无土栽培技术作为一种先进的生产技术在中国开始应用，也有三、四十年的历史了。特别是最近十几年来，伴随着温室大棚、塑料管道、自动控制装置的应用以及无土栽培技术的成熟和原材料价格的降低，同时伴随着投资者和消费者对无土栽培生产设施和生产产品的广泛认可，以及中国各地国家级、省级、市县级以及乡镇级农业科技示范园的建设，作为体现现代农业科技“高点”的无土栽培技术，90%以上的农业园区都会进行示范展示，也极大地推动了无土栽培技术的迅猛发展。而且伴随着我国休闲观光农业的蓬勃发展，无土栽培技术与各种造型奇特的立体无土栽培设施备受推崇。在诸多农业休闲观光园中，无土栽培技术已成为不可或缺的元素。城市化发展，城市环境污染以及食品安全隐患的存在，可以不用土壤来种植蔬菜、花卉植物的“干净”种植模式，也逐渐被城市家庭种植爱好者接受，无土栽培正悄然进入了城市的家庭阳台、屋顶等场所。
本文的几位作者从事无土栽培技术教学、研究和生产推广工作二、三十年来，在实际应用无土栽培技术方面积累了一定的经验，现将在栽培技术实际应用中遇到的各种问题和获得的经验教训进行一些总结，提出个人的观点，供业内人士分享、探讨和交流。
无土栽培技术的概念
无土栽培是一种不用天然土壤来栽培植物的方法，在相对封闭的根际环境中，人工供给水肥营养，来满足植物正常乃至更好地生长的一项技术手段。与种在土壤中的植物有所不同，其根系生长的空间是在与自然环境隔离并处在受“局限”的空间中，完全摆脱了自然土壤不利于植物生长的束缚。换句话说，一些自然土壤的调节功能与作用被“削弱”。比如，土壤栽培植物根系可以纵深或横向发展，只要具备其生长的必要条件（空间、水分、营养），根系就能无限外延生长，可以吸收利用到非人为提供的水、肥、气资源。通常栽培在土壤中的植物，其生长也不需要完全依赖人为提供的水肥条件，这就是生长在土壤中的植物所拥有的“先天”自然优势。
然而，对于一些种植在土质较差、土层瘠薄、降水少的地区的植物，土壤栽培的自然优势并不明显，其对人工施肥、灌溉的依赖程度相对较高，否则就很难生长好。无论是土层深厚、肥沃还是土层薄、肥力差的土壤，因非封闭、隔离的根圈环境，通常人为施肥、灌溉所发挥的功效都会被自然因素削减，也就是土壤的“缓冲性”能平衡或削减人为因素的作用。
通常土壤栽培条件下，只要不是长期干旱缺水或特殊灾害天气，植物生长无需人们天天管理，依靠自然的“恩赐”就能有一定的收成。就是因为土壤栽培有此优越的、不被人所认识的“潜在优势”，人们习以为常地形成了“惰性”思维，将此思维“惯性”地带到无土栽培中，最终产生了觉得无土栽培不如土壤栽培“容易”，生产风险大、产量不高、品质没保证、效益低等问题。
无土栽培技术的核心
无土栽培的本质是“不用土”，也就是让植物根系生长离开土壤这个自然载体，在人为提供的、受局限的、封闭的环境中生长，植物生长所需的水、肥、气条件完全人为提供和创造，基本排除了自然土壤的水肥“恩赐”。
人为创造的根际生长载体，为植物根系生长和水肥吸收提供了较为优越的物理、化学环境，使根系生长环境具备良好的疏松、透气、保水等物理性状和适宜的酸碱度、营养均衡、养分快速供应等化学性状的条件下。作物能以最小的根量、最小的根际容积发挥其最大的水肥吸收功能，从而满足地上部生长发育所需的全部水分和营养，而且这种供给机制不是间断、波动的，而是必须均衡的，这和传统土壤栽培的水肥供给完全不同。如：土壤栽培作物的番茄、黄瓜，通常以基肥+若干次追肥+若干次灌水的方式来实现即可，而无土栽培的水肥是一体化的，是需要每天均衡多次供给水肥的一种栽培方式。
无土栽培在日本叫做营养液栽培，也就是栽培过程中完全是“营养液管理”的栽培技术，而人们通常不去理解“营养液”这个词，只理解营养液栽培就是无土栽培的另一种提法。无土栽培的核心技术就是营养液调配与管理的技术，掌握了营养液调配与供给的管理技术，才能从事真正意义上的无土栽培。
