透氣型砂栽培研究進展與前景分析

穆大偉 鄭婕 王琴 艾騰騰

摘? 要? 透氣型砂栽培（Sandponics）是生態環保、低成本、低技術的無土栽培技術，符合當前中國國情和世界無土栽培發展趨勢。闡明透氣型砂栽培系統的組成結構，提出透氣型砂栽培基質的粒徑、含鹽量、含泥量和酸堿度等理化指標，探討砂栽培營養液元素種類和要求，分析透氣型砂栽培生產可持續性理論基礎，建立透氣型砂栽培技術標準，為透氣型砂栽培的進一步研究和生產實踐提供參考。分析透氣型砂栽培蔬菜產品的含糖量、亞硝酸鹽含量、重金屬含量等營養品質。總結透氣型砂栽培的特點和所具備的生態意義、社會意義，分析透氣型砂栽培在都市農業和南海島嶼蔬菜生產實踐中的應用前景。

關鍵詞? 透氣型砂栽培;基質;營養液;營養品質

中圖分類號? Q949.748.5? ? ? 文獻標識碼? A

Research Progress and Prospect Analysis of Sandponics

MU Dawei1，2， ZHENG Jie1， WANG Qin3， AI Tengteng4

1.School of Architecture， Tianjin University， Tianjin 300072， China; 2. College of Civil Engineering and Architecture， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 3. Liaoning Academy of Forestry， Shenyang， Liaoning 110032， China; 4. The Hainan Qian Fu Liang Ye Agricultural Development Co.， Ltd， Haikou， Hainan 570228， China

Abstract? Sandponics， an eco-friendly， low-cost， low-tech soilless cultivation technique， accords with national condition of China and soilless culture development of world. The paper illuminates the Sandponics system composition and states sand substrates indexes including particle size， salt content， mud content and acidity-alkalinity. Element requirements of nutrient solution is explored and sustainable theory of the Sandponics is analyzed. The paper builds up the Sandponics technique standard to provide reference for production practices and future studies. The paper analyzes nutritional quality of vegetables cultured with the Sandponics， including sugar content， nitrite content and heavy metal content. The characteristics of the Sandponics and its ecological significance and social significance were claimed. The paper analyzes the prospect of the Sandponics in the Urban Agriculture and the South Sea Islands.

Keywords? Sandponics; substrates; nutrient solution; nutritional quality

DOI? 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.12.028

巖棉、泥炭是當前主要無土栽培基質，荷蘭基質栽培占無土栽培的90%[1]，其中80%蔬菜采用巖棉作為基質[2]。而我國基質栽培占無土栽培95%以上，其中75%為有機基質栽培[1， 3]。巖棉、泥炭等基質在使用1～2 a后，因其自身理化性質改變，需要進行更換[2， 4]。巖棉在自然環境中難于降解，大量的巖棉廢棄物造成嚴重的環境破壞。泥炭是不可再生資源，過度開采造成資源枯竭，破壞生態環境。因此，尋找可持續利用的栽培基質，發展生態環保、低成本、低技術的基質栽培技術是無土栽培發展必然趨勢。透氣型砂栽培（Sandponics）可以持續生產25 a不更換基質，對生態環境的影響小，操作簡單，非專業人員也可以進行生產，成本低[5]，是符合當前我國國情和世界無土栽培發展趨勢的基質栽培模式。

“砂栽培”由九州大學福島榮二博士于20世紀60年代提出[6-7]。1984年日本學者鈴木明夫在第六次國際無土栽培學術會議上詳細解釋了砂栽培，用Sandponics指代砂栽培，用sand culture指代沙土栽培，辨析了兩者的異同，明確砂栽培是一種無土栽培[8]。根據栽培床結構特征，砂栽培可以分為封閉型砂栽培和透氣型砂栽培兩種[7]。作者2014年對日本透氣型砂栽培進行了調查研究，2015年在海南大學進行了生菜砂栽培試驗[9-10]，在對比分析封閉型砂栽培和透氣型砂栽培的基礎上，對透氣型砂栽培基質理化指標、營養液、連作特性和蔬菜營養品質進行綜述。

1? 透氣型砂栽培結構

根據栽培床結構特征，砂栽培可以分為封閉型砂栽培和透氣型砂栽培兩種類型。

封閉型砂栽培在地面上砌筑栽培槽或者在土壤中挖栽培槽，栽培槽以1%～2%的坡度朝營養液回收池方向降低，槽內壁鋪設塑料膜做防水層，栽培槽高20～30 cm，下層鋪5～10 cm厚礫石，上層鋪15～20 cm厚砂。栽培槽底截面呈V字形，V字中間安裝排液管，管身間隔10～30 cm留孔，管身上鋪紗網，防止沙粒堵塞排液管孔。封閉型砂栽培常采用開放式營養液澆灌方式，營養液不循環利用[11]。任志雨等[12]對封閉型砂栽培進行了改良：在V字形的床底上安裝水平支架，支架上鋪紗網用以托住礫石和砂，V字形內部留空，具有通風透氣和回收富余營養液的作用，實現了營養液循環利用。孫錦等[13]在砂層和礫石層之間鋪設了編織袋，有效防止沙粒向礫石層滲漏。

