青岛农业大学园艺学院-园艺植物无土栽培学讲义.doc

本科教学讲稿无 土 栽 培 学青岛农业大学园艺学院 2007.7第一章 绪 论一、无土栽培的概念1、 无土栽培（soilless culture, hydroponics, solution culture）是指不用天然土壤，而用营养液或固体基质加营养液栽培作物的方法。由于一些学者认为无土栽培主要指营养液栽培，所以无土栽培有时又称为营养液栽培、水培、水耕溶液栽培、养液栽培等。2、无土栽培学是研究无土栽培技术原理、栽培方式和管理技术的一门综合性应用科学。他是现代农业新技术与生物科学、作物栽培学、相结合的一门边缘学科，他是以植物学、植物生理学、农业化学、作物栽培学为基础，与材料学、计算机应用技术、环境控制等知识相关，与生产实践紧密结合。二、无土栽培的特点1.早熟、高产、优质 无土栽培能为蔬菜作物提供充足、适宜、全面的营养，因此作物生育快、高产。产量可高于土壤栽培的几倍甚至几十倍。产品的营养含量高、口感好、纤维少、外形整齐一致、色泽均匀。2、避免了土壤及水质污染的影响 无土栽培由于脱离了土壤及选择性用水，因此没有污染。可利用无土栽培生产无公害产品，但是应考虑营养液的硝酸盐污染。3.省水、省肥、提高肥料利用率 无土栽培避免和减少了水分、养分的流失、及土壤微生物的吸收和固定，提高了水分、养分的利用率。一般比土壤栽培节水7590%，肥料利用率高达90%以上。4、省工、省力，改善了劳动条件，提高劳动生产率，便于实现农业现代化 无土栽培不需要整地、中耕、除草，不需要特殊的灌溉设备，而且实现了或部分实现了机械化和自动化操作，极大地降低了劳动强度，节省了劳动力，提高了劳动生产率，便于实现农业现代化。5、避免了土壤连作障碍，减少病虫害 无土栽培脱离了土壤，在便封闭状态下进行，在一定程度上避免了外界环境和土壤病原菌及害虫的侵染，因此由土壤传播的病虫害较轻。同时避免了因土壤而产生的产品污染问题，不受土壤连作障碍的影响。6、不受土质好坏的影响，可极大的扩展农业生产的空间 无土栽培摆脱了土壤的约束，可极大的扩展农业生产的利用空间。可在荒山、沙漠、河滩、海岛、盐碱地进行，可在屋顶、阳台栽培，可以立体化栽培，充分利用土地和空间。7、管理不当时一旦发生病害传播迅速 因营养液的流动性大，一旦发生病害，病原菌随营养液传播极快。8、技术复杂、要求严格 无土栽培比土壤栽培增加了基质的选择及使用、营养液的选配及管理、机械化和自动化作业操作等技术环节，要求管理人员和操作人员的文化素质和技术水平较高，否则难以胜任。此外，由于无土栽培的基质和营养液的选配和管理、基质和营养液的特性与土壤不同（缓冲能力等）以及机械化和自动化操作管理，要求严格造作和管理。9、管理不当易出现营养失调及失水状况 基质及营养液没有土壤的缓冲能力强，一旦出现营养缺乏或过剩，植株立刻表现营养失调症状，基质较土壤的保水性差，灌水次数多，稍有缺水就出现萎蔫。因此要求严格管理，稍有不慎就会造成失误。10、一次性投资大，运行成本高 无土栽培需要一定的设施及设备，例如栽培槽、营养液装置及循环系统、通气装置、基质等。美国袋培初期投资最高达3.5万美元/公顷（18000元/亩），我国1254元/亩；沙培美国南部5万美元/公顷（26666.7元/亩）；深水岩棉培荷兰6.8万美元/公顷（37000元/亩），如用循环水灌液，需7万美元（37000元/亩），我国需3500元/亩；NFT法在西欧和北美自动化及有加液温系统，8.1万美元/公顷（43元/亩），有金属可移动栽培床的NFT系统21万美元。表1 我国主要无土栽培系统的一次性投资及运行成本无土栽培系统一次性投资（元/亩）运行成本（肥料）元/亩年有机生态型无土栽培43001500槽培52004000袋培55004000岩棉培79004000鲁SC无土栽培54003500营养液膜培150003500浮板毛管水培180003500深液流栽培150003500三、无土栽培的主要应用范围1.蔬菜生产 果菜、叶菜、草莓、西瓜、甜瓜等经济效益高的种类和绿色蔬菜生产。2.花卉生产 鲜花、苗木。以荷兰最多。3.饲料生产 在南非、苏联的西伯利亚4.教育及科研上的应用 应用于植物生理学、植物病理学、植物营养学、植物学研究。四、无土栽培发展简史及现状（一）无土栽培发展简史无土栽培是伴随着植物营养研究而发展起来的，是植物营养学研究、植物生理学研究、植物学研究的有效方法和手段。原始的无土栽培要数生豆芽了，至于始于何时还无从考证，最晚出现于宋代林洪山家清供有生豆芽的记载。我国南方的船家用竹木制的水上菜园多种空心菜；墨西哥的阿兹提克早在17世纪就使用漂浮菜园；一直沿用至今的萝卜芽、豌豆芽、蒜苗、水仙栽培等。科学的无土栽培起源于18591865年，德国的沙奇斯（sachs）和克诺普（knop）的试验，属于试验探索时代。德国的沙奇斯和克诺普把化学药品加入水中制成营养液栽培植物得到成功，他们把这种方法称为水培，1920年营养液的实验室制备达到标准化。格利克（W.F.Gericke）是第一个将无土栽培用于商业化生产的人，这意味着无土栽培技术趋于成熟，迈进了实用化时代。