(zhì)量。

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液替代無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液還可改善植物產(chǎn)品的品質(zhì)。 采用豬糞、牛糞、羊糞（體積比 ４ ∶１ ∶１）發(fā)酵液 復(fù)配的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液滴灌番茄，與傳統(tǒng)日本園式配方栽培的番茄相比，可溶性糖、有機(jī)酸、番茄紅素、抗壞血 酸、可溶性蛋白含量和特征香氣顯著提高；范兵華等的研究結(jié)果也證明，‘佳西娜’串番茄在基質(zhì)袋栽 培條件下，豬糞、牛糞、羊糞（體積比 １ ∶２ ∶１）的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液稀釋 ２．９３ 倍后滴灌栽培，果實(shí)品質(zhì)顯著優(yōu)于滴 灌日本山崎營(yíng)養(yǎng)液的番茄果實(shí)。 Ａｈｍｅｄ 等比較萵苣在化學(xué)營(yíng)養(yǎng)液和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液中的生長(zhǎng)，結(jié)果表明， 從魚類廢棄物中提取的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液栽培的萵苣的總?cè)~綠素、胡蘿卜素、酚類化合物和類黃酮含量以及抗氧 化酶活性顯著高于無機(jī)營(yíng)養(yǎng)液栽培的萵苣；有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液可以提高荔枝中的氨基酸含量 ，可以提高黃瓜 的抗氧化能力。

沼液是最常見的一種有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液。 將沼液作為營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)蔬菜，蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)均有所提高。 雞糞沼液可作為基質(zhì)栽培葉用萵苣、油麥菜、茼蒿、不結(jié)球白菜、菠菜、黃瓜和番茄的營(yíng)養(yǎng)液，明顯促進(jìn)葉菜生長(zhǎng) ；以沼液為營(yíng)養(yǎng)液，可使葉用萵苣中硝態(tài)氮含量降低 ７２．２６％，總糖和維生素 Ｃ 含量分別提高 ６．４０％ 和 ４２．３７％  ；將沼液作為水培蔬菜的營(yíng)養(yǎng)液，可使葉用萵苣和番茄產(chǎn)量分別提高 ３．４％和 ８．８％，粗蛋白分 別增加 ０．０５ 和 ０．０３ ｍｇ·ｋｇ －１ ，維生素 Ｃ 含量分別提高 １８．７ 和 １３．４ ｍｇ·ｋｇ －１ ，硝態(tài)氮含量分別降低 ６８．１１ 和 ６０．１ ｍｇ·ｋｇ －１ 。

營(yíng)養(yǎng)液供液裝置

營(yíng)養(yǎng)液供液裝置是無土栽培系統(tǒng)的核心組件之一。 目前，以色列、荷蘭等國(guó)已 研發(fā)出功能完善的營(yíng)養(yǎng)液灌溉設(shè)備，如荷蘭 Ｐｒｉｖａ 公司研發(fā)的 ＮｕｔｒｉＦｉｔ 灌溉施肥機(jī)和以色列 Ｎｅｔａｆｉｍ 公司 研發(fā)的 Ｎｅｔａｊｅｔ 自動(dòng)灌溉施肥機(jī)，均能實(shí)現(xiàn)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液 ＥＣ 和 ｐＨ 值的精確控制；在番茄根部安裝傳感器，通 過連續(xù)監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng)液水分、ｐＨ 值、溫度和 ＥＣ，執(zhí)行灌溉調(diào)節(jié)，縮短了番茄的生長(zhǎng)期 。 近年來，我國(guó)營(yíng)養(yǎng)液 供液裝置的研發(fā)取得重大突破。 鄧曉棟等設(shè)計(jì)了基于 ＺｉｇＢｅｅ 的水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)，可以把采 集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到 ＺｉｇＢｅｅ 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的精確控制；江新蘭等設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算 和兩線解碼技術(shù)的智能云灌溉系統(tǒng)，通過 ３Ｇ／ ４Ｇ 網(wǎng)絡(luò)將從各個(gè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)，同樣 實(shí)現(xiàn)了營(yíng)養(yǎng)液的精確控制；郝雅潔等也設(shè)計(jì)出了智能營(yíng)養(yǎng)液供液裝置控制系統(tǒng)；胡國(guó)強(qiáng)開發(fā)出基于 ＺｉｇＢｅｅ 和 ＩＰｖ６ 技術(shù)的灌溉系統(tǒng)，利用 ＺｉｇＢｅｅ 網(wǎng)絡(luò)采集設(shè)施環(huán)境和肥水信息，通過 ＩＰｖ６ 上傳至灌溉控制服 務(wù)器，適用于現(xiàn)代溫室的無土栽培。

2栽培基質(zhì)研發(fā)成績(jī)斐然

草炭替代品的挖掘與利用

草炭是無土栽培中用途最廣泛的一種基質(zhì)，但由于草炭資源有限、再 生速度慢，過度開采會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。 因此，尋找草炭替代基質(zhì)是基質(zhì)培的關(guān)鍵。 大量研究表明，許多農(nóng) 業(yè)廢棄物如花生殼、鋸末、秸稈以及醋糟、木薯渣等，經(jīng)微生物發(fā)酵腐熟后，均可作為無土栽培基質(zhì)。 在木 材工業(yè)較發(fā)達(dá)的歐洲國(guó)家，如德國(guó)和法國(guó)，大多使用木材工廠產(chǎn)生的下腳料堆肥腐熟后代替草炭基質(zhì)；在 澳大利亞、美國(guó)等植物覆蓋率高、地廣人稀的國(guó)家，多以樹皮堆腐后作為基質(zhì)使用；在熱帶一些椰殼原產(chǎn)地 的國(guó)家，多以椰糠代替草炭使用。 Ｔｚｏｒｔｚａｋｉｓ 等采用發(fā)酵玉米秸稈替代草炭與珍珠巖、浮石混配栽培番 茄獲得成功；番茄和黃瓜等蔬菜生產(chǎn)中，食用菌菇渣發(fā)酵料可以代替一定比例的草炭；利用石楠、榿木和貓 尾草生物質(zhì)堆制發(fā)酵可以作為花卉苗木生產(chǎn)的草炭替代品；園林廢棄物發(fā)酵料用于紅掌等花卉植物栽培， 其替代 ６０％以上草炭時(shí)仍具有較好的栽培效果；以 １０％木炭、２５％磷礦石、６５％園林廢棄物發(fā)酵料混合基 質(zhì)作為玉簪栽培基質(zhì)，可以顯著增加玉簪生物量。 蚯蚓糞可作為花卉、蔬菜無土栽培的草炭替代品。 生物 炭是草炭潛在的替代品，例如：果樹等修剪殘留生物炭可以作為無土蔬菜生產(chǎn)的草炭替代品，木材下腳料 生物炭可以全部或部分替代草炭用來生產(chǎn)蔬菜，竹條炭化制備的生物炭可部分替代草炭栽培鐵皮石斛。

