刘建华，肖光辉，李青峰

（1.湖南省农业信息与工程研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南省西瓜甜瓜研究所，湖南 长沙 410125；3.湖南省核农学与航天育种研究所，湖南 长沙 410125）

有机生态型无土栽培是一种不使用营养液灌溉，用有机固态肥作为植物营养的主要来源，并直接用清水灌溉植物根系的简易基质栽培技术。是我国自主研制开发的一项低成本、高效益，而且具有显著经济、社会和生态效益的实用无土栽培技术。该技术不仅适合我国国情，符合有机农业和农业可持续发展目标，而且是实现设施农业可持续发展的一种有效途径，将是我国设施农业特别是设施蔬菜发展的主要方向。

1 发展概况

我国的无土栽培虽然历史悠久，但发展缓慢，比荷兰、日本、英国、美国等发达国家落后很多。尽管通过引进和消化国外各种无土栽培系统，在1990年以前基本形成了华南热带地区以深液流水（DFT）栽培为主、东南沿海地区以薄层营养液膜法（NFT）栽培为主、北方地区以基质栽培为主的无土栽培发展模式，但这些传统的无土栽培都是采用营养液灌溉作物根系。营养液的配制和管理一般生产者难以掌握，需要受过专门训练的技术人员进行操作，所以传统的无土栽培并不适合我国的生产发展水平，这限制了无土栽培技术在我国的进一步发展。因此，迫切需要研究一种简单易行的基质栽培技术，加速我国无土栽培的应用与推广。1989年，中国农业科学院蔬菜花卉研究所开始了以寻找能替代营养液的肥水供应方式为核心的有机生态型无土栽培技术研究。结果表明，消毒鸡粪作为一种缓效有机肥施入栽培基质后，其养分含量充分，基本能够满足作物生长的要求，肥效与营养液相当。研究所通过不断完善配套技术，成功地研制开发出了以高温消毒鸡粪为主要营养来源，适当添加无机肥料的配方施肥来代替基质栽培中营养液的有机生态型无土栽培技术[1]。

有机生态型无土栽培的研制开发与推广应用，直接推动了我国无土栽培的快速发展。我国无土栽培面积1985年仅0.1 hm2，2005年发展到1 200 hm2以上。到2005年底，全国有机生态型无土栽培面积已达750 hm2，占我国无土栽培总面积的60%以上[2]。

2 特点与优势

有机生态型无土栽培作为一种新型农业栽培技术，除具有一般无土栽培的优点外，还具有其独特的优势。

2.1 有机基质是构成植物营养的基础

在传统无土栽培中植物所需的营养来源于营养液，而有机生态型无土栽培植物所需的营养主要来自于施入基质中的固态有机肥，该技术通过定期追施固态肥料和灌溉清水进行肥水供应，突破了无土栽培必须使用化学营养液的传统模式[3]。有机生态型无土栽培使用的基质是构成植物营养的基础。用工农业有机废弃物配成的栽培固体基质不仅是植物生长发育重要的营养来源，而且还能够调节植物养分的均衡供应。因此，配制适合植物生长发育的有机基质是有机生态型无土栽培的关键。

2.2 有效避免土壤连作障碍和土传性病害的蔓延

自1990年以来我国设施蔬菜栽培发展非常快，山东寿光等地区的蔬菜设施栽培已成为农村经济发展的支柱产业。但设施蔬菜栽培的复种指数高，病虫害发生严重，化肥与农药的使用量大，容易导致土壤次生盐渍化、土传病害等连作障碍的发生。设施蔬菜栽培一般在种植3～4 a后出现不同程度的减产、品质下降和效益下滑等现象。无土栽培则切断了土传病虫原的传播渠道，有效克服了设施栽培中的连作障碍问题，而且基质的消毒也比土壤消毒更经济、方便。所以，有机生态型无土栽培能有效避免土壤连作障碍和土传性病害的蔓延，是克服蔬菜设施栽培连作障碍最有效、最经济的办法[1]。

2.3 显著降低生产成本，简化操作

传统的营养液无土栽培生产成本高、操作难度大，难以推广。因为营养液无土栽培需要成套的设备，营养液的配制、管理和能源费用很高；配制营养液所用的专用化学肥料的成本比普通农用化肥高很多;营养液无土栽培的水分和养分的利用率比土壤栽培的还低[4]；同时营养液的配制、调节和使用需要专门的技术人员进行操作。有机生态型无土栽培则采用工农业有机废弃物经发酵腐熟沤制而成，植物所需的营养以各种有机肥或无机肥的固体形态混施入基质中，在栽培过程中可分次将固态肥料直接追施于基质内或以无机化肥的形式通过滴灌进行补充。有机基质中微量元素丰富，各种营养元素齐全，管理上与土壤栽培基本一样，一般只要考虑氮、磷、钾3要素的供应总量及平衡，所以大大地简化了无土栽培的操作管理过程[2]。统计表明，有机生态型无土栽培与最简单的营养液基质槽式栽培相比，一次性投资低45.5%，基质成本低60%，肥料成本低53.3%[3]。

