纸筒无土栽培花卉
无土栽培简史
人类对植物矿质营养的探索可以追溯到公元前600年亚里士多德时代，但公认最早的关于植物矿质营养研究的科学报告是1600年贝尔金·扬·范·赫尔曼德发表的著名的柳树实验。19世纪中期(1842年)，威格曼和波尔斯洛夫首次用蒸馏水和盐成功培育了植物，证明了溶于水的盐是植物生长的必需物质。但这一时期最杰出的代表应该算是范李比希(1803-1873)，他证明了植物中的碳来自空气中的CO2，H和O来自NH3和NO3 -，其他矿物元素来自土壤环境。他的工作彻底否定了当时流行的腐殖质营养理论，确立了矿物营养理论的雏形，也是现代“营养耕作”理论的先驱。
1838年，德国科学家Slu wrangell确定植物生长发育需要15种营养元素。1859年，德国著名科学家萨克斯和克诺普建立了利用溶液培养植物矿质营养的方法，沿用至今。在此基础上，逐渐演变发展成为今天无土栽培的实用科学技术。
1920营养液的配制是标准化的，但这些都是实验室的实验，没有应用到生产中。1929年，美国加州大学教授W.F.Gericke利用营养液成功培育出一个7.5米高的番茄，收获果实14公斤，引起了极大的关注。被认为是无土栽培技术从实验走向实用的开始。
从65438年到0935年，一些蔬菜和花卉种植者在Gericke的指导下进行了大规模的生产实践。无土栽培首次发展到商业规模，最大面积达0.8公顷。与此同时，美国中西部发展了一些沙培和砾石栽培的技术，水培技术很快就传到了欧洲、印度和日本。Gericke教授还将无土栽培定义为“水培”(hydrar的意思是“水”，ponics的意思是“放置”)。
在第二次世界大战期间，水培在生产中发挥了相当大的作用。在Gericke教授的指导下，泛美航空公司在太平洋中部荒芜的威克岛上种植蔬菜，利用无土栽培技术解决航班乘客和军人的蔬菜新鲜问题。后来，英国农业部对水培产生了兴趣。1945年，英国驻伦敦空军开始在波斯湾的哈巴尼亚、伊拉克和巴林群岛进行无土栽培，解决了从巴勒斯坦空运蔬菜吃的问题。以后，在圭亚那、西印度群岛、中亚贫瘠的沙地，科威特石油公司等单位都用无土栽培为员工生产新鲜蔬菜。
由于世界无土栽培的不断发展，国际无土栽培学会于9月在荷兰成立，1955。当时只有一个工作组，12个成员。到1980年召开第五届国际无土栽培会议时，成员数量已经增长到300个，分布在45个国家。据不完全统计，目前世界上有130多个无土栽培研究机构。种植面积也在扩大。在新西兰，50%的番茄都是无土栽培生产的。在意大利园艺生产中，无土栽培占20%。日本无土栽培生产的草莓、青椒、黄瓜和西红柿分别占总产量的66%、52%、37%和27%，总面积达500公顷。荷兰是无土栽培面积最大的国家，1986有2500公顷。目前，无土栽培技术已在全世界100多个国家得到应用和发展。
我国无土栽培技术的研究和应用起步较晚，但较为原始的无土栽培技术历史悠久。生吃豆芽和水仙花的记载由来已久(最晚在宋代)，但更正规的科研和生产实验已经进行了近十年。山东农业大学在1975开始用蛭石培育西瓜、黄瓜、西红柿，全部成功。1987年，胜利油田延伸面积达到6000平方米。无土育苗技术在我国已得到广泛应用。在北京市朝阳区，无土育苗的数量已占育苗总数的33.5%。1985年在河北省农业科学院蔬菜研究所召开全国会议，成立中国无土栽培课题组。1986、1987年举办过全国性的学术研讨会，参加人数多达百人。1988年5月，中国首次出席在荷兰举行的国际无土栽培学会第七届年会，并在会上发表论文，引起多国关注。
