植物无土栽培技术研究进展

晏 琼 刘晓宇 虞昊安 李翎慈 刘潇漪 张育新 戴昊鸣 陈斯琳 成喜雨*

(1.北京交通大学 物理科学与工程学院，北京 100044； 2.重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 400045)

无土栽培是一门新兴并迅速发展成为热潮的植物栽培种植技术，其生产的农业产品普遍具有绿色、健康、无污染的特点。与传统农业相比，无土栽培用水大幅减少，过程无需翻地、除草等作业，大大减少了人力资源的投入。作为一种高新作物种植方法，无土栽培摆脱了传统意义上对土壤的需求，能避免土壤病虫害和土壤盐渍化等问题；同时，土壤资源不再是植物种植的限制条件，在沙漠、岛礁等地区也可推广，扩展了农业生产空间，提高了空间利用率。此外，无土栽培可以根据需求对作物生长环境进行调控，从而使农业生产摆脱自然环境的制约，更易于管理，发展无土栽培技术有利于实现农业机械化、自动化。

无土栽培技术的推广应用为农业生产提供了新思路。目前，世界上将无土栽培技术投放到市场的国家和地区已经超过100 个，栽培技术不断进步。相对于世界其他发达国家，我国对无土栽培技术的关注较晚，但在短时间内发展迅速，涌现出了许多符合我国国情的无土栽培技术。不足的是，现阶段我国发展的新型无土栽培技术大多处于规模较小的试验示范阶段，与国外成熟的无土栽培技术体系和广泛的市场认可度相比，存在一定差距：美国、日本、荷兰等发达国家，无土栽培机械化程度高，大量采用计算机自动控制，实现了产品周年供应，产值高，经济效益显著；与之相比，我国大多采用人工、半人工管理的方式，由于效率低，相对投资成本偏高，无土栽培在我国的推广也受到限制，无土栽培技术仍有巨大的发展空间。因此，为了解国内外无土栽培技术的发展历程、主要形式和应用领域，以“无土栽培”、“基质栽培”、“雾培”和“水培”为关键词，依据Web of Science，Pub-Med，知网等数据库，检索了1989—2021年国内外相关文献，对无土栽培技术类型、特点和发展方向进行了总结和分析，以期为我国无土栽培技术的研究及产业发展提供参考。

1 无土栽培发展历程

1.1 国外无土栽培发展概况

Surareungchai等在文章中提及无土栽培起源于欧洲。19世纪中叶，德国科学家von Liebig提出了矿质营养对植物生长影响的相关理论，该理论成为无土栽培技术发展的基石。李程等总结了蔬菜无土栽培发展现状及趋势：早至1865年，德国科学家Sachs和Knop成功利用广口瓶和棉塞对植物进行水培试验(图1)，是现代无土栽培技术的先驱；进入20世纪，无土栽培技术在欧美日等农业发达国家和地区得到迅速发展，1929年，美国加州福尼亚大学的Gericke利用自己设计的“水培植物设施”成功培育出了番茄果实，他也是将无土栽培进行市场化的第一人，无土栽培技术从此进入实用化阶段。

图1 Sachs和Knop的水培装置Fig.1 Sachs and Knop’s hydroponic planting device

1964年，日本园艺研究所设计出驱动循环式水培设施，成为最早的深液流水培设备。汪兴汉总结了营养液膜(NFT)栽培技术，该技术由英国科学家Cooper于1973年发明，其原理是使种植槽中水培营养液以浅层流动的形式从较高的一端流向较低的一端，其出现进一步推动了无土栽培技术的发展。1980年，国际无土栽培学会在荷兰成立，标志着无土栽培技术研究进入了一个国际化合作的新阶段。此后，随着耕地资源和水资源日益稀缺，如何养活快速增长的人口成为现代农业急需解决的难题，这也极大促进了无土栽培技术的发展。21世纪初，日本研制出全自动控制的植物工厂；2009年英国推出了家用电动无土栽培机；2010年，欧洲环境署(EEA) 鼓励建立垂直农场，以克服气候变化的挑战，并以更环保的方式生产食品。上述工作极大地促进了无土栽培区域市场的增长，无土栽培技术已然在实际生活中落地。据统计，2018年全球水培市场规模高达13.3亿美元，展示了无土栽培技术的广阔前景。