透氣型砂栽培是以低含鹽量、低含泥量的細砂為栽培基質，采用低劑量營養液少量多次灌溉，利用通透的栽培床進行植物生產的無土栽培模式。透氣型砂栽培采用鍍鋅鋼材、混凝土等材料制作床架。床架上放置寬60 cm、高10 cm栽培槽，栽培槽由鍍鋅床網或包塑床網兩側彎折而成，槽內鋪紗網[8， 14]，網內裝7 cm厚砂（圖1A）。據筆者調研，山內和美子對比7、10、15 cm等不同厚度的砂對蔬菜生長的影響，發現更厚的砂層并沒有取得更好的栽培效果，7 cm是較為適宜的選擇。栽培基質完全處于通風透氣狀態是透氣型砂栽培的主要特征。

根據床架高度，透氣型砂栽培分為低床砂栽培（圖1B）和高床砂栽培（圖1C）。低床床架高15～30 cm，可采用磚、混凝土塊替代金屬床架，適宜栽培植株高大的茄果類、瓜類蔬菜;高床床架高60～70 cm，適宜栽培植株較矮的葉菜類、白菜甘藍類蔬菜。李衛民等提出的水氣式砂栽培是在地面砌筑栽培槽，栽培槽高為6層磚，槽內鋪塑料薄膜，槽內兩側墊2層磚，磚上放置鐵板網或鍍鋅床網作為托架，上面鋪設尼龍網，網上鋪7 cm厚礫石和15 cm厚砂，砂層底部通風透氣，結構與低床砂栽培較為接近[15]。

2014年，Baba等[16]研究了砂栽培基質最佳含水量并以此為基礎對砂栽培系統進行了優化（圖2），新系統節水達86%，用砂量大為減少。2016年，Kanazawa等[17]研究了新透氣型砂栽培對番茄營養品質的影響。

在實踐中，美國和以色列、伊朗等中東地區國家主要采用封閉型砂栽培[18]。日本主要采用透氣型砂栽培，已有上百家透氣型砂栽培農場[18]，2013年日本砂栽培協會成立，為透氣型砂栽培科研與實踐提供交流平臺[19]。2015年Bramwel等[20]在烏干達采用透氣型砂栽培技術種植蔬菜，獲得了良好的效果。

中國砂栽培研究起步較早。第六次國際無土栽培學術會議上的透氣型砂栽培介紹引起了中國學者的關注，1988年，王儒鈞等[21]最早介紹了透氣型砂栽培并進行了探索性試驗。1989年，李衛民等[22]請美國亞利桑那州立大學邁克爾·詹森教授指導封閉型砂栽培研究，但相關研究與實踐并未延續下來。直到近年，因其生態環保的特性，砂栽培重新受到關注，趙云霞等[23]介紹了砂栽培的研究現狀，姜新法[24]、李晶[25]等進行了砂栽培技術總結，但未能辨析透氣型砂栽培和封閉型砂栽培的差異和原理。

2? 砂基質理化指標

諸多學者進行了砂栽培混合基質配比研究，研究周期大多為1～2茬蔬菜，未能在砂栽培的持續性生產方面進行研究[26-28]。透氣型砂栽培應選用純砂作為基質，以保障實現永續性生產。河砂、湖砂和海砂等天然砂是透氣型砂栽培常用基質。但天然砂粒徑大小不一，含鹽量、含泥量較高，只有人工處理后達到理化標準，才能作為栽培基質。

2.1? 粒徑

粒徑大小會影響砂的透氣性、保水性和植物營養吸收，粒徑較大的砂透氣性好，但植物根不能在粗的砂粒中吸收必要的微量元素，粒徑小的砂保水性能好，但過細則會影響透氣性，出現滯水現象。國際土壤學會規定砂為土壤中0.02～ 2.0 mm的顆粒[29];中國土壤顆粒分級標準規定粗砂的粒徑為1.00～0.25 mm，細砂的粒徑為0.25～ 0.05 mm[29];《建設用砂》（GB/T 14684-2011）規定砂為粒徑4.75 mm以下的建筑骨料，粗砂3.7～ 3.1 mm，中砂3.0～2.3 mm，細砂2.2～1.6 mm。郭世榮[2]提出較為理想的粒徑大小的組成為：大于4.7 mm的占1%、2.4～4.7 mm的占10%、1.2～2.4 mm的占26%、0.6～1.2 mm的占20%、0.3～0.6mm的占25%、0.1～0.3 mm的占15%、小于0.1 mm的占3%，但因要求過細而失去實踐指導意義。Douglas[30]認為作為栽培基質粒徑小于0.6 mm的砂應占50%，粒徑>0.6 mm的砂應占50%。鈴木明夫[8]采用粒徑<0.6 mm的顆粒占70%～100%的幾種不同基質進行栽培試驗，試驗結果差異并不顯著。王儒鈞等[21]采用粒徑<0.5 mm占72.3%的砂進行栽培西紅柿試驗，西紅柿長勢較好。宋榮霄等[31]進行了3種不同粒徑砂基質西紅柿栽培對比試驗，粒徑<0.5 mm占58.76%的砂西紅柿產量高于粒徑<0.5 mm占69.55%的砂和粒徑<0.5 mm占33.15%的砂。孫錦等[13]采用粒徑0.6～2.0 mm的砂占60%，粒徑<0.60 mm的砂占20%，粒徑>2.0 mm的砂占20%的基質種植黃瓜，取得了良好的效果。粗砂對西紅柿、茄子、黃瓜、甜瓜等果菜類的影響較小，對菠菜、小白菜、生菜等葉菜和小水蘿卜、小蕪菁等根菜會產生長勢、形狀不一的影響。

