無(wú)土栽培發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望

李瑞紅，張維誼，韓奕奕

(上海市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，上海 200335)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民食品消費(fèi)水平逐漸提升，與本就相對(duì)緊張的耕地資源形成矛盾。根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，2019年全國(guó)居民人均蔬菜及食用菌的消費(fèi)量達(dá)到98.6kg，干鮮瓜果類的消費(fèi)量也達(dá)到56.4kg。全國(guó)耕地面積則在2013～2017年期間下降28.22萬(wàn)hm2，耕地面積減少和居民農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)矛盾突出，在部分發(fā)達(dá)地區(qū)尤為明顯[1]。以上海為例，2019年人均消費(fèi)蔬菜及食用菌計(jì)102.4kg，高于全國(guó)人均消費(fèi)量。而上海2020年全市農(nóng)作物播種面積比上年減少2.5%，為25.78萬(wàn)hm2，其中糧食播種面積減少2.6%，蔬菜播種面積減少3.0%[2]。如何利用有限的土地資源提供更多高質(zhì)量的農(nóng)產(chǎn)品，成為我國(guó)面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。無(wú)土栽培技術(shù)解除了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)土壤的依附，推進(jìn)無(wú)土栽培質(zhì)量安全生產(chǎn)逐漸成為解決這一挑戰(zhàn)的重要保障。

1 無(wú)土栽培定義及分類

無(wú)土栽培是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種作物栽培技術(shù)，作物不是種植在傳統(tǒng)土壤中，而是在溶有礦物質(zhì)的水溶液(營(yíng)養(yǎng)液)中，或在某種栽培基質(zhì)中添加營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行作物栽培[3-4]。只要有相關(guān)栽培設(shè)施和科學(xué)管理，作物就能正常生長(zhǎng)并獲得高產(chǎn)。由于不使用傳統(tǒng)土壤，故被稱為無(wú)土栽培。

無(wú)土栽培按其有無(wú)固體基質(zhì)分為有固體基質(zhì)栽培和無(wú)固體基質(zhì)栽培兩大類(圖1)。無(wú)固體基質(zhì)栽培可分為水培和霧培(或氣培、氣霧培)，水培根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)液的深度不同分為營(yíng)養(yǎng)液膜技術(shù)(nutrient film technique，NFT，即淺液流技術(shù))和深液流技術(shù)[5]。有固體基質(zhì)栽培根據(jù)基質(zhì)的類別分為無(wú)機(jī)基質(zhì)栽培和有機(jī)基質(zhì)栽培。

圖1 無(wú)土栽培分類

2 無(wú)土栽培的優(yōu)勢(shì)

2.1 節(jié)約用水，增加產(chǎn)量

無(wú)土栽培中作物所需各種營(yíng)養(yǎng)成分是通過(guò)人為配制成營(yíng)養(yǎng)液施用的，吸收效率高，水分損失少。由于是根據(jù)作物種類以及生長(zhǎng)階段科學(xué)均衡地供應(yīng)養(yǎng)分，因此作物可充分發(fā)揮出增產(chǎn)潛力[6]。

2.2 避免連作，減少污染

蔬菜的田間種植管理中土地合理輪作、避免重茬是防止病蟲(chóng)害嚴(yán)重發(fā)生和蔓延的重要措施，無(wú)土栽培則可從根本上避免病蟲(chóng)害的發(fā)生。由于無(wú)土栽培施用的是無(wú)機(jī)肥料，還可避免受污染土壤中的重金屬等有害物質(zhì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的污染[7]。

2.3 節(jié)省勞力，易于管理

無(wú)土栽培作為一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，不需要中耕、翻地、鋤草等作業(yè)，節(jié)省了勞動(dòng)力。另外無(wú)土栽培機(jī)械化程度高，容易標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化管理。

2.4 不受地域限制，充分利用空間

無(wú)土栽培使作物脫離傳統(tǒng)土壤環(huán)境，不受土質(zhì)、水利、氣候等條件的限制，許多傳統(tǒng)難以耕種的地區(qū)都可采用無(wú)土栽培方法加以利用。無(wú)土栽培還可以實(shí)施立體種植，無(wú)形中擴(kuò)大了栽培面積和種植效率[6]。

3 無(wú)土栽培存在的問(wèn)題

3.1 前期投資大，生產(chǎn)成本高

由于無(wú)土栽培機(jī)械化程度高，前期各種設(shè)備成本投入較高。加上運(yùn)行成本，目前無(wú)土栽培農(nóng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的售價(jià)相比于傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格較高[8]。

3.2 管理技術(shù)和勞動(dòng)力素質(zhì)要求高

無(wú)土栽培對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的配比調(diào)整，不同類別農(nóng)產(chǎn)品對(duì)光照、溫度、濕度等外界環(huán)境因素的個(gè)性化要求也需要不斷的探索和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制，對(duì)主要生產(chǎn)管理者有較高的技術(shù)能力要求[4]。

