气雾栽培

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气雾栽培技术研究与运用

摘要:气雾栽培(雾培)技术是把空气置于空气或气雾环境中,通过雾化的水气满足植物根系对水肥需求的一种栽培方式,它不仅摆脱了传统土壤栽培对天然土壤的依赖和免受土壤污染,连作障碍,次生盐渍化等对作物生产的限制,而且有效解决普通水培中根系供养问题,同时具有养分和水分利用率高的特点,不仅可用于蔬菜瓜果的工厂生产,而且适用于航天生命保障系统和庭院休闲农业,是一种具有广阔运用前景的新型无土栽培模式。营养液的配置和优化是雾培作物获得高产优质的关键技术。

关键词:气雾栽培 营养液 一、气雾栽培的运用现状

我国是一个农业大国，人多地少，耕地面积逐年锐减。据国土资源部国家统计局全国农业普查办公室2001年第5号文件《关于土地利用现状调查主要 数据成果的公报》，1996年全国耕地面积为130039千公顷，人均耕地面积0．106 公顷，不到世界平均水平的一半，然而至2010年全国耕地总面积仅剩121715．9 千公顷，人均耕地面积仅有O．091公顷，已不足世界平均水平的40％。同时，随着工业化、城市化进程的不断加快，退耕还林工程的实施，“人增地减”的矛盾将愈加严重。

蔬菜是人类生活中必不可少的食物，当前我国的蔬菜生产仍以精耕细作的 土壤栽培为主。且由于蔬菜是一种年复种指数高，需肥量大，投入高，产出高的经济作物。农民为了追求高产，尤其在设施栽培条件下常盲目过量施用化肥和有机肥和频繁大水灌溉不但影响蔬菜的营养和卫生安全品质，而且导致耕地质量退化和土壤生产力下降。显然，传统的土壤栽培方式越来越难承载人口的增长对蔬菜的数量、质量和供应时间等的需求。

气雾栽培(雾培)技术是一种新型的无土栽培模式，以雾化的水气满足植物对水肥需求的一种种植方式。其可采用立体栽培方式，显著提高单位面积 是实现农业高产、优质、高效的重要途径。近年来，关于气雾栽培技术的应用 以及营养液的成分对作物生长，生理的影响等方面的研究取得了不少进展。现就气雾栽培的基本原理、构成、特点及其应用、作物气雾栽培增产的原因以及气雾栽培营养液等方面的研究进展进行综述。

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二、气雾栽培的基本原理

气雾栽培又称雾培或喷雾培(AeropoIlics)，是一种新型的无土栽培技术。它是将作物的根系悬挂生长在封闭、不透光的容器(槽、箱或床)内，营养液经由特殊设备形成雾状，问歇性喷到作物根系上，以提供作物水分和养分需要的栽培技术，雾培与以水为介质为植物供应水肥的普通水培比较有明显的差异，其根系直接暴露在充满雾化营养的空气中是在毫无机械阻力的情况下生长，具有充足的氧气和自 由伸展的空间可有效解决普通水培中供氧、供肥的矛盾，具有养分供应速率快、养分和水分利用率高等特点。因此，具有土壤栽培和普通水培所没有的产量和品质优势，被认是一种最先进的无土栽培模式，符合未来农业生产发展的方向。目前，雾培技术已应用于蔬菜和药用植物的生产中。

