气雾栽培的应用现状与前景

高莉平 陈小文 刘鲁江

|摘要|气雾栽培是一种新型的无土栽培模式，是未来设施栽培的主要方向。文章对气雾栽培的栽培系统、栽培模式、存在问题及改进措施、应用前景等进行了综合表述，探讨气雾栽培目前的研究现状和应用前景。

20世纪50年代，美国开始在温室内采用无土栽培的生产方式生产蔬菜，成为最早实现无土栽培商业化的国家[1]。90年代前，中国无土栽培技术的研究以引进、吸收和消化为主，90年代以后，國内开始自主研发适合中国环境资源情况的无土栽培技术[2]。目前中国无土栽培技术已广泛应用于蔬菜、花卉、果树、中药材等。无土栽培具有利于实现工厂化生产、不受土壤栽培条件限制、肥水利用率高、产量高、产品品质高等诸多优势，已成为设施作物生产的重要栽培方式，但是在基质栽培和水培中仍有诸多的问题待解决，比如科学灌溉问题、水中溶氧含量低的问题，而以上问题在气雾栽培中较少出现。

气雾栽培的概念在1968年被提出，该技术通过喷雾装置将雾状的营养液喷洒到作物的根系上，解决了基质对矿质营养元素的吸附、营养液中亚硝酸盐积累、根系缺氧等问题，被认为是在无土栽培技术中水肥气协调得最好的栽培方式[3]。气雾栽培的栽培方式已被用于自动化生产和立体栽培中，以有效提高空间生产效率。在科研中，由于作物根系裸露在外，有利于及时、方便地对生长情况进行监查，制定管理措施，为科研人员研究无土栽培技术提供充足的案例和试验数据。专家研究表明，气雾栽培能提高网纹甜瓜、麝香、非洲白蔘等植株的产量和品质[4-5];还可以缩短马铃薯的生长周期、加快原种的繁殖速度，并且可清晰直观地观察马铃薯根系、结薯情况[6]。

气雾栽培系统

气雾栽培系统主要包括栽培系统和营养液供给系统，随着物联网和信息技术的发展，计算机自动控制系统已在气雾栽培的营养液供给系统中得到应用。

栽培系统

气雾栽培作物的根系悬空生长，植株依靠定植空中的填塞或定植篮固定，物理支撑以栽培床的形式实现，栽培床的大小和形态可根据需求自由设计。依据栽培床的不同类型，气雾栽培的栽培系统主要分为苗床式、立桶式、立体式 。

苗床式栽培系统是农业生产中较普及、易建造的一种栽培系统，一般在平地上建立苗床，在床底设置捎带坡度且不渗漏的底面，并铺设带有雾化喷头的弥雾管道，选择合适材质的栽培床用来定植植株[7]。苗床式栽培系统主要用于较矮或可以引缚固蔓的植株。立桶式栽培系统是一种以简易围桶作为根域空间、以大空间雾化作为供液方式的栽培系统，可以创造较大的根域空间，以最大限度地发挥植株的生长潜能，主要用于番茄树、南瓜王、蔬菜树等大株型植株的栽培[7]。立体式栽培系统，包括“A”字式、梯架式、立柱式等多种栽培模式，可以提高空间利用率，大大提高单位面积的产值，以实现从平面发展到立体空间的飞跃，这种栽培模式一般用来种植叶菜类等小株型植物[8]，是目前发展最快的一种气雾栽培模式。

营养液供给系统

营养液供给系统主要包括水泵、管道、储液池、喷雾装置和控制器等。储液池中的营养液通过水泵经雾化喷头形成气雾供给植物根系吸收，剩余的营养液经回流管道过滤后重新进入储液池，进而实现营养液的循环可持续利用[9]。营养液供给系统的核心为喷雾装置，营养液的雾滴大小、气雾的均匀程度等，会直接影响到植物根系的生长。目前雾化的方式有加压雾化、机械高速旋转离心雾化和超声雾化等，以超声雾化和高压雾化为主。喷雾装置中雾化喷头的选择最为关键，以高压雾化喷头的选择为例，高压雾化喷头主要包括组合式陶瓷喷头、压不透钢片式喷头、全不锈钢微雾喷头、撞击式喷头等，其中压不透钢片式喷头是目前应用较广泛的喷头之一，具有不会滴水、表面平整度较好、价格较低、易于清洗、耐压值较理想等优点。

徐伟忠[10]等已设计出由计算机智能控制、水泵或超声波雾化器供液的气雾栽培装置;而高建民[11]等专家以PIC16F877A芯片为核心构建喷雾控制系统，使气雾栽培设施进一步实现智能化控制;刘义飞[12]开展基于LabVIEW的温室番茄雾培控制系统研究，解决温室番茄对智能控制的技术需求，系统测试结果表明，系统人机交互界面良好、操作简便、能够全方位地实现温室气雾栽培番茄生产的自动化管理和远程监控。

气雾栽培的模式

徐伟忠[12]等将气雾栽培的模式分为科研及观光模式、低成本模式、高效化产业模式、山地模式、都市模式等5大模式。

气雾栽培的科研及观光模式，以满足科研和观光需求为主，主要包括玻璃箱槽式、分根式、钢构树式、转盘移动式、厢房式等气雾栽培方式;气雾栽培的低成本模式，工艺简单、成本较低，很适合普通设施内开展气雾栽培使用，主要包括桶式、拱形式、沟槽式、箱床式等气雾栽培方式;气雾栽培的高效产业化模式，投资较高、生产效率高，适合在现代化设施内使用，主要包括塔式、梯架式、立柱式、垂面式、“V”槽篱壁式、“X”架式等气雾栽培方式;气雾栽培的山地模式，独立性强，适合在山地中使用，主要包括避雨防虫立柱式、洞桶式、伸缩管式、树杈悬吊式等气雾栽培方式;气雾栽培的都市模式，造型简单美观、易于管理，适合在都市环境中使用，主要包括屋顶果园的PVC管式、层架式LED补光的植物工厂式、室内绿植的墙面式等气雾栽培方式。

