凡是不用天然土壤，用基质栽培作物的方法统称为无土栽培；无土栽培目前已成为设施农业的重要内容，也是农业作物工厂化生产的重要形式，是发展高效农业的新途径。无土栽培和设施农业相结合，促进了无土栽培的发展。作为无土栽培的基础，栽培基质也有很好的发展机遇和广阔的市场前景。

2 发展历史

2.1 栽培基质研究的历史

栽培基质的研究史实际上也是固体基质栽培的发展史。无土栽培的历史虽然很古老，但真正开始于1860年J.Boussingault ａnd Salm-Horstmar对无土栽培基质的研究；发展始于1965年英国温室作物研究所的NFT技术和1968年丹麦Grodan公司开发的岩棉（Rockwool）栽培技术。最早的栽培基质是砂砾；Salm-Horstmar(1871)用石英、河沙、水晶、碎瓷、纯碳酸钙、硅酸以及活性炭作为燕麦的生根基质。随后Hall(1914)用不同级别的沙、粉粒、高岭土栽培羽扇豆和大麦。及后来，蛭石被Woodcock (1946)用来作为兰花的栽培基质等等。作为无土栽培的基质很快扩展到石砾、陶粒、珍珠岩、岩棉、海绵(尿醛)、硅胶、碱交换物(离子交换树脂)如斑脱土，沸石、酚醛泡沫(泡沫塑料)，炉渣及合成的树脂材料等，泥炭、锯末、树皮、稻壳、椰壳和混合基质。

2.2 国内外概况

基质是无土栽培的基础，而无土栽培则是设施农业的主要栽培方式，对基质的研究是无土栽培的第一步，同时也反映了无土栽培的水平。因而，国内外对此充分重视。虽然我国的设施农业早在2000 多年前的《汉书》中就有记载(如秦汉的暖窑种瓜)，比欧洲古罗马的记载要早得多。但现代设施农业的研究和发展中心在欧洲和美国、以色列、日本等国家。相应地，它们的无土栽培也走在世界的前列。其中以荷兰的设施农业为代表，荷兰建有1.1 亿m2 的温室．其中3/4 以上面积采用基质栽培，栽培基质主要为岩棉和一些混合物(陶粒、泥炭、树皮、椰子纤维等)，配之以相应的营养液滴灌和栽培技术，蔬菜产量可达60kg /m2(番茄)；其花卉品种繁多，产量质量也很高，产出鲜花在世界鲜花市场的占有率达60%，每年出口额l12.5l 亿美元，所创造的产值占全国农业总产值的35%左右，成为荷兰的主要支柱产业。日本是一个人多地少的国家，其农业现代化的发展过程中设施农业起到了十分重要的作用，体现了工业支持农业的特点，形成了有特色的设施农业产业。

我国无土栽培起步较晚，20 世纪70 年代主要用于水稻无土育秧，80 年代仅在蔬菜工厂化育苗和园林苗木育苗上有所发展。由于土培存在连作障碍和土壤次生盐渍化的致命缺点，并且就目前国内设施农业的生产实践看，栽培方式和技术是限制其发展的因素；另外，流动水培设施成本高、管理难度大。因而，进行无土基质栽培将是设施农业的主要方向之一。

3 基质的研究

3.1 基质的分类

据基质的形态、成分、形状，目前国内外使用的基质可分为无机基质、有机基质和混合基质。

有机基质：是一类天然或合成的有机材料。如泥炭、树皮、锯木屑、秸秆、稻壳、蔗渣、苔藓、椰壳

（COCOPRESS）、堆肥、沼渣、岩糠灰。

无机基质：一般很少含有营养。包括砂、砾、陶粒、炉渣、泡沫（聚苯乙烯泡沫，尿醛泡沫）、浮石、岩棉、蛭石、珍珠岩等。

混合基质：无机-无机混合、有机-有机混合、有机-无机混合。

从国内外无土栽培研究和生产实践的历史与现状看，有机基质使用较少。一方面是由于植物的有机营养理论不清楚，有机成分的释放、吸收、代谢机理不明。另一方面随着计算机技术、自动化控制技术和新材料在设施中的应用，设施农业已进入全自控新阶段，有机基质的使用可能会给植物营养的精确调控和营养液的回收再利用带来困难。由于混合基质由结构性质不同的原料混合而成，可以扬长避短，在水、气、肥相互协调方面优于单一基质，所以，混合基质将是今后发展的方向。

