气雾栽培，也称气雾培、雾培，是人类受到大自然的启发而发明的，它是自然给人类的启示和馈赠。大自然中，不是所有的植物都需要土壤和基质，有很多植物的根系就是直接悬浮在空气中形成气生根、以假根附生在岩石上等，从而形成独特的景观，如热带雨林中的榕树、松叶蕨、蝴蝶兰、石斛兰、红柳和仙人掌等植物。由此可见，气雾条件下生长是植物与自然发生相互作用形成的一种生态适应性表现，气雾栽培就是人类根据植物的这种生长方式而人工创造的生产环境，从而形成一种适合植物生长的栽培技术，是一种高效的无土栽培模式。

气雾栽培的首次构思及运用是在20世纪40年代美国航天局为了在和平号空间站上建立生命支撑系统——栽培蔬菜，这次栽培不仅仅是简单尝试新的技术，还要解决在失重的空间中水肥资源的浪费和回收利用难的问题。美国的科学家率先提出气雾栽培的概念并将其运用，用超声波技术为植物提供肥水，解决水肥供给问题，利用植物的生物代谢转换氧气与废气。

1 发展现状

目前，气雾栽培作为新型科技的产物，是在工程技术、生物技术、计算机控制技术基础上集成的一种全新栽培模式。目前，国内气雾栽培主要运用在蔬菜、观光类植物上，在药用植物、花卉、木本类植物上的研究比较少。我国气雾栽培技术虽然发展比较晚，但发展迅速，有很大的前景和潜力，可以作为根系形态学和生理学研究的工具；是实现蔬菜工厂化的有效途径；适用范围广泛，可用于城市居住、庭院农业和办公楼的阳台，对地域环境没有较多要求；提高了土地利用率和被污染、退化的矿区使用率；也可为航天生命保障系统提供技术支撑。

2 栽培系统的研发应用

2.1 栽培设施系统

气雾栽培的栽培系统主要分为四大类，即雾培床式、立桶式、金字塔式和管道式。

雾培床式：是农业生产上较普及和最容易建造与操作的，可选用工程塑料板或者铝箔挤塑板，按照自我需求进行设计尺寸和切割组装。在床底铺设弥雾管道及对雾培床一端开设回流口，使营养液循环使用，在与管道和连接缝之间采用焊接、泡沫胶或者玻璃胶进行处理，以防床体渗漏。此类模式适合叶菜类、植株较矮小和需要引缚固蔓的植物。

立桶式：是4种模式中唯一一个拥有最大的根域空间，可用来栽培木本科或体积较大的植株，如茶树、桑树、苹果树、树状月季等。立桶式主要运用塑料和铁丝组装而成，喷雾系统和营养液系统的管道及营养液储藏池可设计在桶内，也可埋在地下运用支管进行引流到桶内。此模式因灵活性、简洁性被当前观光农业及家庭种植采用较多。

金字塔式：是立体种植模式，大大提高了单位面积的管理和使用效率，备受人们欢迎，多用于温室中。金字塔式的栽培系统主要是利用泡沫扣板搭建而成，以泡沫板为种植承载板，呈倒“V”形，固定放置在搭建金字塔形木条框架上的苗床上，在塔内的中心位置安装喷雾管道。常用作现代农业景观和叶类植株的生产，在日本常常与人工日光灯搭配使用，从而构造一个完整的人工栽培环境。

管道式：是一种受地点限制小的模式，可用于温室、阳台、楼顶、墙面等地。多采用PVC塑料管为根系提供生长空间，体积大的植株多采用大口径的PVC供排水管道，将植株定植在打孔的管道上，此模式不是采用管内水循环方式，而是采用喷雾管道创造弥雾的环境为植株提供营养。该模式对植株没有要求，几乎适用于所有植株。

2.2 喷雾系统和营养液循环系统

喷雾系统，包括雾化装置、喷雾管道、喷雾头、开关阀门、过滤器。喷雾头的数量及喷洒量可根据培育植株的需求来自行设置，过滤器主要用来过滤营养液防止管道堵塞。雾化装置是整个喷雾系统的核心，1986年张静娴研制了一套压缩机产生的压缩气体净化，净化的气体通过喷雾管道进入气体引射器，气液混合后呈雾状喷入培养器内。1988年侯斌等设计并采用自动定时器控制自吸泵，以自吸泵来控制营养液的循环达到自循环利用模式。2005年徐伟忠等将植物气雾栽培系统与计算机控制技术结合起来，为以后实现现代化提供了理论和技术基础。2013年高建民等使用PIC16F877A芯片为核心构建了喷雾控制系统，使其更智能化，数据更精确。2015年张浙烽利用模糊神经网络控制算法处理现场控制系统采集实时信息，智能化调控，基本上实现蔬菜气雾栽培管理的高效智能化。2017年刘彬设计了基于STC15系列单片机气雾栽培实验台智能控制系统，是目前数据采集、传输和控制等功能较完善的智能控制系统。