1929年美国加利福尼亚大学教授格利克根据前人的研究结果，用无土栽培成功地生产了番茄。1933年他申请了一项水培植物施肥设备专利。1935年在他的指导下美国一些蔬菜和花卉种植者进行了大规模的生产试验。十年后的第二次世界大战末期，这项技术应用于均是需要可到进一步应用当时的盟军在太平洋关岛和中东的沙漠中用无土栽培生产蔬菜供应部队，给军队的后勤保障起到了积极作用。并传入欧洲和亚洲。19601965年间无土栽培主要是固体基质探索时期，70年代末80年代初岩棉培取得成功，并以其来源广泛、体轻、一般运等优点迅速在丹麦、荷兰、瑞典等国发展起来。20世纪70年代英国的库柏（Cooper）发明了营养液膜技术(NFT)和丹麦首先开发后在荷兰普及的岩棉培技术（RW）的开发应用，是无土栽培技术重大突破。意味着无土栽培高科技时代的到来。由于无土栽培设施设备的开发应用，无土栽培技术的成熟，栽培模式的标准化、管理系统的建立及计算机控制技术的应用，使无土栽培实现了机械化、自动化操作和管理，集约化生产，朝着现代化农业的方向发展。随着无土栽培技术的发展，世界上许多国家和地区前后成立了无土栽培技术研究和开发机构。国际上于1955年在第十四届国际园艺学会上成立了国际无土栽培工作组（IWGSC），隶属于国际园艺学会，并于1963、1969、1973、1976年在意大利、西班牙轮流召开了四届国际无土栽培学术会议。1980年在荷兰召开第五届国际无土栽培学术会议，并改名为“国际无土栽培学会”(ISOSC)，以后每4年举行一次年会。1984年、1988年均在荷兰召开。（二）无土栽培发展的现状1、国外无土栽培发展的历史及现状荷兰是世界上无土栽培最发达的国家之一，国际无土栽培学会（ISOSC）总部设在荷兰，极大地促进了欧洲和荷兰的无土栽培的发展速度。1971年问题无土栽培的面积仅20hm2，1986年发展到3522hm2，1995年达到8500hm2，2000年已超过1万hm2。无土栽培的主要作物有番茄、黄瓜、甜椒和花卉（主要是切花），其中花卉占50%以上。荷兰无土栽培的面积大；稳产、高产，番茄平均产量达到52kg/m2黄瓜、75kg/m2；主要采用岩棉培，占无土栽培总面积的3/4；机械化、自动化程度高；管理水平高。英国1073年发明了营养液膜技术，1080年资料记载有68个国家研究和应用该项技术，1981年在英国北部坎伯来斯福尔斯建立了一个面积为8hm2的水培温室，为当时世界上最大的“番茄工厂”。但是由于其投资大、栽培管理还存在某些弊病，后来发展较慢。据统计英国1984年无土栽培面积为158hm2，其中岩棉培和其他形式占2/3，NFT占1/3。欧洲其他国家无土栽培也有一定面积，法国1978年无土栽面积达到400hm2，俄罗斯大约120hm2。美国也是无土栽培应用最早的国家之一，且是世界上最早应用无土栽培进行商业化的国家。他的无土栽培面积不大，1984年为蔬菜无土栽培面积为200hm2，花卉几乎全部是无土基质栽培面积为1700多hm2，共1900hm2；1997年蔬菜无土栽培面积约308hm2。但是美国无土栽培研究水平相当先进，且应用较广，多数用于干旱、沙漠地区及宇航中心。1984年番茄产量达到2733kg/m2（1.82.2万kg/亩）、黄瓜产量2745kg/m2（1.83万kg/亩）、莴苣产量3350kg/m2（2.23.3万kg/亩）。日本不仅在无土栽培的实验研究和大面积应用方面处于世界领先水平，而且开展了卓有成效的超前性研究。在营养液配方研究方面，山崎提出了植物吸水和吸肥按比例同步进行的概念，并以此为依据设计了一系列的山崎营养液配方；由堀氏对霍格兰和阿农配方修正设计出一系列 “园试配方”至今在世界广泛应用。日本形成了独具特色的深液流水培技术如M式、神园式、 协和式等，有引进了NFT和岩棉培技术。研制了各种全自动控制的植物工厂，实现了机械化和自动化。日本的无土栽培技术的起始和发展得益于美军基地大型无土栽培设施的建立。1964年建立了22hm2的砾培鲜菜生产基地，1971年无土栽培面积发展到31hm2；1981年增加至282hm2；1993年达到609hm2；1999年增加到1056hm2，其中岩棉培480hm约占%，深液流水培313hm2约占30%、营养液膜水培120hm2约占11%、其他形式143hm2约占14%。无土栽培的作物种类有蔬菜约占72%，花卉约占27.4%果树约占0.9%。1988年时番茄产量达到10kg/m2（6867kg/亩），黄瓜8.6kg/m2（5733kg/亩），草莓4.4kg/m2（2933kg/亩），网纹甜瓜2.6kg/m2（1733kg/亩），莴苣1.6kg/m2（1067kg/亩）。2、我国无土栽培发展的历史及现状我国无土栽培是从20世纪2030年代开始起步，70年代开始无土栽培应用研究，80年代中期开始列入国家重点攻关项目，全国有30多个单位进行研究。并于1985年在中国农业工程学会下设了无土栽培学组，至1992年每年召开一次年会，1992年年会上改名为“中国农业工程学会设施园艺工程专业委员会”，每两年召开一次年会。