专业基质的概念及其在我国设施农业中的意义

孟宪民

(1.中国腐植酸工业协会泥炭工业分会，吉林 长春 130024； 2.国际泥炭学会中国国家委员会，吉林 长春 130024；

3.东北师范大学 泥炭沼泽研究所，吉林 长春 130024)



★特约稿件

专业基质的概念及其在我国设施农业中的意义

孟宪民1，2，3

(1.中国腐植酸工业协会泥炭工业分会，吉林 长春 130024； 2.国际泥炭学会中国国家委员会，吉林 长春 130024；

3.东北师范大学 泥炭沼泽研究所，吉林 长春 130024)

摘要：本文介绍了专业基质的概念、国外发展过程和应用领域，分析了国内市场需求，提出了我国专业基质发展方向与应采取的对策。相对于我国设施农业迅速发展，工程设备手段先进的现实，我国专业基质发展水平与国外差距较大，极大限制了我国设施农业的健康发展，急需加速改进，满足设施农业发展需求。

关键词：专业基质；泥炭；设施农业

设施农业是在环境相对可控条件下，采用工程技术手段，进行动植物高效生产的一种现代农业方式。设施农业是一整套生产技术体系，这种技术体系不仅体现在最大限度利用太阳能，寒冷季节高透明、高保温，夏季能够降温防苔，将无用光波转变为适应光合需要光波，具备良好的防尘抗污功能等，还应该根据不同种植品种需要设计成不同栽培形式，采用相应的栽培技术。在全社会重视土壤健康和食品安全形势下，我国设施农业也面临多种挑战和机遇。近年来，我国设施农业面积扩展迅速，温室建造技术、装备器具、透光材料、自动控制、覆盖底布等均已达到或接近国际先进水平。尽管我国温室装备进步快速，但是温室作物栽培却大多停留在土壤种植阶段，不仅不能脱离土传性病虫草害的影响和控制，造成农药化肥的滥用，还因为土壤水肥气热环境控制条件受限，难以创造最佳作物生活环境，产量提升幅度有限，设施农业效益并未充分显现。我国人多地少，土地资源紧张，连年重茬、迎茬高强度集约种植已经导致设施农业土壤退化，污染严重，食品安全堪忧。为了解决设施农业中土壤退化污染问题，增加农作物产量，提高农业科技水平，一些科研机构和企业开展基质栽培研究和推广应用，但由于采用槽式装填方式，基质用量大，栽培成本高，复用消毒又产生新的农药污染。此外，国内基质原料质量差，基质制备水平低，基质产品质量差，栽培管理难度大，导致农产品产量、质量和经济效益与国外相比差距甚大，温室设施效益没有充分发挥，投资回收期延长。因此，积极开展设施农业的专业基质配套制备和使用技术研究和推广，对提高我国设施农业经济效益，减少土壤污染，改善农产品品质，提高土地利用率和产出具有重要的社会意义，经济意义和环境意义。

设施农业是根据工业化理念，按照工业化管理模式建立起来的新型作物生产体系，是人工创造作物最佳生长环境，保障作物最佳生长状态，从而获得最佳产量和品质的生产方式。在设施农业管理体系中，高产、优质、简捷、高效是管理目标，温室装备和控制系统是管理手段，专业基质则是农作物扎根生长的基础。作物种植在适宜基质装置里，可以有效控制基质的水肥气热条件，促进作物生长。此外采用基质栽培，可以节省优质土地资源，杜绝土壤种植带来的土传性病虫草害，基质栽培在我国土地资源紧张、人口压力巨大的现实情况下更加紧迫。近年来，我们连年出席国际泥炭学会和国际园艺学会组织的专业基质研讨会，参观考察了西北欧十几个专业基质科研、开发、生产、检验、认证机构和大型工厂化基质栽培用户和农产品市场，了解和学习到专业基质与设施农业的相互促进关系，学习到一些欧美工厂化农业专业基质栽培的成功经验，在此向国内同行推荐介绍，希望对我国设施农业发展提供一个全新思路。

1专业基质的概念与发展

专业基质是人工配制的能够为种子萌发和植株生长提供有利条件的多元混合物。在工厂化农业中，专业基质具备4个基本功能：(1)支持和固定植物，使植物根系伸展和附着于基质中，固定植物使其不致倾倒；(2)提供良好的持水性和通气条件，使植物根系在协调的水气条件下健壮生长，满足植物对水分、氧气的需求；(3)提供一定的有机、无机营养，保障植物的健康生长；(4)提供良好的缓冲功能，可以防止温度、水分、养分、酸碱的过度变化造成植物损伤。除此之外，专业基质不携带土传性病菌、虫卵和草籽，不传播病虫草害，从而减少了农药化肥的滥用，保证了农产品的品质和质量，所以真正满足了工厂化农业经营者对高产、高效的需求，满足了用户对绿色、健康的需求。