2.4 将有机农业成功导入无土栽培

传统的营养液无土栽培以多种专用化学无机盐配成的营养液提供植物营养，其中硝态氮占施氮总量的90%以上，常导致生产的蔬菜产品器官中硝酸盐含量过高，不符合绿色食品的生产标准[5]。有机生态型无土栽培从栽培基质的配制到肥料的施用都以有机物质为主，把属于纯无机农业的无土栽培引入有机农业中，实现了无土栽培与有机农业的有机结合。有机基质与有机肥料经过发酵处理，在分解释放养分的过程中，不会出现有害物质与无机盐危害，产品洁净卫生、品质好。

2.5 对环境无污染

营养液无土栽培所用的营养液经过一段时间的循环使用后，其浓度、pH值等都会发生变化，从而造成某些营养元素的无效，需要对营养液进行一次更新，所以在栽培过程中一般有20%左右的营养液排出系统外。在排出的废液中所含氮、磷量，特别是硝态氮等盐浓度很高。例如，在岩棉栽培系统的排出液中，硝酸盐的浓度高达212 mg/L，而且更新下来的旧岩棉块不可降解，很容易对环境造成污染[6]。有机生态型无土栽培则用清水进行滴灌，其灌水量一般低于有机基质的饱和含水量，只要栽培管理措施得当，很少有废液排出系统外。即使有少量废液排出，其硝酸盐的浓度也只有l～4 mg/L，对环境无污染[1]。有机基质经过5 a左右的栽培利用后也需更新，更新换下的基质可作为有机肥料施于土壤中供大田作物利用，不仅不会产生环境污染，而且是一种很好的进行土壤改良的有机肥。

2.6 优质高产，经济效益显著

有材料统计显示，蔬菜有机生态型日光温室无土栽培与土壤栽培相比，不仅可增产35%以上，而且还能节省肥料70%以上，降低肥料成本50%～60%，节水50%～70%。所以有机生态型无土栽培的推广面积现在超过了全国无土栽培总面积的60%，而且95%以上的应用者都为个体菜农。栽培蔬菜的平均年产量达16 000 kg/667m2以上，比普通土壤增产150%[3]，其中黄瓜产量高达25 346 kg/667m2以上[7]。

由于适应各地的蔬菜反季节有机生态型栽培技术已基本成熟，设施蔬菜栽培的产量和质量均有大幅度提高，取得了良好的社会效益和经济效益。例如：胡永德[8]在华中地区采用有机生态型无土栽培技术生产水果型小黄瓜，一般单季产量5 000～6 000 kg/667m2，一年2茬，总产量10 000 kg/667m2以上，年产值可达3万元以上。甘肃省清水县蔬菜采用日光温室有机生态型无土栽培，2009年～2010年一个生产周期的蔬菜平均产量达到5 800 kg/667m2，平均收入达到1.28万元/667m2，较普通温室栽培平均增收2 500元/667m2以上，增长25%[9]。张东昱等[10]开展了黄瓜间作辣椒有机生态型立体栽培技术研究，黄瓜和辣椒产量分别达 5 326 kg/667m2、4 568 kg/667m2，产值分别为 7 989元/667m2、11 420元/667m2。全年投入成本为5 800元/667m2，净增产值为13 609元/667m2。

3 研究与应用现状

3.1 主要栽培形式

我国目前有机生态型无土栽培的主要栽培形式有：槽式栽培、袋式栽培、立体垂直栽培等，但生产上普遍采用槽式栽培。生产上比较有代表性的槽式栽培形式有两种。一种是蒋卫杰等[11]研究报道的地上栽培槽。该栽培槽的内径0.48m，高0.2m，长度根据不同的栽培设施而异，一般由4层砖平地砌成，槽底铺一层0.1mm厚的塑料薄膜与土壤隔离，先在槽中填5 cm厚的粗炉渣或石砾以利于排水，再铺一层废旧编织袋作衬垫，最后装填栽培基质15 cm。另一种是简易栽培土槽，其在水平的地面挖成，上口宽35～40 cm，下口宽25 cm，深度25 cm。栽培时先在槽内铺一层塑料薄膜与周围土壤隔离，然后将有机基质填入栽培槽，这种栽培槽节省基质、成本低，只需要基质30 m3/667m2左右，而且蔬菜的生长量和产量与其他基质槽栽培形式无显著差异。