綜合以上研究結果，透氣型砂栽培基質粒徑應<2.2 mm，種植生菜、白菜、莧菜等葉菜類和根菜類蔬菜，粒徑<0.5 mm的砂應占60%上，種植西紅柿、黃瓜、甜瓜等果菜類蔬菜，粒徑>0.5 mm的砂所占比例可以略高。

2.2? 含鹽量

氯離子含量是海砂主要理化指標之一。各國標準對砂氯離子含量的規定不同，日本標準規定：砂氯離子含量<0.02%可直接使用，砂含鹽量<0.04%可直接使用[32]，砂栽培生產者購買這些商品砂作為基質使用。中國相關砂的標準規定：混凝土用海砂氯離子含量≤0.03%，鋼筋混凝土砂氯離子含量應≤0.06%，預應力混凝土砂氯離子含量應≤0.02%，目前尚無農業用砂鹽分含量相關標準[33-36]。趙毛媛[37]測量海砂氯鹽含量為0.12%～0.16%，穆大偉等[9]測量海砂氯離子含量為0.08%，日本砂栽培基質氯離子含量為0.04%，并采用氯離子含量為0.05%的淡化海砂進行種植試驗，生菜長勢良好。綜合上述研究，透氣型砂栽培基質氯離子限量值可采用≤0.06%，既可保障砂栽培蔬菜生長良好，又可降低大規模生產過程中砂處理工作負擔。EC值是含鹽量的綜合指標，研究相對成熟，透氣型砂栽培基質EC值<0.5 mS/cm。

2.3? 含泥量

泥土雖然含有營養元素，但在砂栽培中泥土含量是影響砂的孔隙度和連作障礙的重要因素。Suzuki[14]指出，砂中若含有較多粘土、粉砂，就不能永久保持砂的孔隙度，致使砂的通氣性和透水性變差，導致作物根部氧氣不足，使作物生長的再現性變差。山內和美子砂栽培農場以純砂為基質連續生產25年沒有連作障礙。Mine等采用添加了土壤的砂種植西紅柿取得了較好的品質和同等的產量，但砂與土混合具有連作障礙潛在風險[38]。《建筑用砂》（GB/T 14684-2011）對砂含泥量的限定值（按質量計）：Ⅰ類砂≤1%，Ⅱ類砂≤3%，Ⅲ類砂≤5%。總之，砂栽培基質含泥量應≤1%，避免連作障礙。

2.4? 酸堿度

酸堿度是砂基質的主要理化指標，對蔬菜根系生理具有直接影響。新砂的pH較高，李娟等[39]測量新砂的pH為7.93，卜燕燕等[40]測量新砂的pH為7.85。雖然新砂pH較高，但是仍然可以進行正常蔬菜生產，隨著生產年限的增加pH逐年降低[14]。據調研，在砂pH<6.50的時候需要采用鎂石灰或者熟石灰進行調整。調整方法為：在60 cm寬、1 m長的栽培床表面均勻撒100 g鎂石灰或者熟石灰，然后用清水進行沖洗。

3? 營養液

榮湘民等[41]比較了8種砂栽培生菜營養液配方，篩選出的最優配方為N 100.00 mg/L，PO4 183.70 mg/L，K 300.00 mg/L，Ca 104.00 mg/L，Mg 50 mg/L，SO4 297.60 mg/L，進一步進行了該營養液濃度的對比試驗，結果表明使用2倍劑量營養液栽培效果最佳。卜燕燕等[40]、高艷明等[42]通過黃瓜和番茄砂栽培N、P、K三因素五水平通用旋轉組合試驗找出三元素最佳組合，并進行栽培驗證，2個栽培效果較好的黃瓜營養液配方NO3-N、P、K含量分別為15.00、1.50、9.00 mmol/L和15.00、1.00、6.00 mmol/L，2個栽培效果較好的番茄營養液配方NO3-N、P、K含量分別為8.00、0.90、5.00 mmol/L和12.00、1.35、7.5 mmol/L。鄭芝波等[43]利用水庫砂進行了厚皮甜瓜不同生育期營養液配方組合研究，在營養生長期使用氮素含量高的營養液配方，在生殖生長期使用磷肥較多的營養液配方有助于提高厚皮甜瓜品質。李娟等[39]研究了砂栽培番茄生育期鉀元素和氮元素比例，認為鉀元素和氮元素適宜比例為2.1∶1。

