文献类型： 中文期刊

第一作者： 郑光华

作者： 郑光华;刘广树

作者机构：

期刊名称： 中国蔬菜

ISSN： 1000-6364

年卷期： 1992 年 1 卷 S1 期

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收录情况： 北大核心

摘要： 起源与发展 一、起源 很久以前人们就想怎么样不用土壤也能种植作物,但一直没有成功。随着植物生理学的发展,到了1859～1869年,德国科学家沙克斯和他的学生诺普(Sacks and Knop)研究出将化学药品加入水中,配制成营养液种植物成功,为现代无土栽培奠定了基础。 1929年美国加利福尼亚大学教授格里克(Gerick)应用营养液栽培番茄成功,因此在美国和西欧有小面积的蔬菜生产。第二次世界大战期间,由于战争的需要,美军和英军在太平洋和波斯湾等岛屿上应用无土栽培的方法生产蔬菜。战后美国、欧洲和日本继续发展无土栽培技术,当时美军在日本用无土栽培蔬菜的面积达33hm2。这种情况也为日本水耕技术的发展奠定了基础。 二、优缺点 把土栽培的主要优点是能避免土壤传染的病虫害及连作障碍。这是温室作物生产上存在的最主要的问题之一。肥料效率高,同时也减轻了劳动强度,使老年人和妇女均能从事这种生产活动。 无土栽培的缺点是一次性设备投资大,肥料费用高,用电多,营养液的配制、调整与管理等都需要一些专门知识,因此在经济不发达的地方难以推广。 三、无土栽培的主要方式 最早在生产上应用的无土栽培方式,是建水泥槽,填入砂砾,营养液循环利用,建筑成本高,笨重,现在很少应用了。 60年代发展了用草炭、蛙石、树皮、据末、珍珠岩、火山岩等基质,70年代又开发了岩棉,成为当今西方国家中面积最大的基质栽培,营养液灌溉开路和闭路系统都有。 与此同时单纯用营养液,不用基质的栽培系统也层出不穷。如营养液膜系统(NFT)曾经在欧美风行一时,现在仍然有许多地方还在用它,但如一旦白天停电,就会严重影响作物生长。因此后来又发展了深液流(DFT)技术,营养液经常保持5～10cm,注意加氧措施,就不怕停电了。 为了解决根系吸氧问题,现在已发展了将营养液直接喷到根上,每3分钟喷几秒钟,同时解决吸氧和吸收营养元素的雾培法和下部有一浅层营养液的水雾培法。此外,飘浮法、恒定水位法、潮水式灌溉法以及膜技术栽培法,都已经发展起来了,并在不同条件下应用。 发达国家无土栽培概况 目前世界上无土栽培技术比较发达的国家,主要在西欧和北美。东方国家则以日本发展较快。现简要介绍如下: 一、荷兰 荷兰是世界上温室最发达的国家。到1988年为止,全国玻璃温室达9 300hm’以上。其中种植蔬菜占总面积的一半,其余种花和少量的果树。几乎近30年来,黄瓜、番茄、茄子、青椒等果菜类全部种在温室内。喜冷凉的甘蓝类、洋葱、胡萝卜等仍然在露地生产。无土栽培已占温室面积70 qo以上。其中绝大部分是采用岩棉栽培。月季花、菊花和香石竹等切花生产,几乎也全部用岩棉栽培,计算机控制温室无土栽培的生产,其普及率达90 qo以上。 二、英国 英国大约有210铀m‘温室。主要分布在东部、中部和东南部英格兰岛上。其中无土栽培面积约300 hm‘。营养液膜系统(;N.FT)是买973年英国温室作物研究所库柏(邱叩ar )所创。但全国应用这种技术不到20力m。,绝大部分是引进岩棉栽培。 三、法国 到1988年为止,法国有400 hm‘的无土栽培,其中有一半以上用岩棉作基质,10qo的NFT,其余者用火山灰岩作基质,种植效果良好。靠近地中海的南部地区,有部分温室用无土栽培方法种植热带和亚热带果树。 四、丹麦 岩棉是丹麦的格罗丹(Grodan)公司首先开发出来,并用于农业生产的。但后来岩棉发展最快的首推荷兰。不过丹麦生产的岩棉质量最好,誉冠全球。现在全国有温室600hm‘以上,蔬菜约占130hm‘,绝大部分采用岩棉栽培。丹麦主要注重无土栽培上高技术的实用化,因此生产自动化的水平较荷兰有过之而无不及。许多新技术是在丹麦研究成熟后,在荷兰等国大面积应用。 五、斯堪的纳维亚 该半岛上的芬兰、瑞典和挪威三国,近年来经济发展较快,因此无土栽培技术也相应地发展起来。芬兰和挪威各有220hm‘的温室,将近一半面积采用无土栽培。