黃歡 梁韜

摘要：本文在CNABS、DWPI數(shù)據(jù)庫對無基質(zhì)栽培中營養(yǎng)供應(yīng)的專利文獻進行檢索，從申請總量、年度變化、技術(shù)分支分布及技術(shù)演進4個方面對無基質(zhì)栽培中根系營養(yǎng)供應(yīng)專利技術(shù)狀況進行分析，梳理無基質(zhì)栽培領(lǐng)域的根系營養(yǎng)供應(yīng)技術(shù)相關(guān)專利申請現(xiàn)狀，揭示該技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)研究的重點和技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：無基質(zhì)；根系；營養(yǎng)供應(yīng)；專利技術(shù)

中圖分類號：S317-18 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）21-0062-03

Review of Patents Technology of Root Nutrition Supply in the Matrix-less Culture

HUANG Huan LIANG Tao

（Patent Examination Cooperation Sichuan Center，State Intellectual Property Office， Chengdu Sichuan 610000）

Abstract： In this paper， based on the databases of CNABS，DWPI， the domestic and foreign patents application about the technology of root nutrition supply in the matrix-less culture were analyzed by data examination and collection， from four aspects of total application amount， annual variation， technical branches distribution and technological evolution， hoping to have a review of the patent application condition and provide valuable information of the development direction in this field.

Key words： matrix-less； root； nutrition supply； patents technology

1 根系營養(yǎng)供應(yīng)研究概況

無土基質(zhì)栽培的核心是用營養(yǎng)液通過基質(zhì)來供應(yīng)水分養(yǎng)分，基質(zhì)和營養(yǎng)液配合，完成固定、支持植物，調(diào)節(jié)供氧、供水和養(yǎng)分的任務(wù)[1]。根據(jù)基質(zhì)結(jié)構(gòu)特點進行養(yǎng)分供應(yīng)研究是無土基質(zhì)栽培技術(shù)的關(guān)鍵，主要包括兩方面內(nèi)容：一是基質(zhì)對養(yǎng)分的吸附、保持、釋放以及植物根系對營養(yǎng)的吸收過程，二是營養(yǎng)液的組成、配制、灌溉制度。由于植物對水分和養(yǎng)分吸收、運輸?shù)南鄬π?，加之基質(zhì)的水分和養(yǎng)分運移特點復雜，因此營養(yǎng)液的灌溉和管理比較復雜，其中以起源較早的浮板式吸水栽培和目前實際應(yīng)用更廣泛的家庭蔬菜機都涉及了不同的根系營養(yǎng)液的供應(yīng)技術(shù)。

1.1 無基質(zhì)栽培中根系營養(yǎng)供應(yīng)技術(shù)

無土栽培主要分為無基質(zhì)栽培和有固體基質(zhì)栽培。雖然固體基質(zhì)栽培的性能穩(wěn)定、一次性投資少、效果好，但是，基質(zhì)來源較少、成本高，病害方面特別是根系病害缺乏有效的防治藥劑和營養(yǎng)液消毒設(shè)備，而且基質(zhì)栽培中無法準確地對根系營養(yǎng)供給量、時間、成分進行分時段準確控制。雖然隨著有機生態(tài)型基質(zhì)的研究及推廣，配合營養(yǎng)液滴灌的方法，克服了根系營養(yǎng)供應(yīng)不均的問題，但仍存在難度大、操作復雜等問題[2]。因此，有基質(zhì)栽培存在推廣應(yīng)用的限制。相比而言，無基質(zhì)栽培表現(xiàn)出了如下突出優(yōu)點：一是縮短植物生長期；二是比基質(zhì)培法栽培的蔬菜含有更高的鈣和鉀含量，生產(chǎn)更清潔；三是便于規(guī)?；?、工廠化生產(chǎn)，因此得到了廣泛推廣和利用。

1.2 無基質(zhì)栽培中根系營養(yǎng)供應(yīng)技術(shù)存在的問題

目前，應(yīng)用無基質(zhì)栽培主要采用定植塊來固定植物，但定植塊種類較多、來源不同、性質(zhì)不統(tǒng)一，需要進行消毒，而且其透水吸水性限制了其在特殊植物根系上的應(yīng)用。雖然無基質(zhì)栽培中營養(yǎng)液循環(huán)流動，但一旦病菌傳播速度快，感染病菌就會帶來極為嚴重的群發(fā)病害。因此，營養(yǎng)液供應(yīng)的均勻性、營養(yǎng)液消毒設(shè)備、有效防治藥劑也是亟待解決的技術(shù)問題[3-5]。