1.2 国内无土栽培发展概况

上海四维农场是中国发展现代无土栽培的先锋。20世纪30年代，四维农场邀请一些无土栽培技术发达国家技师来华开展无土蔬菜培养，为当时上流西餐厅提供无土栽培番茄、黄瓜等果蔬，深受消费者欢迎，也推动了无土栽培技术在中国的发展。随着二战爆发，市场萧条，该农场不得不停办。20世纪40年代，我国科学家曾尝试将无土栽培技术应用到实际农业生产中，但受限于设备、技术和经济条件未能成功。进入50年代后期，在经济较为发达的上海，研究者重新开始小规模的无土栽培试验。80年代中期，随着民众对蔬菜、花卉和特种水果需求的增大，我国开始成套引进国外的无土栽培设备与技术，极大地提升了无土栽培技术在民间的接受度和认可度，无土栽培的推广速度逐步加快。1995年，随着有机生态型无土栽培技术的市场认可度增加，我国无土栽培的种植面积扩展到50 hm左右。在这之后，我国对无土栽培科研项目的投入力度不断加大，国外技术引进和自主研发并重，推动我国无土栽培朝大规模生产、智能化管理和高经济效益的方向发展，无土栽培推广取得显著成果：例如，2016年，中国科学院植物研究所和福建三安集团共同成立福建省中科生物股份有限公司，并建立了当时世界面积最大的、带智能控制的全人工光植物工厂—中科三安植物工厂，实现了无土栽培蔬菜生产的产业化应用；2018年12月，以日本水培技术为基础、面积超过10 000 m的京东智能水培蔬菜工厂建成，该植物工厂是中国最大的采用日本技术的太阳光和人工光结合型植物工厂。截止2018年，我国无土栽培面积高达6 250.5 hm；预计到2023年种植面积将增长到16 561.3 hm。

2 无土栽培的主要形式

无土栽培技术的研究历史已经超过150年，经过多年积累，该技术成功地从实验室走向了商品化市场。目前为止，已发展出了多种现代化无土栽培方法。无土栽培大致可分为水培、雾培、基质栽培3类，3种栽培方式所需要的种植条件、适用地区范围和经济效益等皆有所不同(表1)。其中，基质栽培成本投入相对较少，技术难度也相对较低，效率居中；水培和雾培成本投入和技术难度更高，但效率也相对更高；3种栽培方式的产量和植物生长速度与其成本投入和技术难度成正比。

表1 不同栽培方式的经济效率指标
Table 1 Economic efficiency indicators of different cultivation methods

指标Index传统土壤栽培Traditionalsoil culture无土栽培 Soilless culture基质栽培Substrate水培Hydroponic雾培Aeroponics投入成本 Investment costs低适中较高较高技术难度 Technical difficulty低适中较高高管理维护工作量Management and maintenance workload大适中适中较大产量及生长速度 Yield and growth rate低适中较高高

2.1 基质栽培

基质栽培是使用有机或者无机的固体基质，代替土壤实现植物的根系固定。同时，利用营养液代替水和营养物质，营养液包含硝酸钾、硝酸铵、磷酸二氢钾、硫酸镁、铁盐、微量元素等不同营养成分，植物根系可以吸取基质中的营养液，从中获得生长所需要的氮、磷、钾等营养物质。早在1860年，美国科学家就进行了相关试验，证实营养元素丰富的基质能够支持植物的正常生长。随着技术的不断进步和资金投入，基质栽培在一些园艺设施发达国家得到了快速的推广应用，是一种商品化较为成功的无土栽培模式。