3.3 現(xiàn)階段市場(chǎng)接受程度有限

目前階段無(wú)土栽培的市場(chǎng)開(kāi)拓尚不理想，除價(jià)格偏高外，部分消費(fèi)者對(duì)無(wú)土栽培生產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品的安全性仍存疑慮，影響其購(gòu)買意愿[6,8]。

4 我國(guó)無(wú)土栽培研究現(xiàn)狀

4.1 特定作物無(wú)土栽培技術(shù)

主要研究某種具體作物，如哈密瓜、草莓、番茄等，從前期基質(zhì)選擇，到定植、水肥管理、病蟲(chóng)害防治、采收等過(guò)程具體詳細(xì)的無(wú)土栽培技術(shù)方案[9]。

4.2 營(yíng)養(yǎng)液成份對(duì)無(wú)土栽培的影響

主要研究營(yíng)養(yǎng)液配比、施用方式的改變對(duì)不同作物的影響，或?qū)ψ魑锊煌L(zhǎng)階段的影響，或是營(yíng)養(yǎng)液成分的不同濃度對(duì)作物生長(zhǎng)的影響等[10]。

4.3 無(wú)土栽培優(yōu)勢(shì)和管理概況

主要集中對(duì)比無(wú)土栽培與傳統(tǒng)土壤栽培方式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于無(wú)土栽培不足之處描述相對(duì)較少；以及研究無(wú)土栽培如何管理以利于更加安全規(guī)范的發(fā)展，例如推廣立體栽培和加強(qiáng)相關(guān)資源開(kāi)發(fā)等11。

5 無(wú)土栽培相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于無(wú)土栽培農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)目前缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只有地方標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)土栽培相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)約25項(xiàng)，涉及草莓、番茄、水稻、厚皮甜瓜、水果黃瓜等農(nóng)產(chǎn)品，其中與蔬菜相關(guān)的有2項(xiàng)：DB21/T 2663-2016《蔬菜營(yíng)養(yǎng)缽無(wú)土育苗技術(shù)規(guī)程》和DB4107/T 416-2019《瓜類蔬菜營(yíng)養(yǎng)缽無(wú)土育苗技術(shù)規(guī)程》(表1)。需要指出的是，目前國(guó)外不同政府間無(wú)土栽培技術(shù)并也沒(méi)有統(tǒng)一的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有待國(guó)家之間或國(guó)際組織的進(jìn)一步協(xié)調(diào)制定。

表1 國(guó)內(nèi)無(wú)土栽相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯總

由于國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)種植的特殊性，種植方式的精細(xì)度和從業(yè)人員教育程度不高，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的規(guī)范生產(chǎn)仍有待提升。如果能夠通過(guò)對(duì)環(huán)境條件、營(yíng)養(yǎng)液、配套設(shè)施要求及消毒、關(guān)鍵栽培技術(shù)、采后貯藏運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)制定相應(yīng)的安全生產(chǎn)規(guī)范，對(duì)未來(lái)無(wú)土栽培類生產(chǎn)必然能起到重要的促進(jìn)作用。

6 國(guó)外無(wú)土栽培發(fā)展情況

無(wú)土栽培技術(shù)起源于國(guó)外，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展日趨成熟，目前得到了廣泛應(yīng)用[3，12-13]。歐洲是世界現(xiàn)代溫室的發(fā)源地，設(shè)施園藝生產(chǎn)水平較高，營(yíng)養(yǎng)液膜技術(shù)起源于此[3-4]。荷蘭和日本是無(wú)土栽培產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，已經(jīng)大面積實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，蔬菜生產(chǎn)已有約80%采用無(wú)土栽培。荷蘭的無(wú)土栽培以巖棉栽培為代表，日本無(wú)土栽培以水培為主，在實(shí)用性無(wú)土栽培上的推廣運(yùn)用居世界前列，并且有很多領(lǐng)先的生產(chǎn)研究。美國(guó)無(wú)土栽培主要栽培作物為黃瓜、番茄等[6]。

國(guó)內(nèi)學(xué)界對(duì)于國(guó)外無(wú)土栽培情況也有系統(tǒng)研究，包括各國(guó)設(shè)施園藝發(fā)展概況，例如各國(guó)采用無(wú)土栽培生產(chǎn)蔬菜、水果、花卉等情況[13-14]。通過(guò)分析總結(jié)發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)施園藝發(fā)展的特點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)，從溫室自動(dòng)化、智能化、環(huán)境資源友好等方面展望未來(lái)設(shè)施園藝發(fā)展趨勢(shì)，可為我國(guó)未來(lái)無(wú)土栽培產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、健康持續(xù)發(fā)展提供借鑒[12]。

7 我國(guó)無(wú)土栽培發(fā)展前景展望

7.1 農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要構(gòu)成部門，無(wú)土栽培在我國(guó)應(yīng)用前景廣闊

農(nóng)業(yè)是立國(guó)之本，我國(guó)作為人口大國(guó)更要依靠現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)保障人民的食品安全。無(wú)土栽培作為一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)擺脫自然環(huán)境的制約，不受土壤面積限制，對(duì)缺少耕地的我國(guó)來(lái)講正逢其宜，有著廣闊的發(fā)展?jié)摿4,15]。作為一種受控農(nóng)業(yè)，無(wú)土栽培可以較大程度地按量化指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)，有利于推進(jìn)機(jī)械化、自動(dòng)化的生產(chǎn)方式[6,11]。

