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水耕栽培(Water Culture)與養液栽培

 

中興大學農機系生物系統工程研究室陳加忠

 
 

水耕栽培在國內曾有一段風光且轟動的歲月。在設施栽培的研究中,水耕栽培為顯學地位,被譽為尖端科技與高級農業之代表。然而曾幾何時,水耕栽培研究項目在研究界己逐漸稀少。而國內之水耕業者仍然不斷持續奮鬥。對消費者而言,水耕蔬菜之評論也時有爭議在神農雜誌第三期中曾有專文介紹國內一些水耕業者之經營現況並說明澄清傳播界曾有的誤解。個人並非水耕業者,也未曾執行水耕栽培之相關研究,僅以個人之觀點提出對水耕栽培之一些看法。

在國內,水耕栽培與養液栽培幾乎是相同的名辭,在許多介紹水耕的文章,兩者意義完全相同,但是事實上兩種栽培方式並不一樣。自定義加以區分,養液栽培係指利用液體供給作物生長所需養份之一項栽培技術,其特點在於作物之養份不由泥土供給,因此作物得以脫離泥土的拘拌。在養液栽培中,植物根部可浸於水中(水耕栽培)或位於空氣中,而由其他容器固定植株,也可以其他非泥土的固型介質加以固定(固定物栽培)。

由上述之栽培作業說明,可知水耕為養液栽培的一項技術,但並不完全等於養液栽培。由養液栽培之定義可用以說明無土栽培(Soilless culture)。無土栽培之目的即在於使作物脫離泥土,而由養液供應生長所需養份,因此養液栽培與無土栽培之意義較相近。參考日本施設園藝學會所制定之使用手與世界糧食與農業組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)所出版之無土栽培手冊(Soilless culture for horticultural crop production),養液栽培(或稱無土栽培)之分類如下:

A.     水耕栽培

a.       液體水耕

1.      養液配合強制通風法

2.      循環使用法

3.      液面土下浮動法

4.      液面沈降法  

b.      NET

c.       噴霧耕法

B.     固定培養基栽培

a.       無機固體開放式:礫耕法、砂耕法、岩棉耕法

b.      無機固體密閉式:礫耕法、砂耕法

c.       有機介質:植床法、介質袋法

養液栽培與傳統土耕之比較,其優點不可勝數,例如施肥均勻、肥份可以自我控制、增加栽培密度、不需進行雜草防治、自動化程度高以減少勞力需求、消毒容易、產量提高、而且可在土壤狀況不適合之環境下從事耕作。然而養液栽培主要有兩大項問題:

(一)、   初期投資成本高。

(二)、  栽培技術之要求程度高,管理作業複雜。養液栽培中,作物直接由液體供應養份,其對病蟲害之緩衝能力較少,而以水耕栽培作業而言病害傳播(尤其水生菌類)遠比傳統土耕快速。

由上述之討論得知,水耕栽培為養液栽培之一種,而其特點在於根群環境沒有其固形物支持,因此其緩衝能力小,比較容易受外界影響。

二、養液栽培與化學物

養液栽培係以液態方式供應作物之水份與養份,養液之成份為化學物質,因此養液栽培不等於有機栽培。養液栽培中,養份若能維持於無菌狀態,則可消除水生菌之感染,但是並不代表整個栽培環境完全處於無細菌,無病害之情況。利用養液栽培以生產作物,並不能完全保証沒有病蟲害,有了病蟲害問題必須加以解決,因此農藥等化學藥物亦仍在養液栽培中使用。

養液栽培所使用之化學物另一個引起疑慮之問題。在於養液中硝酸鹽之濃度。對葉菜生產而,硝酸鹽在生產過程中扮演重要之地位,而對果葉或花卉之生產而言,因為作物之收穫物並非葉部,因此硝酸鹽之濃度對生產之影響並不大。"只要正確合理之使用,硝酸鹽之濃度在規定限制範圍內,並未有安全問題"。而留給消費者的疑慮在於規定的限制範圍是多少?要如何檢測蔬菜產品其硝酸鹽濃度是否合乎在標準範圍之內。