三、气雾栽培的构成

气雾栽培主要由栽培系统、营养液供给系统、计算机自动控制系统三大部分组成。

(1)栽培系统

栽培系统按照栽培床的不同，可分为A型、立柱、半雾培3种类型。(1)A型雾培是由美国亚利桑那大学研究开发。A字型的栽培框架是雾培的典型结构，作物生长在侧面的栽培板上，根系垂直悬挂于A型容器内部，间歇性沐浴在雾化营养液中．这种栽培方式可显著提高 单位面积的种植数量和产量，可比传统的平面式栽培提高2．3倍。适用于空间狭小的场合，如宇宙飞船等。这类雾培多用于种植矮小的叶菜类作物，如生菜、芹菜等；若种植番茄等大株型作物， 则需进行吊架栽培。(2)立柱式雾培是由意大利图比萨大学的研究者最初开发。 作物种植在垂直的柱式容器的四周，根系生长在容器内部，柱的顶部装有喷雾 装置，将雾化的营养液喷到根系上，多余的营养液经柱底部的排液管回收，循环利用。立柱式的雾培，可充分利用建筑物表面和温室内立体的光热资源，实现立体空间的有效利用，适合于种植叶菜、小型果菜类及观赏植物，如生菜、香芹、草莓、矮牵牛、锦紫苏等园艺作物。(3)半雾培技术最初由日本学者设计而成。作物的根系大部分或多数时间生长在空气中，营养液以喷雾的形式喷入栽培床内。当喷液量大时，根系全部或部分浸泡在营养液中，停止喷雾后，栽培床内的营养液以一定的速度从底部的排液管流出，根系重新暴露在空气中。此模式可有效解

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决水培供液与供氧的矛盾，同时又节省能源的消耗，适合于各种蔬菜、花卉种植，适用的范围最宽。

(2)营养液供给系统

营养液供给系统主要包括贮液池、管道、喷雾装置、水泵和营养液配制、管理。贮液池中的营养液通过水泵，经供液管供给栽培床，再经回流管道回到贮液池，从而实现营养液的循环。水泵功率大小根据生产面积及喷头所需的压力配置。其中，营养液的配制与管理，如营养液配方、浓度(EC)、酸碱度(pH)、液温是决定气雾栽培生产效果好坏的关键。而且，营养液的栽培效果还受到当因此，在实际生产中，要结合栽培作物的种类、当地的具体条件和栽培实践经验选择适宜的营养液配方与浓度，并通过调整各种营养元素的种类与比例，达到调控蔬菜品质的目的。

(3)计算机自动控制系统

计算机系统由传感器、运算中心、执行部件组成，实现对气雾栽培系统中营养液、外环境、根际环境的自动控制。传感器采集外环境、营养液及根际环境的各种参数，如营养液的EC值、pH值、液温、根际环境的温度与湿度，然后计算机按专家系统或植物生长模式进行运算判断，并开启相关的执行部件进行调控，如营养液的EC值过低，就自动添加母液，过高就注入清水。因作物需水、肥量受光照、温度、湿度等环境因素、作物品种及作物本身生长阶段的影响。因此，供液及间歇时间应根据季节、天气、作物的养分需求情况及时调整频率和间歇时间。例如，外界温度升高时，喷雾频率提高；温度降低时，间歇时间延长。如果是半喷雾培，供液的间歇时间还可适当延长，而供液时间可较短。

四、气雾栽培的特点及其应用

气雾栽培作为一项当代农业的高新技术，具备独特的优势和广阔的发展潜力。但同时也存在一些缺陷和不足。只有正确评价气雾栽培技术，充分认识其优点和问题，才能准确把握其应用范围和价值，扬长避短，在生产上发挥其优势。

(一)气雾栽培的优缺点

气雾栽培是植物营养、植物生理、环境生态、农业自动化、园艺作物栽培等多学科交叉融合的栽培技术，为农业生产开辟了一条崭新的途径。在气雾栽培生产中可以完全按照栽培者的要求进行农业生产，而不受季节、地理环境的影响，

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做到全年生产、周年供应，更能获得高产、优质的良好生产效果。

气雾栽培的优点主要体现在以下方面： (1)可有效避免作物的连作障碍

在传统土壤栽培中，尤其是设施栽培下，由于作物连作导致土壤中土传病虫害的大量发生、盐分积聚、养分失衡等已成为农业可持续生产中的难题。而气雾栽培可从根本上解决土壤连作障碍的问题，同一设施可以周年重复栽种同一种作物．如果在长时间种植后，循环使用的营养液，由于某些有害物质积累过多而出现生理障碍，只需要更换营养液即可。

(2)可解决水培中根系缺氧问题

在普通水培营养液中溶解氧浓度低，根系耗氧快；在基质栽培中也常由于根垫的形成，使根系供氧状况恶化，从而导致作物缺氧烂根现象的发生，严重抑制蔬菜作物的生长、限制产量和品质的提高。雾培根际环境完全不同于土壤栽培、普通水培，根系生长在相对湿度100％的空气中，根系的每一部分都可直接从根域空间中摄取。根际富氧的环境，为根系呼吸代谢提供充足的02，使得植物体内各种代谢机能强化，氧自由基含量大大降低。同时，悬空而通气的宽敞根域空间也减少了根际CO2的积累。在不使用额外能源的基础上，气雾栽培很好地解决根系供液与供氧的矛盾，为作物生长提供了最优化的根际环境。