目前，基质栽培面积占我国商业性无土栽培面积的90%，是无土栽培的主要形式。与常规土壤种植的作物相比，基质栽培蔬菜产量高、品质好，也更加省水、省肥、省力。因为基质栽培在相对密闭隔离的环境中进行，在很大程度上还可以预防种植系统外部环境和土壤连作障碍带来的病虫害。虽然相较于土壤种植，基质栽培的投入成本较大，操作技术较为复杂；但相比于无土栽培中的水培和雾培技术，该方法仍具有投资相对较少、设备简单、易于操作的特点。

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岩棉栽培

无土栽培基质可以分为有机基质和无机基质。有机基质包括腐叶、泥炭、树皮等，无机基质包括砾石、陶粒、岩棉、珍珠岩、蛭石等。其中，岩棉方便、易用，具有高保水性和透气性，为根系的生长提供了良好条件，也更利于调控作物的营养和生长，实现高产，是目前荷兰等国家和地区的主要无土栽培基质。岩棉栽培的基本操作模式是将岩棉基质分割成规格大小相同的块状，用塑料膜制作成包裹形状，然后用于植物的种植。根据营养液是否循环利用，可将其分为开放式和循环封闭式岩棉栽培2类，封闭式岩棉栽培在开放式岩棉栽培的基础上增加了营养液收集通道，进行多余营养液的循环利用。20世纪初，岩棉栽培技术在欧美国家地区进入成熟阶段，得到广泛应用。最初，岩棉栽培在国内的推广速度较为缓慢，主要原因是岩棉栽培对岩棉材质要求较高，要具有良好的亲水性，保证长久使用后形状和孔隙率不变；内部纤维要分布均匀，有利于植物根系延伸和生长；而我国农业用岩棉质量多数达不到种植标准，且管理技术不完善。但国内公司在消化吸收国外技术的基础上不断创新，极大地推动了技术发展，我国岩棉栽培也愈发走向成熟。2020年，浙江轩鸣新材料有限公司开发了有利于植株根系横向生长的农用种植岩棉，能提高作物产量；次年公开了一种利于蓄水种植岩棉结构。岩棉栽培能最大程度减少病虫害发生，可生产出绿色、无公害的食品，相信随着消费市场对绿色蔬菜需求的增加，岩棉栽培技术将越来越受到种植者的青睐。

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有机生态型无土栽培

有机生态型无土栽培是我国根据国情研发的一种基质栽培技术，该技术利用有机固态肥为植物提供养分，以清水灌溉，上述有机固态肥采用种植业和养殖业的副产品及废料加工而成，配制操作简单，管理方便。有机固态肥富含植物生长所需要营养物质，无需额外添加营养液，因此极大地降低了植物批量培养所需的资金和时间成本。栽培系统废水硝酸盐含量仅1～4 mg/L，对环境不会造成污染。有机生态型无土栽培多用于种植对品质要求较高的蔬菜，通过选用优质、高产、抗病性强的新品种，能最大程度地增产增效。目前，适用于此技术的优质蔬菜种类还较为缺乏；此外，有机基质的理化性状变化较大，稳定性相对较差，使用过后，土质的pH值、EC值等一些理化性状可能出现变化，容易造成作物产量和品质的下降。与之相比，无机基质虽然含有营养很少，但理化性状稳定；考虑到两者优点，采用有机无机混合基质的方案成为基质栽培新的发展方向。

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基质栽培袋

基质栽培袋栽培是一种新型无土栽培方式。实际使用中，会选择适宜材料做成袋状，将调配好的基质装入袋中用来种植植物。目前，已应用于我国多种蔬菜(番茄、黄瓜等)以及花卉的种植过程中。基质栽培袋具有如下优点：1)基质栽培袋的制作要求较低，选择普通材料制作成培养袋即可，制作工艺简单，成本低廉；2)袋与袋之间相互独立，可以防止病虫害传播；3)系统简洁，移动方便，可根据需求为植物寻找合适的环境，不受气候等自然条件的限制，因此，还可进行作物的反季节栽培。除了应用于农业果蔬的种植，基质栽培袋还可以用于家庭阳台、庭院等地的园艺栽培，栽培袋材料多样、色彩丰富，因此可用于装饰，起到美化环境的作用。