上述營養液研究均圍繞大量元素展開，未考慮微量元素，也未將砂中所含元素考慮在內。天然砂含有多種元素，龍黎等[44]測量了風成沙和海灘沙元素含量，風成沙各種元素含量分別為Fe 0.89%、Ca 0.40%、Mg 0.03%、K 2.12%、P 106.99 mg/kg、Cr 25.41 mg/kg、Mn 162.83 mg/ kg、Zn 5.86 mg/kg、Pb 7.40 mg/kg、As 4.82 mg/kg;海灘沙各元素含量分別為Fe 0.92%、Ca 0.47%、Mg 0.08%、K 2.03%、P 115.60 mg/kg、Cr 22.10 mg/kg、Mn 160.00 mg/ kg、Zn 5.40 mg/kg、Pb 8.50 mg/kg、As 5.20 mg/kg。趙毛媛[37]測量海砂氯鹽含量為0.12%～0.16%，穆大偉等[9]測量海砂氯元素含量為0.08%（被測海砂已經被雨水淋洗多日）。柳本立等[45]，劉海霞等[46]測量沙漠沙均含有多種元素。由此可知，風成沙、海灘沙和沙漠沙等天然砂包含多種植物生長所必需的大量元素和微量營養元素，對營養液的配比具有一定影響。

楊飛等[47]測量了沙漠沙大量元素含量，全氮0.13 g/kg、全磷0.13 g/kg、全鉀18 g/kg、速效氮14 mg/kg、速效磷28 mg/kg、速效鉀48 mg/kg。李娟等[39]測量銀川腹地沙的元素含量，速效氮2.09 mg/kg、速效磷0.05 mg/kg、速效鉀1.42 mg/kg。王儒軍等[21]使用不同酸堿度浸提液浸泡天然砂，過夜后測量浸出液中Ca元素和Mg元素含量，結果顯示pH 7.5的浸提液提取Ca濃度為1.65 mmol/L，Mg濃度為1.00 mmol/L;pH 6.3的浸提液提取Ca濃度為1.8 mmol/L，Mg濃度為1.05 mmol/L;pH 2.8的浸提液提取Ca濃度為2.25 mmol/L，Mg濃度為1.25 mmol/L。浸出液Ca、Mg元素含量與營養液相應元素含量處于同一數量級，能夠明顯提高根系所接觸到的相關元素濃度。另一方面表明，元素被植物的可吸收性（溶解性）受到酸堿度影響。

Suzuki[8]研究報告指出砂基質中的微量元素能夠滿足蔬菜生長所需，砂栽培不需要微量元素營養液。據作者調研，山內和美子使用僅包含N、P、K的營養液種植生菜、西紅柿、黃瓜、小白菜等蔬菜長達25年，蔬菜長勢正常，并未出現缺素癥狀，山內章司砂栽培農場、Green farm砂栽培農場均采用大量元素營養液種植蔬菜。王儒軍等[21]進行了N、P、K營養液與全元素營養液砂栽培西紅柿對比試驗，兩者單株產量分別為1863.40 g和1847.50 g，株高與莖粗相近，兩者并無顯著差異。宋榮霄等[31]采用Steiner通用配方中N、P、K數值配置營養液，不含鈣和鎂，進行西紅柿栽培試驗，西紅柿產量正常。表明砂中所含微量元素能夠滿足蔬菜正常生長需求，砂栽培可使用僅含大量元素的營養液進行生產。蔬菜吸收利用砂中元素的有效性受到營養液酸堿度的影響，隨著種植年限的延長，砂基質的酸化增強了微量元素的可用性，保證了蔬菜生長所需。

4? 連作特性

連作障礙是影響設施農業健康發展的重要因素[48]，各國學者對連作障礙展開了持續多年的研究，基本形成了連作障礙成因共識：隨著種植年限的增加，土壤理化性質變差、生物學環境惡化和自毒物質積累是連作障礙形成的3個主要因素[49-50]。無土栽培采用基質代替土壤，規避了連作障礙產生的因素，但巖棉、泥炭等栽培基質需要頻繁更換，增加了生產成本。透氣型砂栽培可以實現不更換基質永續生產。

趙風艷等[51]、杜連鳳等[52]研究表明，設施內連作土壤鹽分含量高于露地栽培土壤，20 cm以內的土壤EC值較露地高244%。李俊良等[53]、李見云等[54]研究表明設施內土壤氮、磷富集，氮、磷、鉀比例與蔬菜需肥比例嚴重不符。土壤酸化與板結影響蔬菜根系生長，沈陽城郊設施內土壤酸化，77.90%的土壤pH值小于6.5，部分土壤pH甚至小于4.1[55]。幾十年的時間尚不能改變砂的物理結構和化學成分，砂仍能保持較好的透氣性能，不會產生板結問題。砂基本沒有鹽基交換量，通過沖洗砂床可避免次生鹽漬化和養分失衡問題。多年生產的砂基質會酸化，但可通過鎂石灰或者熟石灰調整。

