無(wú)土栽培系統(tǒng)根據(jù)其使用的基質(zhì)（無(wú)土培養(yǎng)基）的類(lèi)型、營(yíng)養(yǎng)液如何輸送到植物體內(nèi)（滴灌、流動(dòng)或不流動(dòng)營(yíng)養(yǎng)液），以及營(yíng)養(yǎng)液排出后會(huì)發(fā)生什么情況（如開(kāi)放（自由排水）或封閉（循環(huán)水）進(jìn)行分類(lèi)。無(wú)土介質(zhì)可以是無(wú)機(jī)介質(zhì)（例如沙子、礫石、卵石、珍珠巖、巖棉、蛭石）、有機(jī)介質(zhì)（例如稻殼、泥炭、鋸末、稻草、椰子殼）或合成介質(zhì)（例如泡沫、海綿、吸濕性塑料纖維）。由于各種無(wú)土介質(zhì)，園藝在世界各地得到了發(fā)展，使農(nóng)民能夠生產(chǎn)高產(chǎn)的糧食和觀賞植物，并銷(xiāo)售高質(zhì)量的商品。

無(wú)土介質(zhì)的質(zhì)量涉及許多指標(biāo)，其評(píng)估因地區(qū)而異，這取決于農(nóng)民個(gè)人的意見(jiàn)及其管理目標(biāo)，如生產(chǎn)力、質(zhì)量、廢物回收或可持續(xù)性。無(wú)土栽培基質(zhì)是一種優(yōu)良的栽培基質(zhì)，在評(píng)價(jià)其功能時(shí)應(yīng)考慮其物理、化學(xué)和生物學(xué)特性。

良好生長(zhǎng)培養(yǎng)基的基本要求

在世界范圍內(nèi)，無(wú)土栽培介質(zhì)用于園藝目的。指標(biāo)的選擇沒(méi)有土壤的復(fù)雜，因?yàn)楦鶕?jù)土壤的物理和化學(xué)特性，土壤具有多種用途（例如，農(nóng)業(yè)，林業(yè)，工程，娛樂(lè)，建筑等）。例如，用于建筑目的的土壤質(zhì)量要求將不同于對(duì)農(nóng)業(yè)有益的土壤質(zhì)量要求。定義良好生長(zhǎng)培養(yǎng)基的指標(biāo)將始終用于農(nóng)業(yè)目的。

園藝中使用了許多類(lèi)型的無(wú)土生長(zhǎng)培養(yǎng)基，其選擇將主要取決于種植者的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，可獲得性和成本。綠康有機(jī)肥研究員提到理想的無(wú)土培養(yǎng)基應(yīng)具有以下一些物理和化學(xué)特性：

• 均勻的質(zhì)地，排水良好，為根系保留養(yǎng)分和水分。
• 低堆積密度，便于安裝和運(yùn)輸（190至700 kg/m³）。
• 高孔隙率（介于50%和85%之間）。
• 粒徑分布以保持空氣和水之間的良好平衡（0.25mm – 0.5mm）。
• pH值在5.0到6.5之間，也可以很容易地調(diào)節(jié)。
• 可溶性鹽含量低。
• 化學(xué)惰性，即基質(zhì)不通過(guò)釋放無(wú)機(jī)離子或固定養(yǎng)分而影響營(yíng)養(yǎng)液。
• 保持原有特性的能力，以便在許多連續(xù)的栽培周期中使用。
• 沒(méi)有病原體和害蟲(chóng)（但不一定是無(wú)菌的），并且沒(méi)有任何對(duì)植物有毒的化合物。
• 能夠以統(tǒng)一的批次生產(chǎn)（允許使用一致的施肥方案）。

除了這些品質(zhì)外，優(yōu)質(zhì)無(wú)土栽培介質(zhì)的另一個(gè)特點(diǎn)是它能夠從種植者的錯(cuò)誤中恢復(fù)過(guò)來(lái)，例如過(guò)度澆水或施肥。

比較最常用的無(wú)土栽培基質(zhì)（見(jiàn)表1）的主要物理和化學(xué)特性，可以概述使用一種或其他基質(zhì)的可能優(yōu)缺點(diǎn)，以及組合它們的有趣可能性。

