有机基质无土栽培与绿色食品蔬菜生产

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  有机基质无土栽培与绿色食品蔬菜生产

  作者:李建勇1 ,高洁2

  单位:1. 济南出入境检验检疫局,山东济南250014;

  2. 山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271018

  

  
1有机基质型无土栽培

  
随着我国农村产业结构的调整,设施蔬菜的生产面积逐渐扩大,尤其是20世纪90年代以来发展迅速,已成为我国北方地区最重要的农业产业之一,为农业增效、农民增收和改善人民生活水平发挥了巨大的作用。

  但目前保护地设施由于投资成本较大,不能像露地一样实行轮作,栽培蔬菜种类比较单一,单纯追求产量而过量使用速效化肥等因素,使得设施土壤极易产生次生盐渍化和连作障碍,通常连续使用3年以上就导致蔬菜长势不良,抗性下降,病害严重,产量下降,品质变劣,在克服土壤连作障碍的许多措施中,无土栽培是最彻底、实用、有效的[ 1 - 2 ] 。

  

  
1. 1无土栽培的概念

  无土栽培是指不用天然土壤,可使用或不使用基质,用营养液灌溉植物根系或用其他方式来种植作物的方法。利用无土栽培可以提高作物产量和产品质量。节省肥、水、农药和劳动力,产品清洁卫生,栽培地点选择余地大,一般不受土壤条件的限制,有利于实现蔬菜栽培的自动化和现代化管理[ 3 - 4 ] 。自从无土栽培技术作为农业一项新技术在生产上应用以来,受到世界各国广泛关注,并得到了迅速发展,现在已成为当今世界上实现农业工厂化、高效化、现代化的重要新技术[ 5 ] 。

  
1. 2无土栽培的分类

  无土栽培的种类很多,按是否使用基质可分为水培和基质栽培两大类:

  1.2.1 水培—营养液系统

  主要有营养液膜技术(NFT) 、深液流技术(DFT)和浮板笔管水培( FCH) 。前2种方式栽培管理难度相对较大,设备成本高。比较而言,浮板笔管水培成本较低,也易管理。该法应用分根法使部分根系伸向液面的一条铺有湿毡的泡沫浮板上,生长于湿气中的根系吸收氧气,另一部分根则伸入深水培养液中吸收水肥。

  此法不怕停水停电,液温稳定,适合南方热带、亚热带水温高、溶氧量少的地区应用。水培被公认为无土栽培的高级形式,其根际环境可通过人为调节来满足不同植物不同时期的生长需求,植物处在水分、空气、养分供应的均衡环境之中,故能发挥植物的增产潜力。其缺点是水培设施多为循环系统,容易发生、传染根系病害。

  
1. 2. 2基质—营养液系统

  使用固体基质的营养液栽培具有性能稳定、设备简单、投资少、管理容易、不易传染根系病害等优点。目前世界上90%的无土栽培为基质栽培。基质要求具有一定的透水、保水性,不含有毒物质,要有稳定的化学性,价廉易得,如草炭、蛭石、珍珠岩、炉渣、炭化稻壳、沙子、砾石、岩棉及发酵后的锯末或麦秸均可作为栽培基质。

  各种基质既可单独使用,亦可混合使用,但就栽培效果而言,混合基质优于单一基质,有机与无机混合的基质优于纯有机混合或纯无机混合的基质。基质栽培技术与传统的土壤栽培技术相似,易于掌握,我国大多采用此法。基质栽培的主要缺点是基质取材、消毒处理较麻烦。

  
1. 3无土栽培的缺点

  但这2类无土栽培形式都采用无机化肥配制的营养液来灌溉蔬菜作物,营养液的配制和管理技术要求严格[ 5 ] ,而且成本高,难以在生产中大面积推广应用,加之使用的营养液是各种化学肥料配制而成,致使蔬菜产品中硝酸盐含量较高[ 6 ] ,达不到绿色食品标准[ 7 - 8 ] 。