那么，营养液是什么？为什么称为“营养液”，在“无土”与人为配制的少量基质载体中，基质所含的“养分”极其“微量”，而且不全面，基质中不能一次性添加足量的“营养肥”来支撑植物一生生长发育所需的养分。需要均衡提供“全营养”（全部必需元素），供给的营养需要通过水来溶解、稀释，并与水同步输送供给植物，通常把这种含有植物生长发育所必需的全部营养元素的“液体”称为“营养液”。还有一个关键点是，配制营养液的原料中不能含有任何有害物质（重金属、动植物非必需元素、病原微生物），原料应当是“速溶”和“高溶”的，即要求全部快速溶解。而国内不少无土栽培从业人士，很少关注“营养液栽培”这个专业用词，而只从通俗的“无土栽培”这个词去理解，认为是不用土来栽培，就是无土栽培。
无土栽培技术的核心其实就是营养液，没有或不用营养液来灌溉，就失去了无土栽培的应有科学意义，也难以发挥无土栽培技术的应有优势和生产潜力。
一些从业者通常用土壤栽培的经验和惯性思维来为无土栽培植物供给营养和水分，从而出现种种不同层面的“无土”栽培方法，虽然植物也能“生长和开花结果”，但产量、品质、安全性得不到保障。由于使用化肥、有机肥（杂质、重金属、盐分含量较高且有可能带来致病微生物的危害）作为“营养源”，并用土壤栽培的灌溉用水（如未经处理的雨水、河水、井水）来直接配制“营养液”或直接灌溉，其结果是肥料、灌溉水中的杂质、重金属、盐分很快就在根际周围富集积累，植物还没生长到应有的阶段，根际环境的理化性状已使植物“不堪忍受”（产生各种“胁迫”因子）。因无土栽培把植物根系限定在有限的范围内，根系无法摆脱受“胁迫”的根际环境，轻则根系萎缩、扭曲、短缩，地上部茎叶“墨绿、发暗或边沿干枯”，番茄果实“脐腐”，黄瓜出现“蜂腰瓜、弯瓜、大头瓜”等。重则根系死亡，番茄会重新发根，下部老叶黄化似缺素，上部逐渐瘦弱，果实变小，根系再生能力较弱的黄瓜则直接萎蔫、死亡。
所以，从事无土栽培者，必须充分认识到无土栽培的核心就是营养液，本质就是“营养液栽培”。不仅配制营养液的原料要讲究，对营养液的均衡供给更是需要标准参数来支撑，绝不能凭土壤栽培的水肥管理经验来给无土栽培植物“施肥、浇水”。
无土栽培效益如何计算？
无土栽培是一种可控的植物栽培方法，既然是一种农作物的生产技术手段，自然要关注其生产的实际意义与效益，尤其是经济效益问题，一直是人们关注的焦点。
生产效益的问题其实涉及多种影响因素，而且无土栽培没有脱离农业生产的根本属性。农产品的价值和效益随不同年份、不同季节、不同地区、不同消费群体甚至是不同的销售渠道而有很大差别。
无土栽培是一种新型的农耕技术手段，是一种高投入、高技术要求的技术，而并非就是一种具有很高经济效益的致富工具！它可以解决“无地”可种和“有地不可种”的问题，如果一个地区或一个企业、农户有很好的“宜耕地”，除非他需要生产出更高质、更安全、更有营养，及更高价值的农产品，否则就不一定需要进行无土栽培。从这种意义上来讲，如果一块地根本不具备生产价值，而需要寻求其可利用价值，那么，投资或采用无土栽培就显得更有意义了。例如，在目前已被污染、且难以治理的土壤，就可以通过无土栽培技术手段来实现土地的利用价值和经济效益。
无土栽培是可控或相对可控的农业新技术，其优点是“可控”，可以在一定程度上排除外界因素的干扰，农产品生产可以根据人类生活和健康需求进行“定制”，可以生产无污染、营养全面或具有特殊功能的健康产品，而这一切是传统土壤栽培所实现不了的。土壤栽培会受到土壤本身的矿物质、微生物乃至地下水等综合因素的影响和干扰，无法按照我们设定的目标来生产农产品，土壤中含有什么（矿物质），其生产的农产品中就含有什么，这是毋庸置疑的事实。所以，相比而言，无土栽培更有可能生产出合乎人们愿望的优质健康产品，这是用一般农产品所不能衡量的价值所在。