有機(jī)廢棄物基質(zhì)化利用發(fā)酵技術(shù)

近年來，國(guó)內(nèi)外有機(jī)廢棄物基質(zhì)化利用發(fā)酵技術(shù)取得顯著進(jìn)步 的領(lǐng)域集中在發(fā)酵專用微生物的分離和利用方面。 在有機(jī)廢棄物發(fā)酵過程中添加發(fā)酵微生物菌，可加速 堆體快速升溫和腐殖化過程，降低 Ｃ ／ Ｎ 值，縮短腐熟時(shí)間，提高發(fā)酵效率和質(zhì)量。 童江云等篩選出可 降解纖維素并加快食用菌菌渣腐熟進(jìn)程的菌株；陳立華等篩選出發(fā)酵淤泥的真菌菌株 Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｈａｒｚｉａｎｕｍ Ｔ８３ 和細(xì)菌菌株 Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｍｙｌｏｌｉｑｕｅｆａｃｉｅｎｓ ＩＡＥ。 王偉東利用雞糞、牛糞和干枯麥秸進(jìn)行共發(fā) 酵試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)接種纖維素降解菌可加速木質(zhì)纖維素的分解速度，半纖維素、木質(zhì)素和纖維素的降解率分別 提高 ４．３％、３．４％和 ３．０％；張曉倩等利用稻草和牛糞進(jìn)行共靜態(tài)好氧堆肥試驗(yàn)表明，接種木質(zhì)素降解菌 復(fù)合菌（變色栓菌和黃孢原毛平革菌）可加速有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化和木質(zhì)纖維素降解；黃丹蓮等研究發(fā)現(xiàn)， 經(jīng)過 １２ ｄ 的發(fā)酵處理，接種發(fā)酵菌的有機(jī)物、木質(zhì)素降解率分別達(dá) ８．２％和 １．１１％，第 ２０ 天木質(zhì)素降解率 達(dá) １１．０％，與自然堆體相比，添加發(fā)酵菌劑處理纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的降解率分別提高了 ３１．３１％、 １９．５７％和 １４．３３％；黃孢原毛平革菌可提高有機(jī)物發(fā)酵效率，放線菌可促進(jìn)有機(jī)物發(fā)酵過程中的纖維素 降解。

采用單一菌株發(fā)酵，存在有機(jī)物中纖維素難以徹底降解的缺陷，而混合菌株不同功能酶作用于纖維素 的不同位點(diǎn)，能彌補(bǔ)菌種間的差異，從而提高纖維素酶活性和酶解效果，縮短發(fā)酵周期，提高發(fā)酵效率和質(zhì) 量。 混合菌株比單一菌株發(fā)酵的纖維素降解率提高 １２．４７％，復(fù)合菌對(duì)秸稈纖維素降解率達(dá)到 ３４．８％，降 解效果比單一菌種要好。 分離高產(chǎn)纖維素酶的混合菌株發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)菌株之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是近年來有機(jī) 物生物發(fā)酵的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。 國(guó)內(nèi)外在研制復(fù)合微生物發(fā)酵菌劑方面取得積極進(jìn)展，主要集中在對(duì)農(nóng)牧 業(yè)產(chǎn)生的秸稈、糞便和生活有機(jī)垃圾，以及各種食品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的下腳料的基質(zhì)化處理。 王戰(zhàn)等研究發(fā)現(xiàn)，由高地芽胞桿菌、地衣芽胞桿菌、灰略紅鏈霉菌、綠色木霉菌混合制備的混合微生物發(fā)酵菌劑可 使木薯渣纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到 ２４．４％；楊新等 將從高溫酒糟中分離得到的 ７ 株優(yōu)勢(shì)菌按比例混合， 研制出了酒糟發(fā)酵菌劑。

近年來，利用昆蟲發(fā)酵有機(jī)廢棄物取得積極進(jìn)展。 黑水虻和微生物可協(xié)同分解有機(jī)廢棄物，并將其轉(zhuǎn) 換成腐殖質(zhì)，其中微生物負(fù)責(zé)有機(jī)物的生物化學(xué)降解，黑水虻作為轉(zhuǎn)化過程中的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，借助腸道 產(chǎn)生的消化酶，促進(jìn)有機(jī)廢棄物的降解；黑水虻幼蟲利用有機(jī)廢棄物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的 幼蟲類生物質(zhì)，殘留物可用作基質(zhì) 。 生物轉(zhuǎn)化過程中臭氣排放少，溫室氣體排放低，碳、氮損失減少，不 會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，是一種生態(tài)環(huán)保型的有機(jī)物生物發(fā)酵技術(shù)，具有巨大的應(yīng)用前景。 此外，黃粉蟲 可對(duì)多種有機(jī)廢棄物進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用，包括畜禽糞便、尾菜、米糠、豆餅粕、豆渣、果渣等。

除了發(fā)酵微生物研究外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也研制了一批發(fā)酵裝備，有力推動(dòng)了有機(jī)廢棄物發(fā)酵的工業(yè)化水 平。 郭兆峰等研制了棉秸稈基質(zhì)發(fā)酵機(jī)，合理設(shè)計(jì)上料機(jī)、攪拌裝置、加熱腔、出料以及電控部分的主 要部件，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵作業(yè)的智能化全自動(dòng)控制，發(fā)酵時(shí)間縮短、發(fā)酵效率提高，勞動(dòng)力投入減少。 李萍萍等針對(duì)番茄秸稈基質(zhì)化處理過程中秸稈碎料與發(fā)酵菌種難以混合問題，研制出立式螺旋混合攪拌裝置 。

基質(zhì)配方研制和產(chǎn)品開發(fā)