  
1. 4无土栽培技术的改进

  针对传统无土栽培存在的问题,从1989年开始,中国农业科学院蔬菜花卉研究所开始了“有机基质型无土栽培技术研究”[ 9 ] 。

  该研究采用有机固态肥取代化学营养液,在作物整个生长过程中只浇灌清水,突破了无土栽培必须使用化学营养液的传统观念,采用价廉易得并可就地取材的有机物如农作物秸秆、菇渣等农业废弃物,畜禽粪便等经发酵或高温处理,使有机废弃物成为较好的有机基质原料,与河砂、煤渣、蛭石等无机物按一定比例组成有机栽培基质,形成一个稳定并具有缓冲作用的农业生态系统,具有一般无土栽培的特点,同时追施固态有机肥,滴灌清水进行开放式栽培,大大简化了操作管理过程,降低了设施系统的投资,节省生产费用,产品洁净卫生,可达绿色食品标准而且对环境无污染[ 10 ] 。

  而有机肥料作为完全肥料,不仅可以提供充足的养分,保证产量,还可改善作物产品的营养品质。Zdenka Premnzic等认为有机肥可提高蔬菜产品中Ca、Vc含量,降低重金属离子含量[ 11 ] 。因此蔬菜有机基质型无土栽培技术在我国具有广阔的应用前景,全国各地在推广过程中,已成功进行了番茄、黄瓜、西葫芦、微型西瓜、网纹甜瓜、辣椒、金丝瓜等蔬菜的栽培试种[ 12 - 17 ] ,取得了良好的社会效益和经济效益。

  但是完全用有机肥进行有机基质栽培也存在难以获得高产的致命缺点。有机肥与化肥配合施用,可充分发挥有机肥养分齐全、肥效持久、无机化肥养分集中、肥效快的特点,两者能相互补充,取长补短,提高肥效[ 18 - 19 ] ,有机营养和无机营养的复配可提高蔬菜的产量[ 20 - 21 ] ,同时通过改善植物营养和生长条件对其产品品质产生良好影响。

  Roe等认为,蔬菜果实产量在堆肥结合50%NPK处理时达到最高[ 22 ] 。

  沈中泉等研究表明,有机肥配施化肥可显著提高番茄和西瓜中可溶性糖、Vc、可溶性固形物的含量[ 23 ] 。

  林春华等报道鸡粪加少量复合肥基质栽培,樱桃番茄增产增收[ 24 ] ,可见只有有机肥与无机肥的合理施用,才能达到蔬菜生产高产、优质的目的,因此有机生态型无土栽培技术在推广过程中,许多地方采取了以有机肥为主要肥料来源,同时追施无机化肥的有机- 无机复合型无土栽培方式,均不同程度促进了蔬菜作物的生长,提高了产量,改善了产品品质,降低了生产成本等[ 25 - 26 ] ,具有较好的经济效益和社会效益。

  

  2、绿色食品蔬菜

  
2. 1绿色食品的概念

  绿色食品是指遵循可持续发展的原则,按原先特定的生产方式生产,经专门机构认定,许可使用绿色食品标志商标的无污染的安全、优质、营养类食品,由于与环境保护有关的事物通常都冠之以“绿色”,为了更加突出这类食品来自良好的生态环境,因此定名为绿色食品。

  
2. 2绿色食品的分类

  我国规定绿色食品分为AA级和A级2类。AA级是指在生态环境质量符合规定标准的产地、生产过程中不使用任何有害化学合成物质,按照特定的生产操作规程生产、加工,产品质量及包装经检测、检查符合特定标准,经中国绿色食品发展中心认定并允许使用绿色食品标志的产品。A级是指在生产过程中允许限量使用限定的化学合成物质,其余与AA级相同。AA级绿色食品完全与国际接轨,各项标准均达到或严于国际同类食品[ 27 ] 。