研制开发出鲁SC-型、鲁SC-型、改进型水泥砖结构型深液流水培装置、简易NFT、有机生态型基质培、浮板毛管水培和华南深夜培等无土栽培装置，浮板毛管水培技术、有机生态型无土栽培技术、简易NFT技术、引进并广泛应用了岩棉培技术。研究并开发了芦苇、菇渣等有机基质。简化了无土栽培设施和营养液、基质等管理技术，降低了无土栽培的设备投资和生产成本。出版了无土种植法浅说、无土栽培、无土栽培原理与技术等著作。我国无土栽培面积1985年15hm2、1990年7hm2、1995年50hm2、1999年200hm2、2000年500hm2、2002年865hm2、台湾50hm2。番茄、黄瓜年产量1990年9kg/m2（6000kg/亩）、1995年15kg/m2（1万kg/亩）、2000年30gk/m2（2万kg/亩）。第二章 无土栽培类型及设施第一节 无土栽培类型及特点一、无土栽培类型按有无基质可分： 无基质培 水培无土栽培 雾培 喷雾培、半喷雾培 基质培 无机基质培 沙培、珍珠岩培、砾培、岩棉培、陶粒培、熏炭培、塑料泡沫培 有机基质培 草炭培、木屑培、秸秆培、炉渣培、混合基质培、有机生态型无土栽培按设施不同可分：槽培、袋培、立体培、雾培二、水培和雾培及其特点（一）水培水培是指定植后植物的根系直接与营养液接触。根据营养液层的深浅，又可分为深液流水培技术（供氧问题）和浅水培技术。特点是设施、营养液的配方和配置技术、自动化和计算机控制技术都比较完善。存在的问题一次性投资大，生产成本高，管理操作复杂，系统能耗大，营养液为全无机营养对产品有污染，较难生产绿色食品。1、深液流水培技术的几种主要形式深液流法（Deep Flowing Technique,简称DFT）即深液流循环栽培技术。这种栽培方式与营养液膜技术(NFT)差不多，不同之处是流动的营养液层较深，植株大部分根系浸泡在营养液中，其根系的通气靠向营养液中加氧来解决。这种系统的主要优点是营养液定期循环，解决了在停电期间NFT系统不能正常运转的困难。该系统的基本设施包括:营养液栽培槽、贮液池、水泵、营养液自动循环系统及控制系统、植株固定装置等部分。深液流法目前主要在广东省推广面积较大。（1）动态浮根法(Dynamic Root Floating System,简称DRF)动态浮根系统是指栽培作物在栽培床内进行营养液灌溉时，根系随着营养液的液位变化而上下左右波动。灌满8厘米的水层后，由栽培床内的自动排液器，将营养液排出去，使水位降至4厘米的深度。此时上部根系暴露在空气中可以吸氧，下部根系浸在营养液中，不断吸收水分和养料，不怕夏季高温使营养液温度上升。一般1016时之间，每个小时抽气1次，每次15分钟。其余时间，每23小时循环1次，每次15分钟。动态浮根系统的主要结构是: 栽培床 、营养液池、空气混入器、排液器与定时器等。是我国台湾省开发应用的。（2）M式水培 特点是无贮液池，种植槽的营养液通过泵直接循环。种植槽是预先生产定型的泡沫塑料槽，槽内铺垫一层塑料布装营养液，在槽底安装一条开有小孔的供液管，穿过槽底部薄膜按装营养液回流管并与水泵相连，同时在水泵的出口处附近安装一个空气混入器。其水泵开启时，将种植槽内的营养液抽出流经空气混入器中，使营养液中的溶氧量增加，然后再从供液管上的小孔喷射回种植槽中。此方法以栽培叶菜为主。（3）协和式水培 种植槽为塑料拼装式，是拆迁，安装较简单。特点为整个栽培系统分成各个栽培床，每个栽培床分别设置供液、排液装置。通过增大栽培槽面积，扩大贮液容积，采用连续供液法来提高栽培系统的稳定性，栽培结束时种植槽清洗、消毒不方便。此法以栽培果菜为主。协和式水培装置主要包括种植槽、定植板及定植杯、营养液循环系统、营养液自动控制系统四部分组成。（4）日本神园式水培 种植槽为水泥预制件拼装而成，需衬垫一层或两层塑料薄膜，在换茬时更换，便于清洗种植槽。营养液以在种植槽中供液管上加上喷头的喷雾形式提供，使营养液的溶氧量达到较高水平。同时有一层较深的流动营养液。（5）水泥砖结构固定式水培 是一种改进型日本神园式深液流水培具有建造方便、设施耐用、管理简单等特点。目前在我国大面积使用推广。改进型神园式水培装置主要由种植槽、定植板或定植网框、贮液池、营养液循环流动系统四部分（6）新和当量交换式水培 种植槽是由聚苯乙烯泡沫塑料压铸成U形，使用时拼接起来，槽内衬垫塑料薄膜，然后与供液管、水泵连接。栽培槽分A、B两部分，两部分的营养液能在栽培槽之间的连接槽间，依靠安在每个槽上的水泵，相互进行等量交换，从而促进营养液的循环流动，因此整个系统没有设贮液池。这种方式使根系的氧气补给不仅在营养液中进行，而且也在空气中进行。因此该方法更适合果菜类栽培。2、营养液膜技术 (Nutrient Film Technique,简称NFT) 它是一种浅水培技术，为了解决深液流水培技术中生产设施笨重、造价昂贵、供氧不良等问题而设计的。由营养液贮液池、泵、栽培槽、管道系统和调控系统构成。营养液在泵的驱动下从贮液池流出经过根系(0.51.0厘米厚的营养液薄层)，然后又回到贮液池内，形成循环式供液体系。根据栽培需要又可以分为连续性供液和间歇式供液两种类型。