無土栽培發展現狀及前景展望

李瑞紅，張維誼，韓奕奕

(上海市農產品質量安全中心，上海 200335)

隨著我國經濟的快速發展，居民食品消費水平逐漸提升，與本就相對緊張的耕地資源形成矛盾。根據《中國統計年鑒》數據，2019年全國居民人均蔬菜及食用菌的消費量達到98.6kg，干鮮瓜果類的消費量也達到56.4kg。全國耕地面積則在2013～2017年期間下降28.22萬hm2，耕地面積減少和居民農產品消費矛盾突出，在部分發達地區尤為明顯[1]。以上海為例，2019年人均消費蔬菜及食用菌計102.4kg，高于全國人均消費量。而上海2020年全市農作物播種面積比上年減少2.5%，為25.78萬hm2，其中糧食播種面積減少2.6%，蔬菜播種面積減少3.0%[2]。如何利用有限的土地資源提供更多高質量的農產品，成為我國面臨的一項挑戰。無土栽培技術解除了農業生產對土壤的依附，推進無土栽培質量安全生產逐漸成為解決這一挑戰的重要保障。

1 無土栽培定義及分類

無土栽培是近幾十年發展起來的一種作物栽培技術，作物不是種植在傳統土壤中，而是在溶有礦物質的水溶液(營養液)中，或在某種栽培基質中添加營養液進行作物栽培[3-4]。只要有相關栽培設施和科學管理，作物就能正常生長并獲得高產。由于不使用傳統土壤，故被稱為無土栽培。

無土栽培按其有無固體基質分為有固體基質栽培和無固體基質栽培兩大類(圖1)。無固體基質栽培可分為水培和霧培(或氣培、氣霧培)，水培根據其營養液的深度不同分為營養液膜技術(nutrient film technique，NFT，即淺液流技術)和深液流技術[5]。有固體基質栽培根據基質的類別分為無機基質栽培和有機基質栽培。

圖1 無土栽培分類

2 無土栽培的優勢

2.1 節約用水，增加產量

無土栽培中作物所需各種營養成分是通過人為配制成營養液施用的，吸收效率高，水分損失少。由于是根據作物種類以及生長階段科學均衡地供應養分，因此作物可充分發揮出增產潛力[6]。

2.2 避免連作，減少污染

蔬菜的田間種植管理中土地合理輪作、避免重茬是防止病蟲害嚴重發生和蔓延的重要措施，無土栽培則可從根本上避免病蟲害的發生。由于無土栽培施用的是無機肥料，還可避免受污染土壤中的重金屬等有害物質對農產品的污染[7]。

2.3 節省勞力，易于管理

無土栽培作為一種現代農業生產方式，不需要中耕、翻地、鋤草等作業，節省了勞動力。另外無土栽培機械化程度高，容易標準化、工廠化管理。

2.4 不受地域限制，充分利用空間

無土栽培使作物脫離傳統土壤環境，不受土質、水利、氣候等條件的限制，許多傳統難以耕種的地區都可采用無土栽培方法加以利用。無土栽培還可以實施立體種植，無形中擴大了栽培面積和種植效率[6]。

3 無土栽培存在的問題

3.1 前期投資大，生產成本高

由于無土栽培機械化程度高，前期各種設備成本投入較高。加上運行成本，目前無土栽培農產品在市場上的售價相比于傳統農產品的價格較高[8]。

3.2 管理技術和勞動力素質要求高

無土栽培對營養液的配比調整，不同類別農產品對光照、溫度、濕度等外界環境因素的個性化要求也需要不斷的探索和實時動態控制，對主要生產管理者有較高的技術能力要求[4]。

3.3 現階段市場接受程度有限

目前階段無土栽培的市場開拓尚不理想，除價格偏高外，部分消費者對無土栽培生產出的農產品的安全性仍存疑慮，影響其購買意愿[6,8]。

4 我國無土栽培研究現狀

4.1 特定作物無土栽培技術

主要研究某種具體作物，如哈密瓜、草莓、番茄等，從前期基質選擇，到定植、水肥管理、病蟲害防治、采收等過程具體詳細的無土栽培技術方案[9]。

4.2 營養液成份對無土栽培的影響

主要研究營養液配比、施用方式的改變對不同作物的影響，或對作物不同生長階段的影響，或是營養液成分的不同濃度對作物生長的影響等[10]。

4.3 無土栽培優勢和管理概況

主要集中對比無土栽培與傳統土壤栽培方式的優缺點，對于無土栽培不足之處描述相對較少；以及研究無土栽培如何管理以利于更加安全規范的發展，例如推廣立體栽培和加強相關資源開發等11。

5 無土栽培相關標準

關于無土栽培農產品相關標準，國內目前缺少行業標準，只有地方標準。無土栽培相關的地方標準約25項，涉及草莓、番茄、水稻、厚皮甜瓜、水果黃瓜等農產品，其中與蔬菜相關的有2項：DB21/T 2663-2016《蔬菜營養缽無土育苗技術規程》和DB4107/T 416-2019《瓜類蔬菜營養缽無土育苗技術規程》(表1)。需要指出的是，目前國外不同政府間無土栽培技術并也沒有統一的相關標準，有待國家之間或國際組織的進一步協調制定。