鐮刀菌屬（Fusarium）、腐霉屬（Pythium）等真菌病害和線蟲是導致連作障礙的主要土傳病害[56]。隨著連作年限的增加，土傳病害微生物增多，有益微生物數量減少，根際微生態受到破壞[57]。砂自身所含的碳、氮量很少，碳氮比低，不利于微生物在基質內繁殖生長，土傳病原菌較少。楊飛等[47]測量砂中有機質含量僅為0.57 g/kg。Suzuki[8]指出：砂栽培中甜瓜蔓枯病菌數減少，砂中的微生物比土壤中的更少更均衡，微生物環境更加容易保持健康。連作作物通過淋溶、根系分泌、殘根腐解等途徑將自毒物質留存于土壤中，已知自毒物質主要有阿魏酸、對羥基苯甲酸、肉桂酸和香草醛等酚酸類物質[48， 58-59]，通過淡水沖洗可以較容易從砂中清除這些自毒物質。

5? 蔬菜產品品質

受到砂理化性質和營養液管理方式的影響，透氣型砂栽培蔬菜的品質與其他基質栽培和水培的營養品質具有一定差異，較為明顯的指標變化是砂栽培蔬菜的含糖量較高，亞硝酸含量較低。利用砂基質水分調控的便利性，能夠生產不同含糖量的蔬菜。

5.1? 含糖量

砂基質物理性質影響蔬菜營養品質。Baba[16]砂栽培西紅柿試驗取得了較高的含糖量。Kanazawa等[17]于千葉大學進行砂栽培對比試驗，結果表明，砂栽培西紅柿糖度值為6～7，同等環境條件下巖棉栽培西紅柿糖度值為4～5。穆大偉等[9]砂栽培生菜可溶性糖含量是椰糠蛭石混合基質生菜的6.68倍，達2.47%。Maeda等[60]對比了溫室砂栽培夏茬甜瓜和秋茬甜瓜生長長勢、形態、甜瓜果實含糖量等指標，發現兩茬甜瓜含糖量相近。說明透氣型砂栽培蔬菜含糖量較高，且受到季節影響較小。

砂基質持水孔隙度小，僅為1%，遠低于土壤、巖棉和泥炭等栽培介質的持水孔隙（分別為45.00%、94.00%、77.30%）[2]。水分在砂中滯留量少，時間短，形成相對水分脅迫，蔬菜合成同等數量碳水化合物的用水量更少，含糖量更高[61]。另外，砂基質比熱容小，為0.92×103 J/（kg·℃），白天升溫速度和夜間降溫速度較快，有利于可溶性糖及其他可溶性固形物的白天光合合成與夜間運輸積累[62]。受到砂基質物理特性所形成的相對水分脅迫和較大晝夜溫差的影響，砂栽培蔬菜含糖量更高[9]。

水肥耦合灌溉系統可以控制營養液劑量和灌溉頻率，結合具有水分脅迫特征的透氣型砂栽培，能夠形成不同程度的水分脅迫，如形成無水分脅迫、輕度、中等、重度水分脅迫，從而生產出低含糖量、平均水平含糖量、高含糖量的標準化蔬菜產品，滿足市場對精細化、高品質蔬菜產品的需求，這一特性是土壤栽培和其他無土栽培方式難以實現的。

5.2? 亞硝酸含量

砂栽培的化學性質影響蔬菜營養品質。Suzuki[8]研究表明，砂中脲酶含量較高，活性較強，王儒軍等[21]采用不同營養液進行砂栽培試驗，栽培床排出液硝酸鹽含量相近，與Suzuki研究結論相印證。穆大偉等[9]生菜研究試驗表明，砂栽培生菜亞硝酸鹽含量1.77 mg/g，對照椰糠蛭石混合基質生菜硝態氮含量12.67 mg/g，兩者呈現顯著差異。營養液氮肥形態和施肥量影響蔬菜硝酸鹽含量的主要因素[63-64]，砂栽培所用營養液硝酸鹽含量為常規含量，不同點在于，砂基質脲酶含量較高，增強了硝化作用，提高了營養液銨態氮的利用率，從而降低了生菜硝酸鹽含量。

孫世海等[65]試驗證明，鉬、硼等微量元素能夠降低蔬菜硝酸鹽含量。郭大勇等[66]、聶兆君等[67]和陳龍正等[68]分別研究了鋅、鉬、錳等微量元素對生菜、小白菜硝酸鹽含量的影響，研究結果表明鋅、鉬、錳等微量元素具有降低蔬菜硝酸鹽含量的作用。砂中含有的鉬、硼、鐵、鋅、鈣、鎂等微量元素對降低硝酸鹽含量起到得了有益作用。

5.3? 重金屬含量

鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）等是當前最為關注的5種對人體有嚴重危害的重金屬[69]。通過龍黎等[44]、趙毛媛[37]對沙漠沙、風成沙和海灘沙的測量可知，砂中含有Pb、As和Cr等重金屬元素。榮湘民等[41]測量了砂栽培生菜Pb和Cd的含量，8種營養配方生產生菜的Cd含量均小于國家標準0.20 μg/g，有1種營養液配方生產生菜的Pb含量超過國家標準（0.30 μg/g），為0.40 μg/g，但并非研究結論中的最優營養液配方，其余7種營養液配方生產生菜的Pb含量均小于0.30 μg/g。穆大偉等[9]測量了砂栽培生菜的重金屬含量：As 0.30 μg/kg，Cd 0.04 μg/g，小于國家標準As和Cd限量值0.50 μg/g、0.20 μg/g[70]。說明砂栽培未造成蔬菜重金屬污染，但不同來源砂的重金屬含量并不相同，如砂源地存在較為嚴重的重金屬污染，應檢測合格后再作為栽培基質使用。

