在现代农业中使用气雾栽培技术，能更环保的满足新鲜食物的需求

文/宇航员伊万

编辑/宇航员伊万

«——【·前言·】——»

植物栽培一直是农业发展不可或缺的一环，其发展历史已经有数千年。然而，在现代社会，随着工业化和城市化进程的不断加速，农业生产面临了越来越多的挑战和压力。

在这种情况下，控制环境下的植物栽培技术迅速发展起来，并逐渐成为现代农业的重要组成部分之一。其中，气雾栽培技术是目前广泛应用的一种技术。

气雾栽培技术是以灌溉方式为主的植物栽培技术之一，其优点在于可以在相对比较短的时间内使植物生长出更多的根、茎、叶和果实。

气雾栽培技术的优点包括：能节约水资源、减少污染和消除土壤病虫害等问题。此外，由于气雾栽培系统的高度集成性，生长周期被缩短，功率使用也被优化。

这使得气雾栽培技术逐渐成为可持续发展和绿色生产的代表。

«——【·气雾裁培技术的发展·】——»

目前，全球气候变化预计会增加频繁干旱的风险。农业在世界范围内正处于重大变革时期，并面临着严重的问题。

在未来，使用传统农业为迅速增长的人口提供新鲜干净的食品供应将成为一项艰巨的任务。

在气雾培系统中，植物的根部被悬挂在人工提供的塑料支架和泡沫材料上取代了土壤，并处于受控条件下，根部可以自由地悬挂在空气中。

那富含营养的水通过气雾喷嘴输送。本综述得出的结论是，气雾培系统被认为是实现粮食安全和可持续发展的最佳植物生长方法。

该系统在许多国家已经展现了一些有前途的回报，并被推荐为比土壤和其他无土栽培方法更高效、有用、重要、经济和方便的植物生长系统。

«——【·悬浮栽培系统·】——»

悬浮栽培是一种无土或无基质培养植物的科学。在这种系统中，植物借助于人工支撑，在空气中生长，不需要土壤或基质来支撑植物，如图所示。

简单来说它是一种空气水培养殖系统，植物的根被悬挂在密闭容器内，暗处生长，并通过雾化器接受水和营养素丰富的喷雾，植物的上部分叶片和冠层则延伸到湿区上方。

植物的根系和冠层被人工提供的结构分开，该系统利用高压喷嘴或雾化器在空气中提供富含营养的喷雾来维持受控条件下的超级生长。

悬浮栽培系统作为现代研究工具为农业研究和生产提供了许多优势。

«——【·超声波雾化器·】——»

超声波雾化器用于模拟热带雨林中轻微的细雾，以在空气中营造理想的人工湿度。

雾化器成本低廉，并可高效地促进植物生长。雾化器放置在容器的中心，放在一到四英寸的液体溶液下面。

雾化器产生非常轻薄的液体喷雾，在容器内漂浮而形成像云朵一样的浓雾。

雾化器产生的细小雾滴的粒径只有几微米，这些微小颗粒能够携带来自水培营养液的养分向植物根系输送。

其优点包括增加湿度和大幅改善根系对氧气的暴露，这提高了氧气进入根系的流量，并为植物营造适宜的湿润氛围，有利于植物茁壮成长。雾气是冷却和略微湿润的，但对用户没有威胁。

下图展示了，在带空气和无空气雾化喷嘴的气雾式种植系统中种植的莴苣植物。

«——【·pH和EC（电导率）·】——»

pH被定义为衡量液体溶液酸碱度的程度，EC是一个测量水中所有溶解的盐，包括添加到肥料中的盐分的指标。

EC的单位是ds m-1，不同的方法用于确定营养液的pH值和EC值。然而，最常见、简单易行的方式是使用pH和EC计来测量这些值。

在水培系统中，水和营养液会反复循环使用。因此，定期测量营养液的pH和EC值对成功的植物生长非常重要。但是，如果读数不在适当的水平上，种植者需要进行调整。

«——【·光照和温度·】——»

温度是影响植物生长和发育频率的主要环境因素，它不仅影响初始生长阶段，也影响收获期。

在气雾式种植系统中，必须控制空气和养分溶液的温度以加速植物成熟。

随着温度升高，化学过程的速率会加快，酶活性会下降。所有植物的最佳温度范围是15-25°C。

«——【·湿度和溶解氧浓度·】——»