最近十几年来，中国从一个劳动力资源大国迅速发展为劳动力资源匮乏的国家，劳动力成本迅速上升，农业劳动力的质量日益下降，80、90后的年轻人不愿继承父辈的农耕衣钵，其主要原因是传统农耕方式劳动强度大，经验行为太强，而且越来越多的设施农业老产区，因长期土壤连作，次生盐渍化和病虫害日益严重，防控成本增大，产品安全隐患增高，温室弃耕现象开始迅速蔓延。劳动力资源的短缺，带来设施农业的劳动力成本迅速上升。与20年前的温室单位面积、无土栽培设施的硬件投入相比，现在温室及其无土栽培设施的成本投入不但没有升高反而有所下降，常规土壤栽培的农资成本（有机肥、化肥等农资）比20年前平均上升1倍以上（直接成本与间接成本），而无土栽培的营养液成本上升幅度没有超过80%。而现在劳动力成本比20年前上升了20～40倍，作为省工、省力，可以通过机械化、标准化、工厂化、智能化生产的无土栽培，其投资及技术应用的“经济性”优势开始日益显现。而这正是未来农业发展及年轻人愿意为之投入的一种“高效、高品质、有身份”的新型职业。
无土栽培技术是为普通农民准备的吗？
无土栽培技术在国内从研究到生产应用已经有三十多年历史，基本已经“中国化”了，各地科研单位、大专院校研究开发了数十种适合农民生产应用的无土栽培模式和技术，大多数以普通一家一户的农民为推广对象，解决了设施环境下退化土壤的可持续利用问题，是我国目前最主要的无土栽培方式。其设施简易、投资少、操作方便，用一句俗语来概括，叫“无土的有土化种植”，施肥按照土壤栽培的基肥+追肥的施肥方式，肥料主要是发酵后的鸡粪、牛粪、猪粪、羊粪及三元复合肥、磷二铵等普通化肥，按一定比例混入基质中。灌溉采用清水滴灌，水肥不耦合、不同步，仍然以经验管理为主，依据植株长势进行追肥，并且追肥多以普通化肥（通常是三元素复合肥）为主，基本沿用土壤栽培技术。因此，经验丰富的生产者，可以获得较高产量和效益，而缺乏经验者则问题较多，抱怨“无土栽培”技术不可靠。
对于采用全元素营养液栽培的无土栽培模式和技术，因完全不同于土壤栽培的规范操作流程，尤其是一些检测和控制EC/pH的操作，对于文化水平不高，手脚又“不灵活”的普通农民来说，实施起来更加困难。加上这种全营养液无土栽培模式的设施装备标准化程度相对较高，一次性投资大，也不适合小农户来投资。
设施栽培技术发展应用只是近几十年的事，虽然时间不长，但发展速度比较快，从机械化发展历程上看大体可以分为以下几个阶段。设施栽培技术的兴起与完善（70～90年代）。设施技术的发展可以追溯到20世纪70年代在一些地方出现的小拱棚，但是设施栽培设施比较简陋，功能不完善，真正大规模兴起是在20世纪80年代。进入90年代之后，设施农业的生产由于有了工程技术人员及农机部门的积极参与和组织引导，使进行农业生产的工程设施特别是生产过程中的机械化水平得到了很快的发展和提高，设施栽培技术开始起步，然后由点到面地发展。
机械化技术的推广应用（2000～2006年）。随着设施栽培技术在全省的推广应用，设施栽培机械化技术被提到了议事日程。2001年农机局开始实施农业机械化创新示范工程项目，把有关设施农业机械化技术列为创新示范的一项重要内容，对电动卷帘机械等设施栽培机械化技术与机具进行了创新示范，通过财政资金予以扶持。机械化技术的普及与革新（2006年后）。2007年省农机局将大棚电动卷帘机纳入当年农机补贴范围。2008年7月，农业部下发通知，要求各地采取措施，加快促进设施农业技术的发展，省进一步加大了设施栽培有关农业机械的补贴力度。2010年国家农机购机补贴政策对设施农业进一步加大倾斜力度，将与日光温室大棚相关的机械与设备列入补贴目录，几乎涵盖了日光温室大棚所需的机械与设备。这个时期是设施栽培技术机械化技术快速普及的时期，并且电子技术开始在设施栽培中得到了应用，一些自动化控制设备开始应用到设施栽培中，涌现出了一批起点高、规模大、有特色的设施栽培生产基地，并开始引入物联网进入设施栽培生产中。这些基地通过规模化、专业化生产，获得显著的经济效益。