由于专业基质是在科学配方基础上在严格规范质量监控体系下生产出来的标准化商品，专业基质能创造整齐一致的作物群体优势，大幅提升单位面积生物生产力，保证农作物的高产、优质，提高农产品的商品率和商业价值。芬兰农业食品研究所曾经创造了每平方米1季收获西红柿200 kg的最高纪录。可见，专业基质是创造工厂化农业高产、高效、优质、健康的不可缺少的生产资料。

欧美国家专业基质行业发展可以概况为三个阶段(表1)[1]。1950-1975年是第一代基质发展阶段，即标准化基质阶段。基质生产主要以泥炭为原料按照一定的工艺标准生产的专业化标准化基质。1975-2000年是第二代发展阶段，即定制基质阶段。由于对基质性质和制备原理研究透彻，生产企业可以根据用户需求生产定制基质，最大限度地满足了用户专业化、人性化需求。2000-2025年将是第三代基质发展阶段，即智慧基质阶段。在这一阶段，对基质的微生物学、物理学、化学性质相互作用的研究不断深入，现代生物技术不断引入，可以实现对作物病虫草害的有效控制。

欧美国家的工厂化农业和专业基质发展是紧密联系在一起的，专业基质的每一次进步，都对工厂化农业产生直接促进和推动作用，带来工厂化专业设备的更新换代[2，3]。在专业基质发展的第一阶段，专业基质主要用于种苗培育，基质容器主要是穴盘，灌溉方式主要以上部喷洒为主。在专业基质发展的第二阶段，基质栽培设备采用的是栽培槽和栽培袋，水分和养分供应采用滴灌、微灌方式。在基质发展的第三阶段，基质栽培采用标准化营养钵装填基质，然后移入小苗，营养钵或者放置在水平栽培床上，依靠潮汐式供水提供水分和营养；或者放置在上部开口的方形栽培管中，通过浅液流方式供应水分和养分。目前在欧美国家，多数商品盆栽花卉、商品叶类蔬菜、多数果类蔬菜都已实现了基质栽培，并取得了显著的经济、社会和环境效益。尤其是叶类蔬菜采用小型营养钵为栽培容器，大大减少了基质用量，营养、水分、温度、湿度管理和控制更加灵敏，生产周期缩短，空间利用效率进一步改善，设施农业效益不断上升，成为当今欧美国家工厂化农业的重要生产方式[4，5]。

表1　德国专业基质的三个发展阶段

2专业基质的应用领域

2.1标准化育苗基质

种苗基质是专用于各种作物育苗的专业基质。将优质草本泥炭粉碎分级，然后按照特定作物对水气平衡和养分平衡的需求，将不同粒级、不同组分、不同添加成分的原料在专业生产线上由计算机控制进行程序配合，然后包装出厂。采用不同粒级的泥炭按特定比例配合是构造良好通气透水条件、满足特定植物幼苗生长需求的最新基质调制技术，已经在欧洲建成、运行了完整配套的工业化装置，实现了全自动化流水线生产，劳动用工少、生产效率高、产品质量均匀，具有完全标准化、规范化、商品化等显著特征。

2.2专业化栽培基质

栽培基质生产原理和技术类似于种苗基质，但因为栽培基质使用时间长，要求基质结构构造不能随着栽培时间的增长和管理措施的使用而改变，基质的通气透水条件不能因为泥炭分解而降低，基质中的养分不能因为植物生长时间增长而脱肥。因此，栽培基质的原料粒度必须增加更多大颗粒组分，为了保证结构稳定必须增加一些抗分解的固体组分，有的兰花栽培甚至要增加一些树皮、酚醛泡沫等组分。由于西方发达国家改进了工厂化基质栽培装备和销售方式，不仅大幅度降低了泥炭基质用量，也保持了蔬菜的鲜活水灵，显著增加了蔬菜的商品价值。泥炭基质栽培使作物生产完全脱离了土传性治病困扰，彻底摆脱了农药化肥的滥用，从而大幅度提高了农产品品质。同时，作物栽培过程实现了光、温、水、气、肥的自动化控制，为作物生长创造了最优环境，生产周期明显缩短，单位面积产量比常规生产方式提高了3～10倍。这种工厂化基质栽培模式国内尚属空白，其中重要原因之一是缺乏相应的优质栽培基质和敢于探索新型市场领域的大型企业。

