凡是不用天然土壤，用基質栽培作物的方法統(tǒng)稱為無土栽培；無土栽培目前已成為設施農業(yè)的重要內容，也是農業(yè)作物工廠化生產的重要形式，是發(fā)展高效農業(yè)的新途徑。無土栽培和設施農業(yè)相結合，促進了無土栽培的發(fā)展。作為無土栽培的基礎，栽培基質也有很好的發(fā)展機遇和廣闊的市場前景。

2 發(fā)展歷史

2.1 栽培基質研究的歷史

栽培基質的研究史實際上也是固體基質栽培的發(fā)展史。無土栽培的歷史雖然很古老，但真正開始于1860年J.Boussingault ａnd Salm-Horstmar對無土栽培基質的研究；發(fā)展始于1965年英國溫室作物研究所的NFT技術和1968年丹麥Grodan公司開發(fā)的巖棉（Rockwool）栽培技術。*早的栽培基質是砂礫；Salm-Horstmar(1871)用石英、河沙、水晶、碎瓷、純碳酸鈣、硅酸以及活性炭作為燕麥的生根基質。隨后Hall(1914)用不同級別的沙、粉粒、高嶺土栽培羽扇豆和大麥。及后來，蛭石被Woodcock (1946)用來作為蘭花的栽培基質等等。作為無土栽培的基質很快擴展到石礫、陶粒、珍珠巖、巖棉、海綿(尿醛)、硅膠、堿交換物(離子交換樹脂)如斑脫土，沸石、酚醛泡沫(泡沫塑料)，爐渣及合成的樹脂材料等，泥炭、鋸末、樹皮、稻殼、椰殼和混合基質。

2.2 國內外概況

基質是無土栽培的基礎，而無土栽培則是設施農業(yè)的主要栽培方式，對基質的研究是無土栽培的步，同時也反映了無土栽培的水平。因而，國內外對此充分重視。雖然我國的設施農業(yè)早在2000 多年前的《漢書》中就有記載(如秦漢的暖窯種瓜)，比歐洲古羅馬的記載要早得多。但現代設施農業(yè)的研究和發(fā)展中心在歐洲和美國、以色列、日本等國家。相應地，它們的無土栽培也走在世界的前列。其中以荷蘭的設施農業(yè)為代表，荷蘭建有1.1 億m2 的溫室．其中3/4 以上面積采用基質栽培，栽培基質主要為巖棉和一些混合物(陶粒、泥炭、樹皮、椰子纖維等)，配之以相應的營養(yǎng)液滴灌和栽培技術，蔬菜產量可達60kg /m2(番茄)；其花卉品種繁多，產量質量也很高，產出鮮花在世界鮮花市場的占有率達60%，每年出口額l12.5l 億美元，所創(chuàng)造的產值占全國農業(yè)總產值的35%左右，成為荷蘭的主要支柱產業(yè)。日本是一個人多地少的國家，其農業(yè)現代化的發(fā)展過程中設施農業(yè)起到了十分重要的作用，體現了工業(yè)支持農業(yè)的特點，形成了有特色的設施農業(yè)產業(yè)。

我國無土栽培起步較晚，20 世紀70 年代主要用于水稻無土育秧，80 年代僅在蔬菜工廠化育苗和園林苗木育苗上有所發(fā)展。由于土培存在連作障礙和土壤次生鹽漬化的致命缺點，并且就目前國內設施農業(yè)的生產實踐看，栽培方式和技術是限制其發(fā)展的因素；另外，流動水培設施成本高、管理難度大。因而，進行無土基質栽培將是設施農業(yè)的主要方向。

3 基質的研究

3.1 基質的分類

據基質的形態(tài)、成分、形狀，目前國內外使用的基質可分為無機基質、有機基質和混合基質。

有機基質：是一類天然或合成的有機材料。如泥炭、樹皮、鋸木屑、秸稈、稻殼、蔗渣、苔蘚、椰殼

（COCOPRESS）、堆肥、沼渣、巖糠灰。

無機基質：一般很少含有營養(yǎng)。包括砂、礫、陶粒、爐渣、泡沫（聚苯乙烯泡沫，尿醛泡沫）、浮石、巖棉、蛭石、珍珠巖等。

混合基質：無機-無機混合、有機-有機混合、有機-無機混合。

從國內外無土栽培研究和生產實踐的歷史與現狀看，有機基質使用較少。一方面是由于植物的有機營養(yǎng)理論不清楚，有機成分的釋放、吸收、代謝機理不明。另一方面隨著計算機技術、自動化控制技術和新材料在設施中的應用，設施農業(yè)已進入全自控新階段，有機基質的使用可能會給植物營養(yǎng)的精確調控和營養(yǎng)液的回收再利用帶來困難。由于混合基質由結構性質不同的原料混合而成，可以揚長避短，在水、氣、肥相互協調方面優(yōu)于單一基質，所以，混合基質將是今后發(fā)展的方向。

