国外的无土栽培

      无土栽培的类型主要有水培、岩棉培和基质培三大类。早在二战期间，西方国家就应用无土栽培技术生产蔬菜供应部队。到20世纪60年代无土栽培技术在发达国家得到广泛应用。70年代后生产成本有所下降，发展迅速。荷兰和日本是无土栽培较发达的国家。在欧盟国家温室蔬菜、水果和花卉生产中，已有80%采用无土栽培方式。发达国家已经实现了采用计算机实施自动测量和自动控制，这种先进的无土栽培技术可以较好地保护环境，生产出绿色食品。

      水培也叫“水耕”，是无土栽培的主要类型之一。水培是通过特定设施营造相对封闭，能储存营养液的环境，并使根部生长所需的水、肥、气、热等条件保持相对稳定，全部或部分根系“浸泡”在营养液中的栽培方法。

      从严格意义上讲，水培是纯粹的无土栽培。因为根系与营养液之间没有任何中间吸附与缓冲的介质，是直接“浸泡”式接触。

      要使植物健康生长，首先要确保根系生长良好，而根系生长良好与否取决于根际环境。根际环境的温度、氧气、酸碱度、离子浓度及不同离子之间的比例要合适。并且营养液中矿物质养分是否齐全，阴阳离子是否平衡，是否含有有毒、有害物质，是否含有病源微生物、害虫等，都会在根系的外观上表现出来。根系如果洁白、坚挺、有弹性、不扭曲、不变色、不断裂，证明根系生长健康。根系生长健康，植物就能进行正常的水肥吸收，植物地上部生长也就正常了。反之，根系如果表现出根尖发黑、根系变黄甚至腐烂的现象， 植物地上部的茎叶和花果上也会表现出“不正常”的症状。因此，水培技术是检验植物营养元素是否齐全，根际环境是否适宜的科学研究手段之一。

      生长在自然界中的植物，是一种“生长适应”的过程。植物在生长过程中，除了要经历四季气候变化，还要面对干旱、水涝、高温、大风等自然灾害。此外，植物还可能面对营养亏缺，养分不平衡，物种之间的竞争，病虫害侵染、噬咬等危害。和传统农业相比，设施农业为植物创造了相对优越的生长条件，规避了一些气象灾害和自然界物种之间的竞争、生物对抗因子等威胁。因此，农作物、瓜果蔬菜的生长情况更为良好。然而某些病害、昆虫的危害依然存在。土壤是一个类生物体，是有生命的，它承载着众多生物种群繁衍，复杂生化演替，矿物质化学演变等过程。虽然土壤通过人们的改良已经成为作物生长的理想介质，但复杂的“生物群体”，如各种真菌、细菌、放线菌，各种土居昆虫、软体动物和病原微生物等，依然对作物生长产生有利或有害的影响。

      目前的科学试验除了研究影响植物生长发育的利弊关系外，更重要的是探究如何创造更有利于植物生长发育的条件，规避和减少有害因子的干扰，使目标作物生长更好、产量更高、品质更优。

      比土壤栽培更进一步的栽培模式是基质栽培。基质栽培相对隔离了土壤有害生物的干扰， 其适宜的物理、化学环境更加适合植物的生长发育。基质所起的作用是固定根系、保持水肥、承载根系的水肥吸收。无土栽培基质中的养分，部分被根系直接吸收， 另一部分被间接吸收。基质的配制目标应当是“ 优化的土壤”， 如果配制的基质的理化性状还不如当地的土壤， 就说明这种基质无土栽培是缺乏进步意义的。虽然和土壤相比， 基质具有一些优点， 例如基质栽培可以排除某些土壤有害物质的干扰。但是基质的本身物理、化学性状会“ 缓冲” 营养液的化学性状和功效。

      所以，相比土壤和基质栽培，水培的水肥吸收较为直接和高效。但由于营养液理化性状的微小波动都会影响乃至伤害水培作物的正常生长，水培的管理要求也较为严格。为进一步搞清水培蔬菜安全、优质生产的科学原理，本文从以下几个方面进行论述：

水培营养液中的矿物质营养

      随着城镇化和工业化的发展，城市周边的耕地出现了不同程度的重金属和其他污染问题。如果在这些受污染的耕地上种植蔬菜，无疑会造成蔬菜产品中重金属和其他污染物含量超标。这些耕地要种植出无公害、无污染的蔬菜几乎是不可能的。而水培生产技术可以从根源上隔绝土壤和灌溉水的污染，采用处理过的水来灌溉，生产出高质量的无公害蔬菜。

水培蔬菜的营养价值、口感、品质

      植物矿质营养研究表明，植物生的必须的矿质营养元素是17 种[ 硅（Si） 为某些植物的必需元素]， 除了碳(C)、氢(H)、氧(O) 是从水和空气中获得， 其余14 种矿物质： 氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、硼(B)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、钼(Mo)、氯(Cl)、镍(Ni) 都是从土壤中获得或需要人工施肥来补充的。水培营养液中的矿物质营养元素是根据作物不同种类和不同生长发育期来调控养分供给的。由于生长过程中的养分供给比土壤栽培的充足而及时， 因此水培蔬菜的产量和质量要高于土壤栽培。

