氣霧栽培的應(yīng)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(shù)、生物技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等基礎(chǔ)上的一種全新栽培模式，在理論及實(shí)際操作中還有極大的改進(jìn)與提升空間。目前已有對(duì)部分城市的露天陽臺(tái)、樓頂、廣場(chǎng)、公園等場(chǎng)合采用氣霧栽培設(shè)施種植觀賞植物，均取得較好的效果。氣霧栽培是未來發(fā)展高效農(nóng)業(yè)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(shù)體系將會(huì)徹底改變當(dāng)前的耕作模式。
氣霧栽培簡(jiǎn)稱霧培，是一種以霧化營養(yǎng)液方式滿足植物根系對(duì)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(zhǎng)在封閉、不透光的環(huán)境內(nèi)，營養(yǎng)液通過特殊設(shè)備形成噴霧，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)控下間歇性噴到植物根系上，以提供植物生長(zhǎng)所需的水分和養(yǎng)分。霧培與傳統(tǒng)土培及普通水培相比，植物根系直接暴露在充滿霧化營養(yǎng)的空氣中，具有充足的自由伸展空間，可以毫無機(jī)械阻力的延伸；營養(yǎng)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(yōu)勢(shì)。氣霧栽培可提高單位面積內(nèi)作物的產(chǎn)量，具有產(chǎn)量高、品質(zhì)好、污染少的優(yōu)點(diǎn)，可達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的目的，符合未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的方向，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要途徑。
栽培系統(tǒng)的核心部分是栽培床，可根據(jù)空間利用率和個(gè)人審美設(shè)計(jì)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(chǎn)量
氣霧栽培有效改善了植物的根系生長(zhǎng)環(huán)境，使得營養(yǎng)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(duì)光的吸收利用增強(qiáng)。在同一生長(zhǎng)期，氣霧栽培的植物生長(zhǎng)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(chǎn)幅度一般在30% 以上，有的達(dá)到100%[4]；霧培番茄的單株產(chǎn)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(zhǎng)環(huán)境，使得營養(yǎng)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(duì)光的吸收利用增強(qiáng)。在同一生長(zhǎng)期，氣霧栽培的植物生長(zhǎng)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(chǎn)幅度一般在30% 以上，有的達(dá)到100%[4]；霧培番茄的單株產(chǎn)量比土壤栽培增加15.3%[5]。
2.1.2 提高作物品質(zhì)
氣霧栽培條件下，人們根據(jù)不同植物的營養(yǎng)需求制定不同的營養(yǎng)配方，以滿足植物對(duì)水肥的需求，可以達(dá)到個(gè)性化管理和自主控制。營養(yǎng)條件的改善使得作物的品質(zhì)得到很大的提高。2.1.3 提高水肥利用率，減輕環(huán)境污染
在傳統(tǒng)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(jù)植物品種、對(duì)氮鉀營養(yǎng)的喜好、處于何種生長(zhǎng)階段，科學(xué)合理地供給營養(yǎng)物質(zhì)，解決養(yǎng)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(yǎng)液霧化后，使得根系接觸營養(yǎng)液的表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhǎng)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(fā)達(dá)，根系數(shù)量龐大，提高了根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而可以實(shí)現(xiàn)作物的快速生長(zhǎng)。采用氣霧栽培技術(shù)通常比常規(guī)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(yǎng)液中來保證植株的營養(yǎng)吸收。由于營養(yǎng)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(dǎo)致植物缺氧爛根，影響植物的生長(zhǎng)。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(yǎng)液有規(guī)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(jìn)根系呼吸代謝，使植物體內(nèi)的其他代謝機(jī)能也增強(qiáng)，植物生長(zhǎng)速度加快。2.1.5 可有效避免植物的連作障礙
常規(guī)的土壤栽培或者基質(zhì)栽培常有土傳病害引起的連作障礙產(chǎn)生，需要進(jìn)行隔年輪作方可繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，或者直接施用防止連作障礙的化學(xué)藥品，影響生產(chǎn)又導(dǎo)致土壤污染和化學(xué)殘留。而不需要土壤和基質(zhì)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(duì)營養(yǎng)液進(jìn)行合理的調(diào)配，即可在同一套設(shè)施下可以連續(xù)多年重復(fù)栽種同一種作物。
2.1.6 提高土地利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化