2.2 水培

水培法种植植物不需要用基质来固定植物根系，植物的根能够直接与营养液接触来吸收水分和营养。水培技术的优点在于栽培人员可以通过调整营养液的配比来实现植物营养供给均衡，能有效避免土传病虫害，节约水土资源，适用于蔬菜种植。但是，该技术对资金投入和操作技术要求较高，对水培种植系统的自动化、机械化和信息化管理的研究仍需进一步深入。

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深液流水培技术

深液流水培系统在运行过程中需要更多的营养液，通常其所需的营养液深度可达到几厘米甚至几分米。现有深液流水培设施有十多种，可以分为深水培类型和半深水培类型，深水培类型设施有M式、久保田式等，半深水培类型设施有协和式、神园式、新和等量交换式等。不同类型主要差异是液层深度，深水培类型液层相对较深。同时，不同类型结构上也有或多或少的差异：久保田式深水培设施一般由种植槽、定植板、贮液池、营养液循环流动系统等4大部分组成；M式深水培设施是利用泡沫塑料或水泥预制板拼装成种植槽，槽内铺垫塑料薄膜以盛装营养液，槽底安装供液管，通过水泵实现营养液循环，水泵出口附近安装有空气混入器；协和式半深水培设施的种植槽为塑料拼装式的，可拆迁，安装较为简单，其主要由种植槽、定植板、营养液循环系统、贮液池和供液控制系统等部分组成；神园式半深水培设施的种植槽中有一层流动的营养液层，其营养液通过供液管喷头，以喷雾的形式来提供；新和等量交换式半深水培设施不设置储液池，其种植槽是由U形聚苯乙烯泡沫塑料拼接而成，槽内衬塑料薄膜，槽框上安装植物定植板，通过水泵进行营养液循环。上述不同类型的深液流水培的营养液层都较深，通常由定时器控制小水泵抽取营养液在栽培管中循环流动，因此植株根系所处液层的营养液具有较高的稳定性，能为根系提供良好的生长环境，其不足是容易导致植物根系缺氧。

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营养液膜水培技术

营养液膜栽培技术是另一种典型的水培技术，能有效解决深液流水培技术植物根系缺氧的不足。营养液膜种植槽中的营养液较浅，深度大约在几毫米或1～2 cm。营养液膜栽培系统使用倾斜种植槽，较浅的营养液层能够使植物根系的一部分伸展在流动的营养液中，另一部分则可以接触到培养槽的湿气环境，这样就能够有效解决植物根系需氧的问题。营养液膜栽培所使用的营养液可以循环利用，种植槽的制作材料选择多样，如塑料、模板等，大部分材料成本都不高，容易获得，这有利于进一步向自动化生产发展，因此这项技术在世界上被广为推崇，并获得研究人员和市场的青睐，成为代表性的无土栽培方式。

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浮板毛管水培技术

浮板毛管水培(Floating Capillary Hydroponics， FHC)是1991年由浙江省农业科学院和南京农业大学参考国外营养液膜水培设施的优点改良研制的一款无土栽培系统，属于水培的一种。该技术利用漂浮在营养液上的浮板无纺布湿毡为植株创造气生根生长的湿润丰氧环境，使根系能从空气中汲取游离氧。浮板毛管栽培的营养液供给通常维持在3～6 cm，是普通蔬菜日常所需液量的3～6倍，因此即使设备短期停电，也不会对作物生长产生较大影响，解决了营养液膜栽培系统因停电导致的营养液供给不足的问题。此外，浮板毛管水培系统的种植槽采用聚苯乙烯泡沫板制作而成，隔热性能好，营养液循环在全封闭的状态下进行，因此槽内空间受外界环境变化的影响较小，液温稳定。目前，浮板毛管水培(图2)已被推广至北京、山东等十几个省，主要应用于浙江、江苏等东南沿海一带。