綜合上述分析，透氣型砂栽培具有如下特點：（1）永續性生產。無論泥炭還是巖棉，在使用1～2年后都需要更換基質;水培則出現容器長藻等問題，透氣型砂栽培持續生產25 a不需要更換基質而無連作障礙，是永續性生產方式;（2）省力性生產。透氣型砂栽培不更換基質，不需要翻耕，砂內雜草種子少，不需要除草，白菜、生菜、莧菜等的根系不需要從基質中清理出來，留在砂內自然分解，勞動內容比巖棉培、泥炭培和水培少，勞動強度低;（3）低技術。生產者不需要很強的專業知識，非農業人士經過短期培訓就可以掌握砂栽培生產技術，透氣型砂栽培是一種類似于傻瓜照相機的無土栽培模式;（4）高品質。砂栽培蔬菜含糖量更高，亞硝酸鹽含量更少，品質更好。砂基質持水孔隙小、比熱容小，脲酶含量高，活性強，所生產蔬菜含糖量高，硝酸鹽含量少;（5）成本低。透氣型砂栽培不需要更換基質，節省了基質成本和更換基質的勞動成本。勞動量小，操作簡單，非專業人員也可以從事生產，人員成本和管理成本較低;（6）生態環保。廢棄的巖棉、蛭石等基質對環境有負面影響，泥炭是一種不可再生資源，砂栽培不需要更換基質，栽培過程中沒有多余營養液向外排除，是生態環保的無土栽培方式。

6? 前景分析

透氣型砂栽培具有顯著的特點，在應用過程中也面臨著一些問題。缺乏商品化基質是發展透氣型砂栽培所面臨的主要問題之一。砂基質理化性質因產地來源不同差別較大，需要生產者自行處理，不同來源的砂處理方式有一定差異，砂基質質量受人為影響較大。處理后的砂基質較重，不適宜像巖棉一樣在全國甚至全世界范圍遠距離運輸，商品化供應，是透氣型砂栽培發展的主要限制因素。

透氣型砂栽培生態環保、低技術、低成本、高品質的特性符合當前基質栽培發展趨勢，必然越來越受到科研工作者和生產實踐的重視。特別是在南海島嶼、城市和建筑內以及沙漠中，透氣型砂栽培具有較強優勢。砂是南海島嶼最容易獲得的基質，環境友好的特點滿足南海島嶼的生態要求。在城市和建筑中以及沙漠中，利用砂栽培技術生產蔬菜，沒有廢棄基質和外排的營養液污染環境，非專業人員、高齡人士可以從事生產，具有一定社會意義。透氣型砂栽培技術是解決南海島嶼新鮮蔬菜供應問題的有效措施。

參考文獻

蔣衛杰， 鄧? 杰， 余宏軍. 設施園藝發展概況、存在問題與產業發展建議[J]. 中國農業科學， 2015， 48（17）： 3515- 3523.

郭世榮. 無土栽培學[M]. 北京： 中國農業出版社， 2003： 39-42， 168-172.

Jiang W J， Yu H J. Twenty years development of soilless culture in mainland China[J/OL]. Acta Horticulture， 2007， 759： 181-193. https：//doi.org/10.17660/ActaHortic.2007.759. 14.

劉? 偉， 余宏軍， 蔣衛杰. 我國蔬菜無土栽培基質研究與應用進展[J]. 中國生態農業學報， 2006， 14（3）： 4-7.

Masayoshi M. Possibility of agriculture [Z/OL]. （2015-02-13）. http：//global-sei.com/president_blog/2015/02/index.html.

Fukushima E. The theory and practice of sand cultivation[M]. Tokyo： The Society of Humin Press， 1966： 56.

Fukushima E. Plant culture method in a controlled environment[J]. Chemistry and Biology， 1968， 6（6）： 246-253.

Suzuki Y. The Sandponics cultivation system [C]//Interna- tional Society for Soilless Culture （ISOSC）.? Proceedings of the sixth international congress on soilless culture. Wagen- ingen： The Secretariat of ISOSC， 1984： 651-660.

穆大偉， 孫? 莉， 江雪飛， 等. 南海諸島利用淡化海砂作為無土栽培基質的可行性研究[J]. 中國農業科技導報， 2017， 19（4）： 110-118.

海南大學， 海南千富良葉農業開發有限公司. 一種砂栽培系統： 20162 0331193.3[P]. 2016-09-21.

劉士哲. 現代實用無土栽培技術[M]. 北京： 中國農業社出版， 2004： 76-83.

任志雨， 王秀峰. 營養液循環式砂培技術[J]. 北方園藝， 2003， 27（5）： 26.

