自古以来农业的传统概念为“辟土种谷曰农”，也就是说农业离不开土壤。而无土栽培恰恰相反，是不需要天然土壤的农业，它是将植物生长发育所需要的各种矿质营养元素配制成营养液，通过不同的供液方式，将其供给植物根系，使之正常生长发育获得产品，称为无土栽培（Soilless culture）或称营养液栽培（Nutri-culture）。无土栽培使人们有可能摆脱受自然约束的传统耕作方式，向栽培的“自由王国”前进一大步。
第一节无土栽培的历史与现状
一、世界无土栽培发展的历史与现状
人类对植物矿质营养的探索，可以追溯到公元前600年至亚里士多德时代，但是目前比较公认的是在l 600年比利时科学家Van.Helmant，通过著名的柳树试验得出“植物从水中获得生长所需物质”的正确结论。
1838年德国科学家斯普兰格尔，鉴定出植物生长发育需要15种营养元素。1859年德国著名科学家Sachs和Knop，建立了直到今天还沿用的、用溶液培养来研究植物矿质营养的方法。在此基础上，逐步演变和发展而成为今天的无土栽培实用技术。
1920年营养液的制备达到标准化，但这些都是在实验室内进行的试验，尚未应用于生产。1929年美国加利福尼亚大学的W.F.Gericke教授，利用营养液成功地培育出一株高7.5m的番茄，采收14kg果实，引起人们极大的关注，被认为是无土栽培技术由试验转向实用化的开端。
1935年一些蔬菜和花卉种植者，在Gericke指导下，进行了大规模的生产实践，首次把无土栽培发展到商业规模，面积最大的有0.8hm2。同时美国中西部发展了一些沙培和砾培的技术，水培技术也很快传到了欧洲、印度和日本等地，Gericke教授并把无土栽培定义为“Hydroponics”（hydro是“水”的意思，ponics意为“放置”）。
第二次世界大战期间，水培在生产上起到了相当的作用。在Gericke教授指导下，泛美航空公司在太平洋中部荒芜的威克岛上种植蔬菜，用无土栽培技术，解决了驻岛部队吃新鲜蔬菜问题。以后英国农业部也对水培发生兴趣，1945年英国空军部队在伊拉克的哈巴尼亚和波斯湾的巴林群岛开始进行无土栽培，解决了吃菜靠飞机由巴勒斯坦空运的问题。在圭亚那、西印度群岛、中亚的不毛沙地上，科威特石油公司等单位都运用无土栽培为他们的雇员生产新鲜蔬菜。
由于无土栽培在世界范围内的不断发展，1955年9月，在第14届国际园艺会议上成立了国际无土栽培工作组，成员12人。而到了1980年召开的第五届国际无土栽培会议时，出席人员已达175人，发表论文50多篇，并在会上决定把“无土栽培工作组”改称为“国际无土栽培学会”（International Society for Soilless Culture-ISOSC）。目前世界上已有100多个国家和地区掌握了无土栽培技术，应用于蔬菜、花卉、果树和药用植物的栽培。
（一）欧洲的无土栽培概况
荷兰：世界上玻璃温室2/3的面积在西欧，荷兰面积居首位达1.2万hm?，而其中有8000hm?采用无土栽培技术，占的比例最高。以国土和人口数量来衡量，荷兰是世界上无土栽培最发达的国家。荷兰无土栽培主要是岩棉培，占总面积的2/3，主要种植番茄、黄瓜、甜椒，目前花卉无土栽培的面积呈上升趋势。
英国：薄层营养液膜技术（NFT），是水培技术的重大突破，是由英国人库柏（Cooper）发明的，它较好地解决了水培植物根系供氧与供水之间的矛盾，曾经在英国有较大的发展、占英国无土栽培总面积的1/3，但因其技术要求高不易掌握，设备投资也比较高，目前日趋减少。英国无土栽培也以蔬菜为主，黄瓜面积最大。
欧洲的其他国家也有无土栽培技术推广应用，意大利的园艺植物生产无土栽培占l／5。此外，法国、挪威、西班牙、前苏联（欧洲部分）等都有无土栽培生产，据统计目前欧洲有14个国家无土栽培技术发展较快。
（二）美洲的无土栽培概况