专业基质用于工厂化基质栽培具有如下几个优势：(1)植株长势整齐，群体优势明显，农产品商品性好。(2)脱离了土传性病虫草害影响，减少了化肥农药滥用，提高了农产品品质，增强了产品竞争力。(3)采用小型容器栽培植物，可以灵敏感知环境变化，管理措施响应快，有利于创造最佳生长环境，促进作物增产。在计算机控制环境条件下，西红柿和黄瓜的年产量可达到60 kg·m-2，芬兰农业食品研究所实验温室曾经创造每平方米年产黄瓜200 kg的记录。(4)由于产量提高，品质改善，产品包装和市场运作到位，可以显著的增产增收，具备高投入高产出的高附加值现代农业特征，值得我国工厂化农业推广应用。

叶类蔬菜和小盆花种植周期短，周转快，价格高，适合无土栽培。将专业基质装填到直径6～10 cm的塑料营养钵中，然后将营养钵插入方形塑料管上开孔的孔中或者直接摆放在带有纵横沟槽的水平栽培床上。植物生长所需水分和营养来自于管中流动的水源或栽培床上的沟槽中。前者将种植叶类蔬菜的营养钵插入管型栽培槽中，可以防止叶菜太重，导致蔬菜和营养钵倾倒。后者因为盆花稍大，基质装填稍多，基质重量已经足够保证营养钵平衡，所以不需要放置在带口的管式栽培槽中，而是直接放置在水平潮汐栽培床上，利用潮汐变动的水位为基质供水分和营养。国外工厂化农业采用专业基质栽培叶类蔬菜和盆花，取得良好的市场效益。

2.3土壤改良剂

土壤调理剂(Soil Conditioner)是用无机矿物或有机物为主要原料，辅以添加成分，经科学工艺加工而成的新型农用资材。泥炭土壤调理剂能够改善土壤的物理、化学和微生物反应，增加土壤肥力。泥炭中腐植酸的主要构成是胡敏酸和富里酸，已被证明可以促进根系发育，有益于微生物活动。简单的说，泥炭土壤调理剂可以帮助土壤释放有利于植物吸收的各种营养元素，治理土壤板结、沙化、盐碱化现象，提高土壤渗透性，增加土壤的保水保肥能力，减少土壤水分蒸发，增加土壤的阳离子交换能力，促进微量元素更好的被植物根系吸收，有利于植物对铁、镁、锌、铜的螯合，减少盐分吸收土壤中的Na+等。采用泥炭为原料制成腐植酸钙、腐植酸镁土壤改良剂，可以有效降低重金属污染土壤中镉的活性，降低植物对镉的吸收[6]。泥炭腐植酸能够有效改善土壤结构，增加土壤通气性和透水性，提高土壤有机质含量，增加作物产量。采用泥炭制备硝基腐植酸，可以在盐碱、风沙和温室大棚重茬土壤改良中发挥重要作用，是改造盐碱风沙土壤的技术利器。硝基腐植酸活性强，可以改变土壤中金属活性，增加植物对污染土壤重金属吸收，然后收获焚烧，实现对重金属污染土壤的生物治理[7,8]。

3中国专业基质的发展战略

经济发展和改革开放让我国泥炭产业迎来千载难逢的机遇，也面临国内外市场竞争的严峻局面。在对中外基质资源、政策、技术、装备、市场、行业管理等领域进行全面评述基础上，针对我国泥炭资源特征和面临的国外泥炭产品竞争，提出了我国泥炭产业战略目标：推动生产要素跨境流动，促进引进国外优质资源与开发国内泥炭协调发展，以获取国外稀缺资源，超越产业同质竞争，开创全新市场领域，推动产业价值创新，满足国家社会需求。为实现上述战略目标，我国泥炭产业发展还必须实施如下重点领域和战略措施。

3.1开发国内泥炭资源，重点用于种苗基质、土壤调理剂生产

工厂化、集中化育苗是以专业化、标准化和商品化育苗基质为载体，以订单生产为经营方式，以现代园艺技术为手段发展起来的现代农业种苗工程高新技术。科技部将种苗工程列入现代农业高新技术领域，农业部将工厂化、集中化育苗列为蔬菜标准园建设和“十二五”蔬菜产业规划的核心内容。

到2012年底为止，我国各地已经建立起各种工厂化、集中化育苗中心2 100多个，年育苗240亿株，工厂化、集中化育苗已经成为我国蔬菜种苗发展主流和方向。我国共有蔬菜面积2.7亿亩，已经建设日光温室496万亩、塑料大棚1 007万亩，每年需要培育各类幼苗4 000亿株。按照每立方米基质培育种苗20 000株计算，全国每年需要种苗基质总量为2 000万立方米。即使10%的蔬菜育苗使用专业基质育苗，每年的基质消耗量就可以超过200万立方米。