實(shí)際生產(chǎn)中，需要將 ２ 種或 ２ 種以上的基質(zhì)按照一定比例混合制成復(fù) 合基質(zhì)，以克服單一基質(zhì)可能出現(xiàn)的偏酸或偏堿、通氣不良或過盛、容重過小或過大等問題。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者 針對(duì)不同作物種類，利用不同基質(zhì)原料研制出大量的混合基質(zhì)配方，開發(fā)出眾多復(fù)合基質(zhì)產(chǎn)品。 南京農(nóng)業(yè) 大學(xué)等單位研制出適于園藝作物育苗和水稻育秧的通用型、專用型、功能性系列基質(zhì)產(chǎn)品，與傳統(tǒng)草炭相 比，成本降低 ３０％，蔬菜壯苗指數(shù)提高 ２７％ ～ ３６％，枯萎病發(fā)病率降低 ２４％ ～ ５８％，根結(jié)線蟲防治效果達(dá) ６８％ ～８５％，增產(chǎn) １２％ ～２２％ 。

近年來，在成品基質(zhì)中通過添加促生菌、保水劑、緩釋肥、氨基酸肥、腐植酸肥、生物炭等開發(fā)功能性基 質(zhì)產(chǎn)品成為研究熱點(diǎn)。 在育苗基質(zhì)中添加微生物菌劑（安克菌劑、芽胞桿菌、叢枝菌根菌等）制成的生物 活性基質(zhì)，可促進(jìn)辣椒、黃瓜、葉用萵苣和番茄等作物生長(zhǎng)；在育苗基質(zhì)中添加叢枝菌根真菌，可消減鹽堿 土對(duì)番茄植株的危害；在連作基質(zhì)中添加叢枝菌根真菌，可促進(jìn)番茄生長(zhǎng)，提高抗性；在醋糟和草炭質(zhì)量比 為 １ ∶１ 的混配基質(zhì)中，添加 ２％微生物菌劑（ＢＯＦ），對(duì)西瓜和黃瓜枯萎病的預(yù)防效果明顯 ；將 １０％功能 菌株 ＳＱＲ９ 添加到基質(zhì)中，黃瓜枯萎病發(fā)病率降低 ４０．３９％。 功能性基質(zhì)還能改善作物品質(zhì)。 在草炭、椰 糠和珍珠巖的復(fù)配基質(zhì)中，添加解淀粉芽胞桿菌制成的功能性基質(zhì)，不但可提高空心菜產(chǎn)量，而且增加維 生素 Ｃ、可溶性蛋白和可溶性糖含量，并顯著降低葉片中硝酸鹽含量。

3無土栽培系統(tǒng)和配套裝備不斷優(yōu)化

總體而言，十多年以來國(guó)內(nèi)外無土栽培系統(tǒng)沒有取得特別具有標(biāo)志性的成果，大都是在原系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上進(jìn)行改良升級(jí)，使之更加符合某種特殊需求。 對(duì)國(guó)內(nèi)外無土栽培系統(tǒng)的有關(guān)專利進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)有國(guó)外 專利 １５ 件，國(guó)內(nèi)專利 １８３ 件。 可見，我國(guó)在無土栽培系統(tǒng)研發(fā)方面在國(guó)際上走在前列。

改良無土栽培系統(tǒng)

目前，無土栽培的主流系統(tǒng)包括巖棉培栽培、深液流（ＤＦＴ）、營(yíng)養(yǎng)液膜（ＮＦＴ）、 魯 ＳＣ 型無土栽培、有機(jī)生態(tài)型無土栽培、浮板毛管（ＦＣＨ）等，在這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同作物、不同 地域和不同用途，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開發(fā)設(shè)計(jì)了許多適應(yīng)性更強(qiáng)的無土栽培系統(tǒng)。 Ｎｉｃｏｌａ 等開發(fā)了一種新型 封閉的再循環(huán)無土栽培系統(tǒng)———ＮＧＳ ? ，并證明其可以提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，延長(zhǎng)收獲后的保質(zhì)期；卜崇 興針對(duì)植物無土栽培過程中根際缺氧問題，設(shè)計(jì)了一種新型儲(chǔ)液儲(chǔ)氣式桶式栽培系統(tǒng)，解決了無土栽 培中根際供液和供氧的矛盾；陳偉等設(shè)計(jì)的滲吸式無土栽培裝置，以其較好的保肥、保水效果及合理科 學(xué)的供水方式，在無土栽培蔥苗上獲得成功；周金平等研發(fā)了可調(diào)節(jié)根際溫度的無土栽培系統(tǒng)，適用于冬季番茄生產(chǎn)。

休閑無土栽培系統(tǒng)

Ｇｕｏ等設(shè)計(jì)了一種基于 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 的由栽培池、直立柱、底座以及灌溉、輔 助照明和控制系統(tǒng)組成的家用基質(zhì)栽培設(shè)備。 針對(duì)陽臺(tái)農(nóng)業(yè)和家庭園藝的興起，北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 開發(fā)設(shè)計(jì)了立柱式、梯架式、壁掛式、臺(tái)燈式陽臺(tái)蔬菜無土栽培裝置 ；王久興等 設(shè)計(jì)了一種插管式家 庭室內(nèi)使用的無土栽培裝置；黃秋鑾設(shè)計(jì)了庭院草莓靜水無土栽培系統(tǒng)；劉全國(guó)設(shè)計(jì)了 ＤＩＹ 立體管 道水培種植裝置，適用于辦公室和居家無土栽培。

智慧無土栽培系統(tǒng)

