蔬菜水培技術(shù)發(fā)展研究*

管 迪 張 婷 莊玉昊 曹可凡

（沈陽工學院生命工程學院，遼寧沈陽113022）

1 水培技術(shù)的發(fā)展

1.1 礦質(zhì)營養(yǎng)學說的提出

17世紀初，科學家們開始細致觀察植物的生長發(fā)育，發(fā)現(xiàn)種在土缽里的植物在不施肥只淋雨的情況下栽培數(shù)年以后也能生長，植株明顯變重，但土壤的重量不會減輕，人們開始關(guān)注雨水的作用，并猜想雨水中會不會含有植物生長所需的養(yǎng)分。自此，人們開始研究自然灑落于土壤里的雨水是不是含有植物所需的養(yǎng)分。不過此時的試驗比較粗糙，但它開拓了科學家們的思路。后來李比希闡明了其中機理，并提出了礦質(zhì)營養(yǎng)學說，證明了植物生長利用的是離子化礦質(zhì)化的無機營養(yǎng)元素，致使人們從有機養(yǎng)分的局限認識中得到了解放與提升，為現(xiàn)代化學農(nóng)業(yè)及營養(yǎng)液栽培的發(fā)展開啟了一道劃時代的大門，預示著化肥農(nóng)業(yè)的開始。從此，化肥廣泛應用在農(nóng)業(yè)上，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平得到大幅度提高。

1.2 探明了植物營養(yǎng)需求的機理

人們通過研究植物營養(yǎng)，證明了植物正常生長所需的營養(yǎng)因子及環(huán)境因子必須協(xié)調(diào)地得到滿足與供給，否則會造成植物生長發(fā)育不良，也就是生理障礙的發(fā)生。對根系功能的研究發(fā)現(xiàn)，根系除需要氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等13種礦質(zhì)元素外，還需要充足的水分與氧氣，氧氣是否正常供給是根系能否吸收營養(yǎng)元素的關(guān)鍵。植物只有在充足的肥、水、氣環(huán)境中，再加上外界的光照、溫度、濕度、二氧化碳等氣候因子，才能正常生長，缺一不可。這就為當前水培技術(shù)的形成提供了理論與認識基礎(chǔ)，啟發(fā)性地讓人們想到，只要肥、水、氣的充分供給就可以讓植物正常生長與發(fā)育。其實現(xiàn)代水培技術(shù)不管是從栽培系統(tǒng)設計上還是循環(huán)方式的選擇上都是圍繞水、肥、氣展開的［1］。

1.3 格里克邁出了重要一步

人們通過研究植物的生長機理，發(fā)現(xiàn)土壤的作用就是為植物供應充足的水、氣、肥，如果能滿足植物根系對水、氣、肥的需求，即使沒有土壤植物也可正常生長。于是，植物營養(yǎng)學家格里克開始研究番茄水培技術(shù)，種植出了世界上第一株水培植物——水培番茄。從此，更多科學家開始研究植物水培技術(shù)，目前該技術(shù)已成為一項專門的學科與專用的技術(shù)［1］。

1.4 在軍事基地上的運用

1930年美國將水培技術(shù)應用于軍事基地，為基地的官兵們生產(chǎn)蔬菜。最早采用的是沙培方法，因為大多軍事基地是建在沒有土壤的荒漠上，他們利用沙子作為基質(zhì)來代替土壤，用營養(yǎng)液作肥料進行最早的營養(yǎng)液栽培。這種沙培方法在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)揮了巨大的作用，特別是在大平洋戰(zhàn)爭中，美軍的后勤部隊曾在只有珊瑚礁的島嶼上建立了3個大規(guī)模的栽培基地，采用沙培技術(shù)為士兵們提供新鮮的蔬菜，3個基地一直使用到朝鮮戰(zhàn)爭結(jié)束。當時主要生產(chǎn)葉菜類與番茄，特別是番茄汁為人們提供了大量的礦物質(zhì)，所以戰(zhàn)后美國的番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為迅速。

1.5 現(xiàn)代水培技術(shù)的形成

美國率先將水培技術(shù)應用于軍事上，日本是較早將水培技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的。1960年，日本靜岡縣清水市的園藝試驗場興津支場率先開始了水培技術(shù)的系統(tǒng)化栽培研究（很重要的一個方面是解決農(nóng)作物的連作障礙），開展了沙培、礫培等模式研究，并逐步發(fā)展到現(xiàn)代的純水培技術(shù)。目前日本已將水培技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)場栽培蔬菜一種最重要的手段與技術(shù)。

2 平面式水培技術(shù)

2.1 浮板毛管水培技術(shù)

