氣霧栽培的應用現狀與前景

高莉平 陳小文 劉魯江

|摘要|氣霧栽培是一種新型的無土栽培模式，是未來設施栽培的主要方向。文章對氣霧栽培的栽培系統、栽培模式、存在問題及改進措施、應用前景等進行了綜合表述，探討氣霧栽培目前的研究現狀和應用前景。

20世紀50年代，美國開始在溫室內采用無土栽培的生產方式生產蔬菜，成為最早實現無土栽培商業化的國家[1]。90年代前，中國無土栽培技術的研究以引進、吸收和消化為主，90年代以后，國內開始自主研發適合中國環境資源情況的無土栽培技術[2]。目前中國無土栽培技術已廣泛應用于蔬菜、花卉、果樹、中藥材等。無土栽培具有利于實現工廠化生產、不受土壤栽培條件限制、肥水利用率高、產量高、產品品質高等諸多優勢，已成為設施作物生產的重要栽培方式，但是在基質栽培和水培中仍有諸多的問題待解決，比如科學灌溉問題、水中溶氧含量低的問題，而以上問題在氣霧栽培中較少出現。

氣霧栽培的概念在1968年被提出，該技術通過噴霧裝置將霧狀的營養液噴灑到作物的根系上，解決了基質對礦質營養元素的吸附、營養液中亞硝酸鹽積累、根系缺氧等問題，被認為是在無土栽培技術中水肥氣協調得最好的栽培方式[3]。氣霧栽培的栽培方式已被用于自動化生產和立體栽培中，以有效提高空間生產效率。在科研中，由于作物根系裸露在外，有利于及時、方便地對生長情況進行監查，制定管理措施，為科研人員研究無土栽培技術提供充足的案例和試驗數據。專家研究表明，氣霧栽培能提高網紋甜瓜、麝香、非洲白蔘等植株的產量和品質[4-5];還可以縮短馬鈴薯的生長周期、加快原種的繁殖速度，并且可清晰直觀地觀察馬鈴薯根系、結薯情況[6]。

氣霧栽培系統

氣霧栽培系統主要包括栽培系統和營養液供給系統，隨著物聯網和信息技術的發展，計算機自動控制系統已在氣霧栽培的營養液供給系統中得到應用。

栽培系統

氣霧栽培作物的根系懸空生長，植株依靠定植空中的填塞或定植籃固定，物理支撐以栽培床的形式實現，栽培床的大小和形態可根據需求自由設計。依據栽培床的不同類型，氣霧栽培的栽培系統主要分為苗床式、立桶式、立體式 。

苗床式栽培系統是農業生產中較普及、易建造的一種栽培系統，一般在平地上建立苗床，在床底設置捎帶坡度且不滲漏的底面，并鋪設帶有霧化噴頭的彌霧管道，選擇合適材質的栽培床用來定植植株[7]。苗床式栽培系統主要用于較矮或可以引縛固蔓的植株。立桶式栽培系統是一種以簡易圍桶作為根域空間、以大空間霧化作為供液方式的栽培系統，可以創造較大的根域空間，以最大限度地發揮植株的生長潛能，主要用于番茄樹、南瓜王、蔬菜樹等大株型植株的栽培[7]。立體式栽培系統，包括“A”字式、梯架式、立柱式等多種栽培模式，可以提高空間利用率，大大提高單位面積的產值，以實現從平面發展到立體空間的飛躍，這種栽培模式一般用來種植葉菜類等小株型植物[8]，是目前發展最快的一種氣霧栽培模式。

營養液供給系統

營養液供給系統主要包括水泵、管道、儲液池、噴霧裝置和控制器等。儲液池中的營養液通過水泵經霧化噴頭形成氣霧供給植物根系吸收，剩余的營養液經回流管道過濾后重新進入儲液池，進而實現營養液的循環可持續利用[9]。營養液供給系統的核心為噴霧裝置，營養液的霧滴大小、氣霧的均勻程度等，會直接影響到植物根系的生長。目前霧化的方式有加壓霧化、機械高速旋轉離心霧化和超聲霧化等，以超聲霧化和高壓霧化為主。噴霧裝置中霧化噴頭的選擇最為關鍵，以高壓霧化噴頭的選擇為例，高壓霧化噴頭主要包括組合式陶瓷噴頭、壓不透鋼片式噴頭、全不銹鋼微霧噴頭、撞擊式噴頭等，其中壓不透鋼片式噴頭是目前應用較廣泛的噴頭之一，具有不會滴水、表面平整度較好、價格較低、易于清洗、耐壓值較理想等優點。

徐偉忠[10]等已設計出由計算機智能控制、水泵或超聲波霧化器供液的氣霧栽培裝置;而高建民[11]等專家以PIC16F877A芯片為核心構建噴霧控制系統，使氣霧栽培設施進一步實現智能化控制;劉義飛[12]開展基于LabVIEW的溫室番茄霧培控制系統研究，解決溫室番茄對智能控制的技術需求，系統測試結果表明，系統人機交互界面良好、操作簡便、能夠全方位地實現溫室氣霧栽培番茄生產的自動化管理和遠程監控。