  
2. 3绿色食品生产的基本条件

  ①环境质量标准

  生产基地的大气必须清洁,农田灌溉用水的质量标准为pH值5. 5~8. 5,每升水的重金属和有害化合物不得超过以下标准: Hg< 0. 001 mg/L, Cd < 0. 005 mg/L, As < 0. 05 mg/L, Pb < 0. 1mg/L, Cr < 0. 1 mg/L,氟化物< 2. 0 g/L,氰化物< 0. 5 mg/L。此外,各种土壤中重金属及有害物质均有明确的规定。

  ②农作物种植必须符合农业部指定的生产操作规程。

  ③产品必须符合农业部制定的绿色食品质量和卫生标准。

  ④产品外包装必须符合国家食品标签通用标准,符合绿色食品特定的包装、装璜和标签规定[ 27 ] 。

  
2. 4生产绿色食品蔬菜的意义

  生产绿色食品蔬菜,在给人们提供丰富营养的同时,杜绝了环境中有害物质通过蔬菜进入人体内,保护了人体健康,而且通过阻止有害物质进入蔬菜生态系统,为持续、稳定、高效地从事蔬菜生产创造良好环境。这不仅可提高蔬菜生产者经济效益,而且还能带动与蔬菜相关的产业的发展。

  

  
3有机基质型无土栽培与绿色食品蔬菜生产的关系

  
根据中国绿色食品发展中心1995年8月发表的“绿色食品标准”中规定,A级绿色食品的肥料使用准则,除各种有机肥、生物菌肥外,化肥限量使用,而且必须与有机肥配合使用。

  化肥限量使用是指可以用一部分矿物钾肥和硫酸钾、矿物磷肥,石灰石限在酸性土上使用,禁止使用硝态氮肥[ 7 ] 。我国目前使用的营养液中的氮肥, 90%为硝态氮,因此目前用营养液灌溉的无土栽培系统不能生产合格的绿色食品。

  有机基质型无土栽培在基质中全部采用精制有机肥,灌溉时只灌清水,植物可以直接吸收有机肥,产品质量好。在环境质量、操作规程、产品卫生和包装标准都合格的情况下,有机基质型无土栽培系统能生产AA级绿色食品。

  有机- 无机复合型无土栽培系统,按A级绿色食品肥料使用原则配合使用部分化肥,在保证食品产量的前提下,可以生产A级绿色食品。在我国现有条件下,大量开发AA级绿色食品尚有一定的难度,而A级绿色食品作为向AA级绿色食品过渡的产品,不仅在国内市场上有很强的竞争力,在国外普通食品市场上也有很强的竞争力。

  随着有机- 无机复合型无土栽培系统的产业化和标准化,将会产生更大的经济效益和良好的生态效应。

  

  
4存在的问题及发展趋势

  
4. 1存在的问题

  当前我国发展有机基质型无土栽培生产中存在相当多的问题:

  ①有机基质型无土栽培技术生产的一些关键技术跟不上发展的要求,主要包括病虫害综合防治技术、环境污染控制技术、废弃物的资源化利用技术等。

  ②有机基质型无土栽培是在限根条件进行蔬菜生产,限根对蔬菜生长发育的影响,限根条件下养分吸收模式的建立,养分吸收和利用规律的研究等有待于进一步丰富和加强。

  ③有机基质型无土栽培基质消毒技术、基质的重复利用等研究的欠缺,使有机基质型无土栽培的成本居高不下,而难以普遍推广。

  ④有机基质型无土栽培基质选材广泛,有机肥的选用可以就地取材,这是其优势,但也使其难于标准化和产业化,影响其规模化种植。

  
4. 2发展趋势

  目前,全球农业发展的模式大体分为3种类型:

  ①常规农业,追求的主要是经济目标;

  ②拒绝使用化学合成物的有机农业,主要追求的是生态目标;

  ③有限度地使用化学合成物的可持续农业,这一模式追求的是经济效益和生态效益的双重目标。

  有机基质型无土栽培兼顾了有机农业和可持续农业的特点,而且结合了我国的国情,从资源状况和技术条件等因素分析,有机基质型无土栽培具有现实的发展空间和成长性。

  

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