美国是世界上最早应用无土栽培技术且是当时规模最大的国家（第二次世界大战军事需要）。但美国目前国内无土栽培面积按其国土面积和人口来衡量，并不太多，1984年统计才有200hm?左右。美国无土栽培主要集中在自然条件差的州，但其无土栽培技术普及比较好，全国有几百万个家庭业余在庭园中搞无土栽培。其有关无土栽培的研究，重点放在太空农业中的无土栽培技术，走在世界的前列。
据有关资料报道，在古巴哈瓦那郊区，一个水培蔬菜工厂生产的黄瓜和番茄，占有当地市售产品的绝大部分。
（三）亚洲无土栽培概况
日本无土栽培始于1946年，20世纪60年代中期达到15hm?。1993年达到690hm?主要栽培草莓、番茄、青椒、黄瓜、甜瓜等植物。日本著名无土栽培专家山崎肯哉提出了植物对养分和水分的吸收，是按比例同步进行的概念，即植物吸收一定量的水就相应吸收一定量的各种营养元素，以此概念为基础，设计出一系列山崎营养液配方，对世界各地无土栽培技术的发展，起了积极推动作用。日本在营养液栽培中有独自的特点，溶液流技术（DFT）就是在日本首先发展起来的。
韩国无土栽培也有相当面积，主要从事蔬菜和花卉栽培。
二、我国无土栽培发展的历史与现状
我国原始的无土栽培历史悠久，宋代林洪的《山家清供》一书就有泡豆芽的记载。我国南方的“船户”，由于长年在水上作业难以吃到新鲜蔬菜，就在船尾拖一竹筏于筏上种菜，成为“水上菜园”。水仙栽培、水生蒜苗、各种芽菜栽培，都是比较简易原始的无土栽培，我国很早就广为应用。
现代无土栽培技术的研究与应用，我国起步较晚。20世纪70年代后期，我国无土栽培技术有了较大发展。山东农业大学园艺系率先开展了相关研究，并将研究成果应用于生产，于20世纪80年代初，在胜利油田建成我国第一个有一定规模（6699m?）的蔬菜无土栽培基地。
北京林业大学马太和教授于20世纪80年代初，出版了我国第一本无土栽培专著《无土栽培》，系统阐述了无土栽培的理论与技术，对我国无土栽培的发展起到了重要的推动作用。
改革开放以来，中国农业大学（原北京农业大学）园艺学院、中国农业科学院蔬菜花卉研究所、南京农业大学、上海农业科学院、北京蔬菜研究中心、江苏农业科学院、华南农业大学等许多单位，都开展了有关无土栽培的研究与开发工作，并加以应用推广，取得了一批有价值的研究成果。1985年成立了我国第一个学术组织“中国农业工程学会无土栽培学组”，积极推动了我国无土栽培技术的发展。1988年5月，中国专家代表首次出席了在荷兰召开的第七届国际无土栽培学会年会，并在会上发表了论文，引起了很多国家的重视。1994年在浙江杭州，中国首次召开了国际无土栽培学术会议，影响很大。“九五”（1996～2000年）期间，我国无土栽培迅速发展，面积由1996年的100hm?，扩大到200hm?以上，5年增加了一倍，现仍处在蓬勃发展的势头。
三、无土栽培技术前景展望
（一）无土栽培技术的特点
1.产量高、品质好无土栽培能充分发挥植物的生产潜力，与土壤栽培相比，产量可以成倍或几十倍地提高。
中国农业科学院蔬菜花卉研究所，采用有机生态型无土栽培技术生产番茄，年产量达到2万kg／666.7m?。挪威黄瓜无土栽培最高年产量达6万kg/666.7m?，中国农业大学园艺学院，采用基质槽培方式，使无土栽培黄瓜年产量达到1.6万kg/666.7m?。虽与国际先进水平有较大差距，但运用的都是具有自主知识产权的科研成果，在国内居领先水平。
日本筑波科学城一株水培番茄，自1980年播种一直生长不衰，成了一棵番茄树，结了几万个果实。一株厚皮甜瓜结果近百个，而土栽培每株仅能结瓜一两个。
无土栽培不仅产量高而且品质好。例如，番茄的外观形状和颜色好，维生素C的含量可增加30%，矿物质含量增加近一倍。
花卉无土栽培质量也有了提高。香石竹的香味变得浓郁、花期长、开花数多，单株开花数为9朵，土栽培只有5朵。无土栽培时香石竹裂萼率仅8%，而土栽培高达90%，明显提高了商品质量。