      水培蔬菜生长速度快是由于养分供给充足而及时， 而且生长在温室或大棚等环境可控的条件下， 蔬菜生长的各种外界环境条件都达到或者接近其最适生长的要求。因此， 水培蔬菜的生长速度要快于土壤栽培。但水培蔬菜并不会因为生长速度快而造成品质下降。恰恰相反，由于其养分供应充足且及时，环境调控好，植物光合作用效率高， 营养物质合成量比土壤栽培多且快。因此， 水培蔬菜的产量高， 内在品质及口感更好。

      土壤栽培存在的干旱、水涝、养分不平衡、昆虫噬咬、致病微生物侵染等胁迫或者伤害，势必会诱导植物分泌出多酚、醌、倍半萜等许多次生代谢物来抵御这些胁迫。长此以往， 蔬菜内就会累积较多的次生代谢物， 而这些次生代谢物大都是有颜色或者有苦涩味的， 会影响蔬菜的外观和口感。相反， 水培蔬菜生长的各种条件都较适宜或者更接近理想状态， 植物不会过多地累积次生代谢物。因此， 水培蔬菜的口感会更好。

      水培生产的绿叶蔬菜，如芥菜、蕹菜、小白菜等，由于水分和养分供应充足，其生长速度较快， 而粗纤维和木质素的累积速度要比其他氨基酸、蛋白质等风味物质的累积速度相对滞后，因此粗纤维和木质素的含量较少，而VC 和其他营养成分的含量则显著提高。水培的番茄、黄瓜、厚皮甜瓜等瓜果类作物的外观整齐、着色均匀，口感适宜，营养价值更高。有试验表明，水培番茄的VC 含量为154.9 mg/kg，而土壤栽培的为124.2 mg/kg，水培番茄的VC 含量比土壤栽培番茄的VC 含量高19.8%。水培芥菜粗纤维含量为2.8%，而土壤栽培的为4.6%，水培芥菜粗纤维含量只是土壤栽培芥菜组纤维含量的61%。因此，水培蔬菜的口感优于传统土壤栽培蔬菜，吃起来更加鲜嫩可口，“菜味”更加浓郁而不带苦涩。因此，水培蔬菜可突显出蔬菜品种本身的内在品质。

水培蔬菜的亚硝酸盐含量

      目前，人们对水培蔬菜食用安全性的担忧主要来源于水培蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量是否超标。实际上，蔬菜中的硝酸盐和亚硝酸盐是两类完全不同的物质。大量研究表明，对人体有害的是亚硝酸盐而不是硝酸盐。为此， 中国在2005 年修订无公害蔬菜农业行业标准时，取消了某些地方标准里将硝酸盐含量作为衡量无公害蔬菜的指标之一，而采用亚硝酸盐含量这一对人体健康有直接影响的指标作为衡量无公害蔬菜的指标之一。

      蔬菜中的硝酸盐和亚硝酸盐含量受很多因素影响。自然界中， 硝酸盐必须在还原条件下才能通过硝化细菌的硝酸还原酶作用形成亚硝酸盐。而水培营养液是循环流动的， 营养液中的溶解氧含量始终处于较高的水平， 即营养液中的氧化还原电位较高， 不存在把硝酸盐还原为亚硝酸盐的条件。因此， 水培蔬菜中的亚硝酸盐含量很低。而土壤栽培时，由于局部土壤（如下雨或灌溉造成根区淹水时） 极易产生还原条件。土壤栽培中， 由硝酸盐还原为亚硝酸盐的可能性比水培栽培的高， 因此土壤栽培的蔬菜也可能含有很高的硝酸盐和亚硝酸盐。而且水培比土壤栽培具有更好的可调控性， 可以通过调节营养液中硝酸盐的供应量和供应时间来控制蔬菜内硝酸盐的含量， 这是土壤栽培无法做到的。各地农产品质量安全检验监督中心的分析结果也表明， 水培蔬菜的亚硝酸盐含量大多只是国家限量标准的几十分之一。所以说， 水培蔬菜不存在亚硝酸盐含量过高的问题。

水培对水分肥料的利用率

      传统土壤栽培中施用肥料的平均利用率约为30%~50%。氮肥施入土壤中容易被硝化并随着灌溉水流失， 也会因氨的挥发和反硝化作用产生N2O 和N2 而损失。最终只有大约50%的氮素可以被植物吸收利用。磷肥施入土壤后，很大一部分会形成硫酸铁、铝、钙等磷酸盐沉淀而不能被作物吸收利用， 磷肥的利用率大约只有20%~30%。钾肥施入土壤后有部分受到灌溉水和表面径流的影响而流失， 利用率也不高。而水培是根据作物不同品种和不同的生育期来供应不同营养， 并且所有的营养物质均为水溶性， 大约有90%~95% 以上是作物可以吸收利用的， 所以其营养利用效率很高， 而且废弃的营养液经过处理可以循环利用， 不会对环境造成污染。

      由于水培不存在土壤栽培中水分渗漏和径流损失等问题，因此其水分利用效率较高。水培作物的耗水量大约只有土壤栽培的1/5~1/10， 所以水培适合在干旱缺水的地方推广。

      综上所述，由于水培蔬菜的水肥供应充足、均衡， 再加上大棚、温室等设施中的环境更适合蔬菜生长所需。因此，与传统土壤栽培相比，水培蔬菜的产量更高、品质更好，口感更佳，而且安全性更高