蔬菜水培技術發展研究*

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 水培技術的發展

1.1 礦質營養學說的提出

17世紀初，科學家們開始細致觀察植物的生長發育，發現種在土缽里的植物在不施肥只淋雨的情況下栽培數年以后也能生長，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，并提出了礦質營養學說，證明了植物生長利用的是離子化礦質化的無機營養元素，致使人們從有機養分的局限認識中得到了解放與提升，為現代化學農業及營養液栽培的發展開啟了一道劃時代的大門，預示著化肥農業的開始。從此，化肥廣泛應用在農業上，農業生產力水平得到大幅度提高。

1.2 探明了植物營養需求的機理

人們通過研究植物營養，證明了植物正常生長所需的營養因子及環境因子必須協調地得到滿足與供給，否則會造成植物生長發育不良，也就是生理障礙的發生。對根系功能的研究發現，根系除需要氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等13種礦質元素外，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元素的關鍵。植物只有在充足的肥、水、氣環境中，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的形成提供了理論與認識基礎，啟發性地讓人們想到，只要肥、水、氣的充分供給就可以讓植物正常生長與發育。其實現代水培技術不管是從栽培系統設計上還是循環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，發現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，植物營養學家格里克開始研究番茄水培技術，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，目前該技術已成為一項專門的學科與專用的技術［1］。

1.4 在軍事基地上的運用

1930年美國將水培技術應用于軍事基地，為基地的官兵們生產蔬菜。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來代替土壤，用營養液作肥料進行最早的營養液栽培。這種沙培方法在第二次世界大戰中發揮了巨大的作用，特別是在大平洋戰爭中，美軍的后勤部隊曾在只有珊瑚礁的島嶼上建立了3個大規模的栽培基地，采用沙培技術為士兵們提供新鮮的蔬菜，3個基地一直使用到朝鮮戰爭結束。當時主要生產葉菜類與番茄，特別是番茄汁為人們提供了大量的礦物質，所以戰后美國的番茄產業發展極為迅速。

1.5 現代水培技術的形成

美國率先將水培技術應用于軍事上，日本是較早將水培技術應用于農業生產的。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的系統化栽培研究（很重要的一個方面是解決農作物的連作障礙），開展了沙培、礫培等模式研究，并逐步發展到現代的純水培技術。目前日本已將水培技術作為現代農場栽培蔬菜一種最重要的手段與技術。

2 平面式水培技術

2.1 浮板毛管水培技術

浮板毛管水培簡稱FCH，是由浙江省農業科學院和南京農業大學于1991年參考日本的浮根法經改良共同研制成功的一種新型無土栽培系統，成本低，管理方便，節能實用，適宜我國南北方各種氣候條件和生態類型地區應用。該技術的特點：（1）采用栽培床內設浮板濕氈的分根技術，為培養濕氣根創造豐氧環境，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液，確保斷電時肥水能充足、穩定地供給；（3）冬天用電熱線在栽培床內加溫，夏季用深井水降溫，確保根際溫濕度的穩定；（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、循環系統和控制系統四部分組成，營養液由定時器控制水泵通過管道空氣混合器流經栽培床再回到貯液池，全封閉式的營養液循環受外界環境條件變化小，適合各種植物生長［2］。

2.2 營養液膜技術

營養液膜技術簡稱為NFT（Nutrient Film Technique），是一種將植物種植在淺層流動的營養液中的水培方法，由英國溫室作物研究所庫柏（A.J.Cooper）于1973年發明。1979年以后，該技術迅速在世界范圍內推廣應用。據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進行無土栽培生產。我國于1984年開始進行營養液膜無土栽培技術的研究和應用，成效較好。營養液膜設施主要由種植槽、貯液池、營養液循環流動系統裝置組成，優點是設施的投資少，施工快捷簡便，種植槽內的液層淺且可流動，可以較好地解決根系供氧問題，并易于實現生產自動化管理［2］。

2.3 深液流技術

深液流技術是最早成功應用于商業化植物生產的無土栽培技術，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化生產。在幾十年的發展過程中，世界各國都對該項技術作了許多改進，現已成為一種管理方便、性能穩定、設施耐用高效的無土栽培類型［2］。

3 立體式水培技術

3.1 A字型立體水培設備

A字型水培設備包括支架、營養液循環裝置、栽培槽、控制裝置四部分。營養液循環裝置與栽培槽相連，栽培槽設置在支架上，控制裝置控制營養液循環。支架為三角形結構，兩個豎直側面上對稱設有數個支撐塊，兩豎直側面各設有1個栽培槽，栽培槽由數個首尾銜接的U型管組成，U型管上有數個栽培口，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，三角支架兩側都有栽培槽。A字型立體水培將平面栽培轉化為立體栽培，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構，在4個側面上對稱設有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。栽培槽由數個首尾相連的三通組成，數個直行管設有數個栽培口，栽培槽的上端為進液口，下端留1個出液口。設備還包括營養液循環裝置、栽培槽、控制裝置等。營養液循環裝置與栽培槽相連，栽培槽之間互相連接，構成一個整體的房屋型結構，控制裝置控制營養液循環系統，支架管既是支撐管也是營養液流動管［3］。

［1］ 蔣衛杰.我國無土栽培的現狀與展望［J］.農業工程學報，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與應用［J］.南方園藝，2016，27（1）：35～39.