3.2 主要栽培的蔬菜种类

有机生态型无土栽培原来种植的主要是瓜果类蔬菜，现在大多数蔬菜和一些特种蔬菜等都有栽培。主要包括：茄果类蔬菜番茄、辣椒、茄子，瓜类蔬菜黄瓜、小果型西瓜、厚皮甜瓜、西葫芦、南瓜、瓠瓜、冬瓜、苦瓜，其他蔬菜如芸豆、青花菜、空心菜、生菜、菠菜、莴苣、芹菜、韭菜、大蒜等，以及特种蔬菜如乌塌菜、紫背天葵、豆瓣菜、马齿苋等。

3.3 适合各地蔬菜栽培基质配方的筛选

有机基质一般采用当地价格低廉的农作物秸秆及加工下脚料如玉米秸秆、花生壳、食用菌渣、甘蔗渣、酒糟、芦苇末、中药渣等工农业有机废弃物和畜禽粪便等为主要原料发酵腐熟而成。为了改善有机基质的物理性能，可以加入一定量的无机基质如河沙、炉渣、蛭石、珍珠岩等进行混配。混配比例可根据当地基质材料的成本和来源灵活掌握，原则是基质中无机物最多不要超过60%，否则其保水保肥性能下降。有机物与无机物的体积之比最大可达8∶2。有机基质混配后其有机质含量应在40%～50%以上，C/N=30左右，总养分含量为 3～5 kg/m3左右，pH值为 5.8～6.4，容重为 0.30～0.64 g/cm3，总孔隙度大于85%。

经过多年的试验研究与生产实践，利用各地丰富的工农业有机废弃物资源，人们筛选出了多种适合各地蔬菜栽培的基质配方，减少了泥炭的使用量，取得了明显的生态效益和经济效益。

3.3.1 番茄栽培基质配方 麦秸∶炉渣=7∶3、棉籽壳∶炉渣=5∶5、麦秸∶锯末∶炉渣=5∶3∶2、玉米秸∶菇渣∶炉渣=3∶4∶3、或玉米秸∶锯末∶菇渣∶炉渣=4∶2∶1∶3，1m3基质加入 10 kg 消毒鸡粪、l kg 复合肥[12]；菇渣∶河沙∶珍珠岩=4.5∶4.5∶1.0，1m3基质加入 20 kg 消毒的商品猪粪、5 kg有机无土栽培专用肥及适量微量元素[13]。

3.3.2 茄子栽培基质配方 菇渣∶玉米芯∶炉渣=3∶3∶4，1m3基质加入 10～15 kg复合有机肥、10 kg有机生态型无土栽培专用肥、3 kg过磷酸钙[14]。

3.3.3 辣椒栽培基质配方 玉米秸秆∶泥炭土∶猪粪=1∶1∶1，1 m3基质加入 3 kg 有机生态型专用肥、1 kg尿素、1 kg饼肥、3 kg膨化鸡粪、1 kg过磷酸钙[15]；木薯皮∶甘蔗渣∶废菇渣∶炉渣=l∶2∶2∶1，1m3基质加入20 kg优质干鸡粪或鹌粪、0.5 kg磷酸二铵[16]；（秸秆∶牛粪=6∶4）∶菇渣∶炉渣=5∶2.5∶2.5[17]。

3.3.4 黄瓜栽培基质配方 菇渣∶草炭∶珍珠岩=1∶1∶1，1 m3基质加入 3 kg有机生态型专用肥、1 kg尿素、1 kg饼肥、3 kg膨化鸡粪、1 kg过磷酸钙[7]；菇渣∶稻谷壳∶草炭∶锯末（非松木）=2∶2∶l∶1，1m3基质加入10 kg膨化鸡粪、1.5 kg硫酸钾、1.5 kg腐熟菜枯粕[8]；菇渣∶珍珠岩=2～3∶1 或草炭∶珍珠岩=2～3∶1，每1m3基质加入消毒鸡粪10 kg[6]。

3.3.5 甜瓜栽培基质配方 蘑菇渣∶秸秆∶河砂∶炉渣=4∶2∶1∶0.25、蘑菇渣∶河砂∶炉渣=4∶1∶0.25、或草炭∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1，1m3基质加入 10～20 kg 有机肥，1～2 kg复合肥、0.5 kg过磷酸钙、0.5 kg磷酸二氢钾[18]；菇渣∶猪粪（或牛粪）∶砻糠灰∶煤渣=5∶2∶2∶1[19]。