ｄｅｌａ Ｃｒｕｚ 等開發(fā)的智能自動(dòng)灌溉系統(tǒng)（ＳＦＡＩＳ）包含 ３ 個(gè)子系統(tǒng)，即水箱監(jiān)控系統(tǒng)、開放式灌溉控制系 統(tǒng)和室內(nèi)灌溉控制系統(tǒng)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將專家系統(tǒng)整合到 ＳＦＡＩＳ 中，實(shí)現(xiàn)智能化灌溉；Ｋａｎｇ 等研發(fā)了 一種智能無土栽培裝置，不僅實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播和智能補(bǔ)光以及營(yíng)養(yǎng)液的自動(dòng)濃度平衡、自動(dòng)加熱、自動(dòng)循環(huán)，還可 以通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；Ｃｈａｎｇ 等開發(fā)了一種基于微機(jī)電系統(tǒng)（ＭＥＭｓ）的水培營(yíng)養(yǎng)液混合系統(tǒng)，該 系統(tǒng)以微控制器為核心，控制 ５ 個(gè)營(yíng)養(yǎng)液罐向混合罐的輸出，在混合罐中保持適當(dāng)?shù)?ｐＨ 和 ＥＣ 范圍，操作 員可以在用戶界面上查看營(yíng)養(yǎng)液中 ｐＨ、ＥＣ、ＤＯ 和其他值的變化，也可以手動(dòng)或自動(dòng)混合營(yíng)養(yǎng)液。 王佳明 等設(shè)計(jì)了一套無土栽培遠(yuǎn)程營(yíng)養(yǎng)液控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)栽培過程中營(yíng)養(yǎng)液的 ＥＣ、ｐＨ 和溫度，通過 ＢＰ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié) ｐＨ 和 ＥＣ，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離營(yíng)養(yǎng)液數(shù)據(jù)檢測(cè)及實(shí)時(shí)調(diào)控；邱彩虹等運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、新材料等技 術(shù)研究蔬菜無土栽培，設(shè)計(jì)了基于 ＷｉＦｉ 的室內(nèi)智能蔬菜無土栽培結(jié)構(gòu)，通過 ＷｉＦｉ 的控制，可以使栽培過 程中溫室、根際環(huán)境因子之間的關(guān)系處于最佳狀態(tài)，從而有利于蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育；付強(qiáng) 設(shè)計(jì)的仿輪作 無土栽培系統(tǒng)包括營(yíng)養(yǎng)液緩沖箱、霧培箱、巖棉栽培床等設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng) 液 ｐＨ 和 ＥＣ，結(jié)合巖棉培和霧培技術(shù)開發(fā)出蔬菜立體種植模式；上海綠立方公司的綠葉蔬菜 ＮＦＴ 栽培系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了栽培過程中的移栽、傳送、采收的半自動(dòng)化。

無土栽培根區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器

為了測(cè)量和優(yōu)化無土栽培中的根區(qū)環(huán)境因子，需要相應(yīng)的傳感 器。 Ｌｉｕ 等利用滴灌下基質(zhì)濕潤(rùn)模式和葉用萵苣根區(qū)的匹配模型，研究基于 ＥＣＨ２Ｏ 水分傳感器 （ＥＣ?５）的灌溉調(diào)度，為可靠測(cè)量基質(zhì)含水量和合理灌溉提供了依據(jù)；ｄａ Ｍｏｔａ 等開發(fā)了一種散熱傳感 器，以低成本準(zhǔn)確測(cè)量基質(zhì)中 ０～５ ｋＰａ 范圍內(nèi)的吸力，從而實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)控制；Ｃｈｏｉ 等使用頻 域反射法（ＦＤＲ）傳感器自動(dòng)灌溉（ＦＡＩ）改善椰殼纖維底物水培系統(tǒng)中的水和肥料輸送，對(duì)比傳統(tǒng)的基于 固定定時(shí)器的灌溉（ＴＩＭＥＲ），ＦＡＩ 節(jié)省約 ４１％的成本，實(shí)現(xiàn)水肥的可持續(xù)利用。

三、無土栽培技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)

1加強(qiáng)無土栽培基礎(chǔ)理論研究

自 １９ 世紀(jì)中葉無土栽培誕生以來，國(guó)內(nèi)外科技工作者在無土栽培應(yīng)用技術(shù)方面開展了大量的研究工 作，但基礎(chǔ)理論研究還很薄弱，導(dǎo)致無土栽培在近 ３０ 年里沒有出現(xiàn)重大的技術(shù)突破。 我國(guó)自 ２０００ 年以 來，無土栽培相關(guān)基礎(chǔ)研究逐步得到關(guān)注，如國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科 學(xué)基金等項(xiàng)目均將無土栽培礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)理論、根際低氧和鹽脅迫逆境理論等列入研究計(jì)劃，但這些研究的系 統(tǒng)性、深度和廣度還不夠，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足行業(yè)高速發(fā)展的需要，特別是對(duì)無土栽培條件下作物根際環(huán)境、溫 室環(huán)境與作物生長(zhǎng)發(fā)育之間的關(guān)系還不清楚，作物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)及營(yíng)養(yǎng)液配方改良還一直停滯不前，根際 病害發(fā)生規(guī)律及特點(diǎn)等問題還沒有引起關(guān)注，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)液配方及管理、栽培設(shè)施及應(yīng)用、植株生育及調(diào)整、 根際環(huán)境及控制等技術(shù)的開發(fā)滯后，嚴(yán)重制約了無土栽培技術(shù)在更大范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用。

2開展無土栽培技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制

目前，各國(guó)政府均沒有統(tǒng)一的無土栽培技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要各國(guó)或國(guó)際組織進(jìn)一步協(xié)調(diào)和制定。如果能從環(huán)境條件、栽培設(shè)施、營(yíng)養(yǎng)液配方、消毒方法、關(guān)鍵栽培技術(shù)、采后儲(chǔ)運(yùn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)制定相應(yīng)的安全生產(chǎn)規(guī)范，必將對(duì)今后的無土栽培起到重要的推動(dòng)作用。我國(guó)與無土栽培相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)等較少，安全生產(chǎn)指導(dǎo)性文件仍缺乏標(biāo)準(zhǔn)性、規(guī)范性。以基質(zhì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為例，《花木栽培基質(zhì)：ＬＹ／ Ｔ２７００—２０１６》和《蔬菜育苗基質(zhì)：ＮＹ／ Ｔ ２１１８—２０１２》均是以進(jìn)口草炭的指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定，對(duì)ＥＣ 等指標(biāo)限制過高，以有機(jī)廢棄物為原料制備的基質(zhì)難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且對(duì)有機(jī)廢棄物原料中含有的抗生素、農(nóng)藥殘留等特征污染物未進(jìn)行規(guī)定；基質(zhì)ｐＨ、ＥＣ 和物理性狀測(cè)定的地方標(biāo)準(zhǔn)仍然以土壤測(cè)定方法為基礎(chǔ)制定，存在一定的缺陷。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)與無土栽培有關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)有２５ 個(gè)，涉及草莓、厚皮甜瓜、水稻、番茄、水果黃瓜等作物，但這些標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)不能滿足無土栽培行業(yè)發(fā)展的要求，而且有些標(biāo)準(zhǔn)的局限性還很大?；|(zhì)用途廣泛，育苗、栽培、土壤改良等方面均可使用，且不同作物的需求也不同，單一標(biāo)準(zhǔn)無法涵蓋多數(shù)基質(zhì)產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。因此，對(duì)于不同原料、作物和用途的基質(zhì)產(chǎn)品，有必要從作物品種選擇、處理技術(shù)、基質(zhì)配伍、特征指標(biāo)、分析方法等方面，開展標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究，建立基質(zhì)利用標(biāo)準(zhǔn)體系，為基質(zhì)的應(yīng)用和推廣提供技術(shù)支撐。