(3)具有长势快、产量高、品质好的优势

气雾栽培具有优越的水、肥、气条件，加上温室标准化的环境控制，充分发挥作物的生产潜力，作物生长速度快、长势强、产量高。研究发现，牛膀栽培半年就相当于土壤栽培2年的生物量，紫锥菊栽培4个月就相当于土壤栽培一年的收获量。应用气雾法生产马铃薯微型原薯，一般增产幅度在30％以上，有的甚至达到100％，增产效果十分显著。与土壤栽培相比，雾培番茄的单株产量可增加15．3％，番薯单株产可达100．200斤。而且，通过营养液成分的有效调控，可显著提高蔬菜中有益成分的含量，产出的蔬菜洁净、美观、安全、无公害，适合于生食或凉拌，可为筵席佳肴提供既美观又营养的高档次产品，满足大城市中高级宾馆、饭店、特殊疗养院等需要。

(4)水分和养分的利用效率高

在传统的土壤栽培中，肥料平均利用率仅有30％-40％；而气雾栽培可根据

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作物品种、生长阶段，科学、均衡地供给水溶性营养物质，解决养分的土壤固定和流失等问题，因此，养分利用效率可提高至90％．95％。而且，弥雾或超声波雾化的营养液供应方式，使得根系接触营养液的表面积远大于其他栽培模式。又加之，发达的气生状须根根系和庞大的根系数量，大大提高了根系养分吸收利用效率，促进了作物快速生长。此外，营养液的循环利用，不仅节约了资源，还降低了生产成本。

(5)提高土地利用率，扩展农业生产空间

气雾栽培摆脱了土壤的约束，极大扩展了农业生产空间，如荒山、海岛、沙漠以及河流、湖泊及海洋上的“流动土地”，甚至宇宙空间航天器上都可采用气雾栽培进行作物生产。尤其是在人口密集的城市，可利用楼顶、阳台等空间栽培蔬菜，改善居民鲜菜的供给与生存环境。另外，在温室内采用A型和立柱型雾培，发展多层立体栽培，可提高土地利用率和单位面积产量，这也是弥补我国耕地不足的最有效的出路。

(6)易于实现农业生产的现代化

气雾栽培免去了田间各种耕作和锄草，易于实现营养液管理的自动化，可以按照人的意志进行作物生产，是一种可控环境的现代农业生产方式，且随着计算机和智能系统的使用，大幅度地提高劳动效率，更加有利于推动农业生产走向工业化、现代化。然而，气雾栽培也是农业科学技术发展到一定程度的产物，其具备上述诸多优点的同时，也存在一些问题。只有充分认识到它的不足之处，并寻求妥善的解决方法，才能充分发挥其技术优势。归纳起来，气雾栽培主要存在以下几个方面的局限性：

(1)一次性投资大，设备的可靠性要求高

与土壤栽培相比，气雾栽培需要更多的设施和设备，运行费用较高。在我国当前普通农民的经济收入和消费水平下，较难支撑前期投入和运行费用。这也是目前，气雾栽培尚未用于大规模的生产，而大多作为观光农业和展示现代化农业的种植方式的原因之一。因此，研制出一些节能、低耗的气雾栽培形式，降低投资成本和运行费用，对于加快推进气雾栽培技术在我国的发展具有重大意义。

(2)根际环境不很稳定

在气雾栽培系统中，作物的根系生长在充满雾化养分的空气中，根系的生长

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环境如营养液浓度和组成、温湿度等易产生较大幅度的变化，且根际环境的缓冲性较土壤、普通水培差。根际环境的不稳定将直接影响作物的生长发育和产量的形成。因此，依据作物种类选用稳定的营养液配方、适宜的养分组成，维持相对稳定的根际环境是所有气雾栽培模式的基本要求。

