无土栽培在现代农业中的应用及发展

樊亚敏/2017-04-22/ 分类:栽培知识/阅读:
在介绍无土栽培含义的基础上,简述了无土栽培国内外的发展,主要介绍了无土栽培的类型,分析了无土栽培的发展前景。 ...
无土栽培是不用天然土壤而用营养液或固体基质加营养液栽培植物的一种栽培技术,是可控环境农业的重要组成部分和核心技术。
无土栽培改变了传统农业依赖土壤的种植习惯,以“矿质营养学说”为基础,人工配制营养液,满足植物对营养、水分、氧气的需求,应用人工技术对环境进行调控,逐渐实现自动化、机械化和集约化,在品质方面可按人类需求发展。
 
一、国内外无土栽培的发展
1840年德国化学家李比希(J.V.Liebig) 提出了“矿质营养学说”,为无土栽培奠定了理论基础。1851年至1856年Boussingault用砂砾、石英或活性炭作基质,在涂蜡的玻璃容器或纯蜡容器中栽培燕麦获得成功。1865年德国科学家萨克斯和克诺普设计出水培植物装置,培养植物获得成功;配制出克诺普营养液,总结了许多水培过程的管理方法。
此后很多科学家在营养液方面进行研究,美国科学家霍格兰和阿农提出了营养液中微量元素对植物生长的必要性,并对营养液中各种营养元素比例和浓度进行了研究,发表了标准营养液配方。
1929年美国加利福尼亚大学的格里克(W.F.Gericke) 利用“水培植物设施”培养一株高7.5 m、单株果实质量达14.5 kg的番茄,引起了科技界的轰动。20世纪60年代无土栽培在发达国家开始了广泛的研究并应用。
无土栽培真正发展开始于20世纪70年代后,由于营养液膜技术和岩棉技术的发展,生产成本下降,促使了商业性的蔬菜和花卉无土栽培的发展。目前,世界上应用无土栽培技术的国家已经有100多个,栽培面积不断扩大,经验和管理技术不断完善。美国是世界上最早进行无土栽培商业化的国家,主要集中在干旱、沙漠地区,无土栽培面积超过2 000 hm2。
荷兰是无土栽培最发达的国家之一,64%的温室采用无土栽培,无土栽培面积超过4 000 hm2。日本无土栽培研究和栽培管理方面都处于世界领先水平,种植面积超过1 634 hm2,种植种类主要是蔬菜,其次是花卉。
我国无土栽培历史悠久,如生豆芽、种水仙、船上种菜等是原始的无土栽培,现代化无土栽培起步相对较晚,但发展比较快。自20世纪70年代我国进行无土栽培的研究,开发了适合我国国情、国力的无土栽培设施和技术;80年代成立了全国蔬菜工厂化育苗协作组,将无土栽培列为重要研究内容;1991年工厂化育苗被农业部列为“八五”重点项目;“九五”期间列为国家科委立项的工厂化高效农业工程重要研究内容之一。
2005年我国无土栽培面积达到315 hm2,无土栽培进入快速发展阶段,栽培面积也在不断增加,栽培管理水平得到了很大提高。
 