通过多种雾培模式的综合利用，可以有效解决城市发展与耕地减少之间的矛盾，特别是在生态环境恶劣、无法耕作的地域，可利用气雾栽培技术解决极地、海岛、沙漠、盐碱地等环境下的耕作问题。气雾栽培是解决当前农业生产环境污染、生态危机的重要技术。

存在问题及改进措施

根系生长过于发达

在气雾栽培条件下，植物的根系可以保持较为发达的薄壁组织，具有很强的再生和修复能力，并且根系表面能均匀地吸附营养液、水分、氧气，促进其快速生长[13]，这样易导致植物的根系生长发育过于发达，经济系数较低，如何更好的控制根系在合适的范围内生长是需解决的一项技术难题，需进一步开展此方向的研究。

管理技术要求高

气雾栽培对营养液的配比有严格要求，需专业人士管理，管理成本较高[9]。解决植物营养健全和配比的问题是当前气雾栽培面临的主要技术问题[14]。

投资较高、电力依赖性强

气雾栽培的前期一次性投资较高，后期运行费用也较高，对电力供应的依赖性高，普通农业从事者无法承担高额开销，电力不发达的地区也较难推广此种栽培模式。在未来，可充分利用太阳能、风能、生物能等进行发电，以满足气雾栽培对电力的需求，同时应开展气雾栽培的离电生产研究，降低气雾栽培对电力的依赖。

自动化的气雾栽培环境控制系统不完善

虽然随着物联网和大数据技术、气雾栽培技术的发展，越来越多的环境控制系统已应用于农业栽培的自动化控制，气雾栽培技术也得到提高，但是气雾栽培发展时间有限，对其的试验研究并不特别深入，数据积累受限，间接地限制了自动化气雾栽培环境控制系统的发展，并且存在生产系统运行不稳定、种植面积普遍较小等问题[13]。故需有统筹地对气雾栽培技术在各个品种上的应用做进一步深入的研究，同时增强计算机精确化模拟控制的研究，逐渐取代根据人工经验进行调控的手段。

应用前景

气雾栽培可以大幅度提高生产效率和产品质量，减少人力、肥料、水、及农药的投入，比如虫害控制可减少75%以上、节水效率可达90%，在蔬菜生产中可实现肥料、废物、废液的零外排，是一种可持续循环的农业生产方式，是未来设施栽培的一个主要发展方向[15]。气雾栽培已在地下根茎类、叶菜类、瓜果类、药用植物、乔木类等植物中得到应用，可以有效地促进作物的生长，并促进产量和品质的提高[16]。

世界上的发达国家，如日本，在2005年以前就已把气雾栽培技术作为植物工厂建设中的一项重要项目，在提高设施利用率、生产速度、单位面积产量等方面具有很强的优势[17]。气雾栽培可用于各种农业生产中植物的高产优质栽培，具有很广泛的市场，同时气雾栽培不受外界环境的制约，可在沙漠、海岛、太空、盐碱地等特殊环境下完成作物的生产，具有广阔的市场空间和发展前景。

参考文献

[1] 万军.国内外无土栽培技术现状及发展趋势[J].科技创新导报，2011（3）：11.

[2] 蒋卫杰，邓杰，余宏军.设施園艺发展概况、存在问题与产业发展建议[J].中国农业科学，2015，48（17）：3515-3523.

[3] 郭世荣.无土栽培学[M].北京：中国农业出版社，2003.

[4] 周剑，李天来，刘义玲.雾培对网纹甜瓜生长和产量及品质的营养[J].北方园艺，2013（4）：16-19.

[5] Kumari A，Baskaran P，Chukwujekwu J C，et al.The changes in morphogenesis and bioactivity of Tetradenia riparia，Mondia whitei，and Cyanoptis speciosa，by an aeroponic system [J].Industrial Crops&Products，2016，84：199-204.

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[12] 徐伟忠，陈银华，曹鹏飞.气雾栽培模式及其在不同领域的应用[J].现代农业科技，2019（9）：129-137.

[13] 刘曙光，马云飞，南松剑，等.日光温室气雾培生产系统的设计[J].农业现代化研究，2017（5）：893-899.

[14] 李思存.浅析气雾培的优势和技术改进空间[J].甘肃农业，2013（12）：3-5.

[15] 于延申，齐心，孟繁英，等.气雾栽培的十大优势[J]，吉林蔬菜（致富经典），2015：5.

[16] 于洋洋，贾代东，庄正，等.植物气雾栽培研究进展[J].江苏农业科学，2019，47（18）：38-41.

[17] 徐伟忠，王利炳，詹喜法，等.一种新型栽培模式-气雾培的研究[J].广东农业科学，2006（7）：30-33.

作者简介：高莉平（1989-），女，河北保定人，硕士，研究方向为果蔬高效栽培。

[引用信息]高莉平，陈小文，刘鲁江.气雾栽培的应用现状与前景[J].农业工程技术，2020，40（25）：82-85.