气雾式种植系统是通过将水营养溶液传递到空气中进行植物生长的应用。

该系统基于生长室中100%可用的水分，此外，湿度是生长室中作为水蒸气含量的可利用水分量。

在气雾式种植系统中，湿度是成功的植物生长和发育所必需的主要组成部分。

植物生长会受到相对湿度增加和减少的显著影响，例如植物的生理功能并导致疾病问题。因此，基于植物需求，定期维护和控制生长室所需的湿度浓度是非常重要的。

气雾式种植系统为植物生长提供了最佳的氧化环境：它允许植物根在空气中生长，并提供丰富的氧供应，因此不需要任何额外的机制。

«——【·雾化频率和养分储备·】——»

在气雾式种植系统中，雾化喷淋时间和间隔时间是成功培育植物的关键因素。

正如上述所讨论的，气雾式种植系统是在没有土壤的情况下进行的。因此，种植者需要根据植物的需求确定雾化喷淋时间和间隔时间。

错误的计划可能会导致植物生长严重问题，因为在系统中没有任何介质来支持植物。

许多研究已成功根据不同的雾化喷淋时间和间隔时间培育出植物，在气雾式种植系统中，养分储备被指定为分离和内部两种类型。

养分储备的目的是存储溶液，在分离的养分储备中，雾化喷嘴通过压力泵连接到供应管线上，向生长室提供溶液。

«——【·计算机智能控制技术在气雾栽培系统中的作用·】——»

当前，时间控制的环境农业需求额外的效率以获得实质性的回报。人们也需要决策和自动复杂的计算机监测和控制技术，来提高系统的效率。

目前农业是部署计算机网络技术的潜在领域，工作人员通过采用计算机智能技术，可以增强受控环境中农业活动的效率。

但要注意的是，对各种路由协议和网络拓扑进行实验或模拟研究，以增加数据传输速度，同时保持或减少功耗，以及证明使用传感器网络监测和控制农业管理策略的效率和功效的概念验证应用程序。

由于气雾栽培系统的特点，所以在实施过程中可能会面临许多与植物生长相关的问题和挑战，包括水营养缓冲液、送液泵故障、喷雾时间、时间间隔和雾化器频率等。

环境问题还包括根温度、湿度百分比和光强度，这些问题需要特别关注，以在种植期间避免对植物造成损害或加速死亡。毕竟对于对于种植者来说，控制和维护它们是非常重要的。

«——【·气雾栽培系统中根环境的机械化和优化·】——»

在历史和文献综述中，人一直在努力理解和操纵周围环境。其中一个方面是研究植物及其在不同情况下生存和茁壮成长的能力。

研究结果表明，矿物营养物质的直接和充足供应是创造根域环境的重要因素。植物根系的发育和生长依赖于多种因素，包括新鲜根轴的起始、伸长和扩散。

植物根结构通过增长和分枝系统响应于根区环境，植物激素的合成和响应的变化很可能调节这些对根区环境的可塑性响应，并有助于根系结构和可塑性的遗传变异。植物根系的生长和发育取决于，周围光合作用浓度和可用环境条件提供的适量碳水化合物供应。

影响光合作用的许多根周围环境条件，包括水的可用性、光照强度、温度和营养物的可用性，可能通过影响碳水化合物供应到植物根部来影响根的生长。

与其他传统种植方法相比，气雾培养具有根系自由延伸、直接充足的氧气吸入、快速方便的吸水以及使用雾化喷淋提供充分的矿化作用等多种优势，创建了最佳的根环境，促进了植物的生长。

«——【·植物生长系统·】——»

正如上面所讨论的，气雾栽培系统与水培和体外植物生长技术不同。因为这种方法不使用含养分丰富的水溶液作为生长介质，并提供必需的养分来维持植物生长。

然而，它是在没有任何生长介质的情况下进行的。在这个系统中，育苗可以使用特别设计的格子盆栽种植，或者将插枝直接放入系统中以促进根系快速形成。

格子盆可让根系向下发展到生长室，在受控条件下定期喷雾养分。一旦植物位于雾化系统中，根系开始获得最有利的通气系统。植物的下部完全悬挂在雾气环境中，为根生物体提供所需的因素。

