無土栽培系統(tǒng)根據(jù)其使用的基質(zhì)（無土培養(yǎng)基）的類型、營養(yǎng)液如何輸送到植物體內(nèi)（滴灌、流動或不流動營養(yǎng)液），以及營養(yǎng)液排出后會發(fā)生什么情況（如開放（自由排水）或封閉（循環(huán)水）進行分類。無土介質(zhì)可以是無機介質(zhì)（例如沙子、礫石、卵石、珍珠巖、巖棉、蛭石）、有機介質(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，并銷售高質(zhì)量的商品。

無土介質(zhì)的質(zhì)量涉及許多指標，其評估因地區(qū)而異，這取決于農(nóng)民個人的意見及其管理目標，如生產(chǎn)力、質(zhì)量、廢物回收或可持續(xù)性。無土栽培基質(zhì)是一種優(yōu)良的栽培基質(zhì)，在評價其功能時應(yīng)考慮其物理、化學和生物學特性。

良好生長培養(yǎng)基的基本要求

在世界范圍內(nèi)，無土栽培介質(zhì)用于園藝目的。指標的選擇沒有土壤的復(fù)雜，因為根據(jù)土壤的物理和化學特性，土壤具有多種用途（例如，農(nóng)業(yè)，林業(yè)，工程，娛樂，建筑等）。例如，用于建筑目的的土壤質(zhì)量要求將不同于對農(nóng)業(yè)有益的土壤質(zhì)量要求。定義良好生長培養(yǎng)基的指標將始終用于農(nóng)業(yè)目的。

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

• 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。
• 化學惰性，即基質(zhì)不通過釋放無機離子或固定養(yǎng)分而影響營養(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。
• 沒有病原體和害蟲（但不一定是無菌的），并且沒有任何對植物有毒的化合物。
• 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)無土栽培介質(zhì)的另一個特點是它能夠從種植者的錯誤中恢復(fù)過來，例如過度澆水或施肥。

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

表1，無土培養(yǎng)基的物理和化學特性（成都市綠康有機肥 – 2020年）

例如，單獨使用甘蔗渣（由甘蔗漿廢料制成）時，其高保水率和低孔隙率將導致通風和排水不良。另一方面，稻殼保水率低、孔隙率高，單獨使用會導致植株水分應(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奪氮。當研究每種無土培養(yǎng)基的特性時，這些特性的組合通常可以為種植者提供一個令人滿意的選擇。然而，合成基質(zhì)不應(yīng)簡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。

當生長介質(zhì)支持植物并調(diào)節(jié)水流時

堆積密度反映了介質(zhì)作為結(jié)構(gòu)支撐、水和溶質(zhì)運動以及通風的能力。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，土壤或生長介質(zhì)很容易受到壓實（圖1）。

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

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，土壤和無土生長介質(zhì)在容重和孔隙空間方面存在很大差異，土壤是最重的生長介質(zhì)，而無土介質(zhì)的輕質(zhì)性使其易于搬運和運輸；但這會影響其他指標，如孔隙度和保水性。

低孔隙率和高保水性的結(jié)合會導致通風和排水不良。相比之下，高孔隙率和低持水率會導致作物水分脅迫。這些是生長培養(yǎng)基的重要指標，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。在自然土壤中，由于坡度、質(zhì)地和氣候條件，這些指標較難控制。

在栽培過程中，由于有機質(zhì)的分解、根系活力、基質(zhì)顆粒的膨脹和收縮以及壓實過程，上述指標（孔隙率和保水率）可能會發(fā)生變化。然而，根據(jù)基質(zhì)的性質(zhì)和作物類型，只有在一個或兩個生長周期后才能進行物理修改，從而允許重新使用生長介質(zhì)。

科學家之間正在進行一場辯論，其中一些人說，當重新使用生長介質(zhì)時，作物產(chǎn)量會受到影響，而另一些人則斷言，這種差異幾乎可以忽略不計。基于生長介質(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，而是否能夠盈利是種植者的主要目標。

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

健康的生長培養(yǎng)基與環(huán)境

種植后處理使用過的無土介質(zhì)對環(huán)境是一個潛在的威脅，因為這些介質(zhì)可能含有殺蟲劑、塑料或作物殘留物，并帶有可能傳播的疾病。強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主要問題。

為了引入微生物群落和防止病原菌種群，有時將生物控制劑添加到無土栽培基質(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；如果沒有土壤作為緩沖，任何病原控制或預(yù)防的失敗都會導致產(chǎn)量的迅速下降。無土栽培應(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而重新使用基質(zhì)，那么在新的種植周期中預(yù)防病蟲害就成了一個更相關(guān)、更昂貴的問題，而解決與鹽分和pH值過高有關(guān)的問題則更容易。蒸曬或化學控制（使用殺菌劑）是最常用的處理生長培養(yǎng)基的方法，這樣可以循環(huán)使用。

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

結(jié)論

回答“什么是優(yōu)質(zhì)無土栽培基質(zhì)？”必須考慮許多因素，包括種植者的目標、基質(zhì)的來源、使用的地點和基質(zhì)的類型。因此，給出一個籠統(tǒng)的答案是困難和不現(xiàn)實的。

為了確定理想的無土介質(zhì)，我們討論了物理、化學、生物和實際性質(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。
• 作為營養(yǎng)的貯存器。
• 為植物生長提供一個健康的環(huán)境。

綜上所述，顯示優(yōu)質(zhì)生長培養(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比率為代表的化學方面。

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

培養(yǎng)基從種植者的錯誤中恢復(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)等實際方面與選擇好的無土培養(yǎng)基有關(guān)。