欧美国家基质产业发展历程与我国创新发展对策

孟宪民（东北师范大学泥炭沼泽研究所，长春 130024）

基质是采用多种有机、无机物料按一定工艺和配方调制出的，可为种子萌发和植物生长提供优良水、肥、气、热条件的人工土壤[1]。基质产业是由原辅料生产供应、机械设备制造安装、基质产品调制生产、产品标准编制检测、市场开发推广、行业政策管理等既相互联系又彼此分工的业态总称[2]。基质产品面向种苗生产、无土栽培、海绵城市建设、家庭绿色种植等新兴绿色领域。基质产业在中国方兴未艾、蒸蒸日上，增长潜力巨大。研究欧美基质产业发展历史，对照我国基质产业发展现状，提出弯道超车、创新发展的措施和对策，对促进中国基质产业健康快速发展，推动中国农业绿色发展和农业产业结构调整，都具有重要的现实和长远意义。

欧美基质产业兴起与发展

在园艺产业发展初期，植物只能种植在原位土壤中。随着技术进步，园艺工作者开始使用容器种植植物，为降低劳动强度，容器中土壤的重量必须显著降低。由于用无机土壤在容器中栽培植物的效果明显不如大田原位土壤，园艺工作者不得不寻找轻质、均质、肥沃的种植基材。经过长时间试验探索发现，在盆钵土壤中加入一定比例枯枝落叶腐解物、松针或泥炭等有机物后，植物长势有了明显改善。19世纪末期，法国开始采用上述有机物料混配矿质土壤进行盆钵植物栽培。20世纪初期，欧洲泥炭生产商开始利用泥炭制备栽培基质，开发出了第一代无土栽培基质。20世纪20～30年代，美国进行了泥炭配加河沙制备混合基质的试验研究，但后期一直没有商业化生产。1939年，英国John Inne Compost 公司开发了第一个堆肥、泥炭和沙为主要原料的栽培基质。1948年，德国Einheitserde公司开发了泥炭、黏土栽培基质。与此同时，美国土壤科学家开发了用泥炭加蛭石，或泥炭加珍珠岩为原料的康奈尔基质，并实现了工业化生产。1950年，爱尔兰推出了全系混合基质和盆钵基质。研究试验结果证实，在泥炭中添加适量石灰调节酸度，向泥炭中补充适量肥料，都可以明显改善植物生长质量。基质中泥炭用量越高，使用效果越好，从此泥炭逐渐在基质中占据主导地位。1950～1960年，德国Pennings 教授和芬兰Puustjarvi教授先后研发了以泥炭为唯一原料的专业基质，从此开启了欧美专业基质工业化生产新时代，德国和荷兰的相关研究站、研究所、基质生产商和用户也大量投入到基质开发潮流中来，工业化、商品化、规范化的专业基质逐渐替代了用户自配自用基质[3]。2000年后，基质生产进入计算机控制的商品化生产阶段，特别是随着灌溉技术和施肥技术不断进步，泥炭基质越来越广泛地应用于园艺栽培，对增加作物产量，改善产品品质，提高企业经济效益，占领国际市场发挥了重要作用。在现代自动控制滴灌、渗灌技术支持下，逐渐形成了种植槽基质栽培、种植板基质栽培、栽培袋基质栽培、栽培管浅液流栽培、悬空基质水培等一些新模式和新业态，并取得了显著经济效益、社会效益和环境效益[4]。

随着基质应用领域不断扩大，应用数量不断增长，基质研究和生产企业手中积累了数百个配方。为了不断降低基质生产成本，控制基质产品质量，减少土传性病虫害传播，欧洲编制了第一个栽培基质标准。在荷兰园艺产业中，泥炭始终发挥主导作用。泥炭最初用于蔬菜育苗，1950年开始使用泥炭、堆肥与农肥混合制成栽培基质种植蔬菜。20世纪初，荷兰仅有400 hm2玻璃温室，到1940年上升到3000 hm2。到2015年智能温室面积已经超过了10000 hm2。荷兰最初向德国和英国大量出口蔬菜和花卉，2000年开始成为全球蔬菜和花卉供应商，这一绝对优势的取得与泥炭基质的广泛应用有直接关系。1970年，荷兰出现了大量专业化栽培基质公司，从种苗培育到基质栽培，从温室蔬菜花卉栽培，到屋顶绿化、立体绿化和家庭种植，基质产品已经渗透到人类生产生活的方方面面。近年来，由物联网、大数据、环境智能控制的现代化连栋智能温室发展快速，高质量、个性化、专业化基质需求进一步增长，荷兰已经成为欧美国家现代农业和工厂化基质栽培的典范。由于泥炭基质产销运量巨大，荷兰还建立了世界第一个泥炭港口，泥炭基质产业对现代工厂化农业发展发挥了巨大作用。