3.2 基质的结构

无土栽培基质是能为植物体提供稳定协调的水、肥、气的生长介质。它除了支持、固定植株外，更重要的是使来自营养液的养分、水分便于植物根系从中按需选择吸收。基质的结构决定基质水分、养分吸附能力和空气的含量，从而影响水分养分的运输、供应及吸收。同时基质的结构对根系的生长也有很大的影响。各种基质的结构情况参见表1。

3.3 基质的理化性状

无土基质栽培的核心是使用营养液通过基质来供应水分养分，由于植物根系是与基质相接触，因而基质对营养液的吸附特性直接决定了植物营养的供给情况。基质的结构决定了基质的理化性质参见表2 和表3[3-12]

分析表 1 和2 可知基质对水分、养分的吸附、保持、释放能力以及植物根系对营养和水分的吸收过程决定于基质的结构(颗粒大小、形状、孔隙度)，颗粒越小排列越紧密，比表面积和孔隙度越大，持水越多，相反排水性、通气性越差。

比较表1，2和3中的各类基质，不难得出优良的无土栽培基质都具备四项基本功能，即固定作物的能力、保肥能力、保水能力及透气能力。具体表现为：

①有机物质的稳定性：用有机物作基质，须先堆沤发酵，使其形成稳定的腐殖质，并降解有害物质。这对盆栽作物尤为重要。锯木屑及稻壳等降解很快，不宜直接作盆栽基质。

②C/N比，有机物中C/N比不宜超过30:1，否则有机物降解受阻，将导致作物缺氮。锯木屑及稻壳等降解快，很难通过补充氮素满足作物营养需求。根据计算，1吨木屑需加10.7kg氮，才能满足要求。树皮C/N比约为300：1，每吨树皮需加入3kg氮以满足微生物的消耗。树皮降解速度较慢，需3年以上才能完全降解，尽管C/N比较大，仍不失为一种可利用的基质。而木屑在几个月内可完全降解，消耗氮量大，没有经验的种植者，应尽量避免使用。

③容重：基质应有足够的重量，以防止作物过重而倒伏。如果基质过重则运输成本高，使用不便。一般基质浇水后的容重以673kg/m3～1261kg/m3较适宜。

④持水力及通气性：浇水后的栽培基质由基质颗粒、颗粒表面水膜及孔隙中空气三部分组成。为使作物生长良好，基质中的水气要平衡，即10%～20%的空气及35%～50%的水分。使用树皮、稻壳、木炭、蛭石可达到上述要求。

⑤离于交换量(EC)：基质能吸附肥料中的营养元素供作物吸收利用。EC值过小，基质吸附能力差、营养离子易流失，需要经常施肥。

⑥pH值：大多数作物需微酸性基质(pH6.2～6.8)，少量作物偏好酸性基质(pH4.5～5.8)，泥炭、树皮及其它堆肥为酸性，砂及珍珠岩为中性。

⑦营养物质含量：泥炭及树皮缺乏微量元素，基质使用前可根据作物需要加入一定量营养物质。

由于目前的研究还不够深入，尚不能确切说明植物对水分养分的需求、转运等。以及无法明确营养液的组成、配制、灌溉制度。因此，营养液的灌溉和管理比较复杂。目前国外的现代化自控温室营养液的电脑管理基本上停留在依靠调控EC 的水平上，大多采取过量灌溉，是一种半精确的水分养分供应方式。国内的塑料大棚也采取类似的经验灌溉。因此，养分水分的精确供应研究尚有待于进一步深入，如用不同的传感器分别测定营养液和回收液中各养分的含量和pH，掌握植物对水分养分的吸收量，以便进行相应的调控。