3研發(fā)有機(jī)基質(zhì)培無土栽培的配套技術(shù)

有機(jī)基質(zhì)培無土栽培技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、節(jié)肥、節(jié)水、節(jié)藥、省力、產(chǎn)品清潔衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，已成為我國(guó)無土栽培的主流模式，在西班牙、希臘、意大利等國(guó)也廣泛采用。然而，這種無土栽培模式尚未形成技術(shù)體系，許多關(guān)鍵技術(shù)尚未突破。今后應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的研究。

基質(zhì)結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝

基質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅是基質(zhì)培營(yíng)養(yǎng)管理的依據(jù)和基質(zhì)重復(fù)利用的前提，也是基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。與土壤類似，結(jié)構(gòu)決定基質(zhì)水分和養(yǎng)分的供應(yīng)、吸收甚至運(yùn)轉(zhuǎn)，與透氣性和養(yǎng)分吸附性能密切相關(guān)，直接影響植物根系的生長(zhǎng)。然而，有關(guān)基質(zhì)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)研究還很缺乏?；|(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)該與土壤結(jié)構(gòu)一樣，是穩(wěn)定的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，不僅有利于水分的吸收、排放，而且有利于通氣、根系伸長(zhǎng)。目前對(duì)基質(zhì)粒徑、比重、容重、總孔隙度、大小孔隙比等物理性狀參數(shù)的研究報(bào)道較多，有的甚至涉及水分養(yǎng)分運(yùn)移等，但還沒有模擬出與土壤結(jié)構(gòu)完全一樣的基質(zhì)產(chǎn)品，也缺少針對(duì)特定作物的基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物理性狀參數(shù)的研究。由于基質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究尚處于起步階段，因此，基質(zhì)生產(chǎn)工藝缺乏理論支撐，成為這一領(lǐng)域重要的技術(shù)瓶頸。同時(shí)，如何按標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)控制基質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成技術(shù)，以適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、工廠化生產(chǎn)基質(zhì)的需要，即基質(zhì)生產(chǎn)工藝，就成為重點(diǎn)研發(fā)的內(nèi)容。

功能性基質(zhì)產(chǎn)品的開發(fā)

Ｇｅｒａｌｄ將基質(zhì)研究分為４ 個(gè)階段：第１ 階段是指１９５０ 年之前，研發(fā)重點(diǎn)是有機(jī)物的混配；第２ 階段是指１９５０—１９７５ 年，研發(fā)的重點(diǎn)是基質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)；第３ 階段是指１９７５—２０００ 年，重點(diǎn)是草炭替代品研發(fā)；第４ 階段是指２０００—２０２０ 年，研究重點(diǎn)是將微生物特性與基質(zhì)的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性整合，即功能型基質(zhì)研發(fā)。傳統(tǒng)有機(jī)基質(zhì)養(yǎng)分難以有效釋放，對(duì)作物促生作用不理想，在增強(qiáng)作物抵抗病原菌侵染和提高不利環(huán)境抗性方面的作用甚微，功能型基質(zhì)可克服上述缺陷。因此，未來重點(diǎn)是將有益微生物有效導(dǎo)入基質(zhì)，研發(fā)功能性基質(zhì)，充分發(fā)揮微生物的作用。

基質(zhì)重復(fù)利用和無害化處理技術(shù)

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，同時(shí)為解決基質(zhì)成本過高的問題，基質(zhì)的重復(fù)利用和無害化處理成為研究重點(diǎn)?；|(zhì)在使用過程中，會(huì)殘留大量的根系、分泌物、鹽分和病原微生物，同時(shí)基質(zhì)結(jié)構(gòu)在灌溉和根系作用下會(huì)有所改變，重復(fù)利用會(huì)對(duì)下茬作物造成不利影響。因此，基質(zhì)在重復(fù)利用之前要進(jìn)行必要的消毒處理等，而蒸汽消毒、化學(xué)消毒和太陽能消毒等不同的消毒方式會(huì)對(duì)基質(zhì)的理化性質(zhì)產(chǎn)生不同影響，進(jìn)一步導(dǎo)致基質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。因此，研究合適的基質(zhì)消毒方式是基質(zhì)重復(fù)利用的前提。然而，目前國(guó)內(nèi)外尚無經(jīng)濟(jì)有效的基質(zhì)消毒方法，影響了基質(zhì)的重復(fù)利用。

基質(zhì)培中根際營(yíng)養(yǎng)與水肥供應(yīng)技術(shù)

與土壤栽培相比，基質(zhì)培的根際水分和養(yǎng)分充足，特別是鉀、鈣、鐵的含量可達(dá)到土壤的上百倍。但植物如何適應(yīng)根際高水分和養(yǎng)分？ 根際營(yíng)養(yǎng)、微生物和根系分泌物如何調(diào)節(jié)植物養(yǎng)分？ 對(duì)這些問題的回答有助于解釋基質(zhì)栽培下植物吸收水分和養(yǎng)分的規(guī)律。根據(jù)基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、水分特點(diǎn)進(jìn)行水肥供應(yīng)是基質(zhì)栽培成敗的關(guān)鍵。主要包括２ 個(gè)方面內(nèi)容：一方面，基質(zhì)對(duì)水分和養(yǎng)分的吸附、保持、釋放性能以及根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)和水分的吸收過程不同于土壤，因此水肥供應(yīng)技術(shù)應(yīng)該與土壤不同，但這方面的研究還不夠深入，還不清楚基質(zhì)水分和養(yǎng)分的需求、運(yùn)移規(guī)律；另一方面，基質(zhì)栽培不同于營(yíng)養(yǎng)液栽培，目前大多參照水培營(yíng)養(yǎng)液配方、配制以及灌溉制度進(jìn)行基質(zhì)栽培的水肥管理，缺乏針對(duì)性研究，制約了基質(zhì)栽培的科學(xué)水肥供應(yīng)。因此，基質(zhì)培營(yíng)養(yǎng)液配方及配制、灌溉頻率及灌溉量、營(yíng)養(yǎng)液回收液的監(jiān)測(cè)調(diào)整、植株?duì)I養(yǎng)診斷、專用滴灌肥料研制等將是研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。

