无土栽培的基本知识与技术概述

无土栽培的基本知识与技术

第一节概述

一、无土栽培的概念及其特点

无土栽培是近几年来发展起来的一种作物栽培新技术。作物不是栽培在土壤中，而是把作物苗种植在溶有矿物质的水溶液（营养液）里，或在某种栽培基质中，用营养液进行作物栽培。只要有一定的栽培设备和有一定的管理措施，作物就能正常生长，并获得高产量。由于栽培作物不是用天然土壤，而用营养液浇灌来培养作物称之为无土栽培，又称为溶液培养或水培。

无土栽培的特点是以人工创造的作物根系生长环境，取代土壤环境，它不仅能满足作物对养份、水份、空气等条件的需要，而且对些条件要求加以控制调节，以促进作物更好的生长，并获得的产量。所以，无土栽培的作物通常生长发育良好，产量高，品质上乘。

由于无土栽培摆脱了土壤栽培的限制，使他有了广阔的发展前景，其应用范围很广，主要有以下方面：

（一）用于蔬菜栽培

（二）用于花卉栽培

（三）用于栽培药用植物

培养进无污染的绿色食品，深受人们的重视。

无论是切花或是盆花都先适合无土栽培，无土栽培的花卉不仅花头大，而且颜色鲜艳。许多药用植物都是根用植物，根的生长环境十分关键，无土栽培可为药用植物提供良好的生长环境，因而种植效果十分明显。

（四）用于果木栽培

无土栽培培育的幼苗，生长快，成活率这高。

（五）用于生产荒蘑菇

英国等西方国家用无土栽培方法生产食用菌，已获得成功经验。

此外，在没有土地的城市楼顶，阳台，上可发展无土栽培种植蔬菜和花卉，以调节生活，美化环境，在荒岛、沙滩和不适宜种植的沙、石、盐碱地的地方，可大面积发展无土栽培蔬菜，解决或缓解食品供应的问题。

二、无土栽培的发展概况

19世纪中叶，德国科学家萨克斯和他的学生KNOP在1960年前后成功地在营养液中种植植物，并对营养液培养的技术、营养液的配方进行了研究，他们先后为无土栽培的理论与技术奠定了基础。1929年，美国的W．F．GERIOKE进行了大规规模的无土栽培研究，用营养液种出了高达7.5CM的番茄，单株收果实14公斤，到20世纪40年代，无土栽培作为一种新的栽培方法，陆续用于农业生产。不少国家都先后建立起了无土栽培基地，有的还建起了温室。在第二次世界大战期间，英国空军在伊拉克沙漠、美国在西洋的威克岛曾先后用无土栽培的方法生产蔬菜作物，供应战时的需要。后来，各国都在应用无土栽培的技术，并获得较大的发展。1955年，在荷兰举行的第14界国际园艺会议期间，一些无土栽培研究者发起了成立国际无土栽培组（简称IWOSC），1980年改称为无土栽培学会（简称ISOSC）。

我国无土栽培的研究和应用于生产始于20世纪70年代，主要是水稻无土育秧，蔬菜作物无土育苗。1980年全国成立了蔬菜工厂化苗协作组，除研究无土育苗外，还进行了保护地无土栽培技术研究。

无土栽培虽是一门年轻的科学，但它已经发展应用到许多领域，这与它具有许多优点是分不开的。

三、无土栽培的优点

由于无土栽培具有可以替代土壤向作物提供水、肥、气、热的全部功能，而且这些功能可以做到比土壤环境更为理想的地步，因此无土栽培表现出有以下的优点：

（一）产量高

无土栽培方法可以解决土壤种植过程中，水份、空气、以及养份供应的矛盾，尤其是水份和空气往往是一对很难协调的因素。无土栽培能解决这一矛盾。因此产量一般可提高一培以上。

产量比较表

(二)产品品质好

无土栽培的作物，不仅产量高，而且产品品质好。例如，无土栽培的番茄，果形端正，风味好，从各种营养物质的含量看，维生素A、C均有所增加，各种矿物质养分也有所增加。

无土栽培的花卉了发育良好，不仅香味浓、而且花期长，进入盛花期早，无土栽培的花卉，由于水的蒸发能保持空气的适当湿度，有利于生长，对于某些夏季生长的花卉还有耐高温的作用。

（三）省水、省肥、省工

无土栽培的营养液可以回收再利用，或采用流动培养，避免土壤栽培时肥水的流失，所以能省用水，省肥，许多资料表明，无土栽培比土壤栽培可节约省用水50%-70%。同时，无土栽培可避免水溶性养分被土壤固定，提高了养分的有效性，因此而省肥。由于无土栽培不需要中耕、除草等田间操作环节，而且营养液又是自动化或机械控制，所以能节省劳动力。