表1 欧美国家基质制备技术发展阶段

欧美国家基质制备技术发展阶段

从研制开发基质，到基质成为现代园艺和家庭种植不可缺少的生产资料，专业基质制备技术已经经历了4个发展阶段[5]，不同发展阶段有不同原料来源，不同技术突破，面临不同市场需求，表现出不同产业发展特征。基质制备技术的不断进步，带动和促进了现代园艺的发展和腾飞。

欧美国家专业基质制备技术发展过程可以概况为4个基本阶段（表1）。第一阶段是1950年以前，主要开发生产第一代配合基质，基质主要通过几种原料按比例混配制成，因此也成为配合基质阶段；第二阶段发生在1950～1975年，基质制备技术达到了标准化阶段。基质生产原料按照一定工业标准处理，产品配方按专业配方配合，产品按统一标准方法检测，这一阶段也成为标准化阶段；第三阶段主要发生在1975～2000年，这一阶段在对基质制备原理深入研究的基础上，采用粒径分选、颗粒组配的工艺技术，根据用户对基质的水气构型需求而制备的定制基质，因此可以最大限度满足用户专业化、个性化需求，这一阶段也成为定制基质阶段；第四阶段起始于2000年，基质制备技术已经发展到第四代，新一代基质是在定制基质基础上，深入研究基质微生物学、物理学、化学性质相互作用，在全面满足种子萌发和植物生长对根际物理、化学环境需求的基础上，在定制基质中添加了适量生物制剂和控病制剂，实现对病虫草害的有效控制，因此也称为功能基质[6-7]。功能基质对用户来说，已经成为让用户一包基质在手，效果安全无忧的傻瓜基质。

20世纪90年代，中国从美国引进烟草漂浮育苗时，基质才第一次出现在国人面前。由于美方基质制备技术转让价格太高，有关部门决定自行研发，并将研制任务下达给云南省大理州农业科学研究所，由该所研究员单沛祥牵头完成，并最终取得成功，中国第一个专业基质在全国烟草漂浮育苗中得到推广应用，受到广泛欢迎。20世纪90年代末期，东北师范大学泥炭研究所在国家“九五”科技攻关项目支持下，以国产草本泥炭为原料研制开发了固型基质，实现了产业化生产，带动数十家中小企业生产销售一体化育苗营养基，在国内尚无商品化、专业化散装基质情况下，一体化育苗营养基成为新世纪初年蔬菜、瓜果育苗必备资材。进入2010年以来，基质市场需求不断扩大，国外基质产品不断引入，国产基质生产企业逐渐增多，专业基质制备技术受到了关注，中国基质产业已经到了蓬勃发展的有利时机。

中国基质产业重点发展领域

由于中国基质产业起步较晚，资源原料受限，配方工艺落后，专业设备短缺，行业标准缺失，管理政策制约，与欧美国家基质制备技术相比，中国基质制备技术既没有达到按标准处理原料，按标准生产产品，标准和检测手段齐全的标准化基质阶段，也没有装备齿轮筛，实行粒度分选、颗粒组配工艺，不可能实现定制基质生产，更无法达到添加生物学制剂，实现专业基质的营养、防病一体化。所以从总体上看，中国基质制备技术仍停留在欧美基质制备技术的初级阶段，整整落后3个时代。但是，作为基质产业后发国家，中国没有必要重复欧美国家基质产业发展的老路，而应该高起点、高标准，弯道超车、创新发展，跨越欧美国家基质制备技术发展的配合基质、标准化基质和定制基质发展阶段，直接进入功能基质的发展竞争中，加速推动中国基质产业技术进步，提高基质产品国际竞争力，带动中国现代农业和环境修复事业快速发展。