2 無基質(zhì)栽培根系營養(yǎng)供應(yīng)技術(shù)發(fā)展狀況

2.1 數(shù)據(jù)庫與關(guān)鍵詞

本文選擇CNABS（中國專利文摘數(shù)據(jù)庫）、DWPI（德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫），對2017年之前涉及無基質(zhì)栽培的根系營養(yǎng)供應(yīng)的專利技術(shù)進行檢索。基于無基質(zhì)栽培根系營養(yǎng)供應(yīng)方式分類概括得到技術(shù)分支，對申請年度分布、地區(qū)進行統(tǒng)計，對主要技術(shù)分支布局和技術(shù)演進發(fā)展進行梳理。

2.2 無基質(zhì)栽培根系營養(yǎng)供應(yīng)技術(shù)分支

依據(jù)技術(shù)分支的概括，無基質(zhì)栽培根系營養(yǎng)供應(yīng)方式分為非液體形式和液體形式2種（見圖1）。其中，非液體式是指將植物所需的根系養(yǎng)料進行霧化或氣化以噴射形式供給，或隨水分子以彌霧形式供給；液體式是指將植物所需的根系營養(yǎng)溶于水中，以間歇更換或循環(huán)流動方式進行供給。

非液體式的專利技術(shù)主要包括全霧式、半霧式2個研究方向（見圖2），其中全霧式是指將植物根系懸空于一個空間中，將營養(yǎng)液或養(yǎng)料霧化后以霧狀形式噴灑到植物根系表面；半霧式是指除了以霧化形式供應(yīng)養(yǎng)分外，同時以水浸沒部分主根以進行營養(yǎng)的供應(yīng)。液體式的專利技術(shù)主要包括液膜式、漂浮式、半浸潤式、直立式吸水和毛管浮板式吸水5個研究方向，其中液膜式（NFT）是指作物根系一部分浸在淺層營養(yǎng)液中，另一部分暴露于種植槽內(nèi)濕空氣之中，僅維持淺層的營養(yǎng)液在根系周圍循環(huán)流動；漂浮式是指在定植塊的作用下，種子萌發(fā)后的植物根系完全浸沒在營養(yǎng)液中；半浸潤式（DFT）是指提供的營養(yǎng)液的液層較深，但仍有一部分根系懸掛在營養(yǎng)液的水平面上；直立式是指定植塊在毛管吸力的作用下濕潤，以保持根系的營養(yǎng)供給；毛管浮板式（FCH）是指控制一定的營養(yǎng)液深度，泡沫板上覆蓋兩側(cè)延伸入營養(yǎng)液的親水性材料，使浮板始終保持濕潤狀態(tài)，作物根系一部分生長在浮板上，一部分從浮板兩側(cè)伸入營養(yǎng)液中，吸收氧氣、營養(yǎng)元素和水分。

如圖1和圖2所示，以液體形式供應(yīng)的專利文獻量大于非液體形式供應(yīng)的專利，約占到總申請量的64%。這主要是由于目前無基質(zhì)栽培主要集中于蔬菜類植物的種植上，而諸如生菜、白菜類植物的根系多為淺根，養(yǎng)分吸收能力弱，液體式供應(yīng)更利于其營養(yǎng)的吸收利用。此外，非液體式中的霧化供應(yīng)對泵、噴頭及消毒方式的要求較高，其在部分國家僅用于科學研究。而在液體式供應(yīng)中，半浸潤式所占比例最大（28%），占液體式總申請量的43%，這主要是由于實際生產(chǎn)中半浸潤式（DFT）供應(yīng)方式無論是以間歇性還是流動性進行營養(yǎng)液的更換或循環(huán)，大部分采用的營養(yǎng)液具有較強的緩沖能力，同時所依托循環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，不僅可以降低管理難度，而且能保證因暫時故障而導致系統(tǒng)無法運轉(zhuǎn)的問題發(fā)生時，植物生長不受影響。