(3)管理技术的要求高。

气雾栽培生产中需要依据作物种类和生长季节选用适宜的营养液配方、配制营养液，并对营养液EC、pH进行管理以及对作物生长环境的温、湿、气、 光进行必要的调控，这些较难为一般生产者所掌握，不易普及推广。因此，降低气雾栽培技术难度，研制一些简便的调控方法是当前亟待解决的课题。

(二)气雾栽培的应用

我国气雾栽培技术的应用虽起步较晚，但发展十分迅速，表现出广阔的发展前景和巨大的应用潜力．主要集中在以下几个方面：

(1)作为根系形态学和生理学研究的工具根系形态学、生理学特征与植物对养分的吸收利用、对逆境胁迫的响应密切相关，因此，根系生物学的研究被认为是阐明植物养分吸收机理，提高植物对营养逆境抗性的突破口。但是，在传统土壤栽培条件下，由于根系生长于地下，取样、测定和观察均存在一定困难，而且采样破坏性大、工作量大，至今尚缺乏适宜的研究方法，严重阻碍根系生物学研究的进展。气雾栽培技术可提供无损完整的根系悬空的生长环境有利于观察根系生长发育过程以及适应逆境胁迫的动态变化，而且取样简便种困难，被广泛用于水稻等作物根系的形态学和生理学及根际环境中矿质养分迁移、转运等方面的研究。

(2)成为实现蔬菜工厂化生产的有效途径

雾培的各个环节易于控制，操作流程简单，在播种时只需把种子播入海绵块或其他的无机基质中，直接塞入定植孔中即可，收获时可以连根采收，也可从基部割除，可有效避免土壤栽培中繁重的翻土、整畦、除草等劳动过程，并应用计算机系统实现机械化和自动化管理，大大降低了劳动强度，节省了劳动力，提高了劳动生产率。如果土壤种植蔬菜时，每个劳动力大约可管理1．2亩土地，气雾栽培则一般可管理3-4亩土地。气雾栽培采用了高密度、多层立体栽培的方式，作物年产量可增加25％ 以上，已被应用于反季节蔬菜栽培特别是绿叶蔬菜的高

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效生产，并且在部分农作物如番茄、马铃薯等，以及高档花卉的工厂化生产中应用，经济效益显著。尤其是对于如人参、牛膀、紫锥菊、生姜、红豆杉、明日叶、三叶草、甘草等以根系为主要药用器官的植物，具有明显的商业潜在发展前景。

(3)适合于城市居住和办公楼的阳台和庭院农业

由于雾培规模可大可小、灵活性强，在人口密集的大都市，可采用气雾栽培技术充分利用楼顶、阳台和庭院等空间种植作物，不仅改善了生存环境，而且美化城市景观。新加坡已把气雾栽培作为城市绿化及农业发展的重点栽培模少，利用垂面扩展栽培空间以提高单位面积生产力，不仅是缓解城市人口增长造成食物支持系统压力的最直接、有效的方式，而且是绿化美化城市、减轻环境污染的有效手段。当前，设计精美小巧的迷你型雾培系统已逐渐进入发达国家居室、庭院，今后有望成为集美观和实用于一体的家庭休闲农业的主要模式。

(4)成为提高污染、退化和矿区土地利用率的有效手段

雾培是一种在相对封闭系统中，通过喷雾．回收．再喷雾的营养液循环利用的方式栽培作物，可有效减少水分的大气蒸发量，其耗水量大约也只有土壤栽培的1／4．1／10，节水效率高达90％，而且摆脱了土壤污染、退化对传统栽培方式的限制，适合在水资源贫乏、土壤质量低劣，甚至不宜种植的环境中栽培作物。如一些海岛、滩涂、废矿区、沙漠、污染区等传统农业无法耕作的不良土壤环境，可利用气雾栽培进行蔬菜作物生产，极大地扩展了农业生产的可利用空间，并提高土地生产力。

当前，意大利、西班牙、以色列及阿拉伯国家，尤其美洲已在部分地区推广运用雾培技术。例如，在美国的古里亚海岸，有50％的大棚由于长期大量施用化肥，引起了土壤的严重退化而被遗弃，目前，这些地区正在利用雾培重新种植蔬菜。而在热带高湿度的病虫害高发区，采用气雾培技术可以有效减少病虫害的发生，减少农药的使用量。雾培还是一种快速、简便的生产体系与模式，可作为远航巨轮或者远方探险中实现新鲜蔬菜瓜果自给的一种有效途径。