規(guī)范化管理技術(shù)

有機(jī)基質(zhì)中含有豐富的有機(jī)物質(zhì)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，對(duì)栽培過程中基質(zhì)根際環(huán)境的ｐＨ值具有較大的緩沖性，并為作物提供一些營(yíng)養(yǎng)元素，其成本較低、栽培管理技術(shù)較為簡(jiǎn)單，因此經(jīng)營(yíng)失敗的風(fēng)險(xiǎn)較低。由于有機(jī)基質(zhì)的來源不同、種類較多、理化性質(zhì)不統(tǒng)一且不穩(wěn)定、營(yíng)養(yǎng)不定量，使用時(shí)需要合理的配比，而目前肥水和植株管理主要靠生育表象和經(jīng)驗(yàn)判斷，因此難以實(shí)現(xiàn)基質(zhì)培管理的準(zhǔn)確控制和規(guī)范化生產(chǎn)。今后應(yīng)重點(diǎn)研究主要作物有機(jī)基質(zhì)培的基質(zhì)配方、營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)、理化性狀，制定相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)液和植株管理技術(shù)，實(shí)行規(guī)范化管理和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

4重視低成本輕簡(jiǎn)化無土栽培技術(shù)的集成

雖然無土栽培具有諸多方面的優(yōu)越性和特點(diǎn)，但與土壤栽培相比，設(shè)施設(shè)備仍需要一定的資金投入，投資過大和技術(shù)難度高是制約無土栽培大面積推廣應(yīng)用的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水培系統(tǒng)的一次性投資一般為１２ 萬元·ｈｍ－２以上，有的甚至高達(dá)７５～９０ 萬元·ｈｍ－２，用于配制營(yíng)養(yǎng)液用的肥料等材料每年支出也需４．５ 萬元·ｈｍ－２以上。即使采用基質(zhì)培無土栽培系統(tǒng)（如有機(jī)生態(tài)型），其一次性投資也達(dá)４．５ 萬元·ｈｍ－２以上，每年的肥料支出也需２．４ 萬元·ｈｍ－２左右，這種投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤栽培水平。一方面由于無土栽培并沒有大幅度提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，導(dǎo)致生產(chǎn)者采用無土栽培的積極性不高；另一方面，農(nóng)藝與工程之間缺乏跨學(xué)科的聯(lián)系和有效協(xié)作，導(dǎo)致無土栽培設(shè)施和裝置結(jié)構(gòu)不合理，不適合作物生長(zhǎng)需要，再加上成本高、可靠性較低、栽培效果較差，這些都影響了無土栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用。更為重要的是，無土栽培作為一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，涉及作物栽培、植物營(yíng)養(yǎng)、植物保護(hù)、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)業(yè)信息、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和自動(dòng)化控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，管理復(fù)雜，技術(shù)難度大，不易被生產(chǎn)者所掌握。這就要求集成輕簡(jiǎn)化無土栽培技術(shù)，提出簡(jiǎn)便易行的操作步驟，生產(chǎn)者只需按此操作即可完成作物無土栽培。

5強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用研究

采用封閉式無土栽培比傳統(tǒng)土壤和開放式基質(zhì)栽培在利用資源、節(jié)約用水、提高產(chǎn)量和水肥利用效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，是更加可持續(xù)的環(huán)保型發(fā)展方式，但營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用還存在許多技術(shù)難題沒有從根本上解決。重復(fù)利用未經(jīng)處理的營(yíng)養(yǎng)液廢液易造成根部病害，并通過營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)在栽培系統(tǒng)中迅速傳播，會(huì)造成重大損失。在營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用中，滅除營(yíng)養(yǎng)液中病原菌、去除生長(zhǎng)阻害物質(zhì)以及保持營(yíng)養(yǎng)元素平衡都是必須解決的基本技術(shù)問題，特別是營(yíng)養(yǎng)液除（殺）菌是諸多問題中的核心。目前，營(yíng)養(yǎng)液除（殺）菌的方法有：高溫處理、紫外線殺菌、臭氧殺菌、砂過濾和膜分離等。其中，高溫處理殺菌效果較好，裝置要求不高，操作簡(jiǎn)單，但耗能高，難以進(jìn)行大批量營(yíng)養(yǎng)液處理。目前，已經(jīng)開發(fā)出了紫外線和臭氧的營(yíng)養(yǎng)液殺菌裝置，并在生產(chǎn)中廣泛采用，但這種殺菌方法會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)液中Ｆｅ 和Ｍｎ 元素的沉淀。砂過濾法具有低成本、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，但達(dá)不到１００％的除菌率。另外，在營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用過程中，會(huì)滋生大量藻類，一方面會(huì)與作物競(jìng)爭(zhēng)利用營(yíng)養(yǎng)液中氧氣和養(yǎng)分，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)狀況變差，另一方面會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)液滴灌系統(tǒng)堵塞，影響供液。因此，如何有效去除藻類，也是值得重點(diǎn)關(guān)注的問題。將間套種植應(yīng)用于無土栽培，利用植物的化感作用來控制藻類滋生和病原微生物也許是一種安全低成本的解決途徑，但研究尚十分缺乏。上述諸多新法在應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證，但無疑會(huì)為無土栽培營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)利用提供重要的研發(fā)方向。

6開發(fā)智慧型無土栽培技術(shù)