氣霧栽培的模式

徐偉忠[12]等將氣霧栽培的模式分為科研及觀光模式、低成本模式、高效化產業模式、山地模式、都市模式等5大模式。

氣霧栽培的科研及觀光模式，以滿足科研和觀光需求為主，主要包括玻璃箱槽式、分根式、鋼構樹式、轉盤移動式、廂房式等氣霧栽培方式;氣霧栽培的低成本模式，工藝簡單、成本較低，很適合普通設施內開展氣霧栽培使用，主要包括桶式、拱形式、溝槽式、箱床式等氣霧栽培方式;氣霧栽培的高效產業化模式，投資較高、生產效率高，適合在現代化設施內使用，主要包括塔式、梯架式、立柱式、垂面式、“V”槽籬壁式、“X”架式等氣霧栽培方式;氣霧栽培的山地模式，獨立性強，適合在山地中使用，主要包括避雨防蟲立柱式、洞桶式、伸縮管式、樹杈懸吊式等氣霧栽培方式;氣霧栽培的都市模式，造型簡單美觀、易于管理，適合在都市環境中使用，主要包括屋頂果園的PVC管式、層架式LED補光的植物工廠式、室內綠植的墻面式等氣霧栽培方式。

通過多種霧培模式的綜合利用，可以有效解決城市發展與耕地減少之間的矛盾，特別是在生態環境惡劣、無法耕作的地域，可利用氣霧栽培技術解決極地、海島、沙漠、鹽堿地等環境下的耕作問題。氣霧栽培是解決當前農業生產環境污染、生態危機的重要技術。

存在問題及改進措施

根系生長過于發達

在氣霧栽培條件下，植物的根系可以保持較為發達的薄壁組織，具有很強的再生和修復能力，并且根系表面能均勻地吸附營養液、水分、氧氣，促進其快速生長[13]，這樣易導致植物的根系生長發育過于發達，經濟系數較低，如何更好的控制根系在合適的范圍內生長是需解決的一項技術難題，需進一步開展此方向的研究。

管理技術要求高

氣霧栽培對營養液的配比有嚴格要求，需專業人士管理，管理成本較高[9]。解決植物營養健全和配比的問題是當前氣霧栽培面臨的主要技術問題[14]。

投資較高、電力依賴性強

氣霧栽培的前期一次性投資較高，后期運行費用也較高，對電力供應的依賴性高，普通農業從事者無法承擔高額開銷，電力不發達的地區也較難推廣此種栽培模式。在未來，可充分利用太陽能、風能、生物能等進行發電，以滿足氣霧栽培對電力的需求，同時應開展氣霧栽培的離電生產研究，降低氣霧栽培對電力的依賴。

自動化的氣霧栽培環境控制系統不完善

雖然隨著物聯網和大數據技術、氣霧栽培技術的發展，越來越多的環境控制系統已應用于農業栽培的自動化控制，氣霧栽培技術也得到提高，但是氣霧栽培發展時間有限，對其的試驗研究并不特別深入，數據積累受限，間接地限制了自動化氣霧栽培環境控制系統的發展，并且存在生產系統運行不穩定、種植面積普遍較小等問題[13]。故需有統籌地對氣霧栽培技術在各個品種上的應用做進一步深入的研究，同時增強計算機精確化模擬控制的研究，逐漸取代根據人工經驗進行調控的手段。

應用前景

氣霧栽培可以大幅度提高生產效率和產品質量，減少人力、肥料、水、及農藥的投入，比如蟲害控制可減少75%以上、節水效率可達90%，在蔬菜生產中可實現肥料、廢物、廢液的零外排，是一種可持續循環的農業生產方式，是未來設施栽培的一個主要發展方向[15]。氣霧栽培已在地下根莖類、葉菜類、瓜果類、藥用植物、喬木類等植物中得到應用，可以有效地促進作物的生長，并促進產量和品質的提高[16]。

世界上的發達國家，如日本，在2005年以前就已把氣霧栽培技術作為植物工廠建設中的一項重要項目，在提高設施利用率、生產速度、單位面積產量等方面具有很強的優勢[17]。氣霧栽培可用于各種農業生產中植物的高產優質栽培，具有很廣泛的市場，同時氣霧栽培不受外界環境的制約，可在沙漠、海島、太空、鹽堿地等特殊環境下完成作物的生產，具有廣闊的市場空間和發展前景。

參考文獻

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作者簡介：高莉平（1989-），女，河北保定人，碩士，研究方向為果蔬高效栽培。

[引用信息]高莉平，陳小文，劉魯江.氣霧栽培的應用現狀與前景[J].農業工程技術，2020，40（25）：82-85.