3.3.6 空心菜等叶菜类基质配方 菇渣∶炉渣=1∶1～1.5，1 m3基质加入10 kg消毒膨化鸡粪、2 kg三元复合肥等[20]。

4 存在的主要问题

4.1 有机基质的生产缺乏统一的质量标准

随着有机生态型无土栽培的迅速发展，对栽培基质的需求量越来越大，迫切需要栽培基质的产业化生产。但基质的质量评价与生产规程缺乏统一的标准，由于有机废弃物材料的不同或同类材料产地或时间的不同，在利用这些有机废弃物合成栽培基质时都会导致合成基质的质量不稳定，造成各批量之间基质质量存在较大差异。这就给基质的工厂化生产带来了一定困难，也增加了栽培过程的盲目性与难度。

4.2 栽培基质的重复利用问题

由于受外界环境、作物本身的吸收与根系的分泌、灌水及施肥等的影响，有机基质在栽培完一茬蔬菜后，其理化性状发生变化，如基质的有效营养成分减少，pH值发生变化、EC值升高等；基质在使用过程中特别是在连作情况下常会聚积病菌和虫卵，从而导致栽培基质的质量下降。因此，基质在重复利用前要添加适当新的基质成分和补充肥料，以改善基质的理化性状，同时还要对基质进行消毒，太阳能消毒是目前应用广泛而且效果良好的基质消毒方式。

4.3 缺乏适合有机生态型基质栽培的蔬菜专用品种

虽然已从普通栽培品种中筛选出了一些比较适合有机生态型无土栽培的品种，例如，杜中平[21]筛选出了“北京402”作为温室有机生态型无土栽培的黄瓜品种；许耀照等[22]筛选出了“酒椒3号”作为有机生态型无土栽培的辣椒品种；莫云彬等[3]筛选出了“金小铃”作为有机生态型无土栽培的樱桃番茄品种。但到目前为止，我国还没有用于设施有机生态型无土栽培的蔬菜专用品种。由于有机生态型无土栽培和设施栽培的特殊性，迫切需要选育出适用于有机生态型无土栽培的耐低温、耐弱光、耐盐碱性强、抗根部病害，且高产、优质的专用蔬菜品种。

4.4 不同地区间经济效益差异大

尽管有机生态型无土栽培的产量高、品质好，投资比营养液无土栽培少，但其生产成本仍比露土栽培高。而目前我国市场体系不够健全，监测手段滞后，一般市场并不能体现产品的优质优价，蔬菜有机生态型无土栽培地区间的经济效益差异大。例如，在南方沿海地区、旅游业发达的地区、经济条件好的大城市及各大油田和工矿区附近，有机生态型无土栽培的经济效益较好；而在一些经济相对不发达的落后地区则经济效益较差，影响了农民发展有机生态型无土栽培的积极性。因此，要建立健全的蔬菜有机生态型无土栽培市场体系，以提高蔬菜有机生态型无土栽培的经济效益。

5 发展前景展望

虽然我国有机生态型无土栽培的面积已占无土栽培总面积的60%以上[2－3]，但其比例还不到我国设施栽培面积的4‰[23－24]，而荷兰等发达国家无土栽培面积则占设施面积的90%以上，日本无土栽培面积也达设施面积的20%。我国人均耕地面积只有世界平均的1/3，有很多沙荒地、盐碱地及大量的废弃矿区和荒滩无法利用，采用有机生态型无土栽培技术可以利用这些传统农业无法耕作的地区进行蔬菜生产，不仅可以缓解粮菜争地的矛盾，而且可为农民提供一条脱贫致富的途径。我国人均水资源只有世界人均水资源的1/4，有机生态型无土栽培与一般土壤栽培相比可节水50%～70%[3]，而且还可以大大减少化肥、农药的使用。

随着现代农业的发展、种植业结构的调整和我国设施农业的进一步发展，蔬菜、花卉等高附加值农产品的规模化、工厂化生产步伐正在加快，蔬菜有机生态型无土栽培的发展前景也越来越广阔，它将利用有机固体废弃物合成环保型有机栽培基质，对基质的原料来源进行筛选与分类，对发酵过程进行标准化控制，使生产出的基质具有质量稳定性并形成产业化，实现自然资源的循环利用与农业的可持续发展。

随着设施水平的不断改进与提高，现代化控制仪器仪表和计算机自动控制技术在无土栽培中的应用与普及，并根据我国目前设施蔬菜的发展水平和城乡居民生活方式多样化的需要，有机生态型无土栽培的发展趋势将朝着规模化、集约化、自动化、工厂化和小型化、家庭化的方向发展，并将出现高度设施化和简易栽培并存的局面。另一方面，随着有机生态型无土栽培基质工厂化生产和商品化的实现，蔬菜有机生态型无土栽培技术在家庭中的使用也将日益受到人们的重视，将有越来越多的居民采用有机生态型无土栽培技术在阳台、屋顶等空闲地种植蔬菜。

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