连续供液是指一天24h内连需不断的供液，每个25米长的栽培槽的流量大致控制在24L/min的范围内。间歇式供液槽长25米流量为4L/min，槽中铺设无纺布栽培番茄，夏季白天每小时供液15min，停止供液45min,夜间每2h供液15min，停止供液105min，；冬季白天每1.5hn供液一次，停止供液75min，夜间同夏季。间歇式供液可以节约能源，也可以控制植株的生长发育，解决了根系供氧和供液的矛盾，它的特点是在连续供液系统的基础上加一个定时器装置。从NFT原理又派生出不少NFT改良装置，如:水泥固定栽培槽，可移动式塑料槽栽培和A型架管道栽培等等。这些改良后的设施都为工厂化大规模生产提供了便利条件，也给提高单位面积的利用效率，稳产高产提供了可能。NFT系统对速生性叶菜的生产较理想。适当扩宽栽培槽也可以种植番茄、甜瓜等作物。目前江苏、浙江等地推广面积较大。具有设施结构简单，容易建造，较深液流水培技术投资少，便于实现生产自动化。但是技术要求严格，耐用性差、稳定性差、运行费用高。3.其他水培技术以下是在DFT和NFT水培技术基础上改进的方法(1) 浮板毛管法(Floating Capillary Hydroponics简称FCH)浮板毛管法有效地克服了NFT的缺点，根际环境条件稳定，液温变化小，根际供氧充分，不怕因临时停电影响营养液的供给。该系统已在番茄、辣椒、芹菜、生菜等作物上应用，效果良好，并在江、浙一带推广，广东省也有少量应用。浮板毛管水培法由栽培床、贮液池、循环系统和控制系统四部分组成，栽培槽由聚苯乙烯板连接成长槽，一般长150200厘米，宽4050厘米，高10厘米安装在地面同一水平线上(图16-75)。内铺0.8毫米厚的聚乙烯薄膜。营养液深度为36厘米，液面飘浮1.25厘米厚的聚苯乙烯泡沫板，宽度为12厘米，板上覆盖亲水性无纺布（密度50g/m2），两侧延伸入营养液内。通过毛细管作用，使浮板始终保持湿润，作物的气生根生长在无纺布的上下两面。在湿气中吸收氧。秧苗栽在有孔的定植钵中，然后悬挂在栽培床定植板的孔内，正好把行间的浮板夹在中间，根系从育苗孔中伸出时，一部分根就伸到浮板上，产生气生根毛吸收氧，栽培床一端安装进水管，另一端安装排液管，进水管处顶端安装空气混合器，增加营养液的溶氧量，这对刚定植的秧苗很重要，贮液池与排水管相通。营养液的深度是通过排液口的垫板来调节。一般在幼苗刚定植时，栽培床营养液深度为6厘米。育苗钵下半部浸在营养液内，以后随着植株生长，逐渐下降到3厘米左右，这种设施使吸氧和供液矛盾得到协调，设施造价便宜，相当于营养液膜系统三分之一的价钱，适合于经济实力不强的地区应用。（2）深水漂浮法 该系统在温室内，除了两端留出少量的空间作为工作通道及放置移苗、定植的传送装置之外，全部建成一个深约80100厘米的水池，整个水池中放入8090厘米深的营养液。水池底部安装有连接压缩空气泵的出气口和连接浓缩液分配泵的出液口。池中的营养液通过回流管路与另一个水泵连接，通过该水泵进行整个贮液池中营养液的自体循环。栽培床宽410米，数十米长，定植板依靠浮力漂浮在营养液上。主要设施包括栽培床、定植板、营养液循环系统，自动控制系统和营养液消毒装置。优点： 营养液量大，缓冲性好，营养液的营养成分、PH和温度相对稳定。 作物漂浮在营养液表面，操作方便。 换茬迅速，土地利用率高。 可实现自动化控制和周年生产。缺点： 设施投资高。首次使用营养液用量大，运行费用高。 消毒和操作要求严格，一旦发生病害难以控制。 仅适合与种植小株型作物。（二）雾培（spray culture）是指作物的根系悬挂生长在封闭、不透光的容器（槽、箱或床）内，营养液经特殊设备形成雾状，间歇喷到作物根系上，以提供作物生长所需的水分和养分的一类无土栽培技术。又称喷雾培或气雾培。可分为雾培和半雾培两种类型。特点是不使用额外的能源，以雾状营养液同时可满足作物根系对水分、养分和氧气的需要，是无土栽培方式中解决根系水气矛盾的最好方式。养分和水分的利用率高，养分供应快速有效。易于自动化控制、立体栽培，提高空间利用率。但是雾培一次性投资大，设备的可靠性要求高，否则易雾培造成喷头堵塞，喷雾不均，雾滴过大等问题。根系环境变化幅度大，缓冲性很差，要求管理技术较高。一旦发生停电等故障，作物将面临死亡的危险。因此目前尚未用于大规模的商业化生产，相信这是一种先进合理的栽培方式的代表将不断得到完善。最早研制开发于意大利。1、 雾培 雾培是根系完全裸露生长在含有营养液的雾状水汽中。（1）A型雾培 该类型的典型结构是A型栽培框架，作物生长在侧面板上，根系侧垂于A型容器内部，间歇性沐浴在雾状营养液中，若框架侧边与底边的夹角为60，则栽培面积占地面积的2倍，因此土地利用率高。主要设施包括栽培床、喷雾装置、营养液循环系统和自动控制系统，类似的雾培还有梯形雾培。适合种植叶菜及小型果菜、观赏植物。（2）立柱式雾培 作物种植在垂直的柱式容器的四周，根系生长在容器内部，柱顶部有喷雾装置，将雾状营养液喷到根系上，多余的营养液经柱底部的排液管回收循环使用，主要设施有栽培柱，柱体高1.82.0米，直径2535厘米，柱间距80100厘米，有白色不透明硬质塑料制成；喷雾装置，在每根立柱的顶部均有喷嘴，将雾状营养液及空气喷到柱内；还有营养液循环系统和自动控制系统。