3.2 基質的結構

無土栽培基質是能為植物體提供穩(wěn)定協調的水、肥、氣的生長介質。它除了支持、固定植株外，更重要的是使來自營養(yǎng)液的養(yǎng)分、水分便于植物根系從中按需選擇吸收。基質的結構決定基質水分、養(yǎng)分吸附能力和空氣的含量，從而影響水分養(yǎng)分的運輸、供應及吸收。同時基質的結構對根系的生長也有很大的影響。各種基質的結構情況參見表1。

3.3 基質的理化性狀

無土基質栽培的核心是使用營養(yǎng)液通過基質來供應水分養(yǎng)分，由于植物根系是與基質相接觸，因而基質對營養(yǎng)液的吸附特性直接決定了植物營養(yǎng)的供給情況�；|的結構決定了基質的理化性質參見表2 和表3[3-12]

分析表 1 和2 可知基質對水分、養(yǎng)分的吸附、保持、釋放能力以及植物根系對營養(yǎng)和水分的吸收過程決定于基質的結構(顆粒大小、形狀、孔隙度)，顆粒越小排列越緊密，比表面積和孔隙度越大，持水越多，相反排水性、通氣性越差。

比較表1，2和3中的各類基質，不難得出優(yōu)良的無土栽培基質都具備四項基本功能，即固定作物的能力、保肥能力、保水能力及透氣能力。具體表現為：

①有機物質的穩(wěn)定性：用有機物作基質，須先堆漚發(fā)酵，使其形成穩(wěn)定的腐殖質，并降解有害物質。這對盆栽作物尤為重要。鋸木屑及稻殼等降解很快，不宜直接作盆栽基質。

②C/N比，有機物中C/N比不宜超過30:1，否則有機物降解受阻，將導致作物缺氮。鋸木屑及稻殼等降解快，很難通過補充氮素滿足作物營養(yǎng)需求。根據計算，1噸木屑需加10.7kg氮，才能滿足要求。樹皮C/N比約為300：1，每噸樹皮需加入3kg氮以滿足微生物的消耗。樹皮降解速度較慢，需3年以上才能完全降解，盡管C/N比較大，仍不失為一種可利用的基質。而木屑在幾個月內可完全降解，消耗氮量大，沒有經驗的種植者，應盡量避免使用。

③容重：基質應有足夠的重量，以防止作物過重而倒伏。如果基質過重則運輸成本高，使用不便。一般基質澆水后的容重以673kg/m3～1261kg/m3較適宜。

④持水力及通氣性：澆水后的栽培基質由基質顆粒、顆粒表面水膜及孔隙中空氣三部分組成。為使作物生長良好，基質中的水氣要平衡，即10%～20%的空氣及35%～50%的水分。使用樹皮、稻殼、木炭、蛭石可達到上述要求。

⑤離于交換量(EC)：基質能吸附肥料中的營養(yǎng)元素供作物吸收利用。EC值過小，基質吸附能力差、營養(yǎng)離子易流失，需要經常施肥。

⑥pH值：大多數作物需微酸性基質(pH6.2～6.8)，少量作物偏好酸性基質(pH4.5～5.8)，泥炭、樹皮及其它堆肥為酸性，砂及珍珠巖為中性。

⑦營養(yǎng)物質含量：泥炭及樹皮缺乏微量元素，基質使用前可根據作物需要加入一定量營養(yǎng)物質。

由于目前的研究還不夠深入，尚不能確切說明植物對水分養(yǎng)分的需求、轉運等。以及無法明確營養(yǎng)液的組成、配制、灌溉制度。因此，營養(yǎng)液的灌溉和管理比較復雜。目前國外的現代化自控溫室營養(yǎng)液的電腦管理基本上停留在依靠調控EC 的水平上，大多采取過量灌溉，是一種半精確的水分養(yǎng)分供應方式。國內的塑料大棚也采取類似的經驗灌溉。因此，養(yǎng)分水分的精確供應研究尚有待于進一步深入，如用不同的傳感器分別測定營養(yǎng)液和回收液中各養(yǎng)分的含量和pH，掌握植物對水分養(yǎng)分的吸收量，以便進行相應的調控。