孫? 錦， 郭曉東. 日光溫室黃瓜砂培技術[J]. 甘肅農業科技， 1998， 36（7）： 29-30.

Suzuki Y. Development of the Sandponics system[J]. Agriculture and Horticulture， 2000， 75（7）： 787-793.

李衛民， 郭連芬， 郎鳳崗. 保護地蔬菜沙培試驗[J]. 蔬菜， 1992， 58（4）： 24-26.

Baba M， Ikeguchi N. Industrial cultivation using the latest Sandponics system[J]. SEI Technical Review， 2015， 80（1）： 104-108.

Kanazawa S， Matsuo K， Baba M， et al. High quality agricultural production support system by smart sand cultivation device “New Sandponics”[J]. SEI Technical Review， 2017， 84（5）： 165-171.

Masayoshi M. Agribusiness[Z/OL]. （2009-07-01）. http：//glo b al-sei.com/president_blog/2009/07/agribusiness.html.

The sand culture of Japan. Explanation of the sand culture [EB/OL]. （2009-07-01）. http：//www.sand-culture. jp/work. html.

Bramwel W. Sustainable pre-basic seed production： the technical issues[R/OL]// Ogero K， Bukania C， McEwan M. Sweetpotato seed systems community of practice meeting report. （2015-04-20）. http：//www.swe et potatoknowledge.org/ wp-content/uploads/2015/12/SPHI-SS-COP-Report-20150810-Final.pdf.

王儒鈞， 宋榮霄， 廖植樨， 等. 砂培技術研究[J]. 北京農業工程大學學報， 1988， 8（1）： 76-81.

李衛民， 郭連芬， 王郁銓. 沙培種植蔬菜效果好[J]. 天津農業科學， 1989， 16（2）： 4-5.

趙云霞， 裴紅霞， 高晶霞， 等. 日光溫室蔬菜沙培技術研究進展[J]. 北方園藝， 2013， 37（24）： 203-206.

姜新法. 砂培技術述評[J]. 農技服務， 2008， 25（1）： 68.

李? 晶. 砂栽培[J]. 現代農業， 1991（10）： 15.

李建明， 王忠紅， 鄒志榮. 日光溫室甜瓜沙化土有機配方研究[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版）， 2006， 24（6）： 69-74.

白潤峰， 李建明， 張國榮， 等. 基質配方與灌水量對溫室甜瓜生長及品質的影響[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版）， 2011， 39（8）： 141-146.

李樹和， 李? 猛， 劉? 芳， 等. 菇渣和河沙配比對盆栽番茄生長的影響[J]. 天津農學院學報， 2014， 21（1）： 35-38.

周健民， 沈仁芳. 土壤學大辭典[M]. 北京： 科學出版社， 2013： 199.

Douglas J S. Advanced guide to hydroponics[M]. London： Pelham Books， 1985： 138.

宋榮霄， 廖植樨， 朱? 彧， 等. 用幾種天然固體基質栽培番茄的比較試驗（初報）[J]. 北京農業工程大學學報， 1990， 10（1）： 82-86.

李學文. 建筑用淡化海砂的生產和應用[J]. 廣東建材， 2009， 25（1）： 17-18.

中國建筑材料聯合會. 建設用砂： GB/T 14684-2011[S]. 北京： 中國標準出版社， 2011.

中國建筑科學研究院. 混凝土質量控制標準： GB 50164-2011[S]. 北京： 中國標準出版社， 2011.

中國建筑科學研究院. 海砂混凝土應用技術規范： JGJ 206-2010[S]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2010.

中國建筑科學研究院. 普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準： JGJ 52-2006[S]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2006.

趙毛媛. 海砂淡化技術的開發應用[J]. 建材工業信息， 1999， （4）： 9-10.

Mine Y， Hatano S， Teshima H， et al. Effects of substrate materials mixed with sands on substrate properties and tomato fruit production in sandponics[J]. Horticultural Research （Japan）， 2006， 5 （4）： 381-388.

李? 娟， 李建設， 高艷明， 等. 不同生育期營養液鉀氮比對番茄生長和果實品質的影響[J]. 浙江農業學報， 2016， 28（11）： 1881-1889.

卜燕燕， 高艷明， 李建設， 等. 設施黃瓜砂培營養液配方篩選試驗[J]. 北方園藝， 2010（9）： 60-64.

榮湘民， 劉? 強， 譚長銀， 等. 蔬菜無土栽培技術的研究1.生菜砂培營養液配方的研究[J]. 湖南農學院學報， 1995， 21（2）： 120-125.

高艷明， 李建設， 卜燕燕. 設施番茄砂培營養液配方篩選試驗[C]//中國農業科學院， 山東省壽光市人民政府. 設施園藝創新與進展——2011 第二屆中國·壽光國際設施園藝高層學術論壇論文集. 壽光： 壽光國際設施園藝高層學術論壇組委會， 2011： 12.

鄭芝波， 江? 南， 莫偉欽， 等. 厚皮甜瓜砂培營養液配方試驗[J]. 中國西瓜甜瓜， 2005， （2）： 11-13.