1.定植板；2.浮板；3.无纺布；4.定植杯；5.植株；6.营养液；7. 定型聚苯乙烯种植槽；8.地面1.Planting board; 2.Floating board; 3.Non-woven fabric; 4.Planting cup; 5.Plant; 6.Nutrient solution; 7.Stereotyped polystyrene planting trough; 8.Ground图2 浮板毛管水培种植槽横断面示意图Fig.2 Schematic diagram of cross section of FHC planting trough

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纳米水凝胶膜无土栽培技术

纳米水凝胶膜(例如Imec膜)是一种由日本MebioL株式会社研发的透析膜，该水凝胶通常由包含大量亲水基团的聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、丙烯酸酯类等共聚而成，该材料对环境无害，可重复利用且具有良好的生物相容性。膜上面有无数个纳米大小的细孔，该膜具有单向渗透的特点，即液流从一个方向流向另一个方向而不能返回，这种特点使得Imec膜能使生物小分子(主要指无机物、O、CO、离子状态的化合物等)自由通过，而害虫和病菌则无法穿过。在Imec膜栽培栽培体系中，吸附于Imec上的植株根系可根据环境条件和自身需求主动从Imec膜内吸收生长所需营养，在养分汲取压力的诱导下，植物的根毛数量会大大增加，生长力显著增强(图3)。Imec膜栽培技术作为一种新型的无土栽培方式，已被证实可提高番茄、生菜等蔬菜植物的产量和质量。我国从2013年开始引进并推广该技术，例如，上海市金山区蔬菜技术推广中心使用该技术种植樱桃番茄，在保证其生产数量稳定的同时，提高番茄果实的甜度与含糖量，大大提升了果实风味；广州慧扬农业科技有限公司与日本MebioL公司展开合作，于2014年9月5日在慧扬农场花都基地合作建成第一座工厂化Imec膜栽培温室并投入运行，种植新型小番茄品种，为Imec膜栽培技术在中国的进一步推广奠定了基础。

图3 纳米水凝胶膜基种植装置Fig.3 Nanohydrogel membrane based planting device

2.3 雾培

雾培是指将经过特殊设备雾化后的营养液间歇性喷洒在植物根系上的一种无土栽培方式。通过水培法栽培的植物，根系浸润在水中，植物根系汲取氧气容易受到限制，而气雾培则将雾化的营养液直接喷洒在植物根系上，使其既能够充分地接触到空气又能够从营养液中汲取水肥，同时还有非常大的自由生长空间。雾培可以用于水生、陆生、乔木、灌木等几乎所有作物的栽培生产，还可以实现水生陆生植物的共生栽培，是适应性最广的栽培模式。雾培的技术理念最早由美国和日本提出，20世纪50年代，三角支架型气雾培(图4(a))、立柱式气雾培和半气雾培(图4(b))形式得到发展，研究者利用雾化营养液成功培养了苹果树、菠萝、番茄等植株，雾培的研究逐渐得到重视。1996年，韩国进行马铃薯植物的无土栽培尝试，在众多手段中选择并成功实现了马铃薯的气雾培；2001年，利用气雾培进行的马铃薯微型薯试验也取得了成功，此后，气雾培被广泛用于种植微型薯。目前，在荷兰、美国、日本等农业发达国家，雾培已经得到了很好的发展，生产技术较为先进。美国AeroFarms公司的垂直农场就很好地结合了雾培和立体栽培技术，该公司利用其自主研发的雾气栽培系统种植作物，与一般的农田耕作相比，可节省95%的水，与水培法相比，也可节省40%的水，是垂直农业领域的领导者。而我国关于气雾培的研究起步较晚，目前仍处于研究阶段，没有得到大面积推广。

雾培的应用不受地域限制，设施中的营养液可以循环利用，因此可充分利用水资源，且能实现废液、废料、废物的零排放，十分适合在戈壁、沙漠等水资源匮乏的地区推广。同时，还可在气雾培棚架上搭建防虫板等防虫设施，可阻挡80%以上的害虫，有利于做到无农药生产，使蔬菜更加绿色健康。此外，气雾培更易于与AI人工智能和物联网技术结合，实现远程控制、智能管理。雾培也存在一些不足：一方面是资金投入和生产技术要求都较高，这部分限制了气雾培的发展；另一方面，由于蔬菜的不同种类、不同生长时期对营养成分的需求不一，营养液的配制管理较为复杂，如何突破传统营养液的矿质营养理论，充分满足植物对营养的需求，也是雾培技术需要进一步完善的关键环节。