3.4 基質的重復利用

基質結構在灌溉和植物根系作用下會有所改變，同時根分泌物和鹽分的積聚，以及可能存在病蟲等，因此基質要重復利用，應該進行一些處理，如結構重組、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，太陽暴曬等，但尚沒有經濟可靠的大批量基質消毒的辦法。

4 基質研究的展望

4.1 展望

由于土壤栽培存在諸多缺點，如土壤次生鹽漬化；營養(yǎng)難于調控；病蟲害難于預防；生產操作繁重等，勢必要求大規(guī)模開展無土栽培。但現在沒有任何一種基質可以適應所有作物種植，而且設施農業(yè)呈現日光溫室、塑料大棚、自控溫室等多種并存局面。因而，研究目的應在于以成熟的產品、簡便易懂的管理使用技術支持無土基質栽培。開發(fā)的基質應該是以適應不同設施檔次、不同地域、不同作物，以成本低、效果好、管理方便為標準，并與該基質和營養(yǎng)液管理配套，聯合推廣，以適應當前發(fā)展的趨勢。預計在未來10 年內，無土基質栽培將占設施農業(yè)的一半以上，基質將逐漸形成廣闊市場。[11]

4.2 重點研究的問題

4.2.1 基質的結構研究

基質的適宜理化性質參數研究。這不僅是基質標準化生產的技術基礎，也是營養(yǎng)管理的依據和基質重復利用的前提。這方面的系統(tǒng)研究將是一種創(chuàng)新和突破。

4.2.2 基質生產工藝

如何按標準參數控制基質結構的形成技術，這種技術要適應標準化、規(guī)�；⒐S化生產的需要�；|的結構應該是團聚體結構，團聚體結構有利于水分的吸收、排放、通氣、根系的伸長和結構的穩(wěn)定。基質的重復利用性能也決定于基質結構的穩(wěn)定性。

4.2.3 基質栽培中根際營養(yǎng)的研究

雖然不像土壤栽培中那樣，普遍存在環(huán)境脅迫，如養(yǎng)分、水分、酸堿、溫度等脅迫，且基質中養(yǎng)分只有速效養(yǎng)分，但植物是如何適應充足的水分養(yǎng)分供應的，特別是有些養(yǎng)分如鉀、鈣、鐵的含量遠遠超過土壤的含量，是土壤的上百倍，植物根際營養(yǎng)和根際微生物，根系分泌物是如何調節(jié)植物養(yǎng)分，這些研究工作都是很有意義。

4.2.4 基質的水肥管理技術

在設施栽培的氣候環(huán)境和營養(yǎng)環(huán)境下，植物的營養(yǎng)生理也有其特點，特別是在高產管理和使用設施專用品種的情況下，植物的營養(yǎng)生理特征不同于露地栽培。因此，營養(yǎng)液的配制技術(包括配方)；灌溉技術(頻率、灌溉量)；監(jiān)測調整技術(植株、營養(yǎng)液回收液的監(jiān)測調整)；設施營養(yǎng)診斷技術；適合滴灌的園藝用肥料(高濃、全溶復合肥)研制等將是基質研究和應用的重點。

4.2.5 關于有機基質和有機廢棄物

有機基質是指完全是有機物料或以有機物料為主的基質。與目前玻璃溫室普遍使用的無機基質的主要差別是其本身含有不同比例的營養(yǎng)元素，這些營養(yǎng)元素的有效釋放是不可控的，是不勻速的，因此，雖然營養(yǎng)液的成分、濃度很精確，但植物可吸收的養(yǎng)分狀況是不確定的，不利于養(yǎng)分水分的精確調控。塑料大棚的環(huán)境控制能力有限，營養(yǎng)管理也是基于經驗性的過量灌溉，本身就不精確，所以，塑料大棚中使用有機基質是可行的。有機廢棄物是較好的有機基質原料。目前，有機廢棄物的處理方法仍以堆肥為主，堆肥的本質是固體廢棄物分解為相對穩(wěn)定的腐殖質物質的過程，它是細菌、放線菌和真菌等在好氣或厭氧條件下完成的。作為基質應達到三項標準：易分解的有機物大部分分解；施入土壤后不產生氮的生物固定；通過降解除去酚類等有害物質、消滅病原菌、害蟲卵和雜草種籽。并且應有適宜的理化性質。目前有機廢棄物處理的關鍵是采用新工藝，降低成本。*新研究表明，經厭氧發(fā)酵制成的沼渣是較好的無土栽培基質。

4.3 新產品

4.3.1 模制基質

模制基質是把基質模制成固定形狀，在上面預留栽培穴，種子或幼苗直接種在穴內，省去了栽培容器，便于消毒。農用巖棉就是模制基質。模制基質在花卉栽培上應用較多，澆水后基質的形狀隨容器的形狀而改變。