龍? 黎， 董玉祥， 孫? 忠. 海岸沙丘表面現代風成沙地球化學元素分異的典型研究——以河北昌黎黃金海岸橫向沙脊為例[J]. 沉積學報， 2012， 30（4）： 724-730.

柳本立， 屈建軍， 楊根生， 等. 庫姆塔格沙漠東部復雜地貌地表沉積物化學元素組成初步研究[J]. 中國沙漠， 2014， 34（5）： 1194-1199.

劉海霞， 李晉昌， 蘇志珠， 等. 毛烏素沙地西南緣灌叢沙丘沉積物的粒度和元素特征[J]. 中國沙漠， 2015， （1）： 24-31.

楊? 飛， 高艷明， 李建設. 寧夏設施沙培辣椒引種試驗[J]. 北方園藝， 2013， 35（10）： 44-47.

侯? 慧， 董? 坤， 楊智仙， 等. 連作障礙發生機理研究進展[J]. 土壤， 2016， 48（6）： 1068-1076.

王? 飛， 李世貴， 徐鳳花， 等. 連作障礙發生機制研究進展[J]. 中國土壤與肥料， 2013， （5）： 6-13.

繆其松， 張? 聰， 廣建芳， 等. 設施土壤連作障礙防控技術研究進展[J]. 北方園藝， 2017， （16）： 180-185.

趙風艷， 吳鳳芝， 劉? 德， 等. 大棚菜地土壤理化特性的研究[J]. 土壤肥料， 2000 （2）： 11-13.

杜連鳳， 劉文科， 劉建玲. 河北省蔬菜大棚土壤鹽分狀況及其影響因素[J]. 土壤肥料， 2005 （3）： 17-19， 35.

李俊良， 崔德杰， 孟祥霞， 等. 山東壽光保護地蔬菜施肥現狀及問題的研究[J]. 土壤通報， 2002， 33（2）： 126-128.

李見云， 侯彥林， 化全縣， 等. 大棚設施土壤養分和重金屬狀況研究[J]. 土壤， 2005 （6）： 626-629.

孟鴻光， 李? 中， 劉乙儉， 等. 沈陽城郊溫室土壤特性調查研究[J]. 土壤通報， 2000， 31（2）： 70-72， 97.

Mazzola M. Elucidation of the microbial complex having a causal role in the development of apple replant disease in Washington[J]. Phytopathology， 1998， 88（9）： 930-938.

阮維斌， 王敬國， 張福鎖， 等. 根際微生態系統理論在連作障礙中的應用[J]. 中國農業科技導報， 1999 （4）： 53-58.

吳林坤， 林向民， 林文雄. 根系分泌物介導下植物-土壤-微生物互作關系研究進展與展望[J]. 植物生態學報， 2014， 38（3）： 298-310.

Bouhaouel I， Gfeller A， Fauconnier M L， et al. Allelopathic and autotoxicity effects of barley （Hordeum vulgare L. ssp. vulgare） root exudates[J]. BioControl， 2015， 60： 425-436.

Maeda K， Mizutani N， Nakahigashi Y. Studies of sand-culture muskmelon in the greenhouse： on the growth， yield and quality of the muskmelon in the summer and autumn cropping season[R]. Kinki University Report， 1982.

李? 濤， 張建豐， 張江輝， 等. 以灌溉定額為參數的葡萄果實含糖量和果型指數的數學模型[J]. 中國生態農業學報， 2010， 18（2）： 348-351.

趙東風. 決定西瓜含糖量高低因素以及栽培技術[J]. 中國果菜， 2011 （11）： 25-26.

都韶婷， 金崇偉， 章永松. 蔬菜硝酸鹽積累現狀及其調控措施研究進展[J]. 中國農業科學， 2010， 43（17）： 3580-3589.

陳選陽， 張招娟， 鄭佳偉， 等. 水培對葉菜型甘薯莖尖營養品質與硝酸鹽含量的影響[J]. 中國農業科學， 2013， 46（17）： 3736-3742.

孫世海， 李瑞祥， 馮立云， 等. 噴施微肥對砂培韭菜生長及硝酸鹽含量的影響[J]. 北方園藝， 2010 （16）： 4-7.

郭大勇， 謝建磊， 朱仕貴， 等. 葉面噴施鋅肥對生菜各器官中硝酸鹽含量和硝酸還原酶活性的影響[J]. 西北農業學報， 2008 （5）： 302-305.

聶兆君， 胡承孝， 孫學成， 等. 鉬對小白菜葉色、營養品質及硝酸鹽含量的影響[J]. 中國蔬菜， 2008 （8）： 7-10.

陳龍正， 陳? 潔， 梁? 亮， 等. 鉬錳對不結球白菜硝酸還原酶活性及主要營養品質的影響[J]. 中國蔬菜， 2009 （12）： 15-18.

姚振興， 辛曉東， 司? 維， 等. 重金屬檢測方法的研究進展[J]. 分析測試技術與儀器， 2011， 17 （1）： 29-35.

中華人民共和國衛生部. 食品安全國家標準 食品中污染物限量： GB 2762-2012[S]， 北京： 中國標準出版社， 2011.