浮板毛管水培簡稱FCH，是由浙江省農(nóng)業(yè)科學院和南京農(nóng)業(yè)大學于1991年參考日本的浮根法經(jīng)改良共同研制成功的一種新型無土栽培系統(tǒng)，成本低，管理方便，節(jié)能實用，適宜我國南北方各種氣候條件和生態(tài)類型地區(qū)應用。該技術(shù)的特點：（1）采用栽培床內(nèi)設浮板濕氈的分根技術(shù)，為培養(yǎng)濕氣根創(chuàng)造豐氧環(huán)境，解決了水氣矛盾；（2）采用較長的水平栽培床貯存大量的營養(yǎng)液，確保斷電時肥水能充足、穩(wěn)定地供給；（3）冬天用電熱線在栽培床內(nèi)加溫，夏季用深井水降溫，確保根際溫濕度的穩(wěn)定；（4）設備投資少，耗電少，安裝操縱方便。該設施由栽培床、貯液池、循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四部分組成，營養(yǎng)液由定時器控制水泵通過管道空氣混合器流經(jīng)栽培床再回到貯液池，全封閉式的營養(yǎng)液循環(huán)受外界環(huán)境條件變化小，適合各種植物生長［2］。

2.2 營養(yǎng)液膜技術(shù)

營養(yǎng)液膜技術(shù)簡稱為NFT（Nutrient Film Technique），是一種將植物種植在淺層流動的營養(yǎng)液中的水培方法，由英國溫室作物研究所庫柏（A.J.Cooper）于1973年發(fā)明。1979年以后，該技術(shù)迅速在世界范圍內(nèi)推廣應用。據(jù)1980年的資料記載，當時已有68個國家正在研究和應用該技術(shù)進行無土栽培生產(chǎn)。我國于1984年開始進行營養(yǎng)液膜無土栽培技術(shù)的研究和應用，成效較好。營養(yǎng)液膜設施主要由種植槽、貯液池、營養(yǎng)液循環(huán)流動系統(tǒng)裝置組成，優(yōu)點是設施的投資少，施工快捷簡便，種植槽內(nèi)的液層淺且可流動，可以較好地解決根系供氧問題，并易于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化管理［2］。

2.3 深液流技術(shù)

深液流技術(shù)是最早成功應用于商業(yè)化植物生產(chǎn)的無土栽培技術(shù)，1929年由美國加利福尼亞州大學的格里克（W.F.Gericke）首先應用于作物的商業(yè)化生產(chǎn)。在幾十年的發(fā)展過程中，世界各國都對該項技術(shù)作了許多改進，現(xiàn)已成為一種管理方便、性能穩(wěn)定、設施耐用高效的無土栽培類型［2］。

3 立體式水培技術(shù)

3.1 A字型立體水培設備

A字型水培設備包括支架、營養(yǎng)液循環(huán)裝置、栽培槽、控制裝置四部分。營養(yǎng)液循環(huán)裝置與栽培槽相連，栽培槽設置在支架上，控制裝置控制營養(yǎng)液循環(huán)。支架為三角形結(jié)構(gòu)，兩個豎直側(cè)面上對稱設有數(shù)個支撐塊，兩豎直側(cè)面各設有1個栽培槽，栽培槽由數(shù)個首尾銜接的U型管組成，U型管上有數(shù)個栽培口，栽培槽通過支架上的支撐塊水平放置在支架上，栽培槽上下兩端分別為進液口和出液口，三角支架兩側(cè)都有栽培槽。A字型立體水培將平面栽培轉(zhuǎn)化為立體栽培，大大提高了栽培面積［3］。

3.2 屋脊型立體水培設備

屋脊型水培設備的支架為正方形結(jié)構(gòu)，在4個側(cè)面上對稱設有8個栽培槽，共計有192個。這種裝置通過四面種植的方式大大提高了栽培面積。栽培槽由數(shù)個首尾相連的三通組成，數(shù)個直行管設有數(shù)個栽培口，栽培槽的上端為進液口，下端留1個出液口。設備還包括營養(yǎng)液循環(huán)裝置、栽培槽、控制裝置等。營養(yǎng)液循環(huán)裝置與栽培槽相連，栽培槽之間互相連接，構(gòu)成一個整體的房屋型結(jié)構(gòu)，控制裝置控制營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，支架管既是支撐管也是營養(yǎng)液流動管［3］。

［1］ 蔣衛(wèi)杰.我國無土栽培的現(xiàn)狀與展望［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2001（1）：10～15.

［2］ 郭世榮.無土栽培學（第二版）［M］.北京：高等教育出版社，2011∶195～207.

［3］ 顏志明，史紅林，蔡善亞，等.兩種陽臺蔬菜水培裝置的開發(fā)與應用［J］.南方園藝，2016，27（1）：35～39.