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无土栽培有独特优势,但未解的疑问或许更多

作者:有机会记者Jing

仅仅是在几年前,“无土栽培”对于out的我来说只是科普文章里有关未来世界的构想。但是现在,接触了几家从事无土栽培的农场以及销售家用无土栽培设备的商家,甚至亲口品尝了无土栽培蔬菜之后,这个新概念对我来说慢慢变得有点具体了。

不过从一个吃货的角度来看,越多接触无土栽培,心中产生的疑惑越多——无土栽培真的能代替土培吗?无土栽培的食物够营养吗?它真的像人们说的那么环保和高效吗?知识所限,我无法给出专业的答案。这篇文章并不是要回答这些问题,只是希望能抛砖引玉,带来一些讨论。

↑ 家用无土栽培设施,无基质。图来自有机会。

↑ 家用无土栽培设施,无基质。图来自有机会。

什么是无土栽培?

无土栽培,是指不使用传统土壤进行作物种植,而是用其他物质代替土壤的一种种植方式。无土栽培中的肥料是专门配置的营养液,大多是由无机盐构成。也有少部分研究者用有机肥做无土栽培,但这种做法并未普及。

根据植物根系生长介质的不同,无土栽培主要分为基质栽培和无基质栽培两种类型。

在“基质栽培”中,基质能够给植物提供根部固定、保水透气,另外也起到缓冲作用(即当外来物质或植物本身代谢产物中产生一些有害物质,缓冲作用能将这些危害化解)。植株根系固定在基质中,营养液通过滴灌等方法,供给作物生长所需营养。

↑ 以陶砾作为无土栽培基质。图来自有机会。

↑ 以陶砾作为无土栽培基质。图来自有机会。

栽培基质的种类是很多样化的,分为有机基质和无机基质。有机基质可以是椰糠、稻壳、秸秆、树皮、锯末等物质,能够实现一些植物废弃物的循环利用,而且含有丰富的营养成分,有较好的缓冲能力和保水力,但其理化性质相对不稳定。无机基质有珍珠岩、蛭石、岩棉、沙等,不含营养物质但比较稳定。两种基质都有缺陷,因此,由有机基质和无机基质组合而成的复合基质逐渐在得到应用。

而无土栽培当中的“无基质栽培”,顾名思义,是在作物栽培过程中采用基质以外的其他物质或方法(比如带孔塑料板)固定植株,只通过营养液培育作物。

虽然千百年前,古人就曾用土壤以外的栽培介质种植植物,但是现代意义上的无土栽培是在19世纪中期左右开始的,其基础是植物生理学。目前,应用无土栽培技术的国家和地区已达100多个,技术体系很多样化,有些已实现自动化控制营养液的酸碱度和电导度,能根据太阳辐射来调整植物所需的元素等。

无土栽培能够代替土培吗?

无土栽培,从字面理解,最大的特点在于没有土壤。的确,很多无土栽培从业者在提到土壤的时候,已经不把它看做是生命之源,而是看做农业种植中的“障碍物”。他们认为,“90%以上的病虫害来自土壤,土壤污染严重,容易有连作障碍,变化因素太多……”试图说服人们,无土栽培比土壤栽培更胜一筹,只要给植物提供最必须的养分,不用土壤也能做农业。可是,我们想过没有——

我们真的了解土壤吗?

植物从土壤中获得的远远多于氮磷钾等十几种所谓“必需元素”。(我们真确定土壤中其他组分无用吗?)但是越来越多人却以“无土”作为“干净”的标准,这似乎跟人们脱离乡村土地太久有关系吧。

土壤外表看上很去不起眼、“脏兮兮”,因此一直处于被忽视或是被鄙视的状态。世界上普遍存在的最大的误解之一就是——土壤是一团死的物质。事实上,土壤不仅包括矿物质、有机质、水、空气,更包括生存在其中的不计其数的生物。尽管提到生物多样性,我们常常想到珊瑚礁或是雨林等等,但其实,目前科学界的公认是,土壤生态系统是地球上生物多样性最丰富的生境。一克健康土壤中,光是微生物就可能有数千上万种——只不过,我们肉眼看不见它们,因此常常错误地忽视它们的存在。当人们说“90%以上的病虫害来自土壤”,其实并没考虑土壤中有百分之多少的虫和微生物是对农作物有益的。