4.3.2吸水性聚氨酯泡沫

是在傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫中，引入親水基團，以提高泡沫的吸水、保水功能。由于在聚氨酯泡沫的合成中，可以通過調整配方比例來控制泡沫的吸水量，控制泡沫在使用中的固、氣、水的組成比例，以滿足不同作物根系生長的要求，因此，親水吸水性聚氨酯泡沫作為無土栽培的基材，有其重量輕、基材組成可根據不同作物要求進行調整及可制成各種形狀等獨特的優(yōu)點[10]。

4.3.3礦渣棉

礦渣棉是工業(yè)巖棉的一種，以工業(yè)廢料礦渣為原料，熔化后用蒸汽噴射法或離心法制成的絮狀材料。也可用瀝青或酚醛樹脂制成各種規(guī)格的板氈和管殼等。實驗證明，礦渣棉幾乎囊括了非巖棉類無土栽培基質的優(yōu)點，如具有很強的透水性、透氣性、保水性，物理性狀良好，化學性質穩(wěn)定；隔熱性能好，使根際溫度保持穩(wěn)定；經高溫消毒，無病蟲害，不腐爛，不破碎．使用壽命長等。此外它還具有其他基質所沒有的優(yōu)點：①可單獨做基質，不必與其它基質配制，就能給作物根際創(chuàng)造一個良好的水、氣供應環(huán)境。 ②不易變型，物理結構穩(wěn)定，不會板結，不用松土、換土。 ③可塑性強，可人工將礦渣棉板、管割成各種形狀，再以不易腐爛變質的尼龍、塑料、玻璃制品做包裝，制成形色多樣的簡易養(yǎng)花器皿。而且由于質輕，可用于花卉的懸掛、壁掛，增加裝飾性。礦渣棉除具有以上和巖棉相同的優(yōu)點外，還存在和巖棉一樣的缺點。首先是其體內所含元素大多為不可利用態(tài)，不能被作物吸收；其次是作物根部扎入巖棉中，移植時會造成傷根，必須在根系很小時移植或帶巖棉一同移植。另外，礦渣棉還有使皮膚刺癢的缺點，操作時先用水浸泡至飽和，并輕拿輕放。再有，由于礦渣棉原科復雜，工序簡單，質量差，估計會含有對植物不利的物質。但由于其價格低廉，較為適合中國無土栽培。

4.3.4 其他研究新成果

隨著科學技術水平的不斷提高，利用其他材料作為觀賞植物無土栽培基質的研究也層出不窮。美國Lohv等利用菇床廢料制作無土栽培基質與商業(yè)泥炭－蛭石基質對比試驗發(fā)現菇床廢料經過脫鹽處理也可作為一種花卉無土栽培基質；梁應林等利用貴州地區(qū)天然草皮豐富的優(yōu)勢，用天然草皮燒成的灰或堆制成的腐質土作無土栽培基質生產地毯式草坪，效果顯著優(yōu)于土培草坪，與報道的其他無土栽培基質培育的草坪無差異；美國Stone 用污泥堆肥和海灘沙混合基質與2 種商品盆栽混合基質對草坪草生長的影響進行比較發(fā)現，海灘沙／污泥堆肥比例為1：1 和3：1 時，草坪草的生長高度、莖稈數目和展幅與一種商品混合基質相同，優(yōu)于另一商品混合基質；美國Hensler.K.I 采用可生物降解的有機物洋麻作為基質進行暖地型無土草皮生產可行性研究，以播種和根莖繁殖2 種方式種植，6 周后播種和根莖繁殖的草坪草蓋度都達到了100%；中國科學院武漢植物研究所丁朝華等，則利用無紡織物作基質培育地毯式草皮，試驗結果表明該無土草皮各方面性能均優(yōu)于土培草皮。

4.3.5 其他商品化基質

椰糠或椰絨（cocopith）基質，用椰殼經工藝加工壓縮成各種規(guī)格的塊狀。主要用于：蔬菜、花卉、屋頂花園及各種植物的育苗和工廠化生產，是生態(tài)型無土栽培的主要基質。以及法可洛巖棉、OXYGROW 泡沫基質、可�；ɑ芴樟５�。

版權聲明：文章來自網絡，版權歸原創(chuàng)作者，如有侵權，請?zhí)嵝盐覀儎h除。作為交流平臺，文章觀點屬于作者，僅供參考。

原創(chuàng)作者：壽光市眾泰農業(yè)科技有限公司