特点是充分利用空间，节省占地面积。适合种植叶菜及小型果菜、观赏植物。2、半雾培 半雾培是指部分根系浸入营养液中，其余部分根系生长在雾状营养液中。营养液以喷雾的形式喷入栽培床内。当喷液量最大时，每次加液后，栽培床内迅速充满营养液，根系全部或部分浸泡在营养液中，停止喷雾后栽培床内的营养液以一定的速度从床底的排液管流出，根系重新暴露在潮湿的空气中。因秒期间每次加液高度可达定植板下沿，淹没全部根系，每天加液一次。植株长大后液面高度适当降低，只淹没根系下部，每天加液24次，两次加液间隔4h，夜间一般不加液高温时间段安排一次供液。特点是解决了供液和供养的矛盾，节省能源消耗。主要设施有栽培槽，槽宽40厘米，高30厘米；喷雾装置在栽培床内侧壁上部，每隔11.5厘米一个喷嘴；还有营养液和自动控制系统。三、基质培及其特点基质培是植物通过非土壤的固体基质材料固定植物根系，吸附营养液和氧气，通过浇灌营养液或固态肥和浇灌清水，供给作物生育所需的水分和养分的一种无土栽培方式。特点是与水培相比基质培的设施简单，不需要特殊供养设施，成本低。由于基质有缓冲作用，养分、水分、环境变化缓和。栽培技术不复杂，容易掌握。但是需要大量基质材料，对基质的理化性质有一定要求，且基质要进行处理、消毒、更换等作业较费工。但是目前仍是我国大部分地区主要的无土栽培方式。根据基质材料的不同，还可分为无机基质培和有机基质培。（一）无机基质培 无机基质的理化性状稳定，但是几乎没有缓冲作用，自身含养分少，保肥能力差。因此无机基质培必须采取多供营养液的方式来满足作物生长对水肥的需求。这样即浪费又造成产品中硝酸盐过量积累。1.砾培 是无土栽培初期阶段（二战到20世纪60年代）的主要形式。特点是营养液循环使用，水分、养分利用经济，但是砾石运输、清洁、消毒工作繁重，逐步被其他方式取代。然而在火山岩等砾石资源丰富的地区仍然是一种有效简单的方式。砾石培是一个封闭循环系统，以直径3mm的砾石作基质。主要设施有栽培槽、排液装置、贮液罐、水泵、转换式供水阀和管道等组成。按灌液方式可分为两种系统。美国系统的特点是营养液从底部进入栽培槽，再回流到贮液罐中，营养液在一个封闭系统内通过电泵强制循环供液。荷兰系统采用营养液悬空落入栽培槽，在栽培槽末端底部设有营养液流出口，直径为注入管口径的一半，整个循环系统形成一个节流状态。经流出口流入贮液罐的营养液与注入口一样悬空自由落入，使营养液溶氧量提高。营养液用电泵打入注入口循环使用。一般比较标准的砾石（容重在1.5%cm3左右，总空隙度在40%，持水率在7%左右），白天每隔34h灌排液1次。如果基质总空隙度在50%左右，持水率在13%左右时，则可每隔56h灌排液一次。定植初期允许灌入营养液后保留12h后排出，利于缓苗。2.砂培 1969年由美国开发的使用砂子作为基质的一种开放式无土栽培系统。可以看作是砾培的一种，但是沙子粒径比砾石小，且保水性比砾培高。砂培系统的特征是沙粒基质保湿能力强，既能满足作物生长需要，又能很好的排水。但是如果砂子粒径过小，湿度过大，在营养液不能循环流动时，导致溶氧量减少，通气不良。沙漠和半沙漠地区砂子资源及其丰富、不需从外地运入，价格低廉，砂子不需每隔12年进行一次更换。因此，砂培适于沙漠和半沙漠地区进行无土栽培生产。砂培的主要设施有栽培槽，固定式栽培槽为V字形或倒V字形槽，用砖和水泥砌成，底部有1:400的坡降以利于排水，排液管设置在槽的底部最低处。全地面砂培床是在整个温室地面上全部铺上30厘米的砂子，做成栽培床，床底做成1:200 的坡降底部谱两层黑色聚乙烯薄膜，薄膜上按1.52.0米间隔，平行排列排液管排液管孔朝下，排出的营养液流到室外的贮液池中；供液系统为滴灌系统。每天滴灌25次，每周应对排出液中的盐总量测定2次（电导率仪），如盐总量超过2000mg/L时，应该用清水灌溉数天，直至排出液盐浓度低于颖浓度后重新灌溉营养液。3.岩棉培 是将岩棉切成块状，用塑料薄膜包成一枕头袋块状，成为岩棉种植垫。定植时将岩棉种植垫的上面薄膜开一个小圆孔，将带有小苗的岩棉块放在圆孔上，在定植的岩棉快上插入供给营养液的滴头管滴入营养液，根系扎入岩棉中吸收水分和养分。根据供液方式不同可分为开放式岩棉培和循环式岩棉培。开放式岩棉培的特点是营养液不循环利用。通过滴灌滴入的营养液，多余的部分，从岩棉种植垫的底部流出排出室外。优点是设施结构简单，施工容易。造价底，管理方便，不会因营养液循环导致病害蔓延。缺点是营养液消耗较多，排出室外弃之不用会造成环境污染（使环境氮磷富营养化）。循环式岩棉培的营养液通过回流管回流到地下贮液池内，循环使用。不会造成营养液浪费和环境污染。但循环式岩棉培设计复杂，基本建设投资较大，容易传播根际病害。主要设施有栽培床、供液装置、排液装置（循环供液不需要）开放式岩棉培的栽培床是做成高畦。番茄畦高10厘米，畦宽1.5米，大行距80厘米，小行距70厘米，小行距在畦沟之间处。地面平整，有1:100的坡降，用乳白色的薄膜将地面全部盖住。