歐美國家基質產業發展歷程與我國創新發展對策

孟憲民（東北師范大學泥炭沼澤研究所，長春 130024）

基質是采用多種有機、無機物料按一定工藝和配方調制出的，可為種子萌發和植物生長提供優良水、肥、氣、熱條件的人工土壤[1]。基質產業是由原輔料生產供應、機械設備制造安裝、基質產品調制生產、產品標準編制檢測、市場開發推廣、行業政策管理等既相互聯系又彼此分工的業態總稱[2]。基質產品面向種苗生產、無土栽培、海綿城市建設、家庭綠色種植等新興綠色領域。基質產業在中國方興未艾、蒸蒸日上，增長潛力巨大。研究歐美基質產業發展歷史，對照我國基質產業發展現狀，提出彎道超車、創新發展的措施和對策，對促進中國基質產業健康快速發展，推動中國農業綠色發展和農業產業結構調整，都具有重要的現實和長遠意義。

歐美基質產業興起與發展

在園藝產業發展初期，植物只能種植在原位土壤中。隨著技術進步，園藝工作者開始使用容器種植植物，為降低勞動強度，容器中土壤的重量必須顯著降低。由于用無機土壤在容器中栽培植物的效果明顯不如大田原位土壤，園藝工作者不得不尋找輕質、均質、肥沃的種植基材。經過長時間試驗探索發現，在盆缽土壤中加入一定比例枯枝落葉腐解物、松針或泥炭等有機物后，植物長勢有了明顯改善。19世紀末期，法國開始采用上述有機物料混配礦質土壤進行盆缽植物栽培。20世紀初期，歐洲泥炭生產商開始利用泥炭制備栽培基質，開發出了第一代無土栽培基質。20世紀20～30年代，美國進行了泥炭配加河沙制備混合基質的試驗研究，但后期一直沒有商業化生產。1939年，英國John Inne Compost 公司開發了第一個堆肥、泥炭和沙為主要原料的栽培基質。1948年，德國Einheitserde公司開發了泥炭、黏土栽培基質。與此同時，美國土壤科學家開發了用泥炭加蛭石，或泥炭加珍珠巖為原料的康奈爾基質，并實現了工業化生產。1950年，愛爾蘭推出了全系混合基質和盆缽基質。研究試驗結果證實，在泥炭中添加適量石灰調節酸度，向泥炭中補充適量肥料，都可以明顯改善植物生長質量。基質中泥炭用量越高，使用效果越好，從此泥炭逐漸在基質中占據主導地位。1950～1960年，德國Pennings 教授和芬蘭Puustjarvi教授先后研發了以泥炭為唯一原料的專業基質，從此開啟了歐美專業基質工業化生產新時代，德國和荷蘭的相關研究站、研究所、基質生產商和用戶也大量投入到基質開發潮流中來，工業化、商品化、規范化的專業基質逐漸替代了用戶自配自用基質[3]。2000年后，基質生產進入計算機控制的商品化生產階段，特別是隨著灌溉技術和施肥技術不斷進步，泥炭基質越來越廣泛地應用于園藝栽培，對增加作物產量，改善產品品質，提高企業經濟效益，占領國際市場發揮了重要作用。在現代自動控制滴灌、滲灌技術支持下，逐漸形成了種植槽基質栽培、種植板基質栽培、栽培袋基質栽培、栽培管淺液流栽培、懸空基質水培等一些新模式和新業態，并取得了顯著經濟效益、社會效益和環境效益[4]。

隨著基質應用領域不斷擴大，應用數量不斷增長，基質研究和生產企業手中積累了數百個配方。為了不斷降低基質生產成本，控制基質產品質量，減少土傳性病蟲害傳播，歐洲編制了第一個栽培基質標準。在荷蘭園藝產業中，泥炭始終發揮主導作用。泥炭最初用于蔬菜育苗，1950年開始使用泥炭、堆肥與農肥混合制成栽培基質種植蔬菜。20世紀初，荷蘭僅有400 hm2玻璃溫室，到1940年上升到3000 hm2。到2015年智能溫室面積已經超過了10000 hm2。荷蘭最初向德國和英國大量出口蔬菜和花卉，2000年開始成為全球蔬菜和花卉供應商，這一絕對優勢的取得與泥炭基質的廣泛應用有直接關系。1970年，荷蘭出現了大量專業化栽培基質公司，從種苗培育到基質栽培，從溫室蔬菜花卉栽培，到屋頂綠化、立體綠化和家庭種植，基質產品已經滲透到人類生產生活的方方面面。近年來，由物聯網、大數據、環境智能控制的現代化連棟智能溫室發展快速，高質量、個性化、專業化基質需求進一步增長，荷蘭已經成為歐美國家現代農業和工廠化基質栽培的典范。由于泥炭基質產銷運量巨大，荷蘭還建立了世界第一個泥炭港口，泥炭基質產業對現代工廠化農業發展發揮了巨大作用。