目前，我国规模化、专业化的育苗基质生产企业数量不过10家，产量不超过10万立方米，远远不能满足市场需求，种苗基质市场空间巨大。除了蔬菜育苗外，我国大面积种植的水稻、西瓜、甜瓜、烟草、药材、茶树、花卉等都需要进行工厂化、集中化育苗，对专业化、标准化和商品化育苗基质需求逐渐增加，对种苗基质的质量、品牌和服务要求将逐渐提高。

我国17个省区有盐碱地分布，总面积达到99.13万平方公里，沙漠化及风沙化土地总面积33.4万平方公里，盐碱和风沙土壤是我国潜在的土地资源。按每公顷问题土壤治理使用1吨泥炭土壤调理剂计算，每年则需要进口130万吨泥炭，泥炭在盐碱地、风沙地治理中具有巨大的市场空间和应用前景。

我国日光温室496万亩、塑料大棚1 007万亩，其土壤绝大多数属于连年重茬种植、病害严重、土壤板结、营养失衡的问题土壤。温室大棚由于连年重茬、迎茬种植，土传性病虫草害严重，不得不大量使用农药防控病害，导致农产品污染，农药残留超标[8,9]。由于连年种植，土壤养分偏好性吸收，导致土壤养分失衡，不得不大量使用化肥补充，造成结构破坏，土壤酸化，土地生产力不断下降。泥炭土壤调理剂剂改造温室大棚土壤具有显著经济效益和生态效益。根据山东市场调查访问，普通农民愿意每亩投入3 000元进行温室大棚连作土壤改良，按照每吨泥炭土壤改良剂1 000元计算，相当于每亩施用土壤改良剂3 000 kg，每平方米施用4.5 kg。这个土壤改良剂用量不仅可以确保温室大棚土壤的改良效果，还可以保证当季农产品产量明显提高。

泥炭既可以作为土壤调理剂用于重金属污染土壤的改良，也可以用于矿产土地复垦[7]。使用泥炭土壤调理剂可以提高土壤重金属活性，增加植物吸收，然后通过收获和焚烧，逐渐降低污染土壤中的重金属含量，实现重金属污染土壤的生物治理。泥炭土壤调理剂用于矿山土壤复垦简单方便，效果奇佳，当年复垦，当年完工，是一项经济、社会和环境效益十分明显的复垦手段。

3.2引进国外藓类，加快设施园艺基质栽培发展

基质栽培是以专业化、标准化和商品化基质为栽培载体，以营养液或缓释肥料为植物营养来源，以光、温、水、肥自动控制为手段，以脱离土壤种植、避免土传性病虫草害传播、减少或免除农药化肥使用为特征，以蔬菜、花卉、食用菌、瓜果、草莓等高附加经济作物工厂化、自动化、洁净化栽培为手段的新型生产方式。采用专业泥炭基质进行蔬菜基质栽培，将蔬菜种植导入工厂化、智能化、机械化、洁净化层次，免除化肥农药滥用，可以让蔬菜、瓜果栽培脱离土传性病虫草害影响，对解决我国因大棚和温室连年重茬种植、病虫草害严重、农药化肥滥用、蔬菜质量下降、食品安全问题严重等问题，为社会公众提供真正绿色有机的安全蔬菜，提高我国现代农业发展水平具有显著作用。

以泥炭为基质实现的有机蔬菜栽培生产成本每株1元左右，市场销售价格为8～10元，产品经营空间大，具有迅速回收投资、获得高额利润的高投入、高产出的品牌农业特征。基质栽培蔬菜的有机、现代、时尚、健康的品牌优势，对城市富裕人群具有强烈吸引力，柳桃、褚橙、潘苹果等高端农业品牌概念的成功运作证明，高举有机、健康、时尚、鲜活概念的泥炭基质栽培必将掀起新的消费潮流。中高端收入人群将成为基质栽培蔬菜、花卉等农产品的第一批客户，并成为最主要的品牌传播者，引领我国蔬菜消费新时尚。城市白领虽然不能成为高档蔬菜的消费主流，但可能会通过订购馈赠高档蔬菜方式来作为孝敬父母、联谊亲朋的重要手段。一些企事业单位的节假日也可以采用订购蔬菜方式为员工提供福利。除了蔬菜之外，工厂化、标准化生产的盆栽花卉、食用菌、瓜果、草莓等，也是基质栽培的重要产品，在日益富裕的城市中，具有广阔的市场空间。