岩棉种植垫（宽30厘米、高10厘米、长90厘米）排列在畦面上两行，畦沟在畦中间，放置滴灌毛管和排出多于的营养液，步道在畦面上。冬季在岩棉种植垫的底部放置加温管道，且用黑色薄膜将岩棉种植垫及沟盖住，以利于吸热、增温。封闭式岩棉培的栽培床用木板或硬泡沫塑料板在地面上筑成畦框，高15厘米，宽32厘米，长2030厘米，框内地面做成一条沟，沟按1:200坡降向集液池方向倾斜整个地面要压实，铺入乳白色塑料薄膜，紧贴地面及沟底。购中安置一条直径为2厘米的硬质聚氯乙烯排水管，并将其接到畦外的集液池中。沟两侧各案一条高5厘米、宽5厘米、长91厘米的硬泡沫塑料条块，支撑岩棉种植垫，防止营养液滞留时浸到垫底。岩棉种植垫宽30厘米，长91厘米，高10厘米，用无纺布包住底部和两侧以防根系伸到沟中。将岩棉种植垫一个接一个排满畦。其他与开放式岩棉培相同。供液装置采用滴灌系统供液，有贮液池、定量泵、管路。封闭式岩棉培没有排液装置。开放式岩棉培的排液装置是将多余的营养液流入畦沟，集中流入排液沟中，流入集液池中。采用24h内间歇供液法。每株每小时滴灌2L营养液的速度滴液，滴1小时即停止滴液。待滴入的营养液都返回集液池，并抽上供液池后，又重新滴液。每周取岩棉种植垫底部流出的营养液测定23次，如电导率超过3.5mS/cm时停止供液，滴灌清水，洗去多余的盐，当流出的营养液电导率降至接近清水时重新灌溉营养液。为了防止植株缺乏营养，可滴灌1/2或1/4原用浓度的营养液，当流出的营养液电导率与稀营养液接近时，重新滴灌原用营养液。（二）有机基质培利用草炭及农业废弃物等经过处理作为基质的无土栽培方法。因其本身含有大量的营养元素，可以简化营养液配方，降低成本。同时有机基质多数具有保肥、保水能力，缓冲能力强，可见少化肥用量，减少肥料成本且减少产品的污染。因此栽培设施简单，投资较少，管理方便，产品容易符合无公害的要求。有机基质的种类较多，如草炭，秸秆、酒糟、木屑等，其理化性状各有千秋，一般采用混合基质，以弥补各自的缺陷达到互补作用。有机基质培的设施由贮液池、栽培床、加液系统、排液循环系统组成。栽培床有槽式、袋式栽培床。栽培槽可由水泥、砖、聚苯板、玻璃钢、银灰色塑料薄膜等材料制成。栽培袋有开口筒式和枕式两种，用聚乙烯黑色或黑白双面膜制成。加液系统采用滴灌或喷灌，营养液由泵从贮液池中抽出，经过滤器，进入滴灌或喷灌软管进入栽培床，被作物吸收，剩余的营养液渗入渗液层，进入排液沟流回贮液池再循环利用，开放式系统中营养液不循环利用。（三）基质立体栽培是基质培的一种形式，主要设施有贮液池、栽培立柱、加液及排液系统。主要是栽培床改为栽培立柱，其他设施与基质培相同。栽培立柱有柱状、长袋状、梅花瓣状栽培钵等形式。栽培柱用石棉水泥管或硬质塑料管制成，立在温室中，在栽培柱的四周按螺旋位置开孔，植物种植在孔中；栽培长袋训练有素直径15厘米、后0.15毫米的聚乙烯筒膜制成长度一般为2米，低端扎紧装入基质，上端扎紧悬挂在温室中，袋四周开孔孔径2.55.厘米种植作物。栽培钵为六瓣体塑料钵，高20厘米、直径20厘米、瓣间距10厘米。栽培钵装入基质，错开花瓣位置叠放成立柱，花瓣处定植作物。栽培柱行间距80120厘米。加液及排液装置由滴灌系统组成。（四）有机生态型无土栽培有机生态型无土栽培是有机基质无土栽培的一种，但是有不同，他不用传统的营养液灌溉作物，而是使用各种有机肥的固态形态直接混施于基质中，并直接灌溉清水的一种无土栽培技术。其特点是 操作管理简单 免除了营养液配制操作的麻烦，避免了由于供液量不适造成的营养不良症，简化了供液程序。 营养充足，全面，缓冲能力强 降低一次性成本 取消了营养液配制设备、测试系统、定时器、循环系统等设备。 节省生产费用 与使用营养液相比，有机生态型无土栽培主要使用消毒有机固态肥，肥料成本降低6080%。 对产品及环境无污染 采用消毒有机固态肥，不会产生过多的硝酸盐等有害无机盐及其他有害化学物质，系统排出液中硝酸盐含量只有14mg/L，因此对环境无污染，产品可达到绿色食品标准。有机生态型无土栽培的设施与其他基质培的设施相同。主要有栽培槽、滴灌系统、贮液池。但是基质和营养管理、水分管理不同。基质采用消毒鸡粪、草炭、炉渣等混合基质。生产番茄一茬1m3基质中应含有氮（N）1.52.0公斤，磷（P2O5）0.50.8公斤，钾（K2O）0.82.4公斤。分基肥和追肥分次施入，基肥与追肥的比例为1:3至6:4，每次1m3基质追肥量氮（N）80150g，磷（P2O5）3050g，钾（K2O）50180g，分次追肥。定植前在基质内混入基肥，定植后20天内不追肥，只浇清水，以后每隔1015天追肥一次，均匀撒施在离根5厘米以外的周围。定植前将基质浇清水达到湿润，定植时将基质浇透。每天灌水13次保持基质含水量6085%，冬季隔一天灌水一次。第二节 无土栽培的必要设备一、水培的必要设备1.栽培槽 一般为水泥砖结构、聚苯板、硬质塑料板、木板、金属板等材料制成。长方形、三角形、U形。栽培槽要求防渗漏、防止水泥影响营养液的pH值，因此可以在槽内铺入塑料薄膜。要有一定坡降，以利于营养液循环流动。