基质生产专用和成套设备开发

中外基质制备技术差距首先体现在基质制备专业和成套设备上。基质制备专用和成套设备决定着基质制备工艺，控制着基质质量，也是提高基质产量、节省劳动用工、降低基质成本的重要手段。目前国内现有基质生产设备落后，工艺简单，缺少齿轮筛的关键设备，无法实现粒度分选、颗粒组配的定制基质制备需要。此外，国内现有基质配料大多采用重量计量方式。由于基质原料水分变化较大，采用重量计量方式会出现同样原料、同样配比，因含水量不同而造成的计量误差，直接影响到基质质量。国内现有基质混合方式主要采用绞龙混合方式，对原料纤维破坏严重，不利于基质理想水气构型形成。国内现有基质包装机械粗放简单，既不利于树立高品质产品形象，也不利于保障储运过程中的基质稳定。由于基质包装设备综合运用光、电、气动、液压、机械等复杂手段，技术复杂，短时间突破难度很大。建议在基质机械设备方面，广泛吸收借鉴国外先进基质生产设备理念，攻克原料粒度分选设备技术难关，研制开发国产齿轮筛，选型开发容积计量配料系统，选购进口包装系统，构建适合中国国情的定制基质全自动流水生产线，以降低基质生产设备成本，提高产品产量，保证产品质量，为我国基质产业的规模化、标准化、自动化生产提供设备保障。

专业基质配方与调制技术

中外基质产品技术差异在于国内采用比例配合法，而国外采用粒径组配法。从而导致国产基质因不分析基质原料的粒度分布，对基质的水气构型不能实现主动控制，而国外产品是在粒径分选基础上根据作物根系需求，将不同粒径的原料按不同比例配合而成，可以主动控制水气构型，实现基质使用效果和质量控制的有效化[8]。目前欧美基质原料粒径分选精度已经达到5 mm级，而中国作为基质产业后发国家，可以通过将基质原料粒径分选精度缩小到4 mm，从而进一步提高对水气构型主动控制的精确程度，提高基质产品的使用效果和质量稳定水平，提高国产基质的产品技术含量和市场竞争力，取得自主知识产权。在产品方向上，要充分利用草本泥炭和藓类泥炭的质量差异，坚持以国产原料开发种苗基质，以进口原料开发栽培基质，充分发挥不同原料技术优势，最大限度减少2种原料直接市场竞争。栽培基质开发要充分利用各种技术手段，引进各种优质原辅料，进行高端、长效、防病、绿色基质的研制开发，不断提高基质产品技术附加值，提高行业经营效益。国内基质制备中很少使用润湿剂，经常会造成用户使用时吸水缓慢、保水不强的情况，容易造成育苗事故。在基质中添加必要的黏土矿物，可以提高基质的缓冲和保肥性能，降低养分流失，改善基质使用效果，避免怕烧苗而不敢添加肥料，造成用户使用时的追肥麻烦。可以通过配加多元有机无机复合营养元素和经过缓释处理的长效肥料，构成大量元素和微量元素结合、长效速效结合的营养载体。通过补充骨化颗粒材料，建造出能长期结构稳定的专业基质构型。欧洲木纤维是新型优质基质材料，对创造基质结构，提高基质水气比例具有显著效果，也是进行基质配方调制的有效材料。

基质原辅料的引进利用

中国泥炭总量不足，品种稀缺，加上受泥炭限采影响，多数人认为以泥炭为基质原料不可持续，所以大部分人从事农林废弃物基质化利用研究，影响了泥炭这样优质原料在基质中的广泛应用。实际上全球泥炭地总面积400万km2，进入商业化开采不到1%。全球泥炭产能1亿m3，但欧美园艺泥炭需求饱和，能源泥炭需求不断下降，急于寻找大型新兴市场，释放产能，保证泥炭开采产业正常运转。位于丝绸之路经济带西端的波罗的海和斯堪的纳维亚半岛、俄罗斯、加拿大是世界最大藓类泥炭蕴藏区，丝绸之路的东端是现代农业和环境修复正在兴起的巨大市场，21世纪海上丝绸之路的印度次大陆、东南亚岛国是世界木本泥炭和椰糠主产区，价格低廉，质量上乘。从全球配置泥炭资源，采取资金技术走出去，资源利润带回来的泥炭产业国际化战略，泥炭和椰糠的大规模引进不仅可以平衡中外贸易和运输，为中欧班列回程提供充足货源，还可以推动沿线国家泥炭产业要素自由流动、资源高效配置和市场深度融合，开展全产业链高水平、深层次的泥炭产业合作。同时，还可以利用“一带一路”平台，共同打造沿线国家开放、包容、均衡、普惠的区域农业合作新架构，为沿线国家现代农业和环境修复服务，推进中国农业向全球产业价值链中高端迈进，不断强化中国农业对全球和沿线国家主导性影响，为中国与沿线各国共同打造政治互信、经济融合、文化包容、安全互助的利益共同体、责任共同体和命运共同体，为中国继续抓住用好重要战略机遇期提供重要战略支撑。