瑞典虽然温室面积较小,但技术先进,拥有自动化的生菜生产温室和技术先进的植物汁液分析实验室,可以为全国和其他国家快速分析植物营养成分,指导农业生产,得到国际上的好评。 六、北美 加拿大有2 100hm‘的温室,一半以上采用无土栽培,尤以西部地区,木材工业发一达,用锡来做基质种菜效果良好。 美国有4 300hm‘的温室,蔬菜无土栽培只有250hm‘,但美国的研究工作处于领先地位。东南部迪斯尼乐园中“土地馆”的无土栽培,是世界上无土栽培方式门类最全的地方。此外,美国宇航技术发达,已经把最先进的无土栽培技术用在月球农业和星际航行上。 七、日本 日本是世界上较早应用无土栽培技术来生产作物的。早在第二次世界大战后美军就在日本与当地技术人员,共同建立33hm‘的蔬菜无土栽培。美军撤退后又自己发展了协和式、M式和等量交换式等栽培系统。但因这些方式成本太高,全国至今只有330hm‘的无土栽培,但日本在智能计算机、专家系统等技术在无土栽培上的应用研究,居领先地位。 主要技术进展 一、营养液供给系统的改进 无土栽培中最重要的问题之一,是营养液的供给问题。一般都是用3个浓液灌,也叫做母液,将硝酸钙与其他化肥分开。因为在浓溶液条件下,钙容易与硫酸根化合成硫酸钙沉淀。另一个罐为酸液,用以调整营养液的PHW。如果配上自动控制系统,就可以自动调整营养液中的电导度与酸碱度,但不能测出营养液中不同元素的消耗量,因此难以做出准确的调整。 新的营养液控制系统是各种化肥单独配制,各占一个营养液罐,其浓度一般为植物需要量的100倍。应用时自动加水100＄。因此硝酸钙、硫酸镁、硝酸按、磷酸运氢钾、硫酸锰、硫酸锌、硫酸铜、硼酸、磷酸和硝涛等10种化合物就需要10个浓液罐。应用时是根据太阳辐射强度和植物的真正吸收量,不断调整营养液中各种元素的比例。一般一天中进行数次调整,白天太沉辐射强时,植物吸收营养元素多。但植物在发育的不同阶段,对氮磷钾等元素的吸收量是不同的。如番茄在苗期吸收氮、磷较多,进人大量结果期则吸收钾的量大大超过纪和磷。因此必需及时调整营养液的成分,才能满足植物的需要,又不浪费营养液。 新的营养液控制系统是在天中几次自动抽取栽培系统中口流的营养液,经过液相色谱仪e动分析后将信号输人计算机。计算机根据环境条件和植物的需要综合分析后,下达指令给不同营养液罐,按不同比例将各种元素与水混合成营养液,供根系吸收。这就是当对植物吸收所需要不同元素的量。这种技术在西欧和北美正在逐步推广中。 正在研究的营养液配方调整的新方法,是将激光的光束直接照射到正在生长的植株上。激光的光束通过叶子的折射,能够指示当 时植物叶子所需要的不同营 养元素的种类与数量。一旦 这种方法研究成功,营养液 配方的调整就会更加方便。 二、二氧化碳的应用 近20年来西欧北美温室 内增施二氧化碳的技术已经 普及。采用各种燃烧器来增 加温室内的二氧化碳,只有 用天然气作燃料,浓度可提 高到800Ps/mL。其他碳氢 燃料,都伴有损害作物的二 氧化硫、二氧化氮和乙烯等 有毒气体o’因此近年来已趋 向应用纯的液化二氧化碳, 来增加室内二氧化碳浓度, 使之达到10’00卜g/mL,效 果良好。 三、改进温胁方法 温室番茄等作物往往因 条件差,温度和日照不能满 足植物正常生长的需要,授 粉与受精不良而影响产量。过去用各种各样的振荡器辅助授粉有一定的效果。现在已经改用澳大利亚熊蜂(品种:NatuPal)。它的个头比一般蜜蜂大,用它来促进授粉效果良好。因为熊蜂的活动时间长,比用人工振荡器效果好得多。因为人工振荡每朵花平均一天不到一次,而蜜蜂每天最少活动10小时以上。这种蜂没有毒刺,不伤人畜,使用安全,澳大利亚熊蜂是由专业户养的,温室种植者可以租用,每个蜂箱养80只蜂,能授粉1500m‘的面积。差不多每头样的活动范围为20m‘。租金很便宜,每箱一个月租金约1美元。一个月后另换新蜂,以兔老蜂活动能力低,影响授粉。 四、机器人移苗与合溉 现在蔬菜、花卉和苗木生产的数量不断增加,育苗中移茵工作需要很多劳动力,而人工成本不断上升,因此现在发明了机器人移苗机。所谓机器人,实际上是一个机器手,前面有两个类似大头针的传感器。它具有视觉和触角两种综合功能。