（四）避免土壤病虫害的传播

由于无土栽培经常更换营养液或每茬都需要更换基质或对基质进行流毒处理，所以基质不带危害作物的病虫害。然而，土壤栽培却经常发生连作障碍，使作物产量因病虫害而减产。

（五）产品卫生健康

无土栽培无需粪肥，可减少寄生虫卵及公害污染，营养液的配制既科学又卫生，所生产的产品往往能达到无公害绿色食品的要求。

（六）有利于作物栽培现代化

无土栽培不受土壤限制，在栽培地点选择上自由度大，空闲的荒坡或产宜于种植的盐碱地、沙漠等均可用于无土栽培。利用无土栽培方法可使矿山、油田、边防、海岛的蔬菜生产供应得到改善。

综上所述，无土栽培的确是一项作物栽培的新技术，具有十分广阔的发展前景，但是，这些优点是从无土栽培技术的整体角度出发提出来的，他能具备这些优点，首先取决于它自身具备的技术优

势，其次是无土栽培所要求的条件，两者缺一不可。尤其是无土栽培所需要的条件，对土壤栽培的发展、应用、往往具有重要的影响作用。

无土栽培技术，在我国刚刚兴起，要被生产所接受还需要一个过程，这必须要创造条件，使自发挥作用，取得经济效益较为和社会效益，当前需要使人们既看到它的优点，又看到发展所必须具备的条件，认识到无土栽培的主要问题，它的主要问题是：1、开始起时投资大。2、有些病害如防治不力，传播较快。如镰刀菌属和轮枝菌属的病害危害较多。3、营养液的配制和供应复杂，需要一定的技术。当然，，这些问题可以通过一些办法和措施加以解决，只要勇于探索，问题总是可以解决的。

四、无土栽培方法分类

无土栽培的类型和方法很多，以致很难加以详细的分类，目前只能按照其固定桶系的方法，大至分为无基质栽培和基质栽培两大类。

（一）无基质栽培

无基质栽培的特点是，栽培作物没有固定根系的基质，根系直接与营养液接触。无基质栽培又分为水培和雾培两种。

1．水培凡营养液直接与植物根系接触，不用基质固定根系的栽培方法就叫作水培。水培营养液的深度不一，但都必须不断流动，循环供应，以解决营养液中气体供应的问题。就水培的方法而论，种类很多，其中营养液膜（也称NTN法）的应用比较普遍，这种上方法是用0.5厘米左右的浅水营养液流过植物根系，流动的营养液很薄，象一层水膜，因此称为营养液膜技术。NTN方法使供气条件大为改善，当前许多国家已应用于生产，并发展很快。以往传统采用的盛有营养液的盆钵种植作物，其根系可伸展到营养液

的深部，故称为深水流法。

2．雾培也称为气培，其特点是将营养液用喷雾直接喷到作物的根系上。此方法使营养液与空气都能充足供应，调了水气矛盾，根系是穿过聚丙乙烯泡沫塑料板伸向容器内部，在根系下方安装自动定时喷雾装置，每隔2－3分钟，喷液几秒钟，营养液可循环使用。这一方法虽然同时解决了根系吸收氧气和养份的问题，但它对喷雾质量要求很严格，设备工艺要求很高。此外，根系温度气温影响很大，一般需要控温设备。这使它在生产上的应用到了限制。

（二）基质培养

基质培养的特点是，栽培作物的根系有基质固定。根系在基质中吸收氧气和营养液的栽培方法就叫做基质培养，基质培养的类型和方法很多，根据基质的性质不同可分为有机基质和无机基质两类。基质栽培在大多数情况政，水、肥、气三者协调，供应充分，设备投资较低，便于就地取材，生产性能优良而稳定，缺点是基质需要战用的部分资金，其体积较大，填充、消毒利用时，费工较多。

无土栽培的核心是用营养液代替土壤，因此称为营养液栽培更能反映其实质。

无土栽培的理解，始终不能忽视使用营养液这一核心内容。备各种基质只能是使用营养液更发好的被作物吸收以及解决根系的固定问题，调节供氧、吸收和供给水份等问题。

第二节无土栽培与植物生长

一、植物正常生长的基本条件

任何植物的生长过程都离不开环境，否则就不能正常生长，植物正常生长的重要环境因素是光照、水份、空气、温度、养份和对根的机械支持条件。在这些因素中，营养条件是极其重要的，植物营养直接关系到植株个体生长发育的好坏，而且家作物高产稳产也是建立在良好营养条件基础上的，植物所必须的营养元素一部分来自大气和水，另一部分则来自于土壤，对作物来说，仅靠土壤中所含的有效养分往往不能满足它各个生育阶段的需要嵝了获得高产。通常需要进行追肥。问题是各个地块土壤中养分供应状况相差悬殊，而且影响封供给营养的因素是复杂的，常使农业生产者很难准确地控制养分供应情况，因而导致作物不能正常获得高产。

