氣霧栽培的應用與研究綜述
氣霧栽培作為一種新型的栽培模式,是基于工程技術、生物技術、計算機控制技術等基礎上的一種全新栽培模式,在理論及實際操作中還有極大的改進與提升空間。目前已有對部分城市的露天陽臺、樓頂、廣場、公園等場合采用氣霧栽培設施種植觀賞植物,均取得較好的效果。氣霧栽培是未來發展高效農業的最佳栽培模式,露天自然條件下形成可操作的氣霧栽培技術體系將會徹底改變當前的耕作模式。
氣霧栽培簡稱霧培,是一種以霧化營養液方式滿足植物根系對水肥需求的新型無土栽培模式,其基本原理是使植物的根系懸掛生長在封閉、不透光的環境內,營養液通過特殊設備形成噴霧,在自動控制系統的調控下間歇性噴到植物根系上,以提供植物生長所需的水分和養分。霧培與傳統土培及普通水培相比,植物根系直接暴露在充滿霧化營養的空氣中,具有充足的自由伸展空間,可以毫無機械阻力的延伸;營養液霧化過程中不斷溶解空氣中的氧,可以有效解決普通水培中供氧、供肥的矛盾,具有土壤栽培和普通水培所沒有的優勢。氣霧栽培可提高單位面積內作物的產量,具有產量高、品質好、污染少的優點,可達到高產、優質、高效的目的,符合未來農業生產發展的方向,是實現農業現代化的重要途徑。
栽培系統的核心部分是栽培床,可根據空間利用率和個人審美設計出不同形狀。目前較常見的有3 種,分別為金字塔式、苗床式和立柱式。
2.1.1 增加作物產量
氣霧栽培有效改善了植物的根系生長環境,使得營養吸收更加直接,水和肥的利用率增大,立體式的栽培也使得植物對光的吸收利用增強。在同一生長期,氣霧栽培的植物生長速度比土培和水培要快,生物量也高于其他栽培方式, 比如馬鈴薯(Solanum tuberosum)微型原薯的氣霧栽培增產幅度一般在30% 以上,有的達到100%[4];霧培番茄的單株產量比土壤栽培增加15.3%[5]。
氣霧栽培有效改善了植物的根系生長環境,使得營養吸收更加直接,水和肥的利用率增大,立體式的栽培也使得植物對光的吸收利用增強。在同一生長期,氣霧栽培的植物生長速度比土培和水培要快,生物量也高于其他栽培方式, 比如馬鈴薯(Solanum tuberosum)微型原薯的氣霧栽培增產幅度一般在30% 以上,有的達到100%[4];霧培番茄的單株產量比土壤栽培增加15.3%[5]。
2.1.2 提高作物品質
氣霧栽培條件下,人們根據不同植物的營養需求制定不同的營養配方,以滿足植物對水肥的需求,可以達到個性化管理和自主控制。營養條件的改善使得作物的品質得到很大的提高。2.1.3 提高水肥利用率,減輕環境污染
在傳統的土壤栽培中,肥料平均利用率只有30%~40%[6];而氣霧栽培可根據植物品種、對氮鉀營養的喜好、處于何種生長階段,科學合理地供給營養物質,解決養分流失問題,因此,水肥利用率可提高至90%~95%[1]。其原因在于營養液霧化后,使得根系接觸營養液的表面積遠遠大于其他栽培方式。另一方面,在霧培模式下,植物根系的生長沒有土壤阻力,亦不存在水培中的根系缺氧問題,因此,植物的氣生狀須根根系非常發達,根系數量龐大,提高了根系對養分的吸收,從而可以實現作物的快速生長。采用氣霧栽培技術通常比常規模式栽培的植物2.1.4 可解決水培中根系缺氧問題
普通水培中,植物根系需要浸沒在營養液中來保證植株的營養吸收。由于營養液中溶解氧濃度低,而根系不斷的耗氧,根系供氧狀況不斷惡化,從而導致植物缺氧爛根,影響植物的生長。與水培不同,霧培模式下,植物的根系直接裸露在空氣中,根系與空氣直接接觸,營養液有規律的間隔從霧化噴頭中噴出,不斷溶解空氣中的氧氣,供給植物根系呼吸,促進根系呼吸代謝,使植物體內的其他代謝機能也增強,植物生長速度加快。2.1.5 可有效避免植物的連作障礙
常規的土壤栽培或者基質栽培常有土傳病害引起的連作障礙產生,需要進行隔年輪作方可繼續進行生產,或者直接施用防止連作障礙的化學藥品,影響生產又導致土壤污染和化學殘留。而不需要土壤和基質的氣霧栽培可從根本上解決土壤連作障礙的問題,只需要對營養液進行合理的調配,即可在同一套設施下可以連續多年重復栽種同一種作物。
2.1.6 提高土地利用率,實現農業現代化