将育苗盘上小苗孔的幼苗移栽到大苗孔的苗盘上,平均1.2秒移1株,移栽几十万株苗的繁重劳动,对机器人来说是很容易的。它能辨别好苗与坏苗。具体操作时,把好苗有条不紊地移栽到预定的位置上,而把坏苗抛到一边。 机器人还能指挥灌溉。新式的育苗盘底部是没有排水孔的。机器人能准确测出育苗盘的水分。根据植物需水量进行适量灌溉,这样就没有多余的水分流出,既节约用水,又能保持周围环境清洁,减少病害发生,机器人是根据光反射和折射的原理,准确测定植物的需水量。 五、航天上应用的无土动培 美国宇航中心已经采用最先进的无土栽培技术,生产人类在太空中生活必需的食物获得成功。为了使人类能在太空中生存,美国肯尼迪航天中心与许多大学订立研究合同,主要的目的是用最小的面积,生产出充足的优质食物,支持人类在太空中长期生存。 现在已经能做到小麦从种到收共6周时间,采用生物技术培育的特殊品种,与高度集约的无土栽培方法,根据目前的研究进展,宇宙航行在失重状态下,植物生长没有 “向性”。幼苗的根是“向下”生长,而不是朝着阳光“向上”生长。同时要解决在失重状态下营养液的输送问题。因为在失重状态下,营养液会“飞”起来。使植物根系无法吸收利用。现在已经研究出将萌发的种子置于一种强电环境中,给植物以强制诱导,促使幼苗朝光的方向生长,如生菜种植在一个空心圆柱中,圆柱内壁四周都播种满了生菜,通过一定强度的电压和光照后,幼苗就会逐渐生长,营养液在圆柱外壁循环流经生菜根系,使之不断吸收水分和营养元素,这种装置,生莱从种到收只要20天左右。.;、为了克服失重状态下的营养液输送问 题,科学家发明了“多孔管植物生长系统” 装置,利用多孔搭上毛细管对营养液的渗透 原理来输送营养液,在多孔管与黑白双面塑一脚薄膜之间的空隙处,是作物根系生长的地 方。‘营养液不是流过,而是通过多孔管渗透 到根系。黑白双面塑料薄膜的外层是支撑 体,用以保持装置的形状。利用这种装置栽 培小麦、水稻和番茄均获得成功。此外,将根 系细胞膜的一侧通营养液,另一侧通气,然后 将另一侧膜通营养液,还有一侧膜通气的技 术,也应用到航天作物生产上。 最新技术每平方米可种10000株小麦。 种1.Zm‘的小麦够一个人吃的面粉。玉米株 高仅40～50cm就成熟了。番茄每平方米种100～120株,还有绿豆、莱豆和马铃薯等作物 均已试验成功。马铃薯利用雾培的方法进行 营养液灌溉,结薯时块茎悬挂在空气中,不 但生长良好,采收也非常方便。按目前的技 术水平,支持一个人在太空中生活,吃的东 西包括麦、薯、豆、莱等,每人只需要6m‘ 就够了。这些作物从种到收一般为50～60 天。 由于航天技术的发展,对过去植物生理 学的理论也提出新概念。比如光对植物的饱 和点,现在最少提高了两倍,即随着光照强 度的增加,植物的产量成直线增长。 中国无土栽培的迅速发展 中国无土栽培在生产上的应用是从豆时五 年开始的。由浙江农业大学教授陈子元与当 时的华侨农场在上海进行的。后来由于成本 太高,维持不下去,不得不放弃。 70年代后期我国又有些单位开始无土栽 培试验,80年代中期各种进口与国产的无土 栽培系统相继投入生产。据不完全的统计, 现在全国无土栽培面积已发展到16hm‘,其 主要分布如下。 短短的儿年中,这种发展速度应该说是比较快的。其中营养液膜和深液流循环系统的面积约占25畅,主要分布在南京市和广东省,其余省为各种基质栽培,引进的设备从日本、美国、荷兰和意大利等国,分布在全国各地。经过几年的生产实践考验,凡是照抄西方的,或成本太高的都没有站住脚而垮台了。 目前我国的无土栽培仍然处于试验研究与发展并重的初级阶段,预计今后几年发展较快的地方是油田地区,大庆油田正准备大力发展。广东省占靠近港、澳市场的地理优势,正在准备急起直追,在深圳、珠海等地扩大无土栽培面积、营养液配方与灌溉方法、以及用消毒有机肥和无机肥配合使用以代替营养液的研究,也正在进行中。总之,在第八个五年计划期间,中国的无土栽培,会稳步而迅速地发展的。国内外无土栽培的现状与展望@郑光华$中国农业科学院蔬菜花卉研究所!北京100081 @刘广树$中国农业科学院蔬菜花卉研究所!北京100081

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