2.节约水分和养分土壤种植时灌溉的水分养分大量流失渗漏，浪费很多，无土栽培可以避免养分、水分的流失，充分被植物吸收和利用，意大利的试验结果说明了此问题。
原北京农业大学园艺系，1988年秋季进行大棚黄瓜无土栽培试验（面积333.3m?），自7月30日播种至9月14日，46天共浇水（营养液）21.7m?。若进行土培，46天中至少浇水五六次，需用50～60m?的水，节水率为50%～66.7%，效果非常明显，是发展节水型农业的有效措施之一。
无土栽培不但省水，而且省肥，据统计土栽培养分损失比率约50%左右。我国农村由于科学施肥技术水平低，肥料利用率更低，仅达30%～40%，一半多的养分都损失了。在土壤中肥料溶解和被植物吸收利用的过程很复杂，不仅有很多损失，而且各种营养元素的损失不同，使土壤溶液中各元素间很难维持平衡。而无土栽培植物种在栽培槽中，植物不同生育阶段所需要的各种营养元素，是人工配制成营养液施用的，不仅不会损失，而且能保持平衡，所以植物生长发育健壮，生长势强，增产潜力可充分发挥出来。
3.省力省工、易于管理无土栽培不需中耕、翻地、锄草等作业，省力省工。浇水追肥同时解决，由供液系统定时、定量供给，管理十分方便。土培浇水时，要一个个地开和堵畦口，是一项劳动强度很大的作业，无土栽培则只需开启和关闭供液系统的阀门，大大减轻了劳动强度。一些发达国家，已进入微电脑控制时代，供液及营养液成分的调控，全用计算机管理，与工业生产的方式相似，日本称之为“健幸乐美”农业。
4.避免土壤连作障碍设施栽培中，土壤极少受自然雨水的淋溶，水分、养分运动方向自下而上。土壤水分蒸发和植物蒸腾，使土壤中的矿质元素由土壤深层移向表层，常年累月、年复一年，土壤表层积聚了很多盐分，对植物有危害作用。土壤盐分积聚后，以及多年栽培相同植物，造成土壤养分失衡，发生连作障碍，一直是个难以解决的问题。而应用无土栽培则从根本上解决了此问题。土传病害也是土培的难点，土壤消毒不仅困难而且消耗大量能源，成本可观，且难以消毒彻底。若用药剂消毒既缺乏高效药品，同时药剂有害成分的残留还危害健康、污染环境，无土栽培则可避免或杜绝土传病害。
5.不受地区限制、充分利用空间无土栽培使植物彻底脱离了土壤环境，因而也就摆脱了土地的约束。耕地被认为是有限的、最宝贵的、又是不可再生的资源，尤其对一些耕地缺乏的地区和国家，无土栽培就更有特殊意义。无土栽培进人生产领域后，地球上许多沙漠、荒原、海岛等或难以耕种的地区，都可采用无土栽培加以利用。此外，无土栽培还不受空间限制，可以利用城市楼房的平面屋顶种菜、种花，无形中扩大了栽培面积，改善了生态环境。
6.清洁卫生无土栽培的生产场地没有土壤，植物生长在栽培槽或容器内，供应水分、养分均通过管道或专用的供液系统，现场清洁卫生。水培施用的是无机肥料，没有臭味污染环境，尤其室内种花，更要求清洁卫生、无异味，在一些高级饭店、宾馆，过去是个难以解决的问题，通过无土养花便迎刃而解。
7.有利于实现农业现代化无土栽培使农业生产摆脱了自然环境的制约，可以按照人的意志进行生产，所以是一种受控农业。有利于实现农业机械化、自动化，从而逐步走向工业化、现代化。目前在奥地利、荷兰、前苏联、美国、日本等国家都有“水培工厂”，是现代化农业的标志。我国进人20世纪90年代以后，也先后引进了许多现代化温室，同时也引进了配套的无土栽培技术，如北京中以示范农场无土栽培月季；上海孙桥现代农业公司无土栽培黄瓜、甜椒。北京顺义区顺鑫长青蔬菜有限公司，从加拿大引进深池浮板水培技术，成功地实现了波士顿生菜周年的工厂化生产，有力地推动了我国农业现代化进程。
但无土栽培也存在着一次性投资高；技术要求严格，因此管理人员素质也要高；无土栽培尤其是水培缓冲能力差，水肥供应不能出现任何障碍，必须有充足的能源保证；运行成本较高等问题。