三、以栽培技術觀點看養液栽培

國內水耕之研究與推廣,曾有一段風風光光的歲月,而今反而少為農業界所提及,而甚至成為敏感避談之主題。國內之養液栽培,也自"水耕蔬菜"轉而朝向以養液栽培生產果菜與觀賞植物。其中必須反省深思之問題在於養液栽培之技術。利用養液栽培,有其優點,更有其限制條件。而在進入商業化生產之前,這些栽培技術是否己完全齊備,例如栽培用設施或溫室的抗風、抗雨性,內部微氣候的調節能力、養液的配方(化學成份)、養液之施用技術(何時給液、給多少)、作物之病蟲害防治技術、養液施用所產生化學物對環境之衝擊與解決之道,栽培成本與銷售市場等問題,在進行商業化生產之前,都必須考慮周詳。

以技術之觀點,對國內之水耕栽培。提出相關之問題如下:

()、設施與溫室

養液栽培應該在設施之內是可以露地栽培?利用設施栽培要利用成本低廉的遮雨棚,或是環境設備齊全的電腦環控溫室?這些問題沒有獨一無二之模式可參考;而是因時(生產季節),因物(栽培作物),因地(所在地自然環境)加以決定,而設施或溫室的生產成本更是無法忽略。國內在水耕栽培之研究中,並未如同歐美、日本等國家之循序路徑,而是自露地栽培躍進至養液栽培。而今以養液生產之各種訓練班為例,幾乎未見有關設施與溫室之介紹,生產者對其設施之結構,覆蓋材料,環控設備等知識是否充份?所搭建之設施是否適當?外在大氣環境對設施內部微氣候之影響將間接影響作物之生長,這些技術恰是國內養液生產所缺乏之環節。內部微氣候環境若未能掌握、調節,對於養液生產中根部環境之交互作用則無法確立。

以水耕蔬菜業者常用之溫網室為例,主要結構係以塑膠布搭蓋屋頂以擋雨。四周圍繞細網以防蟲,為了避免熱累積則加高牆壁,昇起屋頂。為了抗強風,則必須降低高度以減少向風面積,屋頂高低要如何取捨?以溫網室之寬度而言,為減少內部熱累積,方便於以風力排除熱量,寬度則加以縮小,但是寬度減少即造成每一生產單元之面積減少,網壁之搭建面積相對增加。過窄的寬度配合太高的屋頂,外界雨滴容易因風力影響而落入設施內部,在颱風來襲時,此型溫網室抗強風之能力並不高。

如何配合養液栽培而使用適當之溫室或設施?國外先有設施之研究利用再進入養液栽培生產階段,而國內過去之研發係以躍進方式執行與推廣,要如何彌補此差距?

()、病蟲害防治

人難免有病痛,養液栽培之蔬果也如此,在循序漸進之技術衍進之下,設施內養液栽培之作物其發生病蟲害機會應遠少於露地栽培,但是如果發生病害,傳播則更為快速。對於病害之產生條件而言,寄主(作物)自身的健康狀況,病害、環境與時間等四要素中,病害之防治方法,首先係減少出現之機率,自種苗、灌溉水、介質等加以留意並以防蟲網協助隔絕昆蟲與蟲類帶來之病害。在生長環境保護方面,以國內常用的溫網室為例,只有消極的擋雨與防蟲,對於設施內部溫度,相對濕度與通風量無法主動性的調節,因此無法利用生長環境之調整(例如減少空氣之相對濕度,增加通風量)以協助抵抗病蟲害之危害。在有病害發生時,最後終究走回了利用化學藥劑之路。

 ()、水耕以外之栽培技術

利用養液供應肥料、水份,而配合滴灌設備,以穴質袋方式種植果菜在國內己發展出純熟的技術。在葉菜方面,以穴盤分格分別種植,配合機械播種之穴盤蔬菜其栽植面積也逐漸擴大。因此對蔬菜培而言,傳統土耕之外,水耕並不是唯一之方式。而且水耕之技術也不僅適用於蔬菜。對花卉等觀賞植物而言,水耕、養液栽培皆有其發揮的空間,無須局限水耕蔬菜生產。