↑ 你能想象这点土壤里有多少小生命吗?图来自有机会。

↑ 你能想象这点土壤里有多少小生命吗?图来自有机会。

简单的几个数据来展示这个问题的复杂性:现已描述过的土壤真菌就有72000种,据估计全球总数可能高达150万种;已知的土壤线虫有25000种(可能仅占全球所有种类的6%);而已知的螨类有45231种(可能仅占全球所有种类的4%左右);对于大型土壤动物,已描述的蚯蚓有3500种(约占全球所有种类的1/2),至于研究较多的蚂蚁和白蚁,分别有14000种和2700种,也仅占全球种类总数的50%和70%。——这里提到的这些已知占总数的百分比,都仅仅是估算而已。

土壤中存在着极其丰富的生物多样性,但是,目前还没有人能够回答土壤中到底存在多少种生物——更不用说对这些生物的习性和功能的了解了。在不了解的时候就断定这些生物对农业生产无用(或有害),好像不合适吧?

在已知的一小部分土壤生物中,人类已经发现它们在生态系统中的重要功能,比如在凋落物分解、养分循环、固氮、固碳、给植物提供免疫防御等等方面起着不可替代的作用。但是,这远远不是全部,有更多是未知的,比如以下的这个研究结果,这只是许多新研究中的一个例子——

土壤真菌能帮植物“对话”?

来自加拿大卑诗大学的森林生态学家Susanne Simard有过一系列非常有意思的发现:森林中的树木能够互相交流、互相传输营养物质。树木之间并不只是竞争对手,它们也可能是合作者,而这,是通过土壤真菌实现的。

通过同位素追踪的方法,她发现,在森林的实地试验中,纸皮桦和花旗松之间有非常活跃的交流。在一年中的某些时间,比如夏季,纸皮桦传输给花旗松的碳会比较多,而在另外一些时间,当纸皮桦的叶子都凋落而花旗松仍然在生长的时候,传输则是反过来的,花旗松传给纸皮桦的碳会比较多。后来,她进一步发现,这两者的“对话”不只和碳有关,而是和各种其他元素有关,氮、磷、水分、防御信息、基因片段、植物激素…… 这样的对话是如何进行的?研究发现,正是通过土壤中庞大复杂的真菌菌丝体。菌丝体将植物的根系紧紧包裹,并且联系着不同的物种,或是同一个物种中的大树和小树。土壤中的菌丝就像天然的“因特网”和“物流网”一样,让植物之间能够互相交流和帮助。

↑ 森林中两种真菌在树木之间形成的“网络”示意图。科学试验的对象是有限的,因为还有其他众多植物和土壤生物存在,实际的网络要比这复杂得多。图来自Scientific American。

↑ 森林中两种真菌在树木之间形成的“网络”示意图。科学试验的对象是有限的,因为还有其他众多植物和土壤生物存在,实际的网络要比这复杂得多。图来自Scientific American。

未知的事物,太多太多

信息所限,我没有找到针对农田植物的类似研究。但是上面这个研究已经足够我们思考好一阵子,不是吗?常规农业中,农人们常常要把除了农作物以外的所有植物都拔光,而且习惯于在一大块地上只种单一品种的作物,用杀菌剂为土壤消毒。在无土栽培行业,人们更是庆幸“无土栽培去除了所有杂草的干扰,植物也不会接触土壤中的杂菌”。可是,假如“杂草”和农作物之间,就像纸皮桦和花旗松那样,不是只有竞争,而是可以合作呢?假如土壤中的“杂菌”不一定是植物的敌人呢?我们不知道的事物,就等于是无用的事物吗?就算在无土栽培系统中加入人工选择的所谓有益菌,这和天然土壤中的生物多样性比起来简直连九牛一毛都算不上吧?

事实上,一些无土栽培从业者自己也承认,对于病虫害,天然土壤是有缓冲效应的,但是对于无土栽培特别是水培,缓冲效应很小或几乎没有。无土栽培营养液中很少有稳定的微生物相,病菌和植物根部的接触的机会很多,即便有一株植物发病,也有大面积迅速蔓延的危险。想想看,人造环境真的能代替自然吗?