氣霧栽培擺脫了土壤的約束，極大地?cái)U(kuò)展了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，在耕地面積日益減少，土壤污染愈發(fā)嚴(yán)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(fā)展多層立體栽培，可提高土地利用率和單位面積產(chǎn)量，這是彌補(bǔ)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(tái)等空間，應(yīng)用氣霧栽培技術(shù)培育蔬菜，無需中耕、除草、追肥，營養(yǎng)液管理完全自動(dòng)化，一方面可以實(shí)現(xiàn)居民蔬菜的自我供給，另一方面可以陶冶市民的情操，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。
常規(guī)的土壤栽培或者基質(zhì)栽培常有土傳病害引起的連作障礙產(chǎn)生，需要進(jìn)行隔年輪作方可繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，或者直接施用防止連作障礙的化學(xué)藥品，影響生產(chǎn)又導(dǎo)致土壤污染和化學(xué)殘留。而不需要土壤和基質(zhì)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(duì)營養(yǎng)液進(jìn)行合理的調(diào)配，即可在同一套設(shè)施下可以連續(xù)多年重復(fù)栽種同一種作物。2.1.6 提高土地利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化
氣霧栽培擺脫了土壤的約束，極大地?cái)U(kuò)展了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，在耕地面積日益減少，土壤污染愈發(fā)嚴(yán)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(fā)展多層立體栽培，可提高土地利用率和單位面積產(chǎn)量，這是彌補(bǔ)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(tái)等空間，應(yīng)用氣霧栽培技術(shù)培育蔬菜，無需中耕、除草、追肥，營養(yǎng)液管理完全自動(dòng)化，一方面可以實(shí)現(xiàn)居民蔬菜的自我供給，另一方面可以陶冶市民的情操，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。
2.2.1 設(shè)施投資大，運(yùn)行費(fèi)用高
氣霧栽培屬于設(shè)施栽培，前期建造設(shè)施和采購設(shè)備需投入大量資金，后期運(yùn)行費(fèi)用也較高。在我國，普通農(nóng)民無法承擔(dān)如此高的費(fèi)用，這也是目前氣霧栽培技術(shù)在我國未普及的一個(gè)根本原因。
氣霧栽培屬于設(shè)施栽培，前期建造設(shè)施和采購設(shè)備需投入大量資金，后期運(yùn)行費(fèi)用也較高。在我國，普通農(nóng)民無法承擔(dān)如此高的費(fèi)用，這也是目前氣霧栽培技術(shù)在我國未普及的一個(gè)根本原因。2.2.2 對(duì)電力依賴性大
氣霧栽培技術(shù)需要電力保證一整套設(shè)施的正常運(yùn)作，一旦供電不足或斷電，營養(yǎng)液無法供給，短時(shí)間內(nèi)植物將因缺水而萎蔫，嚴(yán)重時(shí)造成死亡。2.2.3 管理技術(shù)要求高
氣霧栽培生產(chǎn)中需要依據(jù)植物種類和生長(zhǎng)階段選用適宜的營養(yǎng)液配方，不同植物的營養(yǎng)液最適宜EC 值、pH 值不同，并且需要專業(yè)人員進(jìn)行管理和調(diào)配，增加了氣霧栽培技術(shù)的管理成本。氣霧栽培生產(chǎn)中需要依據(jù)植物種類和生長(zhǎng)階段選用適宜的營養(yǎng)液配方，不同植物的營養(yǎng)液最適宜EC 值、pH 值不同，并且需要專業(yè)人員進(jìn)行管理和調(diào)配，增加了氣霧栽培技術(shù)的管理成本。
營養(yǎng)液是霧培等無土栽培技術(shù)中植物根系營養(yǎng)的唯一來源，其營養(yǎng)元素的組成、離子濃度的高低、pH 值等物理?xiàng)l件都會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響。植物能否正常生長(zhǎng)、品質(zhì)是否有所提高與營養(yǎng)液配制是否合理息息相關(guān)，因此，營養(yǎng)液的配制、優(yōu)化和調(diào)控是氣霧栽培技術(shù)的核心。不同的植物有不同的根系構(gòu)造，有不一樣的需肥特征，必須根據(jù)植物的栽培條件和生理特征對(duì)現(xiàn)有的經(jīng)典水培營養(yǎng)液配方進(jìn)行篩選和改善，為常見的植物制定出特有的霧培營養(yǎng)液通用配方，才能真正實(shí)現(xiàn)植物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。目前，國內(nèi)對(duì)霧培馬鈴薯的營養(yǎng)液進(jìn)行了較深入的研究，內(nèi)容包括營養(yǎng)液的配方、氮鉀比例、氮源的形態(tài)到營養(yǎng)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(chǎn)提供了豐富的理論基礎(chǔ)和科學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)[18]。例如，王素梅等[19] 提出，在營養(yǎng)液中適當(dāng)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(rèn)為氨態(tài)氮和硝態(tài)氮的混合使用所得的產(chǎn)量比使用單一形態(tài)的氮源產(chǎn)量要高。氨態(tài)氮有利于塊莖的增大，而硝態(tài)氮可以刺激馬鈴薯匍匐莖的分支，主要促進(jìn)主莖的生長(zhǎng)。兩種形態(tài)的氮混合使用可同時(shí)促進(jìn)分支的增多和塊莖的增大，這項(xiàng)研究結(jié)果與之前OSAKI等[21] 的研究一致。另外，研究發(fā)現(xiàn)在黃瓜的霧培營養(yǎng)液中添加2~4 mol/L 的HCO3-，有利于穩(wěn)定營養(yǎng)液的pH 值，促進(jìn)黃瓜根系對(duì)NO3-、K+、Ca2+ 的吸收，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[22]。
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