槽宽窄应根据栽培作物的行距大小要求而定，果菜一槽种植一行或两行，槽与槽之间留有步道，槽宽加步道与行距相等（80150厘米），槽深多为1520厘米，槽长不宜过长（1040米）否则营养液循环不畅，造成供氧不良。叶菜一槽种植多行，槽宽可达80150厘米。槽高的一端留有营养液注入口，另一端留有排液口。2.贮液池应在整个系统的最低处，即避光又能保持营养液相对恒温。一般建在地下，修建一水泥池，形状长方形或圆形，倾斜式底部为适用。内壁四周图一层防水树脂，避免营养液渗漏。也可在地下挖一个坑，铺入聚乙烯塑料薄膜。贮液池上沿高出地面1020厘米，池上加盖，避光，防雨，防杂物落入，防止藻类植物滋生，污染营养液，堵塞循环管道，传播病虫害。贮液池的容量越大，营养液的pH值、电导度变化越小。按每个植株占液量推算，如果大型的番茄、黄瓜等每株需1520L，小型的叶菜每株需3L左右营养液，按1/2量营养液存于栽培槽中，1/2存于贮液池中，一般1000m2的温室需建30m3左右的贮液池。NFT系统一公顷温室需要键1015m3的贮液池。NFT系统在贮液池上方还有浓营养液罐、酸碱罐和注入泵，靠注入泵注入贮液池中，受控制仪（pH仪、电导仪等）指挥，当贮液池中的营养液少到一定时它接收感应器输出信号，把酸和浓营养液注入贮液池中，达到预定标准时停止注入。3.营养液循环系统水泵 应选用耐腐蚀、无毒的，功率应根据温室大小及营养液流量大小而定。一般10002000m2的温室选用一台2550mm、功率1.5KW自吸式水泵或潜水泵。大型系统应采用离心泵。供液管道 可分为主管道、支管道和毛管，与栽培槽最高端供液口连接供液。全部采用耐腐蚀、无毒材料，一般为聚乙烯塑料管道，管径粗细适宜并通过流量调节阀门控制流量。应避光防止管道老化、堵塞。有的系统在供液管道上安装空气混合器，给营养液加氧。回流管道 要求耐腐蚀、无毒。与栽培槽最低端排液口连接，回流管道管径要足够大，确保营养液快速排到贮液池中。也分为主管、支管和毛管。有的系统的回流管口架高在贮液池上方，将回流的营养液从高处落下，利用回流落差使注入的营养液溅起的水泡给营养液加氧。应避光防止管道老化、堵塞。4、pH控制仪 NFT系统还安装pH控制仪，当营养液的pH上升到一定指标时感应器就会发出信号，控制器就会让泵注入酸调节。pH控制仪可监控每天的pH值变化，避免pH变化激烈超出正常范围。5、电导仪NFT系统还装有电导仪，电导仪感应电池放在塑料壳里的碳电极，把它悬挂并部分浸入营养液中，也可放在循环泵供液管道上，营养液流到栽培槽之前流经感应电池，当营养液电导率超出适宜范围时，指令注入泵加入浓营养液及水调节，使营养液浓度恢复到预定水平。二、基质培的必要设施1.栽培槽及栽培袋 与水培的栽培槽的规格及制作材料相同。一般槽宽2436厘米，高15厘米栽一行，如槽宽72厘米栽培两行。栽培袋用厚度0.070.08mm，折径3035厘米的乳白色或黑白双面聚乙烯膜筒制成，白色作袋面。开口筒式栽培袋是将筒膜剪成35厘米长，一端封严，每袋装基质1015L，栽一株果菜。枕式栽培袋是将膜筒剪成70厘米长，先将一端封严，从另一端装入基质2030L，再将另一端封严，定植时在袋上开两个直径10厘米的定植孔，两个孔中心距离为40厘米，栽2株果菜。袋底部或两侧应该扎23个直径0.51.0厘米的小孔，以便排出多于的营养液，防止沤根。2.贮液池及贮液罐贮液池与水培相同，需要水泵。贮液罐必须耐腐蚀，一般架高放置，使营养液靠重力流入滴灌管。3.滴灌系统可以是滴灌、软管灌。第三章 无土栽培原理第一节 固体基质一、 固体基质的种类按基质的组分来分类可分为：无机基质 砂子、砾石、珍珠岩、蛭石、岩棉、矿棉、陶粒、聚乙烯、聚丙烯、酚类树脂、尿醛泡沫塑料、炉渣有机基质 草炭、泥炭、木屑、秸秆、稻壳、树皮、棉籽壳、蔗渣、椰糠二、固体基质的作用1.支持固定植物2.保持水分3.保持和提供营养4.提供氧气5.缓冲作用三、对固体基质的要求植物的根系直接与基质接触，因此基质的理化性质对根系的吸水、吸肥，呼吸等生理活动影响很大。（一）理想基质应具备的条件1.适于种植多种植物，适于植物各个生长阶段的生育。2.容重轻，便于搬运。3.总孔隙度大，达到饱和吸水量后，尚能保持大量通气孔隙，有利于植物根系的贯通和扩展。4.吸水率大，持水力强，减少浇水次数；同时，多余的水分容易排除，不易发生湿害。5.具有一定的弹性和伸长性，对根系的固定性好又不妨碍根系生长。6.浇水少时不易断裂而伤根，浇水多时不粘妨碍根系呼吸。7.绝热性好，基质温度稳定不伤根8.基质不带病、虫、草害9.不会因高温、冷冻、化学药剂处理而发生变形变质，便于重复使用时基质消毒。10.基质具有一定的肥力，对养分的供给和pH值有一定缓冲能力，又不会对营养液和pH有干扰。11.pH值易调节。12.不污染环境。（二）基质的物理特性1.容重 是以基质干重/基质体积来表示（g/cm3）容重主要受基质密度（质地）和颗粒大小的影响，反映了基质的疏松程度。容重过大，总孔隙度小，基质紧实。这种基质透水、透气性差，影响根系生长，栽培效果差，操作管理难。容重过小，总孔隙度大，基质疏松，通气性好，但是基质易干，需经常浇水，管理麻烦，基质易漂浮，根系固定不好。