無土栽培系統與注意事項
何謂無土栽培？
無土栽培可廣義的定義為：不使用土壤而改用營養液使任何植物生長的種植方式。由於無土栽培法需將作物所需的養分溶解於營養液中讓植物根部吸收，又被稱之為水培系統。研究報告顯示，使用無土栽培法可顯著的提升作物的產量，其提升的產量可能超過十倍[1]，並可有效的控制生長條件與環境，避免土壤中產生的有害物質傷害作物，使作物品質更穩定。
無土栽培法使用注意事項
營養液的配方、濃度與溫度
在無土栽培法所使用的營養液配方中，需加入原本由土壤提供給植物的營養元素，其主要由6大礦物質元素：氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)，以及7種微量元素：硼(B)、氯(Cl)、銅(Cu)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鋅(Zn)所組成[4]。配置完營養液並開始栽種後，營養液的濃度(EC)會隨著植物吸收養分而下降，在培植過程中需定時探測培養液的濃度(EC)，以防濃度(EC)變動阻礙植物生長。除此之外，營養液的溫度亦需要在控制在最佳範圍18-25度C中，以防根系腐爛。
pH值的維持
土壤本身具備pH值調節的機能，而植物需在特定的pH值下，才能從營養液中吸收養分[2]，為了防止在無土培養過程中，發生由各種可能因素導致營養液的pH值產生變動，植物學家選擇使用生物緩衝劑作為營養液中維持pH值的重要成分。而可維持並調節pH值的緩衝劑種類繁多，在經過多項試驗後發現：MES Buffer 為最佳選擇，MES Buffer具備生物惰性，不會對植物產生毒性；與營養液中的金屬離子沒有明顯的螯合作用，可在不影響營養液的金屬離子情況下，穩定的維持營養液的pH值[3]。
若想尋找其他替代的緩衝劑，必須注意以下事項[3]：
- 無機緩衝劑可能具有植物毒性
- 固體碳酸鹽不能防止pH值升高
- 交換樹脂可能會影響營養液中鎂(Mg)和錳(Mn)
延伸閱讀: 無菌栽培法與生物緩衝劑
延伸閱讀: MES Buffer 應用於工業大麻
氧氣的提供
植物能健康生長還有一個最重要的關鍵，便是氧氣。 無土栽培系統目前主要區分為在開放系統—DWC(Deep water culture)系統或封閉系統—NFT(Nutrient film technique)系統中培植。 在DWC系統中，由於植物根系長時間浸泡於高水位的營養液水箱中，容易使植物因缺氧而死亡，需使用幫浦打入氧氣至水箱，為根系提供氧氣[6]。而在封閉系統—NFT系統中，其根系培植於淺水位的營養液輸送管中，除了部分根系可直接接觸空氣外，不停流動的營養液亦可將氧氣重新帶入營養液[1]，供植物根系吸收。
使用無土栽培法好處良多，不僅可提升產量與質量，亦可減少水資源的浪費，且達到回收再利用的效果[1]，還可解決土地城市化與糧食短缺等問題[5]，其未來趨勢銳不可擋。唯初始資金投入成本較高、需使用諸多儀器設備來控管水質、pH值、含氧量等栽種環境的狀態，比起土壤耕種需要具備更多的專業知識以及對環境控管的高度敏銳性，導致推廣普及上存在些許難度。
Reference:
[1] Soilless Culture System to Support Water Use Efficiency and Product Quality: A Review https://doi.org/10.1016/j.aaspro.2015.01.054
[2] Fertilizer and Cultivar Selection of Different Vegetable Crops and Evaluation of Different Ph Buffers in Hydroponics https://shareok.org/handle/11244/300316
[3] An evaluation of MES (2(N-Morpholino)ethanesulfonic acid) and Amberlite IRC-50 as pH buffers for nutrient solution studies https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11539688/
[4] Complete Guide for Growing Plants Hydroponically
[5] Hydroponics as an advanced technique for vegetable production: An overview DOI: 10.5958/2455-7145.2018.00056.5
[6] REVIEW ON SOILLESS METHOD OF CULTIVATION: HYDROPONICS http://www.recentscientific.com/sites/default/files/15726-A-2020.pdf