智慧型無土栽培包括營(yíng)養(yǎng)液控制、環(huán)境控制和基質(zhì)生產(chǎn)的智慧化三方面。由于作物模型、計(jì)算機(jī)、軟件、傳感器、專家系統(tǒng)等的研究和發(fā)展，營(yíng)養(yǎng)液控制和環(huán)境控制的智慧化進(jìn)展較大，但需要精準(zhǔn)化控制和深入研究開發(fā)；基質(zhì)生產(chǎn)的智慧化起步較晚、應(yīng)用水平較低，需要系統(tǒng)、深入研究和加大力度開發(fā)應(yīng)用。近年來，使用人工智能（ＡＩ）算法優(yōu)化作物無土栽培種植決策與溫室遠(yuǎn)程控制方案，種植者可以根據(jù)自己的市場(chǎng)營(yíng)銷需求制定最有利的栽培策略并通過人工智能較為精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。

營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控智慧化

盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)營(yíng)養(yǎng)液控制系統(tǒng)開展了大量的研發(fā)工作，但現(xiàn)有營(yíng)養(yǎng)液控制無論手動(dòng)還是自動(dòng)系統(tǒng)仍以調(diào)節(jié)ＥＣ 和ｐＨ 值為主，控制系統(tǒng)整體仍較為粗放。未來研發(fā)的重點(diǎn)是灌溉控制系統(tǒng)與溫室氣候調(diào)控系統(tǒng)耦合，將營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控邏輯與太陽輻射、基質(zhì)質(zhì)量變化等經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ婉詈希员阌诠芾聿煌瑴厥覅^(qū)、不同環(huán)境條件下的不同作物的營(yíng)養(yǎng)液供應(yīng)需求，智能化調(diào)控營(yíng)養(yǎng)液，確定灌溉觸發(fā)條件和灌溉量。

環(huán)境控制智慧化

環(huán)境控制智慧化包括氣象環(huán)境的智能控制和有害成分的智能控制兩方面。一方面，通過系列傳感器采集無土栽培作物生長(zhǎng)的溫度、濕度、養(yǎng)分、光照、水分、氣體等信息，然后通過自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)控生長(zhǎng)環(huán)境因子，以滿足作物良好生長(zhǎng)發(fā)育所需的環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境的有效監(jiān)測(cè)和及時(shí)調(diào)整。同時(shí)，可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指導(dǎo)與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)無土栽培的智慧生產(chǎn)。另一方面，智能控制系統(tǒng)可以提前感知環(huán)境中的不利因素，一旦檢測(cè)到有害因子等不利因素，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警告，并自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整以應(yīng)對(duì)不利因素。目前，大多數(shù)環(huán)境控制系統(tǒng)還沒有實(shí)現(xiàn)完全智能化，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠清除的有害因子種類有限，有些有害因子仍無法清除。未來研發(fā)的重點(diǎn)是無土栽培環(huán)境控制的完全智能化和有害成分的自動(dòng)檢測(cè)與清除。

基質(zhì)生產(chǎn)智慧化

孟憲民認(rèn)為，基質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了４ 個(gè)階段：基質(zhì)１．０，實(shí)現(xiàn)了基質(zhì)產(chǎn)品大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；基質(zhì)２．０，實(shí)現(xiàn)了基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；基質(zhì)３．０，實(shí)現(xiàn)了基質(zhì)的定制生產(chǎn)，即基質(zhì)產(chǎn)品定制化和柔性化；基質(zhì)４．０，可以實(shí)現(xiàn)基質(zhì)的智慧生產(chǎn)，即基質(zhì)生產(chǎn)管理的智慧化和生產(chǎn)過程的智能化?；|(zhì)４．０ 即智慧基質(zhì)，集ＰＣ 網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算為一體，依托部署在基質(zhì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)和各種傳感器，對(duì)基質(zhì)原料類型、粒度分布、水分含量、養(yǎng)分濃度、酸堿度、容重等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集上傳，利用數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算等技術(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次分析，最后將分析指令與各種控制設(shè)備聯(lián)動(dòng)，完成基質(zhì)生產(chǎn)和質(zhì)量管理，為基質(zhì)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化調(diào)控、可視化管理和智能化決策，從而實(shí)現(xiàn)智慧基質(zhì)原料資源的高效利用、物料之間協(xié)同友好與性狀優(yōu)異穩(wěn)定，為客戶提供定制化、按需使用的基質(zhì)產(chǎn)品和專業(yè)服務(wù)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)智慧基質(zhì)的研發(fā)基本屬于空白，這將是未來基質(zhì)研發(fā)的重點(diǎn)。

四、無土栽培的應(yīng)用前景

無土栽培開創(chuàng)了高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的新模式，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走出田間、離開土壤提供了可能，同時(shí)開創(chuàng)了綠色環(huán)保農(nóng)業(yè)新途徑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無土栽培必然會(huì)緊密結(jié)合作物栽培學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、植物保護(hù)

學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、電子信息學(xué)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科，呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。我國(guó)無土栽培起步較晚，技術(shù)水平還有待提高，但隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，特別是有待通過無土栽培的技術(shù)手段來解決傳統(tǒng)土壤栽培出現(xiàn)的一系列難以解決的問題，必將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面顯示出良好的作用。無土栽培的興起，將使農(nóng)業(yè)、園藝、林業(yè)、觀賞植物生產(chǎn)乃至非耕地利用、沙漠海島開發(fā)、城市美化等進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。無土栽培技術(shù)在綠色農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)、高效設(shè)施農(nóng)業(yè)、高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、都市農(nóng)業(yè)、拓寬農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、環(huán)境保護(hù)等方面均具有廣闊的應(yīng)用前景。

1在綠色農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
推進(jìn)綠色發(fā)展是農(nóng)業(yè)發(fā)展觀的一場(chǎng)深刻革命。無土栽培具有投入品和生產(chǎn)過程嚴(yán)格管控的優(yōu)勢(shì)，通過提升無土栽培水肥管理技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)用水、用肥的效率，可以實(shí)現(xiàn)無土栽培農(nóng)產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)。無土栽培可大大減少農(nóng)藥、化肥用量，消除作物連作障礙。此外，無土栽培可以隔斷土壤病原菌和蟲卵侵染危害，不必施用農(nóng)藥，防止農(nóng)藥污染。封閉式無土栽培系統(tǒng)還可以創(chuàng)造出潔凈、穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境，保障作物綠色安全生產(chǎn)。同時(shí)，實(shí)行營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用，可避免廢液排放帶來的環(huán)境污染。我國(guó)大面積推廣應(yīng)用的有機(jī)生態(tài)型無土栽培采用的營(yíng)養(yǎng)液配方簡(jiǎn)易、成本低、易于配制，與傳統(tǒng)全量化學(xué)營(yíng)養(yǎng)液配方相比，大、中量元素用量減少２０％～４７％，微量元素化肥用量減少９０％以上，成本降低４０％以上。采用有機(jī)生態(tài)型無土栽培技術(shù)種植高品質(zhì)番茄，與常規(guī)土壤種植相比，鉀用量增加６．９６％，但氮用量減少５１．５６％，磷用量減少８２．０２％。因此，無土栽培將是２１ 世紀(jì)綠色農(nóng)業(yè)中最具生命力的栽培技術(shù)，在我國(guó)農(nóng)業(yè)進(jìn)入綠色轉(zhuǎn)型的新階段，具有廣闊的應(yīng)用前景 。