二、无土栽培的优势
无土栽培之所以能在世界范围内迅速发展，是因为这种新的栽培技术与常规土壤相比有很多优点。
(1)产量高，质量好
无土栽培能充分发挥作物的生产潜力，与土培相比，产量可提高几倍或几十倍，如4-4-1所示。
上表可见，土培不仅产量低，而且耗水量大。
北京农业大学园艺系在北京进行了秋季温室黄瓜无土栽培试验。从7月30日到9月14，花了46天浇水(营养液)***21.7立方米。如果进行土培，46天至少浇水5-6次，需要50-60立方米的水。据统计，节水率为50-66.7%。节水效果非常明显，是发展节水农业的有效措施之一。
无土栽培既节水，又省肥。据一般统计，土培养分损失率在50%左右。在我国农村，由于科学施肥技术含水量低，肥料利用率更低，只有30-40%，养分流失一半以上。肥料在土壤中溶解并被植物吸收的过程非常复杂，不仅损失多，而且各种营养元素的损失也不同，很难保持土壤溶液中元素之间的平衡。无土栽培中，作物所需的各种营养元素都是人工配制成营养液，不仅不会流失，还能保持平衡。根据作物类型和同一作物的不同生长阶段，科学供给养分，作物生长健康，生长势强，增产潜力能充分发挥。
(3)清洁卫生
无土栽培使用无机肥料，没有臭味，不需要堆肥场地。土壤耕作施用有机肥，化肥分解发酵，产生臭味，污染环境，还会使许多害虫的卵滋生，危害农作物。无土栽培不存在这些问题。特别是室内种花，要求干净卫生。在一些高档酒店或宾馆，过去使用有机花肥污染环境，这是一个很难解决的问题，无土花卉栽培将得到解决。
(4)省力，易于管理
无土栽培不需要中耕、挖土、除草等操作，省工省力。浇水和追肥同时解决，供液系统定时定量供应，管理非常方便。土培浇水时，逐个开、堵畦是一项劳动密集型的操作，而无土栽培只需开关供液系统的阀门，大大降低了劳动强度。一些发达国家已经进入微机控制时代，供液和营养液成分的控制完全由计算机控制，几乎类似于工业化生产的方式。
(5)避开土壤中连作的障碍。
保护地栽培，土壤很少被自然雨水淋溶，水分和养分的运动方向是自下而上。土壤水分蒸发和作物蒸腾使土壤中的矿质元素从下层向表层移动。多年来，土壤表层积累了大量的盐分，对农作物有害。尤其是温室栽培，一旦建成，就不容易移动了。土壤盐分积累，同一种作物种植多年后，一直是难以解决的问题，造成土壤养分平衡，连作障碍。不得已，只能用劳动密集型的“异乡土”方法来解决。无土栽培尤其是水培的应用，从根本上解决了这个问题。土传病害也是设施栽培的难点。土壤消毒不仅难度大，而且耗能多，成本可观，消毒也很难彻底。如果使用消毒剂，缺乏高效药物，消毒剂中有害成分的残留有害健康，污染环境。无土栽培是避免或从根本上消除土传病害的有效方法。
(六)不受地域限制，充分利用空间
无土栽培使农作物完全脱离了土壤环境，从而摆脱了土地的束缚。耕地被认为是一种有限的、最宝贵的、不可再生的自然资源，特别是对于一些缺少耕地的地区和国家，无土栽培具有特殊的意义。无土栽培进入生物学领域后，地球上很多沙漠、荒地或难以耕种的地区都可以被无土栽培利用。例如，在中东和墨西哥，人们在海滨沙滩上建造了许多塑料大棚，结合海水淡化系统，利用无土栽培技术生产新鲜蔬菜，成为沙漠中的绿洲，为解决地球上许多贫瘠地区人民的生活困难带来了福音。
此外，无土栽培不受空间限制，可以利用城市建筑物的平屋顶种植蔬菜和花卉，无形中扩大了栽培面积。据1986卫星调查，北京有16000多亩平屋顶，如果充分利用，将带来巨大的经济效益和社会效益。