一般基质容重以0.10.8g/cm3为好。实际上对于容重小而吸水多的基质，湿容重更能说明问题。2.总孔隙度 指基质中持水空隙和通气空隙的总和占基质体积的百分数 总孔隙度=(1-容重/比重)100孔隙度大基质疏松，容纳的空气与水的量大，有利于根系生长，但对根系的固定和支撑差。反之孔隙度小，基质紧实，气水容纳量较少，不利于根系伸展，需频繁供液。大空隙占5%以下属低孔隙度，占530%属中等孔隙度，大于30%属高孔隙度。高孔隙度的基质持水量低，容易干燥。一般总孔隙度在5496%较适宜。3.气水比（大小空孔隙比） 是指在一定时间内，基质中容纳气、水的相对比值，通常以基质的大孔隙和小孔隙之比来表示，并以大孔隙值作为1。大空隙是指基质中空气占据的空间，即通气孔隙，孔隙直径0.1mm以上；小孔隙是指基质中水分占据的空间，即持水孔隙，孔隙直径在0.0010.1mm范围内（毛管水）。用下式表示：大小孔隙比=通气孔隙（%）/持水空隙（%）总孔隙度只能反映在基质中空气和水分能容纳的空间总和，不能反映基质中空气和水分各自能容纳的空间。而大小孔隙比能够反映出基质中气与水之间的状况，是衡量基质优劣的重要指标，与总孔隙度一起可全面的表明基质中气和水的状态。如果大小孔隙比大，说明空气容量大而持水容量小，即贮水力弱而空气容量大；反之，如果大小孔隙比小，则空气容量小而持水量大。一般基质的气水比在124范围内为宜，此时基质持水量大，通气性好。如果用孔隙度衡量就是总孔隙度中同时能够提供20%的大孔隙和2030%的小空隙。4.颗粒大小（粒径） 是指基质颗粒的直径大小，用毫米表示。基质颗粒大小直接影响基质的容重、总孔隙度和大小孔隙比。基质颗粒越小容重越大、总孔隙度越小，大小孔隙比越小；反之亦然。一般基质颗粒可分五级：无机基质惰性基质营养液。高位草炭的盐基代换量为140160me/100g、中位草炭的盐基代换量为7080me/100g、蛭石的盐基代换量为100150me/100g、树皮的盐基代换量为7080me/100g，砂、砾、岩棉等惰性基质的盐基代换量为0.11.0me/100g。盆栽时基质的盐基交换量在10100me/100cm3比较适宜。3.基质的电导率（EC） 表示基质中已经电离盐类的溶液浓度。一般用毫西门子/厘米（mS/cm）表示。反映基质中原来带有的可溶性盐分的多少，直接影响营养液的平衡，一般不宜超过1000mg/kg，最好500mg/kg。基质中含有一定的盐分可为植物提供一定的营养，但是电导率过高会影响营养液的平衡，且造成盐害。一般花卉栽培基质的电导率小于0.370.5 mS/cm时（相当于自来水）必须施肥，电导率达到1.32.75 mS/cm时一般不用施肥，栽培蔬菜作物时基质的电导率应大于1 mS/cm。4.基质的化学成分及稳定性 基质的化学物质的种类、含量，及发生化学变化的难易程度，直接影响营养液的平衡，同时也为植物提供养分。在无土栽培中要求基质有很强的化学稳定性，不含有毒物质，以减少营养液受干扰的机会，保持营养液的化学平衡。表3 几种基质的营养元素含量基质种类全氮（%）全磷（%）速效磷mg/L速效钾mg/L代换钙mg/L代换鎂mg/L速效铜mg/L速效锌mg/L速效铁mg/L速效硼mg/L菜田土0.1060.07750.0120.5324.7330.05.7811.2328.220.425炉渣0.1830.03323.0203.99247.5200.04.0066.4214.4420.3蛭石0.0110.0633.0501.62560.5474.01.954.009.651.063珍珠岩0.0050.0822.5162.2694.565.03.5018.195.68岩棉0.0840.2281.338*棉籽壳2.202.260.17*炭化稻壳0.540.04966.06625884.5175.01.3631.304.581.29玉米芯菇渣1.890.1370.77*5.37*0.528*河砂0.0199.2307*727*318*玉米秸0.846771.43*0.494*0.289*麦秸0.446861.28*0.309*922*杨树木屑0.212260.27*0.689*666*注：*为百分数（%）5.基质的碳氮比 碳氮比高的基质由于微生物的活动对氮的争夺，会导致植物缺氮。C/N值在200:1500:1属中等，小于200:1属低等，大于500:1属高等，一般基质栽培要求碳氮比宜低，不宜高，通常碳氮比在30:1左右较为适宜。表4 基质的化学特性基质种类PHCEC（me/100g）EC（mS/cm）C/N砂子6.57.8炉渣6.8水洗蛭石6.59珍珠岩6.06.3岩棉6.38.3低草炭36.5棉籽饼菇渣6.4木屑6.2炭化稻壳6.5泡沫塑料砾石膨胀陶粒4.99蔗渣树皮4.24.5松树针叶四、几种固体基质的特性（一）无机基质1.岩棉 白色或浅绿色。容重为0.060.11g/cm3，总孔隙度96100%，大孔隙为64.3%，小空隙为35.7%，气水比1:0.55，吸水力强，pH值为6.08.3,碳氮比和盐基代换量低，属惰性基质。因此，岩棉体轻，易般运；理化性状稳定；高温