除此以外,无土栽培还面临着其他各种各样的问题:

↑ 某商用无土栽培设施,完全使用人造光照明。图来自有机会。

↑ 某商用无土栽培设施,完全使用人造光照明。图来自有机会。

↑ 夏日阳光下的农田。你觉得人造光能代替阳光吗?图来自有机会。

↑ 夏日阳光下的农田。你觉得人造光能代替阳光吗?图来自有机会。

人造光:有些无土栽培是在日光温室中进行,但也有些(特别是多层的植物工厂)是在完全不透光的室内环境中进行,这种情况下,通常是全程用人造灯光来为植物照明。可是,在农业中,人造光源究竟能不能代替阳光呢?阳光对农作物的作用究竟是什么(除了促成光合作用以外)?在人造光源和阳光下生长的植物究竟有多少差别?小编目前还没找到比较好的相关研究。

高成本:各种应用营养液来灌溉作物的无土栽培系统,一般每亩地一次性投资至少6000元以上,有的甚至高达5~6万元,运营成本也很高。对于普通农民来说,这样的成本是难以承担的。当然未来成本可能下降,不过这还是未知数。

高技术:营养液的配置与管理、温室内环境的调控、无土栽培特殊病害的应对等等,都需要专业人员完成。一般的农业劳动者难以掌握。真正可持续的农业技术难道不应当是在保证生态可持续的同时又简便易行低成本吗?

高耗能:营养液的生产加工、温室加温、照明、通风、空气净化、水循环等等,都需要消耗大量的能源。目前利用清洁能源的无土栽培农场还较少,大多普遍依赖一般的电能。

废弃物难处理:比如,在土培系统中,植物采收后剩下的根部和秸秆可以循环利用(根部自然降解在土中,秸秆可以制作堆肥或覆盖),但是无土栽培体系中,这些本来可以利用的资源却变成了难处理的垃圾。

……

还有关于营养的疑惑:目前也没有找到很详尽的研究,下表统计的只是少数一些零散的研究结果。

上表来自“不同无土栽培方式及其对蔬菜品质影响的研究进展”一文(上海师范大学学报2015年第6期),点击可放大。

上表来自“不同无土栽培方式及其对蔬菜品质影响的研究进展”一文(上海师范大学学报2015年第6期),点击可放大。

无土栽培的特殊优势,当然不容忽视

当然,小编并不是说无土栽培一无是处。在很多方面,它有显而易见的好处,比如:

省水:比传统农业节省90%以上的水。

省劳动力:无需除草、耕地、施肥等,除虫的工作也比较少,在农业劳动力严重短缺的地方很有发展前景。

适合城市农业:尽管城市中可以开辟土培农场,但更多发展前景是在室内和屋顶,这些场所中无土栽培比土培更为适合。在城市中经营无土栽培农场,一方面,可以把新鲜的食物带给城市人、减少运输碳排。另外,容易被忽视的是,在城市中有许多场合的光照、温控和废水是被浪费的(就温控来说,比如北方的冬天,建筑物内24小时取暖,但并不一定24小时都有人使用),如果设计合理的话,在城市中特定的室内空间使用无土栽培,能达到高效利用资源、净化室内空气等目的,也有一定的教育意义。将农场建在城市,还能让一些兴趣广泛的城市人在业余时间参与农业工作,既增加收入,也能便利地体验田园乐趣。

适合特殊场合和地区:往远了说,无土栽培适合南北极科考、远洋轮渡、空间站等特殊场合;往近了说,也适合在被严重污染的、气候极端恶劣或是不适宜土培的地区使用。在气候变化问题日益严峻的当下,某些设施化无土栽培是抵抗极端天气的有效方法之一,但前提是最好能先尽量实现能源和资源自给。

方便移动:对于某些小型的无土栽培设施(比如集装箱农场),如果在某地开拓市场的工作不够成功,可以将设备转移到别处,这是普通农田不具备的优势。

当然,以上提到的一些优势,并不是只有无土栽培才有。问题产生的原因是复杂的,解决的方法也是非常多样化的。比如省水、省劳动力等目的,用自然农法等方法也能做到。如果有哪个人苦口婆心告诉我无土栽培是“唯一”、“最好的”、“最先进的”、解决“所有”问题的方法,那多半是别有用心。