插枝的基部在潮湿的环境中供应高含氧量和湿度，有助于植物从空气中获得100%的新鲜氧气，促进和支持根代谢和加速形成。而且，植物生长的新陈代谢速率比土壤系统高出10倍。

«——【·气雾栽培系统养分溶液管理·】——»

气雾栽培会定期喷雾、精确控制的雾滴大小，通过渗透作用以最有效地方式滋养植物。养分溶液是主要包含必要元素的水溶性盐的水溶液，用于提高植物产量。而必要的无机离子具有重要且明显的生理作用，缺乏它们会阻碍植物的生长。

养分的组成取决于植物的种植方法、介质种类、生长阶段、天气、养分溶液施用方法等因素。

植物需要17种必需的无机养分以维持最佳健康和产量。促进植物健康生长所需的主要必需营养成分，包括磷、硫、钾、氮 和锌 。

其中，碳和氧直接从大气中供应，植物如果缺乏这些元素就无法生存，而这些元素也不能用任何其他养分取代。

通过雾化喷嘴提供养分雾状物，使植物在没有土壤的情况下生长。重要的是要准确地在适当的时间提供必要的养分，并且使用所需的浓度。

目前，不同的研究人员使用不同的养分浓度来制备富含养分的水，K、Mg、Ca、Fe和P，以及S、C、N、H和O等都是植物生命所需的基本养分元素。

下表显示了其中一些养分溶液配方，至今这些配方主要用于气雾栽培系统中。

系统的成功或失败主要取决于严格的养分管理，因此，重要的是调节水养分溶液的电导率和pH值，并根据需要每2至3天更换养分溶液。

«——【·气雾栽培系统的优势·】——»

气雾栽培技术的潜力是在湿润地区进行大规模种植植物、与土壤微生物共生的树苗，如AM菌，用于荒漠化土地的再造。

在土壤不适合植物生长的地区采用气雾栽培是最好的选择，因为与其他植物生长系统相比，气雾栽培使用的水量极少。

该系统可降低劳动成本、水利用率降低了98%、化肥使用量降低了60%、杀虫剂和除草剂的使用量降低了100%，并将植物产量最大化45%至75%，比水培或土培系统更优。

养分溶液也能轻松回收再利用，而且该系统允许进行垂直种植，从而增加了植物的产量。

由于生长和成熟速度提高，可以进行单个多年生作物的多次收获，并加速栽培周期。成熟植物可以随时轻松地取出，而不会影响其他植物。

根系材料是不含土壤、不含土壤生物和受异种植物污染的清洁根系材料，因此病害无法迅速扩散。

而在其他无土系统中，植物病害可能通过营养分配在生长室中从一株植物传播到另一株植物。

植物可以100%利用可用的二氧化碳和氧气供应给叶片、茎、根部，以加速生长和减少根系生长时间。

该系统不受天气条件的影响，可以在整年内种植和收获植物，没有土壤、杀虫剂和残留物的干扰，可以看出，它确实是环境友好型和经济高效的植物栽培系统。

«——【·未来应用前景·】——»

种种研究表明，气雾栽培系统非常值得推广。而且在较短时间内，该系统已经被应用于许多场合，从户外田野种植到室内温室种植。

它还被认为是太空应用和航天技术中高度专业化的培育方法，同时，该系统可在第三世界的发展中国家中使用，以适应有限区域内强化食品生产的需求。

未来的生活中，当无法获取淡水和肥沃土壤的地区需要增加食品生产时，气雾栽培将会得到广泛应用。

因此，它有可能成为非耕地面积广阔、土地面积小且人口众多的地区以及沙漠地区进行食品生产的潜在应用。

该系统也可被广泛应用于旅游业为主要产业的小型国家，旅游设施餐厅和酒店可以种植自己的新鲜蔬菜，为游客提供新鲜食品。

«——【·结论·】——»

随着人口不断增长，对清洁和新鲜食物的需求也随之急剧增加，人们将寻求新的植物种植技术来满足食品需求的增长。

可以说，气雾栽培是一种现代、创新且信息化的植物种植技术，可在不使用土壤的情况下进行种植。在许多方面，与其他栽培系统相比，该系统是目前最佳的植物种植技术，也将有助于实现可持续发展和绿色生产的理念。

参考文献：

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