图4 气雾培示意图Fig.4 Schematic diagram of aerosol culture device

3 无土栽培技术的应用

3.1 民用领域

无土栽培具有一定技术要求，经济成本也相对较高，但无土栽培可在完全可控的环境下进行，植物生长不受地域条件的限制，产品品质高，因而得到了较为广泛的应用，主要包括如下几个方面：

1)无土育苗：无土育苗的主要形式有播种育苗、组织培养育苗和扦插育苗等。与传统育苗方式相比，无土育苗具有壮苗率高、繁殖系数高、幼苗健壮整齐、省工省时等特点，便于科学规范管理，适合大规模工厂化育苗。

2)蔬菜培养：通过无土栽培可有效解决土壤盐渍化、土传病虫害等土壤连作障碍，并且可以充分利用土地空间，适合在沙漠、盐碱地、矿区等不适宜土壤种植蔬菜的地方推广。通过该技术种植出的蔬菜病害少、无污染，生产过程省肥省水省力，是实现蔬菜生产自动化、规模化、量产化的重要途径。

3)花卉培养：无土栽培培育的花卉生长快、花朵娇艳、品质上乘，并且清洁卫生，病虫害少，这些优势使得花卉无土栽培在世界上得到了一致好评，尤其是在荷兰等园艺技术发达的国家，花卉无土栽培更是得到了大面积推广。国内对花卉无土栽培的起步较晚，仍处于发展阶段，目前主要利用水培和基质栽培进行花卉无土种植。

4)生态观光：无土栽培还可用于生态酒店、生态餐厅、生态园等观光农业以及现代化无土栽培基地等中小学农业科普教育基地的建设，这些地方利用无土植物栽培方式作为技术支撑，很好地体现了人与自然和谐发展的新观念。

5)鱼菜共生：是鱼产养殖技术和植物水培栽种技术相互结合诞生的综合性系统，是一种复合型植物、作物栽培体系。在该共生系统中，鱼类产生的代谢废物，通过硝化细菌的生物转化作用成为植物可以利用的养料，被植物净化吸收后的干净水资源，再次汇入鱼池给鱼苗提供适宜的生存环境，由此形成良性循环(图5)。鱼菜共生系统采用无土栽培，避免了土壤重金属污染，又因为有鱼的存在，因此种植过程中不能使用任何农药，使得生产产品绿色健康。此外，推广鱼菜共生技术可以节约大量优质耕地，以池塘鱼菜共生为例，每养殖65 000 m鱼，水面可增加6 500～14 000 m蔬菜种植。同时，鱼菜共生系统的用水可以循环净化使用，与传统农业相比用水量节省了90%以上。

图5 鱼菜共生系统循环原理Fig.5 Circulation principle of fish and vegetable symbiosis system

3.2 军用领域

除了在农业种植、设施园艺等民用领域，无土栽培在军事领域的应用也有研究。早在在二战期间，无土栽培技术，尤其是水培技术，在解决军需供应方面就做出了突出贡献。郭世荣在无土栽培学一书中提到：泛美航空公司曾在Gericke的指导下，在太平洋中部荒芜的威克岛上成功利用无土栽培进行种植，为乘客和空乘人员提供新鲜蔬菜；1945年，英国空军部队在波斯湾的巴林群岛和伊拉克的哈巴尼亚利用水培进行蔬菜种植，成功解决了部队无法自主供应蔬菜而需要从巴勒斯坦空运的问题；1944年，日本研究人员在硫磺岛建设了无土栽培基地，生产蔬菜以供军需。