無(wú)土栽培也適合缺少土地但又對(duì)農(nóng)產(chǎn)品新鮮程度等有更高質(zhì)量要求的地區(qū)，例如城市周圍。在我國(guó)城鎮(zhèn)化水平不斷提升的背景下發(fā)展都市農(nóng)業(yè)有重要意義，以上海為例，農(nóng)副產(chǎn)品保障離不開(kāi)本地農(nóng)業(yè)，城市生態(tài)環(huán)境維護(hù)和改善離不開(kāi)本地農(nóng)業(yè)，本地農(nóng)民生產(chǎn)生活也離不開(kāi)農(nóng)業(yè)，所以無(wú)土栽培契合上海都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。無(wú)土栽培安全衛(wèi)生，節(jié)水節(jié)肥，病蟲(chóng)害發(fā)生概率較小，有利于提高蔬菜品質(zhì)，將在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

7.2 積極響應(yīng)國(guó)家政策，落實(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化

2020年11月發(fā)布的《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》文件提出，“提高農(nóng)業(yè)質(zhì)量效益和競(jìng)爭(zhēng)力，適應(yīng)確保國(guó)計(jì)民生要求，以保障國(guó)家糧食安全為底線，健全農(nóng)業(yè)支持保護(hù)制度” 。文件要求強(qiáng)化農(nóng)業(yè)科技和裝備支撐，提高農(nóng)業(yè)良種化水平，而無(wú)土栽培正可以通過(guò)改變營(yíng)養(yǎng)液的成分有效進(jìn)行農(nóng)業(yè)品種的優(yōu)化。

2021年3月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳《關(guān)于印發(fā)<農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“三品一標(biāo)”提升行動(dòng)實(shí)施方案>的通知》(農(nóng)辦規(guī)〔2021〕1號(hào))指出，從2021年開(kāi)始啟動(dòng)實(shí)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“三品一標(biāo)”，即品種培優(yōu)、品質(zhì)提升、品牌打造和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。新“三品一標(biāo)”著眼于提高農(nóng)業(yè)質(zhì)量效益，提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。而對(duì)于品質(zhì)提升，就要推廣一批味道好、營(yíng)養(yǎng)高的糧油果茶、肉菜蛋奶，還要推廣一些先進(jìn)農(nóng)業(yè)裝備和實(shí)用技術(shù)。無(wú)土栽培可通過(guò)改變條件加速推動(dòng)品種培優(yōu)工作，另外無(wú)土栽培是一種受控農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式，更宜于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。

8 促進(jìn)我國(guó)無(wú)土栽培產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議

8.1 制定完善無(wú)土栽培相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前無(wú)土栽培相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、地標(biāo)等都較少，安全生產(chǎn)還缺少標(biāo)準(zhǔn)性、規(guī)范性指導(dǎo)文件。我國(guó)關(guān)于無(wú)土栽培的研究和文獻(xiàn)較為完備，可為制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供基礎(chǔ)。一旦相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得到完善，將會(huì)極大促進(jìn)無(wú)土栽培的發(fā)展和提升。

8.2 加大無(wú)土栽培政策性扶植及補(bǔ)貼

無(wú)土栽培設(shè)施復(fù)雜，前期的各項(xiàng)硬件投入較大，運(yùn)行成本也較高，單靠企業(yè)自身產(chǎn)品價(jià)格可能偏高，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益不夠理想，進(jìn)而可能會(huì)引起經(jīng)營(yíng)困境。政府若能在政策上有一定傾斜或補(bǔ)貼，將能扶植無(wú)土栽培企業(yè)更好的成長(zhǎng)和發(fā)展。

8.3 監(jiān)管無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液成分添加

對(duì)于無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液，具體配比通常涉及企業(yè)商業(yè)秘密，但對(duì)有些不能添加或不能過(guò)量添加的成分，需要依法依規(guī)進(jìn)行監(jiān)管來(lái)保證無(wú)土栽培農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，這也將對(duì)無(wú)土栽培未來(lái)規(guī)范安全的生產(chǎn)和發(fā)展壯大起到推動(dòng)作用。

9 結(jié)語(yǔ)

無(wú)土栽培作為一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，在保障我國(guó)人民的食品安全和提升群眾農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)水平上都將扮演重要角色。未來(lái)通過(guò)借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，進(jìn)一步完善我國(guó)無(wú)土栽培相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，通過(guò)政策引導(dǎo)和扶植來(lái)培育一大批規(guī)?；纳a(chǎn)企業(yè)，將加快提升無(wú)土栽培在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的重要性，擴(kuò)大人民群眾對(duì)無(wú)土栽培農(nóng)產(chǎn)品的接受度和喜愛(ài)度，使得無(wú)土栽培真正為我國(guó)新時(shí)代的社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮做出更大貢獻(xiàn)。