↑ 适合城市室内使用的无土栽培设施。图来自有机会。

↑ 适合城市室内使用的无土栽培设施。图来自有机会。

别被忽悠!一些常见的过度宣传语

目前有些业内人士急于推广,有跑偏的倾向,比如只从宣传食品安全入手来推广无土栽培的产品,拜托,用那同样的价格,我能买到品质很好的当地生产的露天有机菜。作为一个普通的消费者,看多了一些夸张的宣传语,已经多少生出了“免疫力”。分享给大家仅供参考:

“土壤有害”:许多无土栽培从业者过度地贬低土壤。常见的说辞是,“土壤已经被严重污染,如果再吃土壤中生长的农作物就是有害健康的”云云……但是,单靠吃无土栽培食物恐怕不能减少人接触到的污染。关键是,土壤真的不是我们想的那么简单,这个超级复杂的生态系统,不是人造环境能够模拟的。且不说我国大部分土壤还没有被污染,即便已经污染,也是有办法在几年内修复的;但假如长期吃不对的食物造成对健康的危害,损失或许是不可逆的。

“绝对无污染”:跟上一点同理。有些无土栽培农场里,净水器、空气净化器、消毒设备一应俱全,试图以“纯净无污染”来赢得顾客,但是这里矛盾很明显:耗能高是污染,各种种植垃圾的产生也是污染;就算吃了无污染的菜,人还是要生活在被污染的环境中。真的害怕污染的话,不妨要么去相对干净的地方生活,要么行动起来从自己开始减少污染的产生。

“解决世界粮食危机”:无土栽培的成本过高,怎么解决低收入人群吃饭问题?世界上每年生产的食物其实已经足够人类食用,但是浪费过多、且大多非直接被人食用,这两个问题,靠无土栽培能解决吗?另外,比较实事求是的业内人士都会承认,无土栽培不适合某些农作物的生产,特别是最关键的主粮。

“无菌”:最无聊但却很容易忽悠到人的宣传语就是某些商家所谓的“无菌”,能不能真达到无菌咱另当别论。地球上没有哪种动物需要吃无菌的食物,因为菌是动物体内不可或缺的一部分,自然界中有益菌比有害菌多得多,甚至“有害菌”也不一定是绝对的有害。看这篇:掌控人体的,到底是我们自己还是那些共生细菌?

“有机”:有机蔬菜不可能是无土栽培的,就算现在有些无土栽培系统是用有机肥料代替无机营养液,但是只要没有土壤,就不算有机农业。这点在有机产品标准中说得很清楚。

当然,每个人有自己做选择的方式。但最好在决定之前多思考,甚至多些实地考察和比较。

总之,我个人不介意偶尔的品尝,也很欣赏一些用心做研究的从业者,但我不会把无土栽培的食物作为日常主要的食材来源。我比较赞同的是无土栽培在多个方面的综合价值。除了解决特定地区和恶劣气候下的种植问题以外,希望未来能有一部分无土栽培从业者不再是一味强调食品安全,而是致力于更多样化的创造——室内和屋顶种菜美化城市环境、净化室内空气、循环资源、开发闲置立体空间、创意教育、休闲农业、清洁能源利用等等。农业本来就不仅仅和吃有关,在很多领域中可以开发的市场相当大,只要足够有诚意加上客观诚实地宣传,相信会产生更多积极的影响。

主要参考资料

  • 时雷雷, 傅声雷; 土壤生物多样性研究:历史、现状与挑战; 科学通报; 2014年第6期
  • 胡玥, 金敏凤, 王全喜; 不同无土栽培方式及其对蔬菜品质影响的研究进展; 上海师范大学学报; 2015年第6期
  • Albert Howard; The Soil and Health: A Study of Organic Agriculture; University Press of Kentucky; 2007
  • Toyoki Kozai, Genhua Niu, Michiko Takagaki; Plant Factory: An Indoor Vertical Farming System for Efficient Quality Food Production; Academic Press; 2015

文章来源:有机会原创

图片来源:见图中标注

有机会记者Jing
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