无土栽培摆脱了天然土壤的营养供应条件，能人工控制营养液的供应，随时可进行调节，以满足作物各生育期对营养液的需要，既可获得高产，又能使矿物质养分利到最经济的利用。

二、无土栽培代替土壤各项功能的可能性

要使无土栽培真正能够代替土壤，那它必须具备原来由土壤提供的、使作物能正常生长发育的全部功能，自从水培法问世以来，证明人类能够做到用自己创造的条件去取代土壤，以满足作物的生长需要。

（一）锚定植物和使根系自于黑暗状态

（二）供应关於发及稳定酸碱反应的功能

（三）供给作物根系吸收所需的水分和氧气

（四）维持适当的温度

三、营养液配方设计及选择

营养液是土栽培的核心，必须认真地了解和掌握有关营养液的知识。主要对营养液配方的选择、配制的技术和营养液管理等。有人认为，从书本上抄来一个他人正在使用而行之有交接效的配方就行了，其实这很危险。由于无土栽培设施的不同，生产条件的差异都会导致失败。要真正筛选出一个好的配方，是需要通过自己的实践和探索。

因此必须从理论和实践中认识营养液的组成及其变化规律。只有这样者能在复杂的生产实践中灵活又正确地使用营养液，以取利良好的效果。

（一）组成营养液配方的原则

组成一个营养液配方，必须考虑以下几个原则问题。

1．营养液中必须含有植物生长所必须的16种元素，其中由于碳、氢、氧可来自于大气，所以营养液配方都以其余１３种营养元素组成。

植物所必须的16种元素中，氮、磷、钾、钙、镁、硫6种营养元素，植物需要量大；铁、锰、铜、锌、钼、硼和氯7种，植物量很小。由于植物各类不同，其各生育阶段对养分的要求也不相司，因此很难确定植物对营养元素的绝对需要量。然而，根据对植物干物质是营养元素的分析，可基本上了解到植物对各种营养元素的相对需求。这对研究无土栽培营养液配方具有重要的意义。

植物可利用的必须营养元素形态及体内含量范围

上面已经提到，植物所需的碳、氢、氧可来自大气和水，所以一般情况下并不需要担心植物缺乏这三种元素，但在保护地栽培时，由于保护地条件下的CO2浓度低于大气的浓度，因此有时需

要施用二氧化碳，增施CO2既可采用简单的方法，如在大樱中分散放置盛有碳酸氢铵的盆钵，在需要时加入一定量的流酸，使之释放出CO2，也有些现代化的无土栽培温室都装有发生器，可根据不同作物的要求，调节温室中的CO2浓度。当温室中的CO2低于浓度值时，即可释放CO2。

2．所采用的营养元素化化合物应是植物根系可直接吸收的形态。因此营养元素化合物应是水溶性的无基盐或是有机螯合物，例如：植物能吸收的氮素元。主要是铵态氮（NH4－N）和硝态氮（NO3－N），许多种维量元素，以有机的螯合核效果最好，如

EDTA－Fe，了解植物对营养元素的吸收形态，将有得利于正确选用相应的化合物，这对设计不同作物营养液配方有重要的意义。

3．各种营养元素的数量，比例都应符合植物生长发育的要求。尤其是元素之间的比例应是养分平衡的原则，必须按不同作物的要求配给。

4．营养液的总盐份浓度及酸碱反应都应适合植物生长发育的要求。配制营养液的元素主要是无浓度，按配方用量加入水中而配成的具有一定浓度的营养液，营养液的浓度又称为盐份浓度，盐类容于水中后，经电离后形成带有正负离子的两种微粒，所以营养液浓度了可用离子浓度来表示，营养液的总盐份浓度通常用电导测定，以电导质表示，符号为EC，EC值越高，含盐量越大，溶液的渗透性越大。

资料表明，盐分浓度明显的影响作物正常生长，经过多年的研究，外国学者所认为营养液的总浓度的电导电（MS／CM）范围不能超过4.2，最低也不能低于0.88，较适宜的数值是2.5。

