土壤和无土作物产量的重大差异

2020年7月6日 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

土壤农业与土壤少生产之间有许多相似之处，而基本植物生物学始终是相同的（图 6.1 和 6.2）。然而，值得研究土壤和无土生产之间的重大差异（表 6.1），以弥合传统的地面做法和新的无土技术之间的差距。一般而言, 化肥的使用和水的消耗, 使用非耕地的能力和总体生产力之间的差异. 此外，无土农业的劳动密集程度通常较低。最后，无土技术比地面农业更能支持单一种植物。

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肥料

土壤化学，特别是有关营养物质的供应和肥料的动态，是一个完整的学科和相当复杂的。需要添加肥料来进行密集的地面耕作。然而，由于土壤中发生的复杂过程，包括生物和非生物相互作用，农民无法完全控制这些养分输送到植物。这些相互作用的总和决定了植物根部的营养物质的可用性。相反，在无土培养中，营养物质溶解在直接输送到植物的溶液中，并且可以根据植物的需求进行专门定制。无土培养中的植物在含有惰性介质中生长。这些介质不干扰营养物质的输送，这可能发生在土壤中。此外，媒体在物理上支撑植物，并保持根部湿润和充气。此外，由于地面农业，一些肥料可能会因杂草和径流而丧失，从而降低效率，同时引起环境问题。肥料价格昂贵，可以占地面耕作预算的很大一部分。

在无土农业中对肥料进行量身定制的管理有两个主要优点。首先，化学、生物或物理过程中损失最少的肥料。这些损失降低了效率，并可能增加成本。其次，可以根据植物在特定生长阶段的要求精确监测和调整营养素浓度。这种增强的控制能够提高生产率并提高产品质量。

水的使用

水培和水生动物中的用水比土壤生产要低得多。由于地面蒸发, 叶子蒸发, 渗透到底土, 径流和杂草生长, 地面农业中的水流失. 然而，在无土栽培中，唯一的用水是通过作物生长和通过叶子蒸腾。所使用的水是植物种植所需的绝对最低水分，因为从无土介质中蒸发而损失的水量可以忽略不计。总体而言，水生动物只使用大约 10％的水在土壤中种植同一植物所需的水。因此，无土种植具有巨大潜力，可以在缺水或昂贵的地方进行生产。

# 非耕地的利用

由于不需要土壤，在非耕地地区可以使用无土培养方法。水生动物的一个常见场所是城市和城市周边地区，这些地区不能支持传统的土壤农业。 Aquaponics 可以在地下室、地下室（使用生长灯）或屋顶上使用。以城市为基础的农业也可以减少生产足迹，因为交通需求大大减少；城市农业是当地农业，有助于地方经济和地方粮食安全。水生动物的另一个重要应用是在不能使用传统农业的其他地区，例如在极为干燥的地区 (例如沙漠和其他干旱气候)，土壤含盐度高的地区 (例如沿岸和河口地区或珊瑚沙岛)，土壤质量一直很高由于过度使用肥料而退化, 或因侵蚀或采矿而损失, 或一般而言, 由于土地保有权, 购买成本和土地权而无法耕地的情况. 在全球范围内，适合耕作的可耕地正在减少，而水栽培是一种方法，使人们能够在难以或不可能的地面农业的地方集中种植粮食。

# 生产力和产量

最密集的水培培养物比最密集的土壤培养物高 20-25% 的产量，尽管水培养专家对数据进行了四舍五入，声称生产率高出 2-5 倍。在这种情况下，水培培养使用彻底的温室管理，包括花费昂贵的投入对植物进行消毒和施肥。即使没有昂贵的投入，本出版物中描述的水培技术也可以相等的水培产量，并且比土壤更具生产力。其主要原因是，无土培养使农民能够监测、维持和调整植物的生长条件，确保最佳的实时营养平衡、输水、pH 值和温度。此外，在无土栽培中，与杂草没有竞争，植物受益于对虫害和疾病的更高控制。

减少工作负载

无土培养不需要耕种、耕作、覆盖或除草。就大型农场而言，这等于降低对农业机械和矿物燃料使用的依赖。在小规模农业中，这等于农民更容易、更少劳动密集的劳动，特别是因为大多数水生单位都是从地面上抬起的，避免了弯腰。与以土壤为基础的农业相比，采伐也是一个简单的过程，产品不需要大量清洗即可去除土壤污染。 Aquaponics 适用于任何性别和许多年龄阶层和能力水平的人。

#可持续的单种植业

通过无土栽培，年复一年地种植同样的作物是完全可能的。地面单一植物更具挑战性，因为土壤变得 “疲惫”，失去肥力，害虫和疾病增加。在无土培养中，根本没有土壤可以失去肥力或出现疲劳，所有阻碍单一种植的生物和非生物因素都得到控制。然而，与多种培养相比，所有单一植物都需要更加注意控制流行病。

增加并发症和高初始投资

初始设置和安装所需的劳动力以及费用可能会阻碍农民采用无土文化。由于植物生产单位需要由水产养殖装置支持，水产养殖设施也比水培养学更昂贵。 Aquaponics 是一个相当复杂的系统，需要对三组生物进行日常管理。如果系统的任何一个部分出现故障，整个系统可能会崩溃。此外，水上乐器需要可靠的电力。总体而言，水上乐园比土壤园艺复杂得多。一旦人们熟悉这个过程，水上乐器就变得非常简单，日常管理变得更加容易。与许多新技术一样，有一个学习曲线，任何新的水生农民都需要专注于学习。 Aquaponics 并不适用于所有情况，在开始任何新的项目之前，应该根据成本权衡这些优势。

# 表 6.1

####### 土基和无土工厂生产总表

使用的对根据土壤和水的特性，容易受到盐的积累。

冲洗盐使用大量的水。

类别		基于土壤	无土
产	量	可变，取决于土壤特性和管理。	非常高，密集的作物生产。
	生产质量	取决于土壤特性和管理。由于施肥/处理不足，产品质量可能较低。	在不同植物生长阶段完全控制适当营养物质的输送去除影响土壤中植物生长的环境、生物和非生物因素（土壤结构、土壤化学、病原体、害虫）。
	卫生	由于使用低质量水和/或使用受污染的有机物作为肥料而造成污染的风险.	对人类健康造成污染的风险最小。
营养营养	物质输送	根据土壤特征和结构而变化高。难以控制根区营养物质的水平。	实时控制根区植物的营养物质和 pH 值根据植物的生长阶段，均匀、准确的营养物质供应。需要监测和专门知识.
营养营养	养分使用效率	肥料广泛分布，根据生长阶段对营养物质进行最低控制。浸出和径流造成的潜在高营养损失。	最小数量。均匀分布和实时可调的营养物质流动。没有浸出
水的利用	系统效率	土壤特性非常敏感，植物可能出现的水分应激，营养物质的分散性高。	最大化，可以避免所有水分损失。水的供应可以通过传感器完全控制。浇水没有人力成本，但投资更高。
水的利用	盐	度	取决于土壤和水的特性。可以使用盐水，但需要盐水冲洗，需要较高的水量。
管理	劳动力和设备	标准, 但需要机器进行土壤处理 (耕种) 和采伐, 依靠矿物燃料. 业务需要更多的人力。	专门知识和使用相对昂贵的设备的日常监测都是必不可少的初始设置成本高。更简单的收获处理操作。

资料来源：联合国粮食及农业组织，2014 年，克里斯托弗·萨默维尔、莫蒂·科恩、爱德华多·潘塔内拉、奥斯汀·斯坦库斯和亚历山德罗·洛瓦泰利，小规模水生粮，http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf。经许可复制。 *

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