3.4 基质的重复利用

基质结构在灌溉和植物根系作用下会有所改变，同时根分泌物和盐分的积聚，以及可能存在病虫等，因此基质要重复利用，应该进行一些处理，如结构重组、水分淋洗、消毒等。消毒措施有蒸汽消毒、溴甲烷、甲醛、氯化苦消毒，太阳暴晒等，但尚没有经济可靠的大批量基质消毒的办法。

4 基质研究的展望

4.1 展望

由于土壤栽培存在诸多缺点，如土壤次生盐渍化；营养难于调控；病虫害难于预防；生产操作繁重等，势必要求大规模开展无土栽培。但现在没有任何一种基质可以适应所有作物种植，而且设施农业呈现日光温室、塑料大棚、自控温室等多种并存局面。因而，研究目的应在于以成熟的产品、简便易懂的管理使用技术支持无土基质栽培。开发的基质应该是以适应不同设施档次、不同地域、不同作物，以成本低、效果好、管理方便为标准，并与该基质和营养液管理配套，联合推广，以适应当前发展的趋势。预计在未来10 年内，无土基质栽培将占设施农业的一半以上，基质将逐渐形成广阔市场。[11]

4.2 重点研究的问题

4.2.1 基质的结构研究

基质的适宜理化性质参数研究。这不仅是基质标准化生产的技术基础，也是营养管理的依据和基质重复利用的前提。这方面的系统研究将是一种创新和突破。

4.2.2 基质生产工艺

如何按标准参数控制基质结构的形成技术，这种技术要适应标准化、规模化、工厂化生产的需要。基质的结构应该是团聚体结构，团聚体结构有利于水分的吸收、排放、通气、根系的伸长和结构的稳定。基质的重复利用性能也决定于基质结构的稳定性。

4.2.3 基质栽培中根际营养的研究

虽然不像土壤栽培中那样，普遍存在环境胁迫，如养分、水分、酸碱、温度等胁迫，且基质中养分只有速效养分，但植物是如何适应充足的水分养分供应的，特别是有些养分如钾、钙、铁的含量远远超过土壤的含量，是土壤的上百倍，植物根际营养和根际微生物，根系分泌物是如何调节植物养分，这些研究工作都是很有意义。

4.2.4 基质的水肥管理技术

在设施栽培的气候环境和营养环境下，植物的营养生理也有其特点，特别是在高产管理和使用设施专用品种的情况下，植物的营养生理特征不同于露地栽培。因此，营养液的配制技术(包括配方)；灌溉技术(频率、灌溉量)；监测调整技术(植株、营养液回收液的监测调整)；设施营养诊断技术；适合滴灌的园艺用肥料(高浓、全溶复合肥)研制等将是基质研究和应用的重点。

4.2.5 关于有机基质和有机废弃物

有机基质是指完全是有机物料或以有机物料为主的基质。与目前玻璃温室普遍使用的无机基质的主要差别是其本身含有不同比例的营养元素，这些营养元素的有效释放是不可控的，是不匀速的，因此，虽然营养液的成分、浓度很精确，但植物可吸收的养分状况是不确定的，不利于养分水分的精确调控。塑料大棚的环境控制能力有限，营养管理也是基于经验性的过量灌溉，本身就不精确，所以，塑料大棚中使用有机基质是可行的。有机废弃物是较好的有机基质原料。目前，有机废弃物的处理方法仍以堆肥为主，堆肥的本质是固体废弃物分解为相对稳定的腐殖质物质的过程，它是细菌、放线菌和真菌等在好气或厌氧条件下完成的。作为基质应达到三项标准：易分解的有机物大部分分解；施入土壤后不产生氮的生物固定；通过降解除去酚类等有害物质、消灭病原菌、害虫卵和杂草种籽。并且应有适宜的理化性质。目前有机废弃物处理的关键是采用新工艺，降低成本。最新研究表明，经厌氧发酵制成的沼渣是较好的无土栽培基质。