表1，無(wú)土培養(yǎng)基的物理和化學(xué)特性（成都市綠康有機(jī)肥 – 2020年）

例如，單獨(dú)使用甘蔗渣（由甘蔗漿廢料制成）時(shí)，其高保水率和低孔隙率將導(dǎo)致通風(fēng)和排水不良。另一方面，稻殼保水率低、孔隙率高，單獨(dú)使用會(huì)導(dǎo)致植株水分應(yīng)力。稻殼和甘蔗渣都有很高的分解率，因此需要很高的氮肥投入，以避免微生物和植物之間爭(zhēng)奪氮。當(dāng)研究每種無(wú)土培養(yǎng)基的特性時(shí)，這些特性的組合通常可以為種植者提供一個(gè)令人滿意的選擇。然而，合成基質(zhì)不應(yīng)簡(jiǎn)單地基于可用性和成本降低，而應(yīng)考慮如表1所述的基本特性。

當(dāng)生長(zhǎng)介質(zhì)支持植物并調(diào)節(jié)水流時(shí)

堆積密度反映了介質(zhì)作為結(jié)構(gòu)支撐、水和溶質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及通風(fēng)的能力。它以體積表示土壤或介質(zhì)顆粒的重量。因此，固體和孔隙空間一起被視為土壤或介質(zhì)的重量。如果孔隙空間很低，土壤或生長(zhǎng)介質(zhì)很容易受到壓實(shí)（圖1）。

圖1：保水性和孔隙率是生長(zhǎng)介質(zhì)的重要指標(biāo)，為了優(yōu)化養(yǎng)分溶液向植物的流動(dòng)，生長(zhǎng)介質(zhì)應(yīng)具有良好的平衡性。單獨(dú)使用甘蔗渣（1）時(shí)，其高保水率和低孔隙率會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)和排水不良。稻殼（2）保水率低、孔隙率高，單獨(dú)使用會(huì)導(dǎo)致植株水分脅迫。

礦物土的平均容重為1400 kg/m³，孔隙空間約為47%。這與無(wú)土栽培介質(zhì)如泥炭蘚泥炭和蛭石的堆積密度為125 kg/m³和約93%孔隙空間，或椰殼的堆積密度為40至80 kg/m³和約87.5%的孔隙空間。這些數(shù)字表明，土壤和無(wú)土生長(zhǎng)介質(zhì)在容重和孔隙空間方面存在很大差異，土壤是最重的生長(zhǎng)介質(zhì)，而無(wú)土介質(zhì)的輕質(zhì)性使其易于搬運(yùn)和運(yùn)輸；但這會(huì)影響其他指標(biāo)，如孔隙度和保水性。

低孔隙率和高保水性的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)和排水不良。相比之下，高孔隙率和低持水率會(huì)導(dǎo)致作物水分脅迫。這些是生長(zhǎng)培養(yǎng)基的重要指標(biāo)，培養(yǎng)基應(yīng)具有良好的平衡性，以便優(yōu)化養(yǎng)分溶液向植物的流動(dòng)。在自然土壤中，由于坡度、質(zhì)地和氣候條件，這些指標(biāo)較難控制。

在栽培過(guò)程中，由于有機(jī)質(zhì)的分解、根系活力、基質(zhì)顆粒的膨脹和收縮以及壓實(shí)過(guò)程，上述指標(biāo)（孔隙率和保水率）可能會(huì)發(fā)生變化。然而，根據(jù)基質(zhì)的性質(zhì)和作物類(lèi)型，只有在一個(gè)或兩個(gè)生長(zhǎng)周期后才能進(jìn)行物理修改，從而允許重新使用生長(zhǎng)介質(zhì)。

科學(xué)家之間正在進(jìn)行一場(chǎng)辯論，其中一些人說(shuō)，當(dāng)重新使用生長(zhǎng)介質(zhì)時(shí)，作物產(chǎn)量會(huì)受到影響，而另一些人則斷言，這種差異幾乎可以忽略不計(jì)?；谏L(zhǎng)介質(zhì)的物理特性，“再利用基質(zhì)”的概念通常是基于“綠色”的觀點(diǎn)，而是否能夠盈利是種植者的主要目標(biāo)。