营养液循环系统由营养液和循环系统组成，循环系统主要包含喷雾管道和一个集回流和储存于一体的营养液池2个部分，营养液的品种和配方需要根据栽培植物的需求来选择，蔬菜、花卉、药用植物、乔木类对营养元素的需求不同，最适营养液可根据查阅大量资料以及小批量试验得出，生产者只需对浓度和pH值进行调节。

2.3 自动控制系统

自动控制系统可根据栽培规模的大小选择，小型的家庭、试验可选择定时控制器等，大规模生产条件需要严格选择计算机自动监控和控制系统。2013年Liu等研制出一种采用超声雾化器作为系统关键步骤，利用数字温湿度传感器检测植物根系的环境信号，计算机自动显示并监控和控制，为气雾栽培提供了一个便于植物根系生长和动态观察的实验平台。

3 气雾栽培在植物栽培上的应用

3.1 在根茎类植物上的应用

地下茎类植物中以马铃薯气雾栽培的应用最为广泛，并取得很大的成就。王淑菊试验表明，马铃薯在气雾栽培中花粉生活力、萌发率都较光照条件下强。贺晓霞等试验表明，气雾栽培的马铃薯生产周期短，生产成本低。Buckseth等试验发现，气雾栽培不仅可以缩短马铃薯的生长发育周期还可以获得质量好的种子。周全卢等试验得出，气雾栽培条件下可以加快打开植物的气孔，增加蒸腾速率、水分运输，从而增加光合产物的合成，马铃薯的产量和质量都优于基质培。王迪轩等试验表明，采用气雾栽培方式种植的马铃薯可以人为地控制大小随时采摘。孙慧生等试验表明，气雾栽培在单位面积内1 g以上微型薯数量较双层基质无土栽培高出76.1%～125.0%。

3.2 在叶菜类、瓜果类植物上的研究应用

Yosuke等研究表明，在气雾栽培条件下生菜的根系生长明显优于NFT和FL技术，叶片中的硝态氮、磷、钾离子都显著高于对照组，得出气雾栽培可以影响叶片和根系的生长和生理活性。Leibar Porcel等研究表明，在气雾栽培条件下，有氧系统中添加二氧化碳、营养液系统中添加碳酸氢盐可以增加辣椒和生菜的根系氮浓度。Li等研究得出，在气雾栽培条件下，生菜的根生物量、根冠比、根系总长度、根面积和根体积显著增加。Andrzej Komosa研究表明，番茄在气雾栽培的条件下产量较新岩棉板高29.8%～30.8%。鲁雪利研究比较了黄瓜嫁接苗气雾栽培和土培生根时间、生根率、根系活力，结果表明，气雾栽培显著高于土培。

3.3 在药用植物上的应用

气雾栽培不仅可以进行生产和观光，还可防治病虫害。Burgess等利用控制氧气的含量探索气雾栽培条件对肉桂根系病虫害的影响。凌敏等、高健敏研究表明，在气雾栽培条件下，车前的生长周期缩短了82 d，株高、叶面积、根系体积、干重都显著增加，植株可溶性蛋白质、VC、可溶性糖的含量都极显著高于土培。Hayden研究表明，在气雾栽培条件下，牛募和紫锥菊的生长周期都大大缩短。成永三等研究得出，在气雾栽培条件下改变短光暗周期对铁皮石斛的生物量积累和可溶性多糖含量和产量的关系。

3.4 在花卉类植物上的应用

连青龙等运用气雾栽培解决了水培模式中菊花根系容易“病变”的问题，为其根系提供了充足的空间和氧气，增加了补光系统，可根据市场的需求来控制菊花的花期，以提高经济效益，为菊花气雾栽培的栽培、研究、管理、开发和推广奠定了基础和经验，为花卉产业的生产工厂化、自动化和现代化发展奠定了基础。