氣霧栽培擺脫了土壤的約束,極大地擴展了農業生產空間,在耕地面積日益減少,土壤污染愈發嚴重的今天顯得尤為重要。常見的3 種氣霧栽培模式均屬于立體栽培方式,發展多層立體栽培,可提高土地利用率和單位面積產量,這是彌補我國耕地面積不足的重要途徑。在人口密集的城市,可利用樓頂、陽臺等空間,應用氣霧栽培技術培育蔬菜,無需中耕、除草、追肥,營養液管理完全自動化,一方面可以實現居民蔬菜的自我供給,另一方面可以陶冶市民的情操,是現代農業的發展方向。
常規的土壤栽培或者基質栽培常有土傳病害引起的連作障礙產生,需要進行隔年輪作方可繼續進行生產,或者直接施用防止連作障礙的化學藥品,影響生產又導致土壤污染和化學殘留。而不需要土壤和基質的氣霧栽培可從根本上解決土壤連作障礙的問題,只需要對營養液進行合理的調配,即可在同一套設施下可以連續多年重復栽種同一種作物。2.1.6 提高土地利用率,實現農業現代化
氣霧栽培擺脫了土壤的約束,極大地擴展了農業生產空間,在耕地面積日益減少,土壤污染愈發嚴重的今天顯得尤為重要。常見的3 種氣霧栽培模式均屬于立體栽培方式,發展多層立體栽培,可提高土地利用率和單位面積產量,這是彌補我國耕地面積不足的重要途徑。在人口密集的城市,可利用樓頂、陽臺等空間,應用氣霧栽培技術培育蔬菜,無需中耕、除草、追肥,營養液管理完全自動化,一方面可以實現居民蔬菜的自我供給,另一方面可以陶冶市民的情操,是現代農業的發展方向。
2.2.1 設施投資大,運行費用高
氣霧栽培屬于設施栽培,前期建造設施和采購設備需投入大量資金,后期運行費用也較高。在我國,普通農民無法承擔如此高的費用,這也是目前氣霧栽培技術在我國未普及的一個根本原因。
氣霧栽培屬于設施栽培,前期建造設施和采購設備需投入大量資金,后期運行費用也較高。在我國,普通農民無法承擔如此高的費用,這也是目前氣霧栽培技術在我國未普及的一個根本原因。2.2.2 對電力依賴性大
氣霧栽培技術需要電力保證一整套設施的正常運作,一旦供電不足或斷電,營養液無法供給,短時間內植物將因缺水而萎蔫,嚴重時造成死亡。2.2.3 管理技術要求高
氣霧栽培生產中需要依據植物種類和生長階段選用適宜的營養液配方,不同植物的營養液最適宜EC 值、pH 值不同,并且需要專業人員進行管理和調配,增加了氣霧栽培技術的管理成本。氣霧栽培生產中需要依據植物種類和生長階段選用適宜的營養液配方,不同植物的營養液最適宜EC 值、pH 值不同,并且需要專業人員進行管理和調配,增加了氣霧栽培技術的管理成本。
營養液是霧培等無土栽培技術中植物根系營養的唯一來源,其營養元素的組成、離子濃度的高低、pH 值等物理條件都會對植物的生長發育產生影響。植物能否正常生長、品質是否有所提高與營養液配制是否合理息息相關,因此,營養液的配制、優化和調控是氣霧栽培技術的核心。不同的植物有不同的根系構造,有不一樣的需肥特征,必須根據植物的栽培條件和生理特征對現有的經典水培營養液配方進行篩選和改善,為常見的植物制定出特有的霧培營養液通用配方,才能真正實現植物的優質高產。目前,國內對霧培馬鈴薯的營養液進行了較深入的研究,內容包括營養液的配方、氮鉀比例、氮源的形態到營養液離子濃度、外源離子的添加、pH 值等,為馬鈴薯的氣霧栽培生產提供了豐富的理論基礎和科學的技術指導[18]。例如,王素梅等[19] 提出,在營養液中適當增加K+ 的濃度,降低N 素的含量,有利于馬鈴薯塊莖的膨大。盧泳全等[20] 研究認為氨態氮和硝態氮的混合使用所得的產量比使用單一形態的氮源產量要高。氨態氮有利于塊莖的增大,而硝態氮可以刺激馬鈴薯匍匐莖的分支,主要促進主莖的生長。兩種形態的氮混合使用可同時促進分支的增多和塊莖的增大,這項研究結果與之前OSAKI等[21] 的研究一致。另外,研究發現在黃瓜的霧培營養液中添加2~4 mol/L 的HCO3-,有利于穩定營養液的pH 值,促進黃瓜根系對NO3-、K+、Ca2+ 的吸收,從而促進植物的生長[22]。
下一條: 蔬菜種植技術:有機生態型蔬菜無土栽培技術! | 上一條: 立柱式無土栽培技術 |