(七)有利于实现农业现代化。
无土栽培使农业生产摆脱了自然环境的制约，可以按照人的意志进行生产，因此是一种受控的农业生产方式。按量化指标耕作更大程度上有利于实现机械化和自动化，从而逐步走向工业化生产方式。目前奥地利、荷兰、苏联、美国、日本都有水培“工厂”，是现代农业的标志。中国航空工业进出口公司在1986引进了日本无土栽培设备，还成立了小型增水工厂，参观学习的络绎不绝，体现了人们对这项新技术的兴趣。
三、无土栽培的种类和方法
无土栽培的方式方法有很多。不同国家和地区由于科技发展水平不同，当地资源条件不同，自然环境不同，无土栽培的类型和方法也不同。
目前常用的分类方法是基于作物根系的固定方法。一般可分为无基质栽培和基质栽培两大类(表4-4-3)。
(1)水培法
水培是指植物根系在没有基质的情况下直接接触营养液的栽培方式。最早的水培是将植物根系浸泡在营养液中生长，会导致缺氧，影响根系呼吸，甚至导致根系死亡。为了解决O2的供应问题，英国库珀在1973中提出了一种被称为“营养膜技术”的水培方法。它的原理是让一层薄薄的营养液(0.5-1cm)在作物根部不断循环，既保证了对作物水分和养分的持续供应，又为根部供应了新鲜的O2。NFT法可以大大简化灌溉技术，不需要每天计算作物需水量，使营养元素得到均衡供应。根系与土壤隔离，可避免各种土传病害，无需土壤消毒。
(2)雾(气)文化
也称为气增或雾培。它将营养液压缩成气雾，直接喷洒在作物的根系上，根系悬浮在容器的空间内。通常用聚丙烯泡沫塑料板在一定距离钻孔，在孔内种植农作物。两块泡沫板倾斜成三角形形成一个空间，供液管道穿过三角形空间喷洒在挂根上。一般每隔2-3分钟喷几秒钟，让营养液循环使用，同时保证作物根系有充足的氧气。但是这种方法的设备成本太高，需要消耗大量电能，没有缓冲的余地。目前只限于科研应用，还没有大规模生产。
(3)基质栽培
基质栽培是无土栽培中最常用的方法之一。它将作物的根固定在有机或无机基质中，并通过滴灌或滴灌向作物提供营养液。栽培基质可装在塑料袋中或撒在栽培沟或槽中。基质栽培的营养液是不循环的，称为开路系统，通过营养液的循环可以避免疾病的传播。
基质栽培缓冲能力强，水、养分、O2供应不矛盾，设备比水培、雾培简单，甚至不需要动力，投资少，成本低，在生产中应用广泛。从我国的现状来看，基质栽培是最实用的方法。
在欧洲许多国家广泛使用的岩棉是由60%辉绿岩、20%石灰石和20%焦炭混合，经1600℃高温煅烧熔化，然后喷成直径为0.005 mm的纤维，再经冷却压制成板状或各种形状。岩棉的优势在于可以形成系列产品(岩棉塞、块、板等。)，使用携带方便，消毒后可多次使用。但使用数年后无法再利用，废弃的岩棉难以处理，在拥有岩棉种植面积最大的荷兰已成为公害。所以现在日本有人提倡开发利用有机基质，可以变成土壤当肥料，不污染环境。
四、无土栽培技术要点
无论采用什么类型的无土栽培，都必须掌握几个基本环节。无土栽培中，营养液必须溶于水，然后供给植物根部。在基质栽培中，营养液被倒入基质中，然后被作物根系吸收。所以需要了解水质、营养液、所用基质的理化性质。
(1)水质
水质与营养液的配制密切相关。水质标准的主要指标是电导率(EC)、pH值和有害物质含量是否超标。