表1 歐美國家基質制備技術發展階段

歐美國家基質制備技術發展階段

從研制開發基質，到基質成為現代園藝和家庭種植不可缺少的生產資料，專業基質制備技術已經經歷了4個發展階段[5]，不同發展階段有不同原料來源，不同技術突破，面臨不同市場需求，表現出不同產業發展特征。基質制備技術的不斷進步，帶動和促進了現代園藝的發展和騰飛。

歐美國家專業基質制備技術發展過程可以概況為4個基本階段（表1）。第一階段是1950年以前，主要開發生產第一代配合基質，基質主要通過幾種原料按比例混配制成，因此也成為配合基質階段；第二階段發生在1950～1975年，基質制備技術達到了標準化階段。基質生產原料按照一定工業標準處理，產品配方按專業配方配合，產品按統一標準方法檢測，這一階段也成為標準化階段；第三階段主要發生在1975～2000年，這一階段在對基質制備原理深入研究的基礎上，采用粒徑分選、顆粒組配的工藝技術，根據用戶對基質的水氣構型需求而制備的定制基質，因此可以最大限度滿足用戶專業化、個性化需求，這一階段也成為定制基質階段；第四階段起始于2000年，基質制備技術已經發展到第四代，新一代基質是在定制基質基礎上，深入研究基質微生物學、物理學、化學性質相互作用，在全面滿足種子萌發和植物生長對根際物理、化學環境需求的基礎上，在定制基質中添加了適量生物制劑和控病制劑，實現對病蟲草害的有效控制，因此也稱為功能基質[6-7]。功能基質對用戶來說，已經成為讓用戶一包基質在手，效果安全無憂的傻瓜基質。

20世紀90年代，中國從美國引進煙草漂浮育苗時，基質才第一次出現在國人面前。由于美方基質制備技術轉讓價格太高，有關部門決定自行研發，并將研制任務下達給云南省大理州農業科學研究所，由該所研究員單沛祥牽頭完成，并最終取得成功，中國第一個專業基質在全國煙草漂浮育苗中得到推廣應用，受到廣泛歡迎。20世紀90年代末期，東北師范大學泥炭研究所在國家“九五”科技攻關項目支持下，以國產草本泥炭為原料研制開發了固型基質，實現了產業化生產，帶動數十家中小企業生產銷售一體化育苗營養基，在國內尚無商品化、專業化散裝基質情況下，一體化育苗營養基成為新世紀初年蔬菜、瓜果育苗必備資材。進入2010年以來，基質市場需求不斷擴大，國外基質產品不斷引入，國產基質生產企業逐漸增多，專業基質制備技術受到了關注，中國基質產業已經到了蓬勃發展的有利時機。

中國基質產業重點發展領域

由于中國基質產業起步較晚，資源原料受限，配方工藝落后，專業設備短缺，行業標準缺失，管理政策制約，與歐美國家基質制備技術相比，中國基質制備技術既沒有達到按標準處理原料，按標準生產產品，標準和檢測手段齊全的標準化基質階段，也沒有裝備齒輪篩，實行粒度分選、顆粒組配工藝，不可能實現定制基質生產，更無法達到添加生物學制劑，實現專業基質的營養、防病一體化。所以從總體上看，中國基質制備技術仍停留在歐美基質制備技術的初級階段，整整落后3個時代。但是，作為基質產業后發國家，中國沒有必要重復歐美國家基質產業發展的老路，而應該高起點、高標準，彎道超車、創新發展，跨越歐美國家基質制備技術發展的配合基質、標準化基質和定制基質發展階段，直接進入功能基質的發展競爭中，加速推動中國基質產業技術進步，提高基質產品國際競爭力，帶動中國現代農業和環境修復事業快速發展。