(5)为航天生命保障系统提供技术支撑

随着航天事业的发展和人类进住太空的需要，在太空中采用无土栽培种植绿色植物生产食物可以说是最有效的方法。美国航天航空总局(NASA)对气雾栽培在微重力环境下种植蔬菜进行了大量研究与应用工作，已成功栽培出部分蔬菜作

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物。随着气雾培技术的进一步完善，将使农业、园艺、林业、花卉生产及开发等进入一个崭新的发展阶段，可望成为在地球，甚至宇宙的任何地方都可进行作物生产的方式。

五、气雾栽培营养液的研究现状

营养液是无土栽培系统生产高产，优质蔬菜的重要保障(Go慨和的养分通过雾化的营养液供给，它不仅影响蔬菜的生长发育和产量形成，也直接影响生产成本、经济效益和养分利用效率，因此，营养液的配置、优化和调控是雾培系统的关键技术。目前蔬菜雾培大多采用水培营养液配方，种类繁多，而且各种营养液配方由于养分组成和浓度的差异，对蔬菜的产量和

品质的影响不同，对蔬菜品种的适用性也有一定的差异。一些研究者比较了水培条件下营养液配方对番茄和辣椒等作物的产量和品质的影响后指出，营养液组成和成分显著影响水培条件下蔬菜的营养和卫生品质等，液对作物产量和营养品质的影响尚少见报道。氮是作物生长发育所必需的营养元素，是雾培等无土栽培蔬菜生产中用量最高、不同配方之间差异最大的营养元素，直接影响蔬菜的产量和营养卫生品质。

1、问题的提出及本研究的技术路线

综上所述，气雾栽培在我国虽然有诱人的应用前景，但由于一次性投资大，推广经济上难以承受，而且技术本身还不够完善，配套技术不够成熟。目前仅作为现代化农业的展示，尚处于引进和实验研究阶段，对气雾栽培技术开展研究的单位不多，应用于生产实践的更少。在将气雾栽培技术进行推广运用之前，对于其关键技术．营养液的配制与管理，需要进一步深入的研究。

(1)营养液的组成和浓度直接影响作物对养分的吸收利用和生长发育状况，且各种营养液配方对不同作物的适用性也有一定的差异。关于水培营养液配方已有不少研究报道为少见。目前蔬菜雾培普遍采用水培营养液配方和管理方式，尚无雾培专用的营养液配方。而雾培作物的根际环境与普通水培明显不同，作物对营养的要求也与普通水培栽培不同。常规的水培营养液配方是否适合于雾培系统，不同配方对蔬菜产量、品质影响的差异尚不清楚。

(2)水培和雾培是两种不同的无土栽培体系。以往的研究主要集中在这两种栽培技术与传统土壤栽培在作物产量、营养品质上的比较。且普遍认为气雾栽培

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比水培更先进，更具发展潜力。但是，两种栽培方式对作物生 长发育影响机理尚不清楚。关于水培和雾培作物养分供应方式、作物根际环境的差异，对于作物生长发育和品质影响方面的研究尚少见。尤其关于在这两种无土栽培系统中，氮素营养对绿叶蔬菜产量、品质及抗氧化活性的研究尚未见到报道。

2、拟解决的关键问题

（1）．筛选并明确适宜于生菜气雾栽培的营养液配方； （2）．探明雾培与水培下生菜产量和营养品质的差异及其机理； （3）．阐明氮素的供应水平、形态以及采收前的供应方式等对雾培生菜产量和营养品质的影响及其机理。

参考文献：

1、王振龙. 无土栽培教程. 中国农业大学出版社，2008.

2、安娜，须晖，孙周平，等．雾培番茄不同营养液配方的生产效果比较叨．沈阳农业大学学报，2006，37(3)：495_497．

3、鲍士旦．农化分析．中国农业出版社，1999．

4、李永胜，杜建军，谢勇．无土栽培技术对蔬菜品质的影响阴．安徽农学通报，2006.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9626.html