2.3 年度申請量

在基于優(yōu)先權(quán)日或最早申請日在2017年5月之前的申請進行統(tǒng)計，按照每年申請量進行分析，由圖3可以看出總體發(fā)展為波動式增長趨勢。從圖3可以看出具體無基質(zhì)栽培中根系營養(yǎng)供應(yīng)的專利申請始于20世紀70年代，并于90年代開始，申請量開始呈現(xiàn)迅速上升；對于無土栽培技術(shù)，中國的專利申請始于20世紀90年代，以后申請量穩(wěn)步增長，這主要由于1985年農(nóng)業(yè)部正式將無土栽培立項進行協(xié)作攻關(guān)研究。此外，可以看出中國申請量于2000—2005年出現(xiàn)第一次申請高峰與全球申請具有相同的趨勢，這主要是由于隨著計算機及自動化控制技術(shù)的發(fā)展，為根系營養(yǎng)液供應(yīng)技術(shù)向智能化、精細化發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

2.4 申請地域分布

圖4反映了全球無基質(zhì)栽培根系營養(yǎng)供應(yīng)技術(shù)的地域分布情況。中國、日本、美國、韓國、俄羅斯和澳大利亞是主要的專利申請地區(qū)。其中，日本和美國的申請基本持平，多集中于深液浸潤式與液膜式供應(yīng)方式，而美國作為無土栽培研究最早的國家，其對于無基質(zhì)栽培根系營養(yǎng)供應(yīng)的研究廣泛得益于美國家庭無土栽培的廣泛推廣。而中國的專利布局占全球的40%，而且多為本國申請。

2.5 重要技術(shù)分支專利技術(shù)演進

按照時間對無基質(zhì)栽培中根系營養(yǎng)供應(yīng)技術(shù)的重點專利技術(shù)進行梳理得到圖5所示的重點技術(shù)分支演進圖，可見20世紀90年代至21世紀初是無基質(zhì)栽培根系營養(yǎng)供給技術(shù)快速發(fā)展的階段。有關(guān)根系營養(yǎng)供給技術(shù)，無液體式供應(yīng)起源較早，而且主要集中于對噴霧角度、噴霧循環(huán)方式、供氣式噴霧及噴霧均勻度方面的改進；而在非液體式供應(yīng)技術(shù)方面，20世紀90年代之前集中在毛管吸水式的營養(yǎng)供給，特別是液模式供應(yīng)技術(shù)和半浸沒式供應(yīng)技術(shù)方面，其主要技術(shù)發(fā)展在于解決根系浸沒在營養(yǎng)液中而伴隨的透氣性低、根系營養(yǎng)利用能力不同以及根系養(yǎng)分利用持續(xù)性不高的技術(shù)問題。而且借助于噴霧式中泵送空氣、氧氣和二氧化碳的氣體循環(huán)技術(shù)以及毛管吸水技術(shù)中的根塊濕潤保持的技術(shù)融合，從目前的專利申請情況來看，半浸潤式結(jié)合噴霧技術(shù)為該領(lǐng)域重點發(fā)展方向之一。

3 結(jié)語

本文從申請總量年度變化、地域分布、技術(shù)分支及技術(shù)發(fā)展4個方面對無基質(zhì)栽培中根系營養(yǎng)供應(yīng)專利技術(shù)狀況進行了分析，反映了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的主要方向，以期能夠為我國無基質(zhì)栽培的技術(shù)研究提供參考。

參考文獻：

[1] 肖寶珠，肖慶元.無土栽培技術(shù)的應(yīng)用前景[J].湖南農(nóng)業(yè)科學，1994（2）：23.

[2] 劉士哲.現(xiàn)代實用無土栽培技術(shù)[M].北京：北京農(nóng)業(yè)出版社，2001.

[3] 黃科，吳秋云.無土栽培的現(xiàn)狀與展望[J].福建農(nóng)業(yè)科技，2001（2）：14.

[4] 張燕，范宏偉，趙麗紅，等.花卉無上栽培技術(shù)研究進展[J].北方園藝，2006（4）：125-126.

[5] 張成波，楊其長.植物工廠研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].華中農(nóng)業(yè)大學學報，2004（35）：34-37.