在无土栽培中营养液的酸碱度也是很重要的，不同的作物，ＰＨ值要求也不同，西瓜、南瓜、马铃署要求略低，为5.5－6；

而甘兰、胡萝卜、芹菜、菜花、适宜的PH为6.5－7.5；多数植物为5.5－6.5之间。

营养液的PH值影响作物的代谢和作物对营养元素的吸收。如铁对营养液的PH特别敏感，在碱性条件下，无基铁易转化为三价铁而沉淀，有效性也随之降低。

各种营养液配方的主要差异是氮、磷给源的选择。作物生育期间，氮素对营养液反应最大，常用的含氮无基盐主要有铵盐和硝酸盐两种。随着作物对养份的吸收，硝酸盐呈生理碱性反应，使营养液的PH升高，铵盐呈生理酸性反应，使PH下降，引起酸化反应，适当调节铵态和硝态氮的比例,使溶液的PH 稳定。

营养液是磷酸盐，不仅植物的主要营养元素，而且对缓冲有一定的作用，通常用一代磷酸盐和二代磷酸盐，以形成缓冲体系，为了利高营养液的缓冲性能，添加Ca3(PO4)2、Fe(PO4)3等难溶性的盐，可获得一定的效果。

（二）常用营养液配方简介

目前世界上已发表了许多营养液配方，其中以美国营养学家霍格兰研究的配方最中有名。

早期提出的各种营养液配方中，多数仅含7种大量元素，其它微量元素养分者必须另外补充，所需微量元素的种类和浓度可参考休伊特营养液的微量元素成份；也可用阿农（ARNON）的微量元素混合液，每升溶液中添加微量元素1ml，即可成为养分种类齐全的完全营养液。

在日本的营养液栽培中采用的是一种称为园式配方均衡营养液，目前正被广泛的应用。

表：阿农微量元素混合液的成份

（三）营养液的制备

制备营养液应按一定的操作步骤进行，总的原则是要避免在府中出现难溶性物质沉淀。一个合格的营养液配主所含营养液是不会产生沉淀的，但是如果操作步骤掌握不好，就会出现觉淀现象。

生产上制备营养液一般分浓缩贮备液（母液）和营养液（栽培营养液），浓缩营养液一般是生产营养液的100倍。

稀释前要在即将盛放营养液的容器中加80%左右的水，别入一种盐类溶液后充分搅动，混合好后再加入另一种。加入的顺序是先加最易溶的，然后加能使PH值降低的，这样可抑制磷酸盐的沉淀。

在制备浓缩营养液时，不能将所有营养化合物的盐类都溶解在一起，因为浓度高时，一些盐类易发生化学反应而产生觉淀，稀释后的溶液则不产生此问题。

在制备营养液的许多盐类中，硝酸盐最易与其它化合物发生反应，如硝酸钙和硫酸钾混合在一起，易产生硫酸钙沉淀，硝酸钙与浓磷酸盐发生磷酸钙沉淀。因此在配制营养液时，硝酸钙要单独溶解，并放在一个容器中，稀释后者能和其它的盐类混合。

除硝酸钙外，还有其它大量元素和微量元素的盐类，可混合溶进一个容器中，如母液长期贮存，就将其酸化，以防止产生沉淀。一般可用硝酸把PH值调到3-4。

制备营养液的操作规程是：

（1）配方中各种盐用量计算经过反复核对无误。

（2）细心阅对有关肥料和化学试剂的说明书或复核包装上标签说明，各原材料名称相符后方可称量使用。

（3）盛装母液容器必须分别有不同颜色的标记。

（4）全部原料齐备后放到配制现场，进行一次核对。

（5）全部操作过程应有记录，备查。

（6）按照规定量制备好的营养液，须测试PH值。如有必要，可用硫酸或氢氧化钾溶液进行PH调整。

（五）无土栽培对水质的要求

1．水源在研究营养液新配方时，需要蒸馏水；在生产中则可使用雨水、井水、或自来水。

对边疆、海防、荒岛等水质不良的地方，收集雨水是十分重要的水源，收集时一般下雨时10－20分钟的不要收集。

井水和自来水必须对水质进行调查，化验，一般说营养液的水源与饮用水相当。

2．水质的要求水质的好坏，对无土栽培的影响很大，最主要的几项指标是硬度、酸碱度和有毒物质的含量。

（１）硬度，水有软硬之分。主要是根据水中含钙镁离子的

浓度来划分。其含量标准统一用氧化钙多少来表示，含氧化钙在90－100mg/L以上的称为硬水，不足90mg/L的称为软水，电导度在0.5MS/cm左右，水质较好，适宜作为无土栽培用。

硬水或软水配营养液和用肥量（母液kg/L 水，灌溉时别水稀释100倍）比较如下：