2设施栽培技术面临的主要问题
对比国内外设施栽培技术发展，结合设施栽培技术的实际应用情况，我们可以看到当前在设施栽培技术应用中所面临的主要问题。
一是栽培设施建造标准低，高档设施少。85%以上的设施栽培仍是以简易塑料大棚和塑料拱棚为主，仅具简单的防雨保温功能，对设施内温度、光照、水分、肥料、空气等环境因子的调控能力不强，一旦遇到恶劣气候条件，设施栽培作物就可能减产，甚至绝产。从设施栽培技术的发展来看，栽培设施的档次决定了栽培设备的发展应用，在一个普通的冬眠式塑料大棚里面，也很难用得上自动化的工厂设备。
二是设施装备机械化程度低，电子技术少。传统意义上的设施栽培需要消耗大量的劳动力，属于劳动密集型的农业生产，农民工作强度大。近几年来，随着设施栽培机械化作业水平的提高，设施栽培技术与机具装备有了很大的提升，但是作业机具和配套设备仍然不够完善，现有的设施机械装备只能说部分替代了劳动力，但整个生产过程仍以人为主，劳动强度大，劳动效率不高。电动卷帘可以有效解决人工卷放温室覆盖物费时费力的问题，但自动化程度也不高，仅限于机械卷帘替代人工卷帘放作业。另外，设施栽培中仍有大量劳动强度大的工作，如秧蔓的定期拉放、果实采摘等没有相应的机械设备可以代替。
三是设施栽培管理水平低，信息技术少。近几年，由于看到了设施栽培给农户和社会带来的显著效益，各级政府也围绕农业种植业结构调整做工作，压缩粮食面积，扩大设施蔬菜栽培面积。但是，现有的设施栽培技术的应用主要是一家一户中实施，栽培管理主要靠个人经验，栽培设施内温、湿度调控以人工调节，肥料营养、病虫害防治还处在凭经验决策时期，加上现有设施栽培技术不配套、不规范，缺乏量化指标，致使现有设施条件下农产品的产量和品质始终难以上档次上水平。特别是有的地方信息化程度低，农户信息不灵，市场流通不畅，丰产不丰收，直接影响到菜农的积极性和经济收入。
四是设施栽培土壤质量低，无土栽培少。一些多年耕种的温室大棚，土壤质量问题已经明显显现，土壤亚硝酸盐含量超标，矿物质增多、板结，农药残留量严重超标，微生物含量减少。由于土壤质量的下降，影响了设施栽培蔬菜的产量和质量的提高。无土栽培虽然优势明显，但由于目前生产成本高，配套设施不健全，尚未被农民接受。无土栽培技术虽然比较成熟，但是主要用在观光农业示范园。
3今后设施栽培技术的发展趋向
关于设施栽培技术的发展方向，毫无疑问，机械化、电子化程度在设施栽培技术的推广应用中占有越来越重要的地位。今后我们要充分利用农业发展的有利政策，抓住发展设施栽培技术的机遇，加快设施栽培技术中的机械化、电子化新信息技术的应用。
一是要提高设施栽培机械化装备水平。设施栽培机械化装备不同于一般的大田作物，由于设施栽培作物品种多，农艺要求千差万别，要想实现装备水平快速提升有一定困难。究其主要原因，标准化程度低，种植多样化是制约农业机械应用的重要因素之一。面对这种情况，我们一方面要做好栽培设施建造标准化工作，为未来农业机械设备的应用提供基础条件。另一方面，对于已经成熟的机械化技术与设备，要分作物分环节重点突破，比如目前可以大力推广温室栽培中需要迫切的小型农业机械耕作技术、温室智能化环境、节水灌溉与水肥一体化技术、高效低量与超低量喷药植保技术、二氧化碳施肥技术、物理农业技术等。然后，在有条件的地方可尝试引入电子控制系统与设备，走分区、分层、分级实施的推广路子。
二是推进设施栽培的规模化和产业化。实践已经证明，农业生产水平的提高必须走规模化发展的路子。设施栽培是高投入、高产出、高效益的农业生产方式，只有形成相当规模的生产，才有可能形成强有力的品牌效应，从而使资源优势得到有效的开发与持续利用。因此，应以有前途、规模大的龙头企业，农业专业合作社为突破口，集中扶持和培育规模化设施农业示范生产基地，加快设施农业企业的发展。