2在節(jié)水農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

與一般土壤栽培相比，無土栽培技術(shù)可節(jié)水５０％～７０％；與土壤滴灌栽培相比，可節(jié)水２０％～２５％。據(jù)研究，無土栽培種植茄子每生產(chǎn)１ ｋｇ 產(chǎn)品耗水４６ ｋｇ，而土壤栽培生產(chǎn)１ ｋｇ 產(chǎn)品需水４００ ｋｇ，無土栽培可節(jié)水８８．５％ 。因此，無土栽培對(duì)淡水貧乏國(guó)家或地區(qū)更為重要。我國(guó)存在大面積的沙漠、干旱及半干旱地區(qū)，地域性和季節(jié)性干旱問題仍將持續(xù)存在，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要制約因素之一。據(jù)報(bào)道，我國(guó)目前有４５％的地區(qū)年均降雨量小于４００ ｍｍ，農(nóng)田灌溉和生活用水在某些地區(qū)嚴(yán)重匱乏 。因此，解決缺水問題對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展十分關(guān)鍵。無土栽培是提高作物水分利用率的有效途徑，可減少農(nóng)業(yè)灌溉用水，在節(jié)水農(nóng)業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3在高效農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

無土栽培的作物產(chǎn)量是土壤常規(guī)栽培的幾倍或幾十倍。無土栽培比土壤栽培四季豆增產(chǎn)３．２ 倍，甘藍(lán)增產(chǎn)０．４ 倍，黃瓜增產(chǎn)３ 倍，番茄１．２～２ 倍，彩椒產(chǎn)量可達(dá)８２．５～９０ ｔ·ｈｍ－２；朱世東等研究顯示，與土壤栽培相比，基質(zhì)栽培條件下番茄、辣椒、黃瓜產(chǎn)量分別提高了２７．３４％、３２．９８％和２３．８３％；胡玥 試驗(yàn)表明，水培芹菜較土壤栽培增產(chǎn)了２５５．８１％，基質(zhì)栽培葉用萵苣、芹菜、青菜、菠菜分別增產(chǎn)３７．３９％、８２．１３％、１５５．７６％、１８２．９０％。２０ 世紀(jì)９０ 年代以來，我國(guó)高效設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，但是日光溫室等設(shè)施在使用３～４ 年后都會(huì)出現(xiàn)不同程度的鹽漬化等土壤障礙，導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降。無土栽培技術(shù)是克服設(shè)施土壤連作障礙最有效、最經(jīng)濟(jì)和最徹底的辦法，但目前我國(guó)無土栽培面積不足設(shè)施總面積的１％。無可置疑，無土栽培技術(shù)在我國(guó)高效設(shè)施農(nóng)業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

4在高品質(zhì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

無土栽培中使用的營(yíng)養(yǎng)液是根據(jù)作物正常生長(zhǎng)狀態(tài)下對(duì)養(yǎng)分的需求規(guī)律，把土壤中所能提供的各類營(yíng)養(yǎng)元素以更純凈高效的形態(tài)和更合理的配比供應(yīng)給植株，可認(rèn)為化學(xué)肥料營(yíng)養(yǎng)液提供的養(yǎng)分是“土壤中有效養(yǎng)分的精華”，與土壤里的“有效養(yǎng)分”形態(tài)（離子狀態(tài)）沒有本質(zhì)的區(qū)別；“有機(jī)農(nóng)業(yè)”和“自然農(nóng)耕”生產(chǎn)施用的有機(jī)肥等進(jìn)入土壤后，各種有機(jī)狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)元素必須經(jīng)過溶解、分解、轉(zhuǎn)化等過程，形成“有效養(yǎng)分”形態(tài)（無機(jī)離子狀態(tài)）植物根系才能吸收利用。而無土栽培作物吸收營(yíng)養(yǎng)的方式更直接，與“有機(jī)農(nóng)業(yè)”和“自然農(nóng)耕”中營(yíng)養(yǎng)吸收方式?jīng)]有差別，因此不存在產(chǎn)品安全隱患問題。

營(yíng)養(yǎng)液是無土栽培的主要養(yǎng)分來源，作物生長(zhǎng)過程中依靠營(yíng)養(yǎng)液養(yǎng)分的供給比土壤栽培有機(jī)肥等肥料直接、充足、及時(shí)、高效，因此無土栽培的蔬菜等產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量要高于土壤栽培，這也得到國(guó)內(nèi)外高水平管理無土栽培生產(chǎn)基地的充分證實(shí)。鄭回勇等 對(duì)國(guó)內(nèi)外５４ 個(gè)無土栽培的番茄品種（系）進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分分析發(fā)現(xiàn)，主要營(yíng)養(yǎng)成分平均值分別為：抗壞血酸３６９．６０ ｍｇ·ｋｇ－１、番茄紅素５４．９２ ｍｇ·ｋｇ－１、可溶性固形物４．２７％、總糖４．６６％、總酸０．４８％，硝酸鹽含量３０．１５ ｍｇ·ｋｇ－１、亞硝酸鹽含量１．０８ μｇ·ｇ－１，營(yíng)養(yǎng)成分含量明顯高于土壤栽培，而硝酸鹽、亞硝酸鹽含量均明顯低于國(guó)家無公害蔬菜安全標(biāo)準(zhǔn)值。與土壤栽培相比，基質(zhì)栽培甜瓜果實(shí)的甜度、甜味和鮮味氨基酸含量、維生素Ｃ 含量均有所增加 。