气雾栽培的应用与研究综述
气雾栽培简称雾培，是一种以雾化营养液方式满足植物根系对水肥需求的新型无土栽培模式，其基本原理是使植物的根系悬挂生长在封闭、不透光的环境内，营养液通过特殊设备形成喷雾，在自动控制系统的调控下间歇性喷到植物根系上，以提供植物生长所需的水分和养分。雾培与传统土培及普通水培相比，植物根系直接暴露在充满雾化营养的空气中，具有充足的自由伸展空间，可以毫无机械阻力的延伸；营养液雾化过程中不断溶解空气中的氧，可以有效解决普通水培中供氧、供肥的矛盾，具有土壤栽培和普通水培所没有的优势。气雾栽培可提高单位面积内作物的产量，具有产量高、品质好、污染少的优点，可达到高产、优质、高效的目的，符合未来农业生产发展的方向，是实现农业现代化的重要途径。
1 气雾栽培设施
气雾栽培设施主要由栽培系统和营养液供给系统两大部分构成，进行大规模生产种植时可利用计算机控制。 1.1 栽培系统
栽培系统的核心部分是栽培床，可根据空间利用率和个人审美设计出不同形状。目前较常见的有3 种，分别为金字塔式、苗床式和立柱式（图1）
金字塔型气雾栽培模式又称A 型栽培模式，是气雾栽培模式中最为常见、应用范围最广的一种方式。选用泡沫板以“A”形搭建苗床，内部铺设营养液喷雾管道和回流管道，植物定植在两侧支撑板上，根系裸露在空气中，营养液通过雾化喷头直接供给根系，多余的营养液通过回流过滤系统重新进入储液池进行循环利用。金字塔型气雾栽培模式建造简单，光照、空间的利用率高，适用于叶菜类植物的生长。苗床式的代表是梯形雾培，梯形雾培除了可在两侧种植矮小的叶菜类蔬菜，还可在顶部进行吊架栽培，种植番茄（Lycopersiconesculentum）、黄瓜
（Cucumis sativus） 等大株型蔬菜。立柱式雾培系统中植物种植在垂直的柱式容器的四周，在容器的顶部和中心装有喷雾装置，以辐射状喷向四周。A 型栽培模式的空间利用率在3 种模式中最高，可充分利用建筑物上部和温室内立体的光热资源，实现立体空间的有效利用，适合于叶菜类和观赏植物。气雾栽培的栽培系统要求密闭不透光，能够盛装营养液，并能够使喷雾后剩余的营养液回流到营养液池中。其高度要考虑植物根系的生长，不能太低，以免阻挡植物根系生长。定植板可选用硬质塑料板或者泡沫板，既能支撑植物，又方便进行定植孔的调整。定植孔的距离要根据所种植物的冠幅设计。 1.2 供液系统
供液系统主要包括水泵、管道、储液池、喷雾装置和控制器。储液池中的营养液通过水泵，经雾化喷头形成气雾供给植物根系，剩余的营养液再经回流管道过滤后重新进入储液池，从而实现营养液的循环使用。
储液池的体积可以根据植物生长期所需营养液的多少来设定，一般要求保证植物至少一周的营养需求。水泵材料需耐腐蚀，功率大小可根据生产面积和喷头所需的压力配置。管道选用塑料管，各级管道的大小应根据喷雾装置所安装喷头要求的压力大小而定。过滤装置需定时更换清洗，避免水中或配制营养液原料中含有的杂质堵塞喷头，造成局部根系无法吸收到水分而枯萎。喷头的位置和雾化效果需要保证能够喷洒到设施中所有的根系。 1.3 气雾栽培设施的完善
气雾栽培设施技术不断更新升级并取得良好进展，例如超声波雾化装置的出现解决了气雾栽培技术中营养液雾滴大、雾化效果欠缺导致的洗根现象。徐伟忠等[1] 于2006 年开发了可用于不同类型科研或生产的气雾栽培系统。2012 年，闻婧等[2] 设计了一种新型超声波雾化栽培装置，由超声波雾化器、超声波雾化栽培槽、种植板和营养液循环系统组成，系统供液与雾化器工作时间由定时器统一控制。2013 年，高建民等[3] 对衍架式超声雾化栽培器进一步优化，应用NIPCI-6110 数据采集卡在 Labview 平台上构建了温湿度的实时采集系统；以 PIC16F877A 芯片为核心构建了喷雾控制系统，使气雾栽培设施更加智能、更加完善。