随着和平社会的建设以及科学技术的发展，无土栽培在军事方面的应用重点更多地转向了太空蔬菜种植。空间无土栽培技术是一项典型的民技军用案例，美国宇航中心的研究使该技术趋于成熟，推动其向产业化阶段迈进。在太空中，植物生长处于失重的环境下，需要考虑植物生长的“向性”问题，即控制植物根系“向下”进行生长，而不会朝着光源位置自由“向上”生长。因此，太空中的种植通常会先将植物种子进行萌发，后给植物施加较强的电压、电场环境，以强制诱导植物幼苗生长的“向性”。例如，在一个空心圆柱内壁种满生菜，通过一定强度的电压和光照诱导植物，并让营养液在圆柱外壁循环流经生菜根系，为植物提供水分和养分(图6)。

图6 太空种植用圆柱种植装置示意图Fig.6 Space planting with cylindrical planting device

除了植物生长的“向性”问题，还要考虑营养液在失重环境下的运输问题，避免液体“飞”起来而无法供应给植物。为此，研究人员设计了“多孔管植物生长系统”装置，利用多孔管中的毛细管，给植物根系缓慢渗透滴灌生长所需的营养液，由于毛细管的存在，植物根系出于生物驱动性主要分布于多孔管与塑料薄膜的夹层间。利用这些装置，人类已经成功在太空中种植培育出了生菜、小麦、水稻、番茄等植物，而空间种植技术的成熟化和产业化发展对于人类的太空探索进程具有重要意义。太空植物种植，可以为宇航员提供新鲜蔬菜水果，有利于宇航员身体健康；植物可以消耗二氧化碳并产生氧气，净化航天器和空间站中的空气；植物的存在还能给航天员带来积极的心理影响，在维持宇航人员的心理健康方面起着关键作用。同时，太空植物种植，可以大幅降低火箭发射时的食品配重，降低发射成本，为其他设备器材提供更多配重空间。

除此之外，无土栽培技术在未来或可应用于海洋的开发利用，无论是对于解决航海人员的蔬菜供应问题，还是缓解陆地上日益严重的土壤资源短缺的问题，都有着深远的意义。

4 总结与展望

综合无土栽培技术以及新材料、人工智能等的发展，未来无土栽培技术可以针对不同地区和环境的需求，重点考虑如下3个发展方向：

1)可在气候极端、耕地缺乏的地区推广无土栽培技术，融合人工智能和物联网技术，发展智慧种植、生态种植，充分利用有限的水土资源提高作物产出。考虑到资金和资源高效利用的问题，可以尝试大力推广有机生态型无土栽培技术。同时，还可以研究新型无土栽培模式，例如基质土壤相结合的二元栽培法，有机无土栽培与滴灌技术相结合等，充分利用耕地淡水资源，以获取良好的经济、生态效益。

2)无土栽培技术可以在经济发达地区朝小型化、家庭化、精致化、智能化的方向发展。可以将无土栽培应用于屋顶花园、阳台农场等，城市居民可利用小型无土栽培装置，发挥家中的小规模闲置空间，进行种菜、养花，将都市农业和家庭园艺栽培相结合，既可以收获新鲜果蔬，又具有娱乐性和一定的观赏价值。同时可以建设小型植物工厂、生态园等，通过造型多样的立体水培、雾培设施进行造景，既可以应用于中小学农业科普教育，成为展示未来农业的窗口，还可以为餐饮提供现吃现摘的绿色食材，在城市内完成消费闭环，提高人民生活水平的同时也倡导人与自然的和谐发展。

3)空间无土栽培技术需要大力探索和开展。对地球之外的太空探索是未来的研究方向，在空间站或外星基地实现有效的生物循环则成为关键因素。空间无土栽培技术的发展，将会使人类不受外太空环境限制从而实现有效种植，迈出在外太空生存的第一步。

无土栽培技术的发展对于实现人类可持续生存和保护生态环境具有重要意义，因此积极解决该技术在实用化进程中涉及到的一些问题，例如成本相对偏高、经济效益不显著等，可以更好地实现无土栽培技术的价值。