蔬菜水培技术发展研究*

管 迪 张 婷 庄玉昊 曹可凡

（沈阳工学院生命工程学院，辽宁沈阳113022）

1 水培技术的发展

1.1 矿质营养学说的提出

17世纪初，科学家们开始细致观察植物的生长发育，发现种在土钵里的植物在不施肥只淋雨的情况下栽培数年以后也能生长，植株明显变重，但土壤的重量不会减轻，人们开始关注雨水的作用，并猜想雨水中会不会含有植物生长所需的养分。自此，人们开始研究自然洒落于土壤里的雨水是不是含有植物所需的养分。不过此时的试验比较粗糙，但它开拓了科学家们的思路。后来李比希阐明了其中机理，并提出了矿质营养学说，证明了植物生长利用的是离子化矿质化的无机营养元素，致使人们从有机养分的局限认识中得到了解放与提升，为现代化学农业及营养液栽培的发展开启了一道划时代的大门，预示着化肥农业的开始。从此，化肥广泛应用在农业上，农业生产力水平得到大幅度提高。

1.2 探明了植物营养需求的机理

人们通过研究植物营养，证明了植物正常生长所需的营养因子及环境因子必须协调地得到满足与供给，否则会造成植物生长发育不良，也就是生理障碍的发生。对根系功能的研究发现，根系除需要氮、磷、钾、钙、镁、硫等13种矿质元素外，还需要充足的水分与氧气，氧气是否正常供给是根系能否吸收营养元素的关键。植物只有在充足的肥、水、气环境中，再加上外界的光照、温度、湿度、二氧化碳等气候因子，才能正常生长，缺一不可。这就为当前水培技术的形成提供了理论与认识基础，启发性地让人们想到，只要肥、水、气的充分供给就可以让植物正常生长与发育。其实现代水培技术不管是从栽培系统设计上还是循环方式的选择上都是围绕水、肥、气展开的［1］。

1.3 格里克迈出了重要一步

人们通过研究植物的生长机理，发现土壤的作用就是为植物供应充足的水、气、肥，如果能满足植物根系对水、气、肥的需求，即使没有土壤植物也可正常生长。于是，植物营养学家格里克开始研究番茄水培技术，种植出了世界上第一株水培植物——水培番茄。从此，更多科学家开始研究植物水培技术，目前该技术已成为一项专门的学科与专用的技术［1］。

1.4 在军事基地上的运用

1930年美国将水培技术应用于军事基地，为基地的官兵们生产蔬菜。最早采用的是沙培方法，因为大多军事基地是建在没有土壤的荒漠上，他们利用沙子作为基质来代替土壤，用营养液作肥料进行最早的营养液栽培。这种沙培方法在第二次世界大战中发挥了巨大的作用，特别是在大平洋战争中，美军的后勤部队曾在只有珊瑚礁的岛屿上建立了3个大规模的栽培基地，采用沙培技术为士兵们提供新鲜的蔬菜，3个基地一直使用到朝鲜战争结束。当时主要生产叶菜类与番茄，特别是番茄汁为人们提供了大量的矿物质，所以战后美国的番茄产业发展极为迅速。

1.5 现代水培技术的形成

美国率先将水培技术应用于军事上，日本是较早将水培技术应用于农业生产的。1960年，日本静冈县清水市的园艺试验场兴津支场率先开始了水培技术的系统化栽培研究（很重要的一个方面是解决农作物的连作障碍），开展了沙培、砾培等模式研究，并逐步发展到现代的纯水培技术。目前日本已将水培技术作为现代农场栽培蔬菜一种最重要的手段与技术。

2 平面式水培技术

2.1 浮板毛管水培技术

浮板毛管水培简称FCH，是由浙江省农业科学院和南京农业大学于1991年参考日本的浮根法经改良共同研制成功的一种新型无土栽培系统，成本低，管理方便，节能实用，适宜我国南北方各种气候条件和生态类型地区应用。该技术的特点：（1）采用栽培床内设浮板湿毡的分根技术，为培养湿气根创造丰氧环境，解决了水气矛盾；（2）采用较长的水平栽培床贮存大量的营养液，确保断电时肥水能充足、稳定地供给；（3）冬天用电热线在栽培床内加温，夏季用深井水降温，确保根际温湿度的稳定；（4）设备投资少，耗电少，安装操纵方便。该设施由栽培床、贮液池、循环系统和控制系统四部分组成，营养液由定时器控制水泵通过管道空气混合器流经栽培床再回到贮液池，全封闭式的营养液循环受外界环境条件变化小，适合各种植物生长［2］。

2.2 营养液膜技术

营养液膜技术简称为NFT（Nutrient Film Technique），是一种将植物种植在浅层流动的营养液中的水培方法，由英国温室作物研究所库柏（A.J.Cooper）于1973年发明。1979年以后，该技术迅速在世界范围内推广应用。据1980年的资料记载，当时已有68个国家正在研究和应用该技术进行无土栽培生产。我国于1984年开始进行营养液膜无土栽培技术的研究和应用，成效较好。营养液膜设施主要由种植槽、贮液池、营养液循环流动系统装置组成，优点是设施的投资少，施工快捷简便，种植槽内的液层浅且可流动，可以较好地解决根系供氧问题，并易于实现生产自动化管理［2］。

2.3 深液流技术

深液流技术是最早成功应用于商业化植物生产的无土栽培技术，1929年由美国加利福尼亚州大学的格里克（W.F.Gericke）首先应用于作物的商业化生产。在几十年的发展过程中，世界各国都对该项技术作了许多改进，现已成为一种管理方便、性能稳定、设施耐用高效的无土栽培类型［2］。

3 立体式水培技术

3.1 A字型立体水培设备

A字型水培设备包括支架、营养液循环装置、栽培槽、控制装置四部分。营养液循环装置与栽培槽相连，栽培槽设置在支架上，控制装置控制营养液循环。支架为三角形结构，两个竖直侧面上对称设有数个支撑块，两竖直侧面各设有1个栽培槽，栽培槽由数个首尾衔接的U型管组成，U型管上有数个栽培口，栽培槽通过支架上的支撑块水平放置在支架上，栽培槽上下两端分别为进液口和出液口，三角支架两侧都有栽培槽。A字型立体水培将平面栽培转化为立体栽培，大大提高了栽培面积［3］。

3.2 屋脊型立体水培设备

屋脊型水培设备的支架为正方形结构，在4个侧面上对称设有8个栽培槽，共计有192个。这种装置通过四面种植的方式大大提高了栽培面积。栽培槽由数个首尾相连的三通组成，数个直行管设有数个栽培口，栽培槽的上端为进液口，下端留1个出液口。设备还包括营养液循环装置、栽培槽、控制装置等。营养液循环装置与栽培槽相连，栽培槽之间互相连接，构成一个整体的房屋型结构，控制装置控制营养液循环系统，支架管既是支撑管也是营养液流动管［3］。

［1］ 蒋卫杰.我国无土栽培的现状与展望［J］.农业工程学报，2001（1）：10～15.

［2］ 郭世荣.无土栽培学（第二版）［M］.北京：高等教育出版社，2011∶195～207.

［3］ 颜志明，史红林，蔡善亚，等.两种阳台蔬菜水培装置的开发与应用［J］.南方园艺，2016，27（1）：35～39.