4.3 新产品

4.3.1 模制基质

模制基质是把基质模制成固定形状，在上面预留栽培穴，种子或幼苗直接种在穴内，省去了栽培容器，便于消毒。农用岩棉就是模制基质。模制基质在花卉栽培上应用较多，浇水后基质的形状随容器的形状而改变。

4.3.2吸水性聚氨酯泡沫

是在传统的聚氨酯泡沫中，引入亲水基团，以提高泡沫的吸水、保水功能。由于在聚氨酯泡沫的合成中，可以通过调整配方比例来控制泡沫的吸水量，控制泡沫在使用中的固、气、水的组成比例，以满足不同作物根系生长的要求，因此，亲水吸水性聚氨酯泡沫作为无土栽培的基材，有其重量轻、基材组成可根据不同作物要求进行调整及可制成各种形状等独特的优点[10]。

4.3.3矿渣棉

矿渣棉是工业岩棉的一种，以工业废料矿渣为原料，熔化后用蒸汽喷射法或离心法制成的絮状材料。也可用沥青或酚醛树脂制成各种规格的板毡和管壳等。实验证明，矿渣棉几乎囊括了非岩棉类无土栽培基质的优点，如具有很强的透水性、透气性、保水性，物理性状良好，化学性质稳定；隔热性能好，使根际温度保持稳定；经高温消毒，无病虫害，不腐烂，不破碎．使用寿命长等。此外它还具有其他基质所没有的优点：①可单独做基质，不必与其它基质配制，就能给作物根际创造一个良好的水、气供应环境。 ②不易变型，物理结构稳定，不会板结，不用松土、换土。 ③可塑性强，可人工将矿渣棉板、管割成各种形状，再以不易腐烂变质的尼龙、塑料、玻璃制品做包装，制成形色多样的简易养花器皿。而且由于质轻，可用于花卉的悬挂、壁挂，增加装饰性。矿渣棉除具有以上和岩棉相同的优点外，还存在和岩棉一样的缺点。首先是其体内所含元素大多为不可利用态，不能被作物吸收；其次是作物根部扎入岩棉中，移植时会造成伤根，必须在根系很小时移植或带岩棉一同移植。另外，矿渣棉还有使皮肤刺痒的缺点，操作时最好先用水浸泡至饱和，并轻拿轻放。再有，由于矿渣棉原科复杂，工序简单，质量差，估计会含有对植物不利的物质。但由于其价格低廉，较为适合中国无土栽培。

4.3.4 其他研究新成果

随着科学技术水平的不断提高，利用其他材料作为观赏植物无土栽培基质的研究也层出不穷。美国Lohv等利用菇床废料制作无土栽培基质与商业泥炭－蛭石基质对比试验发现菇床废料经过脱盐处理也可作为一种花卉无土栽培基质；梁应林等利用贵州地区天然草皮丰富的优势，用天然草皮烧成的灰或堆制成的腐质土作无土栽培基质生产地毯式草坪，效果显著优于土培草坪，与报道的其他无土栽培基质培育的草坪无差异；美国Stone 用污泥堆肥和海滩沙混合基质与2 种商品盆栽混合基质对草坪草生长的影响进行比较发现，海滩沙／污泥堆肥比例为1：1 和3：1 时，草坪草的生长高度、茎秆数目和展幅与一种商品混合基质相同，优于另一商品混合基质；美国Hensler.K.I 采用可生物降解的有机物洋麻作为基质进行暖地型无土草皮生产可行性研究，以播种和根茎繁殖2 种方式种植，6 周后播种和根茎繁殖的草坪草盖度都达到了100%；中国科学院武汉植物研究所丁朝华等，则利用无纺织物作基质培育地毯式草皮，试验结果表明该无土草皮各方面性能均优于土培草皮。

4.3.5 其他商品化基质

椰糠或椰绒（cocopith）基质，用椰壳经工艺加工压缩成各种规格的块状。主要用于：蔬菜、花卉、屋顶花园及各种植物的育苗和工厂化生产，是生态型无土栽培的主要基质。以及法可洛岩棉、OXYGROW 泡沫基质、可保花卉陶粒等。

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