基質生產專用和成套設備開發

中外基質制備技術差距首先體現在基質制備專業和成套設備上。基質制備專用和成套設備決定著基質制備工藝，控制著基質質量，也是提高基質產量、節省勞動用工、降低基質成本的重要手段。目前國內現有基質生產設備落后，工藝簡單，缺少齒輪篩的關鍵設備，無法實現粒度分選、顆粒組配的定制基質制備需要。此外，國內現有基質配料大多采用重量計量方式。由于基質原料水分變化較大，采用重量計量方式會出現同樣原料、同樣配比，因含水量不同而造成的計量誤差，直接影響到基質質量。國內現有基質混合方式主要采用絞龍混合方式，對原料纖維破壞嚴重，不利于基質理想水氣構型形成。國內現有基質包裝機械粗放簡單，既不利于樹立高品質產品形象，也不利于保障儲運過程中的基質穩定。由于基質包裝設備綜合運用光、電、氣動、液壓、機械等復雜手段，技術復雜，短時間突破難度很大。建議在基質機械設備方面，廣泛吸收借鑒國外先進基質生產設備理念，攻克原料粒度分選設備技術難關，研制開發國產齒輪篩，選型開發容積計量配料系統，選購進口包裝系統，構建適合中國國情的定制基質全自動流水生產線，以降低基質生產設備成本，提高產品產量，保證產品質量，為我國基質產業的規模化、標準化、自動化生產提供設備保障。

專業基質配方與調制技術

中外基質產品技術差異在于國內采用比例配合法，而國外采用粒徑組配法。從而導致國產基質因不分析基質原料的粒度分布，對基質的水氣構型不能實現主動控制，而國外產品是在粒徑分選基礎上根據作物根系需求，將不同粒徑的原料按不同比例配合而成，可以主動控制水氣構型，實現基質使用效果和質量控制的有效化[8]。目前歐美基質原料粒徑分選精度已經達到5 mm級，而中國作為基質產業后發國家，可以通過將基質原料粒徑分選精度縮小到4 mm，從而進一步提高對水氣構型主動控制的精確程度，提高基質產品的使用效果和質量穩定水平，提高國產基質的產品技術含量和市場競爭力，取得自主知識產權。在產品方向上，要充分利用草本泥炭和蘚類泥炭的質量差異，堅持以國產原料開發種苗基質，以進口原料開發栽培基質，充分發揮不同原料技術優勢，最大限度減少2種原料直接市場競爭。栽培基質開發要充分利用各種技術手段，引進各種優質原輔料，進行高端、長效、防病、綠色基質的研制開發，不斷提高基質產品技術附加值，提高行業經營效益。國內基質制備中很少使用潤濕劑，經常會造成用戶使用時吸水緩慢、保水不強的情況，容易造成育苗事故。在基質中添加必要的黏土礦物，可以提高基質的緩沖和保肥性能，降低養分流失，改善基質使用效果，避免怕燒苗而不敢添加肥料，造成用戶使用時的追肥麻煩。可以通過配加多元有機無機復合營養元素和經過緩釋處理的長效肥料，構成大量元素和微量元素結合、長效速效結合的營養載體。通過補充骨化顆粒材料，建造出能長期結構穩定的專業基質構型。歐洲木纖維是新型優質基質材料，對創造基質結構，提高基質水氣比例具有顯著效果，也是進行基質配方調制的有效材料。

基質原輔料的引進利用

中國泥炭總量不足，品種稀缺，加上受泥炭限采影響，多數人認為以泥炭為基質原料不可持續，所以大部分人從事農林廢棄物基質化利用研究，影響了泥炭這樣優質原料在基質中的廣泛應用。實際上全球泥炭地總面積400萬km2，進入商業化開采不到1%。全球泥炭產能1億m3，但歐美園藝泥炭需求飽和，能源泥炭需求不斷下降，急于尋找大型新興市場，釋放產能，保證泥炭開采產業正常運轉。位于絲綢之路經濟帶西端的波羅的海和斯堪的納維亞半島、俄羅斯、加拿大是世界最大蘚類泥炭蘊藏區，絲綢之路的東端是現代農業和環境修復正在興起的巨大市場，21世紀海上絲綢之路的印度次大陸、東南亞島國是世界木本泥炭和椰糠主產區，價格低廉，質量上乘。從全球配置泥炭資源，采取資金技術走出去，資源利潤帶回來的泥炭產業國際化戰略，泥炭和椰糠的大規模引進不僅可以平衡中外貿易和運輸，為中歐班列回程提供充足貨源，還可以推動沿線國家泥炭產業要素自由流動、資源高效配置和市場深度融合，開展全產業鏈高水平、深層次的泥炭產業合作。同時，還可以利用“一帶一路”平臺，共同打造沿線國家開放、包容、均衡、普惠的區域農業合作新架構，為沿線國家現代農業和環境修復服務，推進中國農業向全球產業價值鏈中高端邁進，不斷強化中國農業對全球和沿線國家主導性影響，為中國與沿線各國共同打造政治互信、經濟融合、文化包容、安全互助的利益共同體、責任共同體和命運共同體，為中國繼續抓住用好重要戰略機遇期提供重要戰略支撐。