3.5 在木本类植物上的应用

王谢等研究表明，桑树在气雾栽培条件下可以避免水培中淹水胁迫和养分不均对试验结果的影响。Rietveld认为，气雾栽培条件下的加拿大短叶松根系生长速度比土培快。曾凡清试验得出，气雾栽培的桃树产量明显增加，果实品质明显提高。安荣研究发现，气雾栽培的枣树树体蒸腾速率较稳定，雨天尤其突出，无剧烈变化，气雾栽培的枣树裂果率低。

4 气雾栽培的优势

水培、基质培和气雾栽培都属于无土栽培。水培又称营养液培，将植物根部置入营养液中，让营养液代替土壤，从而为植物生长提供所需的水分和营养物质。基质培又称固体基质栽培，用固体基质来固定植物的根系，通过浇灌营养液或施固态肥，让植物通过基质去吸收水分和营养物质。气雾栽培与传统的基质栽培模式相比，植物的生长速度更快，与水培模式相比不易出现缺氧、生长不良或者烂根等现象。Prince等试验结果表明，通过气雾栽培可以提高植物根部溶解无机碳的水平，从而增加生物量的积累。

气雾栽培相对于其他栽培模式有十大优势。

一是可立体式垂直化栽培，提高温室的利用率，节约栽培空间；

二是一种最节约水的栽培模式，也可以解决水培中植物根部缺氧问题；

三是提高对病虫害的控制率，降低农资成本，降低土壤和大气污染率；

四是可避免土壤连作障碍以及采取消毒等措施所产生的重金属离子对土壤、大气等污染；

五是可避免水土流失从而影响生态平衡；

六是气雾栽培将营养液置于密闭空间进行循环系统为植物提供水分和营养物质，可实现零排放，从而遵循可持续发展战略；

七是省力化栽培，人们通过计算机操作控制，不需要高强的体力劳动，各个年龄段的人都可以参与；

八是对环境、地域、植物种类没有任何要求，不用考虑植物是否存在不适应的问题，在沙漠、荒岛、盐碱地、山地、湖泊、湖面、平原、都市的阳台、庭院、广场、建筑物的表面、室内的墙面等场所及空间都可以构建气雾栽培系统；

九是气雾栽培的植物生长快、产量高、周期短，可减少植物及叶菜类硝酸盐的含量，从而提高栽培作物的质量；

十是实现植物的自动化、工厂化管理，使植物向自动化、现代化、智能化方向转变。

5 不足之处及改进空间

气雾栽培对温室、设备、营养液、管道、污染、供电方面有严格的要求和严重的依赖性。目前，气雾栽培设施设备研发不足，针对不同植物没有专用配套的设施设备。目前气雾栽培的温室要选择有保湿保温措施的，若没有可采取加盖保湿被、覆盖双层充气薄膜等措施，冬天生产则会受影响。气雾栽培主要依赖于设备。因此，设备要由专业技术人员安装，并定期进行检查和维修，从而保证植物的正常生产以及数据准确性。气雾栽培最怕管道堵塞，所以在喷雾系统中一定要添加过滤器，对喷头和管道进行定期检查和更换。电力则是气雾栽培的心脏，为保证正常的运行，需配置适宜的发电机，从而保证该设备的正常运行。

目前，适用于不同植物培养的气雾栽培营养液研发不足，缺少花卉和禾本科植物专用的营养液配方和产品。气雾栽培的营养液选择对于植物生长很重要，因而选择营养液时需查询大量资料并进行大量试验，从而确定所选植物最适营养液的配方。

气雾栽培环境控制参数还需进一步优化，气雾栽培中温度、湿度、光照、氧气、二氧化碳等的控制相对严格，不同植物要求不一样。植物各发育时期对环境的要求也不一样，这些参数都需要通过大量试验获取。气雾栽培由于根部处于密闭环境，要定期对根部固定器进行检查消毒，因为此部位多为海绵，适合真菌、细菌和病虫害生长与繁育，这些因素都需要进行优化。

6 展望

气雾栽培技术是人类对植物的自然生长环境进行的模拟和改善，智能科学地控制植物的生长环境以及营养需求，最大缺点是价格昂贵。但随着科学信息的发展，气雾栽培一定会成为未来植物栽培技术的发展方向。随着设施农业在现代农业的占比越来越大，设施果树、木本花卉占比也在逐步增加，而气雾栽培在木本类植物中仅对桑树、加拿大短叶松、桃树、枣树等植物有研究。因此，将气雾栽培大范围应用于木本植物中，未来也将成为研究热点。随着气雾栽培技术的进一步完善，农业、园艺、林业、花卉、苗木生产及开发等将进入一个崭新的发展阶段，可望成为在地球，甚至宇宙的任何地方都可进行作物生产的方式。