电导率(EC)是溶液中盐浓度的指标，通常用毫西门子(mS)表示。各种作物的耐盐性不同，耐盐性强(EC=10mS)的是甜菜、菠菜和甘蓝。中度耐盐(EC=4mS)，如黄瓜、芸豆、甜椒。无土栽培对水质要求严格，尤其是水培。因为它不像土培那样有缓冲能力，很多元素低于土培的允许浓度标准，否则会中毒。有些农田水可能不适合无土栽培。收集雨水进行无土栽培是一个很好的方法。无土栽培水的pH值不能太高也不能太低，因为一般作物对营养液pH值的要求应该是中性的。如果水本身pH值低，就要用酸或碱来调节，既浪费药又费时。
(2)营养液
营养液是无土栽培的关键，不同的作物需要不同的营养液配方。目前国际上公布的公式很多，但都大同小异，因为最初的公式源于对土壤提取液化学成分的分析。营养液配方中，最大的区别是氮钾比例。表4-4-4介绍了20世纪50年代至80年代不同科学家采用的公式，以供参考。
配制营养液要考虑化学试剂的纯度和成本，生产中可以使用化肥降低成本。制备方法是先制备母液(原源)，再稀释，可以节省容器，便于储存。含钙物质需要单独放在容器里。使用时将母液稀释后与含钙物质的稀释液混合，尽量避免沉淀。测定后，营养液的pH值必须调整到适合作物生长的范围，加水时要特别注意PH值的调整，以免中毒。
(3)基质的物理和化学性质
无土栽培用的基质有很多种，表4-4-3列出来供参考。根据基质的当地来源，可以因地制宜，选择原料丰富易得、价格低廉、理化性能好的材料作为无土栽培的基质。无土栽培对基质的要求是:
1.具有一定尺寸的固体物质。这将影响基体是否具有良好的物理性能。基质颗粒的大小会影响容量。孔隙度、空气和水含量。按颗粒大小可分为五个等级，即:1mm；1-5毫米；5-10毫米；10-20mm；20-50 mm，可根据栽培作物的种类、根系生长特点和当地资源情况选择。
2.它具有良好的物理性能。基质必须疏松、保水保肥、透气。南京农业大学的吴志兴和其他研究人员认为，蔬菜作物的理想基质是粒径为0.5-10 mm，总孔隙率>:55%，堆积密度为0.1-0.8g？Cm-3，风量25-30%，基质水气比为1: 4。
3.化学性质稳定，不含有害成分，不改变营养液。基质的化学性质主要指以下几个方面:
pH值:反应底物的PH值很重要。会影响营养液的pH值和成分变化。PH = 6-7被认为是理想的底物。
电导率(EC):反映离子化盐溶液的浓度，直接影响营养液的组成和作物根系对各种元素的吸收。
缓冲能力:反映基质快速改变肥料pH值的缓冲能力，缓冲能力越强越好。
碱基置换:指pH = 7时测得的可置换阳离子的含量。一般来说，有许多可替代的物质，如树皮，锯末和泥炭。蛭石在无机基质中有许多可替代物质，而在其他惰性基质中几乎没有可替代物质。
4.该基质需要容易获得、可广泛获得并且价格低廉。浙江省农科院园艺研究所选择南方农村广泛存在的米糠灰(农村家庭聚餐使用的燃料废渣)作为无土栽培基质栽培番茄，效果良好，成本大大降低。
无土栽培中，基质的作用是固定和支撑作物；吸附营养液；增强根系的渗透性。基质是非常重要的材料，直接关系到栽培的成败。基质栽培必须根据以上几个方面严格选择。北京农业大学园艺系进行了1986-1987的实验研究。黄瓜基质栽培过程中，营养液和基质之间存在显著的相互作用，相互影响，相互补充。因此，水培营养液的配方，尤其是使用有机基质时，会受到基质本身的元素含量、取代度等因素的影响，从而改变配方的栽培效果。这是应该考虑的问题，不能生搬硬套。
(4)液体供应系统
无土栽培的供液方式有多种，包括NFT灌溉法、漫灌法、双壁管灌溉系统、滴灌系统、虹吸法、喷雾法、人工灌溉等。总结起来，可以分为循环水(闭式系统)和非循环水(开式系统)两大类。目前生产上广泛采用营养液膜和滴灌。
1.营养液膜法(网)