產品標準與檢驗方法

標準是基質產業發展的基礎和規則。基質產業要健康快速發展，就必須加強標準化建設，為基質產業提供準繩和標桿，規范行業經營秩序。要發揮大專院校、科研院所和基質企業在基質標準制定中的重要作用，協同推進產品研發和標準制定，加快中國基質標準化進程。針對中國基質標準領域技術薄弱，欠賬太多，而國外基質標準和檢驗方法齊全的現狀，應該先通過等同采用、修改采用相關國際標準和區域標準方式，修訂改編為行業或國家標準，以加快標準編制速度，提高產品質量管理水平，掌握行業標準主動權。歐盟標準化管理委員會基質標準編制的理論深厚，數據扎實，采標量高[8-9]。中國可以通過等同采用、修改采用相關國際標準，升級地方和行業標準等方式，提高標準制定速度，提高產品管理水平，掌握行業標準管理主動權。隨后在根據行業發展需要，陸續編制制定相關產品標準和工作標準（表2）。

表2 歐盟主要基質檢測方法標準[10-11]

智能基質生產線前瞻

隨著基質制備技術不斷升級和對基質質量控制水平的提高，基質企業之間的競爭就從產品競爭擴展到產業鏈的競爭。一個優秀的基質企業應該利用物聯網、大數據、云計算和互聯網串起的基質產業鏈條，結合“產前、產中、產后”的全方位產業鏈，建立一個完整的基質產業生態圈，讓信息、技術、金融、物流等先進要素滲透到配方招標、原料供應、倉儲標識、基質生產、包裝標記、產品配送、農技服務、產品保險等各個環節，將互聯網屬性、功能基質生態環節進行全系統的融合，從而對基質生態進行重新構建，讓更多的用戶享受到“互聯網+基質”時代的紅利，利用Qi的技術、渠道、品牌的優勢，將各個產業鏈上的剩余價值挖掘出來，實現共贏與發展。未來基質產業的核心競爭力包括：①滿足定制化生產的機器設備；②能夠使這種機器自我完善的管理系統；③檢測并追蹤這些數據，然后歸納分析，掌握市場脈搏。正因為基質生產的個性化和定制化，生產線上的在線監測點可能達數十個，每天采集數據超過500萬個。通過大數據和云計算，基質4.0能將一個用戶的種植規模、種植品種、種植時期、種植習慣、當地氣候、水質環境、市場需求記錄分析，掌握用戶喜好，即時給出針對性、個性化的產品和服務。一旦用戶登錄APP，基質生產企業立刻就能了解用戶需求，并根據用戶的背景資料提出建議和服務。比如用戶所在區域水質礦化度偏高，系統會建議用戶選擇CEC容量較高的基質產品，用戶冬季育苗采購基質，系統會建議提供顆粒偏粗、孔隙度偏大的基質產品，征得用戶同意后，進入產品排產階段。產品生產完畢之后，基質生產企業會根據用戶大數據篩選最佳運輸方式，用最便捷最低廉的價格將產品運送到用戶手中。這瞬息萬變的情況在物流市場中尤為重要，而只有在精益生產、即時管理的條件下才能準備把握物流信息，匹配最方便最低廉的運輸方式。

基質產業是一個市場廣闊的新興產業。基質產業知識技術密集，資源綠色安全，資金物流橫跨境內外，成長潛力大，綜合效益好，對中國社會經濟全局和長遠發展具有重要的引領作用。努力學習歐美國家先進基質理念、技術裝備和標準檢測，加快推進中國基質產業技術進步，彎道超車，跨越發展，對推進中國現代農業發展長環境修復產業發展，具有重要意義。