2 气雾栽培的优势及局限性
气雾栽培与传统土壤栽培比较具有改善根系水肥条件等优势，具有广阔的发展潜力，但同时也存在一些不足。 2.1 气雾栽培的优势
2.1.1 增加作物产量
气雾栽培有效改善了植物的根系生长环境，使得营养吸收更加直接，水和肥的利用率增大，立体式的栽培也使得植物对光的吸收利用增强。在同一生长期，气雾栽培的植物生长速度比土培和水培要快，生物量也高于其他栽培方式, 比如马铃
薯（Solanum tuberosum）微型原薯的气雾栽培增产幅度一般在30% 以上，有的达到100%[4]；雾培番茄的单株产量比土壤栽培增加15.3%[5]。
2.1.2 提高作物品质 气雾栽培条件下，人们根据不同植物的营养需求制定不同的营养配方，以满足植物对水肥的需求，可以达到个性化管理和自主控制。营养条件的改善使得作物的品质得到很大的提高。
2.1.3 提高水肥利用率，减轻环境污染
在传统的土壤栽培中，肥料平均利用率只有30%~40%[6]；而气雾栽培可根据植物品种、对氮钾营养的喜好、处于何种生长阶段，科学合理地供给营养物质，解决养分流失问题，因此，水肥利用率可提高至90%~95%[1]。其原因在于营养液雾化后，使得根系接触营养液的表面积远远大于其他栽培方式。另一方面，在雾培模式下，植物根系的生长没有土壤阻力，亦不存在水培中的根系缺氧问题，因此，植物的气生状须根根系非常发达，根系数量庞大，提高了根系对养分的吸收，从而可以实现作物的快速生长。采用气雾栽培技术通常比常规模式栽培的植物 生长速度快3~5 倍[1]。此外，营养液的循环利用，不仅节约了资源，还降低了生产成本，减轻了化学肥料对土壤和水环境的污染。
2.1.4 可解决水培中根系缺氧问题 普通水培中，植物根系需要浸没在营养液中来保证植株的营养吸收。由于营养液中溶解氧浓度低，而根系不断的耗氧，根系供氧状况不断恶化，从而导致植物缺氧烂根，影响植物的生长。与水培不同，雾培模式下，植物的根系直接裸露在空气中，根系与空气直接接触，营养液有规律的间隔从雾化喷头中喷出，不断溶解空气中的氧气，供给植物根系呼吸，促进根系呼吸代谢，使植物体内的其他代谢机能也增强，植物生长速度加快。
2.1.5 可有效避免植物的连作障碍
常规的土壤栽培或者基质栽培常有土传病害引起的连作障碍产生，需要进行隔年轮作方可继续进行生产，或者直接施用防止连作障碍的化学药品，影响生产又导致土壤污染和化学残留。而不需要土壤和基质的气雾栽培可从根本上解决土壤连作障碍的问题，只需要对营养液进行合理的调配，即可在同一套设施下可以连续多年重复栽种同一种作物。
2.1.6 提高土地利用率，实现农业现代化 气雾栽培摆脱了土壤的约束，极大地扩展了农业生产空间，在耕地面积日益减少，土壤污染愈发严重的今天显得尤为重要。常见的3 种气雾栽培模式均属于立体栽培方式，发展多层立体栽培，可提高土地利用率和单位面积产量，这是弥补我国耕地面积不足的重要途径。在人口密集的城市，可利用楼顶、阳台等空间，应用气雾栽培技术培育蔬菜，无需中耕、除草、追肥，营养液管理完全自动化，一方面可以实现居民蔬菜的自我供给，另一方面可以陶冶市民的情操，是现代农业的发展方向。
2.2 气雾栽培的局限性
气雾栽培的应用与研究综述