(1)准备三个母液储罐(罐)。一个含有硝酸钙母液，一个含有其他营养成分的母液，另一个含有磷酸或硝酸来调节营养液的pH值。
(2)储液罐。储存稀释的营养液，从培养床的高端泵送溶液，并从低端回流。液体罐的大小与栽培面积有关。一般1000平米要求储液罐的容量为4-5吨。储液罐的另一个作用是回收从回流管道回流的营养液。
(3)过滤装置。营养液的进水口和出水口都要求安装过滤器，保证营养液干净，不会堵塞供液系统。
2.滴灌系统的灌溉方式
(1)准备两个浓缩营养液罐储存母液。一个罐子里有钙，另一个罐子里有不含钙的其他元素。
(2)浓酸罐。通过行业调节营养液的PH值。
(3)储液罐。用于保存按要求稀释的营养液。一般面积在300-400平米，储液罐容积为1-1.5吨。储液罐的高度与供液距离有关。只要高于1米，就能提供30-40米的距离。如果使用泵送，液体储罐的高度不受限制。甚至可以设置在地下。
(4)管道系统。用各种直径的黑色塑料管代替白色，避免藻类滋生。
(5)滴头。固定在作物根际附近的液体供应装置通常与孔口发射器和线性毛管一起使用。低压供液系统中的孔板滴头流量不均匀，但毛管相对均匀。但同样的问题是容易被堵塞，所以必须在储液箱的进出口安装过滤器，过滤掉杂质。
动词 （verb的缩写）无土栽培的前景
历史上，农业文明的标志是人类对作物生长发育的干预和控制程度。实践证明，在常规土培条件下，控制作物地上部分的环境条件是容易的，而控制地下部分(控根)是困难的。无土栽培技术的出现，使人类获得了精确控制作物生长的所有环境条件，包括无机营养条件的能力，从而使农业生产完全摆脱自然条件的束缚，完全按照人类的意愿向自动化、机械化、工厂化生产发展成为可能。这将使农作物的产量增加几倍、几十倍甚至几百倍。
从资源的角度看，耕地是极其宝贵的不可再生资源。由于无土栽培可以开发利用许多未开垦的土地，不可再生的耕地资源得到了扩大和补充，对于缓解和解决地球上日益严重的耕地问题具有深远的意义。无土栽培不仅可以把地球上的许多沙漠变成绿洲，在不久的将来，海洋和太空也将成为开发利用的新领域。美国将无土栽培列为本世纪国家要发展的十大高科技交流会之一。是太空植物栽培的研究报告，只能无土栽培。因此，无土栽培技术已经被许多科学家作为研究日本“宇宙农场”的有力手段，人们称之为太空时代的农业也不再是一个不可思议的问题。
水资源问题也是一个日益威胁世界人类生存和发展的大问题。不仅在干旱地区，在发达、人口密集的城市，水资源短缺问题也越来越突出。随着人口的不断增长，各种水资源被过度开发，一些地区几乎枯竭。因此，控制农业用水是节水措施之一，无土栽培避免了大量水的渗漏和流失，使再生水资源难以得到补偿。必将成为节水农业和旱区农业的必由之路。
诚然，无土栽培技术走向实用的过程中也存在很多问题。突出问题是成本高，一次性投入大；同时也要求管理水平高，管理者必须具备一定的科学知识，这不是哪里都能做到的。
从理论上讲，进一步研究矿物质营养状况的生理指标，减少管理中的盲目性，也是一个亟待解决的问题。此外，无土栽培病虫害的防治，基质和营养液的消毒，废弃基质的处理等。，还需要进一步的研究和解决。
无土栽培在我国刚刚起步，在生产中尤其是设施和供液系统工程本身还没有得到广泛应用，尚未形成专门的生产产业。由于各种因素的影响，栽培技术和农业工程技术不能协调同步，导致我国无土栽培技术的发展不如发达国家快。但是，随着科技的发展和完善，更重要的是，这种新技术的固有优势向人们展示了无限广阔的发展前景。