栽培基质除了供应工厂化基质栽培等专业客户之外，还有广阔的城市家庭市场。城市家庭的阳台空间闲置待用，城市居民室内美化绿化、休闲养生的需求不断增加，家庭阳台种植蔬菜已经成为城市居民休闲养生、陶冶情操、增加生活情趣、补充蔬菜品种的生活时尚。而我国面向城市家庭种植的专业基质市场尚待开发。现有市场出售基质普遍存在土质致密、透气透水不好、养分缺乏、蚊蝇虫卵众多等问题，影响了家居环境，栽培花卉和蔬菜效果也极差。采用工厂化方式制备生产的城市家庭种植基质，可以补充我国专业基质家庭市场的不足，带动我国家庭美化绿化事业，改善人民生活品质。

3.3协会建设与技术交流

应在成立中国腐植酸工业协会泥炭工业分会和国际泥炭学会中国委员会基础上，充分利用国际泥炭学术组织的技术、商业、信息活跃公开特点，翻译转发国际泥炭学会及相关泥炭组织的定期不定期资料，加快技术信息传播，推动我国泥炭产业技术进步，提高国际竞争力。建立完善的协会管理制度，加强泥炭行业的管理、协调、服务和监督职能，统计泥炭和泥炭产品产量品种数据，为国家和泥炭企业了解行业动态和发展提供关键信息。积极沟通国家主管部委，反映泥炭企业心声，争取国家相关政策，促进泥炭行业健康发展。积极发展会员，特别是引进国外泥炭企业设在中国的分支机构加入协会，促进泥炭行业全方位的合作和交流。定期召开年会和学术讨论会，加强技术合作，提升行业整体技术水平。

3.4加快标准、检测机构建设

充分利用业已批准成立的全国泥炭标准化技术委员会，加快泥炭行业关键标准编制和发布实施，为泥炭行业健康发展，规范行业经营秩序提供保障。积极推进国家泥炭产品检测监督中心建设，为泥炭产品质量监督提供技术保障，带动中国泥炭产业走上标准化、规范化和规模化的轨道。

3.5加强公众意识宣传，倡导泥炭资源合理开发，分类利用理念通过多种媒介宣传和传播泥炭地责任管理理念和技术，明晰泥炭地与湿地概念和界限，提高公众对泥炭和湿地的认识，倡导分类管理、合理利用的科学理念，加快编制出台泥炭地保护与开发价值评价技术指南国家标准，为国家主管部门决策和颁发泥炭开采许可证提供技术依据。

参考文献

[1]G Schmilewski. Producing Growing media responsibly to help sustain horticulture[J]. Proceedings of the international symposium on growing media and soilless cultivation, 2014: 299-308.

[2]J C Michel, P Cannavo. Importance of peat particle size effects on spatial root distribution and changes on aeration properties[J]. Proceedings of the international symposium on growing media and soilless cultivation, 2014: 347-354.

[3]P D Alexander, N C Bragg. Defining sustainable growing media for sustainable UK horticulture[J]. Proceedings of the international symposium on growing media and soilless cultivation, 2014: 219-226.

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[7]王海洋，王曰鑫.腐植酸肥料在许村煤矿土地复垦中的应用[J].腐植酸，2013(2)：8-12.

[8]曾宪成，李双.让腐植酸在补充和提升土壤肥力中发挥重要作用——开展“土壤腐植酸肥力综合指数”研究刻不容缓[J].腐植酸，2014(2)：1.

[9]白志平.腐植酸在农药中的应用及发展前景[J].生物灾害科学，2015，35(2)：149-152.

(编辑：马荣博)

The concept of growing media and its application in the protected agriculture in China

Meng Xianmin1，2，3

(1.PeatindustryAssociationBranch,ChinaHumicAcidIndustryAssociation,Changchun130024,China； 2.ChinaNationalCommittee,InternationalPeatlandSociety,Changchun130024,China； 3.TheInstituteforPeatandMireResearch,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China)

Abstract:The concept,development and application market of growing media abroad are introduced in this paper. The development direction and relevant strategy of China growing media industry are given under the analysis of the market demand in China. Comparing the rapid development of protected agriculture and advanced technology and facilities, the big gap between foreign and China has great limited the progress of protected agriculture of China. The problems must be resolved and the demand of protected agriculture should be met.

Key words:Growing media； Peat； Protected agriculture

中图分类号：F323.2；S62

文献标识码：A

文章编号：1671-8151(2016)03-0155-05

基金项目：吉林省科技厅应用基础研究(2012200503)

作者简介：孟宪民(1956-)，男(汉)，辽宁桓仁人，教授，博士，研究方向：泥炭资源利用

收稿日期：2015-11-12