产品标准与检验方法

标准是基质产业发展的基础和规则。基质产业要健康快速发展，就必须加强标准化建设，为基质产业提供准绳和标杆，规范行业经营秩序。要发挥大专院校、科研院所和基质企业在基质标准制定中的重要作用，协同推进产品研发和标准制定，加快中国基质标准化进程。针对中国基质标准领域技术薄弱，欠账太多，而国外基质标准和检验方法齐全的现状，应该先通过等同采用、修改采用相关国际标准和区域标准方式，修订改编为行业或国家标准，以加快标准编制速度，提高产品质量管理水平，掌握行业标准主动权。欧盟标准化管理委员会基质标准编制的理论深厚，数据扎实，采标量高[8-9]。中国可以通过等同采用、修改采用相关国际标准，升级地方和行业标准等方式，提高标准制定速度，提高产品管理水平，掌握行业标准管理主动权。随后在根据行业发展需要，陆续编制制定相关产品标准和工作标准（表2）。

表2 欧盟主要基质检测方法标准[10-11]

智能基质生产线前瞻

随着基质制备技术不断升级和对基质质量控制水平的提高，基质企业之间的竞争就从产品竞争扩展到产业链的竞争。一个优秀的基质企业应该利用物联网、大数据、云计算和互联网串起的基质产业链条，结合“产前、产中、产后”的全方位产业链，建立一个完整的基质产业生态圈，让信息、技术、金融、物流等先进要素渗透到配方招标、原料供应、仓储标识、基质生产、包装标记、产品配送、农技服务、产品保险等各个环节，将互联网属性、功能基质生态环节进行全系统的融合，从而对基质生态进行重新构建，让更多的用户享受到“互联网+基质”时代的红利，利用Qi的技术、渠道、品牌的优势，将各个产业链上的剩余价值挖掘出来，实现共赢与发展。未来基质产业的核心竞争力包括：①满足定制化生产的机器设备；②能够使这种机器自我完善的管理系统；③检测并追踪这些数据，然后归纳分析，掌握市场脉搏。正因为基质生产的个性化和定制化，生产线上的在线监测点可能达数十个，每天采集数据超过500万个。通过大数据和云计算，基质4.0能将一个用户的种植规模、种植品种、种植时期、种植习惯、当地气候、水质环境、市场需求记录分析，掌握用户喜好，即时给出针对性、个性化的产品和服务。一旦用户登录APP，基质生产企业立刻就能了解用户需求，并根据用户的背景资料提出建议和服务。比如用户所在区域水质矿化度偏高，系统会建议用户选择CEC容量较高的基质产品，用户冬季育苗采购基质，系统会建议提供颗粒偏粗、孔隙度偏大的基质产品，征得用户同意后，进入产品排产阶段。产品生产完毕之后，基质生产企业会根据用户大数据筛选最佳运输方式，用最便捷最低廉的价格将产品运送到用户手中。这瞬息万变的情况在物流市场中尤为重要，而只有在精益生产、即时管理的条件下才能准备把握物流信息，匹配最方便最低廉的运输方式。

基质产业是一个市场广阔的新兴产业。基质产业知识技术密集，资源绿色安全，资金物流横跨境内外，成长潜力大，综合效益好，对中国社会经济全局和长远发展具有重要的引领作用。努力学习欧美国家先进基质理念、技术装备和标准检测，加快推进中国基质产业技术进步，弯道超车，跨越发展，对推进中国现代农业发展长环境修复产业发展，具有重要意义。