表1 國內無土栽相關標準匯總

由于國內農業種植的特殊性，種植方式的精細度和從業人員教育程度不高，農業領域的規范生產仍有待提升。如果能夠通過對環境條件、營養液、配套設施要求及消毒、關鍵栽培技術、采后貯藏運輸等各個環節制定相應的安全生產規范，對未來無土栽培類生產必然能起到重要的促進作用。

6 國外無土栽培發展情況

無土栽培技術起源于國外，經過幾十年的發展日趨成熟，目前得到了廣泛應用[3，12-13]。歐洲是世界現代溫室的發源地，設施園藝生產水平較高，營養液膜技術起源于此[3-4]。荷蘭和日本是無土栽培產業發達的國家，已經大面積實現工業化生產，蔬菜生產已有約80%采用無土栽培。荷蘭的無土栽培以巖棉栽培為代表，日本無土栽培以水培為主，在實用性無土栽培上的推廣運用居世界前列，并且有很多領先的生產研究。美國無土栽培主要栽培作物為黃瓜、番茄等[6]。

國內學界對于國外無土栽培情況也有系統研究，包括各國設施園藝發展概況，例如各國采用無土栽培生產蔬菜、水果、花卉等情況[13-14]。通過分析總結發達國家設施園藝發展的特點及經驗，從溫室自動化、智能化、環境資源友好等方面展望未來設施園藝發展趨勢，可為我國未來無土栽培產業提質增效、健康持續發展提供借鑒[12]。

7 我國無土栽培發展前景展望

7.1 農業是國民經濟重要構成部門，無土栽培在我國應用前景廣闊

農業是立國之本，我國作為人口大國更要依靠現代農業技術保障人民的食品安全。無土栽培作為一種現代農業生產方式，使農業生產擺脫自然環境的制約，不受土壤面積限制，對缺少耕地的我國來講正逢其宜，有著廣闊的發展潛力[4,15]。作為一種受控農業，無土栽培可以較大程度地按量化指標進行生產，有利于推進機械化、自動化的生產方式[6,11]。

無土栽培也適合缺少土地但又對農產品新鮮程度等有更高質量要求的地區，例如城市周圍。在我國城鎮化水平不斷提升的背景下發展都市農業有重要意義，以上海為例，農副產品保障離不開本地農業，城市生態環境維護和改善離不開本地農業，本地農民生產生活也離不開農業，所以無土栽培契合上海都市農業的發展方向。無土栽培安全衛生，節水節肥，病蟲害發生概率較小，有利于提高蔬菜品質，將在我國農業生產中發揮越來越大的作用。

7.2 積極響應國家政策，落實農業生產標準化

2020年11月發布的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》文件提出，“提高農業質量效益和競爭力，適應確保國計民生要求，以保障國家糧食安全為底線，健全農業支持保護制度” 。文件要求強化農業科技和裝備支撐，提高農業良種化水平，而無土栽培正可以通過改變營養液的成分有效進行農業品種的優化。

2021年3月農業農村部辦公廳《關于印發<農業生產“三品一標”提升行動實施方案>的通知》(農辦規〔2021〕1號)指出，從2021年開始啟動實施農業生產“三品一標”，即品種培優、品質提升、品牌打造和標準化生產。新“三品一標”著眼于提高農業質量效益，提升農產品品質和競爭力。而對于品質提升，就要推廣一批味道好、營養高的糧油果茶、肉菜蛋奶，還要推廣一些先進農業裝備和實用技術。無土栽培可通過改變條件加速推動品種培優工作，另外無土栽培是一種受控農業的生產方式，更宜于實現農業生產標準化。

8 促進我國無土栽培產業發展的建議

8.1 制定完善無土栽培相關標準

目前無土栽培相關國標、行標、地標等都較少，安全生產還缺少標準性、規范性指導文件。我國關于無土栽培的研究和文獻較為完備，可為制定相關標準提供基礎。一旦相關標準得到完善，將會極大促進無土栽培的發展和提升。

8.2 加大無土栽培政策性扶植及補貼

無土栽培設施復雜，前期的各項硬件投入較大，運行成本也較高，單靠企業自身產品價格可能偏高，導致經濟效益不夠理想，進而可能會引起經營困境。政府若能在政策上有一定傾斜或補貼，將能扶植無土栽培企業更好的成長和發展。

8.3 監管無土栽培營養液成分添加

對于無土栽培營養液，具體配比通常涉及企業商業秘密，但對有些不能添加或不能過量添加的成分，需要依法依規進行監管來保證無土栽培農產品的質量安全，這也將對無土栽培未來規范安全的生產和發展壯大起到推動作用。

9 結語

無土栽培作為一種現代農業生產方式，在保障我國人民的食品安全和提升群眾農產品消費水平上都將扮演重要角色。未來通過借鑒國外先進經驗和技術，進一步完善我國無土栽培相關標準制定，通過政策引導和扶植來培育一大批規模化的生產企業，將加快提升無土栽培在我國農業生產活動中的重要性，擴大人民群眾對無土栽培農產品的接受度和喜愛度，使得無土栽培真正為我國新時代的社會經濟繁榮做出更大貢獻。