二、无土栽培的种类
(一) 水培
水培指植物的根系生长在营养液液层的栽培技术。水培具有洁净卫生,对环境无污染,复种指数高,产量高,经济效益好,不受外界环境条件影响的特点。水培花卉洁净卫生、格调高雅、观赏性强、环保等特点,深受人们的喜爱。
水培蔬菜栽培不受季节限制,作物生长快,洁净卫生,产品质量好,可达绿色蔬菜标准,便于工厂化和自动化生产。水培的种类有多种,各个地方应根据当地的经济、文化、技术水平来选择,比如,江浙一带以营养液膜为主,华南热带地区以深水培为主。
(二) 雾培
雾培又称为气培,是将营养液直接喷到植物根系上,根系悬挂在容器中,容器内有自动喷雾装置,每隔一定时间将营养液以雾状形式喷到植物根系表面,可解决植物对水分、养分、氧气的需求,但是投资大,管理技术要求高,生产上很少使用,大多数作为展览厅、生态酒店和旅游观光农业上使用。
美国亚利桑那大学环境研究实验室对雾培进行了改进,并在加利福尼亚的迪斯尼乐园供游人参观。沈阳农业大学与声学研究人员共同研究开发了超气雾培新技术,其特点是营养液在超声环能器的作用下形成极小的颗粒,经过超声处理后,实现了灭绝效果,既可提供植物营养,又可减轻叶部病害的发生。
(三) 固体基质培
固体基质培又称为基质培,是指通过基质固定植物的根系,通过基质吸收营养液和氧气的栽培方式。基质是无土栽培的重要介质,能固定支持植物,为植物提供稳定水、肥、气结构的生长介质,使来自营养液中的养分、水分得以中转,植物根系按需求选择吸收。基质具有性质稳定,投资少,可就地取材等特点,是我国无土栽培的主要研究方向。由于我国设施农业现代化水平较低,对基质的研究仅停留在基质的比较选用上。
基质一般包括有机基质(泥潭、木屑、树皮) 和无机基质(砂子、石砾、陶粒、岩棉、蛭石、珍珠岩),无机基质又分为天然基质和合成基质。我国对石砾、砂子等天然基质应用比较早,珍珠岩、蛭石已工厂化生产,并被广泛利用,合成的基质使用相对较晚。
新疆农业科学院海南基地利用椰糠种植厚皮甜瓜,有效解决根系病害的问题;黑龙江用草炭、木屑、落叶、稻壳、作物秸秆、炉渣等作为无土栽培的基质,既避免了环境污染及资源浪费,又降低了生产成本,增加了经济效益。
单一的基质由于理化性质很难满足植物生长的需求,在生产上多采用复合基质,复合基质是指由两种或两种以上的基质配比而成。
复合基质是我国目前应用最广泛、成本最低、使用效果最稳定的一种无土栽培方式。选择一些能循环利用、不污染环境、栽培效果好、能就地取材的有机、无机复合基质是基质利用的发展方向。如草炭∶蛭石∶炉渣∶珍珠岩=2∶2∶5∶1的复配基质,适合番茄、辣椒育苗;木糖渣∶煤灰∶煤渣=6∶3∶1复配基质代替泥炭∶蛭石=2:1复合基质,进行番茄工厂化育苗效果良好。
 
三、无土栽培的发展前景
(一) 生产高档园艺产品
由于无土栽培多数与设施相结合,可生产洁净、高档、优质的无公害产品,还可进行反季节和长季节栽培。如番茄、小黄瓜、反季西瓜都可以采用无土栽培,经济效益良好。对于花卉,无土栽培的盆花,花色鲜艳、花期长、香味浓。
(二) 家庭园艺
利用家庭中的阳台、楼顶、庭院、居室等空间种植,既可增加栽培的娱乐性,又可提高观赏价值,便于操作,干净卫生,美化环境,愉悦人的心情。在家庭中应用最多的是切花和盆花两个方面。
(三) 发展立体栽培
20世纪60年代立体栽培在一些发达国家开始发展,我国自20世纪90年代开始推广此项技术。我国人均耕地面积低于世界平均水平,水资源相对贫乏,全国水资源约占世界的1/4,每年农业缺水约300亿m3,提高土地面积的生产效率,拓展农业的生产空间是我国农业的发展方向。据研究,立体栽培可节约水资源,提高土地的利用率3~5倍,提高单位面积产量2~3倍。
(四) 有机生态型无土栽培
用营养液灌溉的无土栽培生产不出AA级绿色食品,80%的蔬菜硝酸盐含量超标。有机生态型无土栽培使用固态有机肥代替营养液,灌溉时只浇清水的一种基质栽培方式。具有投资少,成本低,操作管理简单,耗能低,对环境无污染,能生产绿色食品等优点。中国农业科学院在“八五”期间研制的利用高温、发酵、消毒的鸡粪、蒿秆末、饼肥按一定比例配制的混合基质,用营养液灌溉,生产的番茄质量较好,排出的硝酸盐浓度低于国际标准。
(五) 发展观光、生态农业和农业科普教育
随着生活水平的不断提高,旅游业的发展,生态、观光农业成为倡导人与自然和谐发展新观念,高科技示范园也成为展示现代农业的窗口,也作为中小学生农业科普的教育基地。在一些观光农业中采用无土栽培塑造的各种美观、别具匠心的造型更是受到人们的喜爱。
总之,随着经济的发展,人口的增加,土地资源的减少,水资源匮乏等问题影响着农业的发展,发展无土栽培,可在一些沙漠、荒滩、礁石等地发展植物栽培,可解决我国土地资源不足的问题;另一方面无土栽培减少水分渗透损失,提高水分的利用率。
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