四、以經濟成本看水耕栽培

水耕栽培能否賺錢取決於其銷售的價格與生產之成本。前者則取決於其競爭對象,尤其是傳統土耕蔬菜。愈能避開傳統土耕之盛產季節,愈能維持好品質,則售價才有機會勝過土耕產品。水耕栽培若是未能克服夏季高溫問題,僅在冬季方能維持好品質、高產量,此生產方式即未能錯開生產期。在成本方面,固定成本包括溫室、設施、設備(例如養液之混合、控制器、邦浦等)之折舊與利息,變動成本包括電力、維修、人工工資與資材等成本。愈好的溫室設施,愈多控制設備,生產的條件愈能控制、調節,作物之生產產量與產期愈能把握,相對地投資成本愈高。如何在單位面積之作業成本,產量與售出收入之間得到利潤,此為經營者智慧之所在。

國內之設施栽培成本分析與比較中,補助款之比例一向為人所忽視。並不是所有水耕業者都得到有關單位之補助。由於補助款主要以購置設備,因此受補助之水耕業者其設備成本往往不能代表真正的作業成本,受補助之業者其投資成本。在立足點上即低於未受補助之業者,因此真實成本之計算中,"水耕能否賺錢?"其成本計算基準點需要加以留意。

五、消費者之立場看水耕栽培

().環境保護的問題

以養液栽培盛行的荷蘭,對於農業生產中所利用之資材對環境之衝擊性己加以設限並立法執行。其中之兩大原則如下:1.化學物必需存在於循環密閉系統中,不使其逸散於大自然。2.作物生產所用之資材必須可回收,可在大自然中分解。國內使用開放式的養液栽培,將植物未吸收多餘養液直接排入大地對環境影響如何? 以岩棉等未能分解之資材從事作物栽培,未來如何處理這些無法分解的癈棄物?以荷蘭的標準要求,對國內現況似乎過於嚴苛,但是在生態農業與永續經營的環保求下,國內養液及水耕栽培如何逐漸符合此要求?

().食用安全性問題

水耕蔬菜是否安全,消費者一定關心,而對水耕蔬菜也有許多未見証實之傳言猜測。專家提出說明"在安全範圍內,使用化學藥物對人體無害" 。對於農藥殘毒而言,土耕蔬菜己有許多單位加以檢測,水耕蔬菜也能同樣處理。但是對硝酸鹽濃度而,言安全的極限是多少?600ppm800ppm或是1000ppm?如何檢測?那些單位檢測?這些都是需要澄清、說明問題。

七、亞熱帶之農業特色與水耕

本省環境中對園藝作物不良之逆境有高溫、高濕、強風、暴雨、強日照量與冬季的寒流。國外現成的栽培技術若受到大氣環境之影響則未能適用於台灣,溫帶國家之水耕蔬菜栽培技術,能否直接應用於國內,以國外之資料做一引証。

依世界糧食與農業組織(FAO)1990年出之"園藝作物無土栽培"一書(Soillesss culture for horicultural crop production)中,對有別於溫帶農之熱帶地區無土栽培技術有如下之建議: "在溫度不特別高,雨量不是極端集中之地區,雖然在一年中多數的月份作物可以在露天中栽培,引入無土栽培仍需擋雨與防風之設施。再簡易之設施其設置固定成本與作業成本仍然高過露地栽培。無土栽培管理經營者需要更高技術之訓練。除此之外,無土栽培之市場經營需要評估,對本地之市場需求與國外進口之競爭貨源均需要瞭解。水耕栽培優勢在於:1某些特定季節傳統土耕不能耕作,2.栽培之品質能高於土耕種植,3.以上述兩項因子能賣到更好的價格。

特別值得注意的事項是病蟲害管理,無土栽培雖然不是栽種於泥土之中,但是並不代表不受地區性病害之影響。在許多熱帶地區,許多重要的果菜如蕃茄、甜椒與茄科作物,仍然受到青枯病病菌引起之細菌性萎凋病所影響。利用水耕技術往往被認為可以不受到土生病菌所影響,但在實際狀況下未必如此。一旦細菌感染出現在養液再循環系統(例如NFT栽培或礫耕栽培),感染則千分快速而造成嚴重損害。

對於上述之問題,可行的方式係利用介質袋,而將作物栽植於袋中,養液施用後不再回收利用,介質在每期作物栽培之間必須消毒,供應用水要確定未受感染。