這是一張巨大芽孢桿菌的彩色掃描電子顯微鏡（SEM）。這種細(xì)菌是最大的細(xì)菌細(xì)胞之一，存在于土壤中。無(wú)土培養(yǎng)基缺乏土壤生物群（生活在土壤中的有機(jī)體），這意味著需要通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液提供恒定的養(yǎng)分供應(yīng)。

健康的生長(zhǎng)培養(yǎng)基與環(huán)境

種植后處理使用過(guò)的無(wú)土介質(zhì)對(duì)環(huán)境是一個(gè)潛在的威脅，因?yàn)檫@些介質(zhì)可能含有殺蟲(chóng)劑、塑料或作物殘留物，并帶有可能傳播的疾病。強(qiáng)烈建議重新使用該介質(zhì)，以降低處置和生產(chǎn)成本，但土壤傳播疾病的潛在傳播仍然是一個(gè)主要問(wèn)題。

為了引入微生物群落和防止病原菌種群，有時(shí)將生物控制劑添加到無(wú)土栽培基質(zhì)中；然而，這并不能保證能預(yù)防病原菌。土壤有一個(gè)非常復(fù)雜的微生物群落網(wǎng)絡(luò)，既能支持病原生物，也能支持有益生物。它們不斷的相互作用在土壤中創(chuàng)造了一種平衡，使植物得以生長(zhǎng)；如果沒(méi)有土壤作為緩沖，任何病原控制或預(yù)防的失敗都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量的迅速下降。無(wú)土栽培應(yīng)特別注意防止根病原菌的侵染。

如果種植者為了減少浪費(fèi)而重新使用基質(zhì)，那么在新的種植周期中預(yù)防病蟲(chóng)害就成了一個(gè)更相關(guān)、更昂貴的問(wèn)題，而解決與鹽分和pH值過(guò)高有關(guān)的問(wèn)題則更容易。蒸曬或化學(xué)控制（使用殺菌劑）是最常用的處理生長(zhǎng)培養(yǎng)基的方法，這樣可以循環(huán)使用。

固體與孔隙空間在一個(gè)單位體積中表現(xiàn)，稱(chēng)為密度。高密度，高壓實(shí)，低孔隙空間在土壤或介質(zhì)中。（我們也可以稱(chēng)之為土壤容重）

結(jié)論

回答“什么是優(yōu)質(zhì)無(wú)土栽培基質(zhì)？”必須考慮許多因素，包括種植者的目標(biāo)、基質(zhì)的來(lái)源、使用的地點(diǎn)和基質(zhì)的類(lèi)型。因此，給出一個(gè)籠統(tǒng)的答案是困難和不現(xiàn)實(shí)的。

為了確定理想的無(wú)土介質(zhì)，我們討論了物理、化學(xué)、生物和實(shí)際性質(zhì)。基本上，基板應(yīng)能夠：

• 為植物提供結(jié)構(gòu)支撐。
• 調(diào)節(jié)水流。
• 作為營(yíng)養(yǎng)的貯存器。
• 為植物生長(zhǎng)提供一個(gè)健康的環(huán)境。

綜上所述，顯示優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)培養(yǎng)基的特征如下：

物理方面包括低體積密度（190至700 kg/m³）、高孔隙率（50%至85%）、粒度介于0.25至0.5mm之間以及保水率介于20%至60%之間。

以CEC（范圍在10到100 me/100g之間）、易于調(diào)節(jié)的pH值（5到6.5）、低鹽含量（0.75到1.9 dSm-1）和1:200到1:500之間的C:N比率為代表的化學(xué)方面。

生物方面表明生長(zhǎng)介質(zhì)的健康狀況是由于沒(méi)有病原體和害蟲(chóng)，并且沒(méi)有有毒化合物。

培養(yǎng)基從種植者的錯(cuò)誤中恢復(fù)的能力、保持其原始特性的能力（適合再利用）以及是否能以均勻的批次生產(chǎn)等實(shí)際方面與選擇好的無(wú)土培養(yǎng)基有關(guān)。