無土栽培（二營養液）

植物生長的原料源於兩個方面：一是有機營養，主要通過光合作用形成，即葉片利用光能將二氧化碳和水合成為碳水化合物；二是礦質營養，通過根系吸收，無土栽培營養液就是保證礦質營養的供應。所謂營養液，既是根據植物生長對養分的需求，把一定量的肥料按適宜的比例溶解於水配製而成的溶液。營養液是無土栽培的基礎和關鍵，無論是使用固體基質，都是通過營養液為植物提供養分和水分。無土栽培的成功與否在很大程度上取決於營養液配方、濃度、各種營養元素的比例、酸鹼度、溶氧量、液溫是否合適，以及植物生長過程中的營養液管理是否能滿足各個不同生長階段的需求。一、配製營養液的水源選擇：（一）水源的選擇①地表水主要是指潔凈的河水、湖水，一般含有少量有機質（腐殖質），但含量不能過高，否則會降低氫離子濃度，影響PH值和微量元素的供應。有的地區地表水可能遭受到農藥、工業污水或廢棄物的污染，污染輕者需經過處理，重者則不能使用。要特別注意不能利用流經農田的水作為水源。②雨水直接收集現代化大型溫室天溝流出來的雨水用於配製營養液是解決無土栽培用水的好辦法。需要特別注意的是，由於降雨過程會將空氣中或附著在溫室表面的塵埃和其他物質帶入水中，因此要將收集到的雨水澄清、過濾，必要時可加入沉澱劑或其他消毒劑進行處理，而後遮光保存，以免滋生綠藻。如果當地空氣污染嚴重，則不能用雨水作水源。③地下水一般指井水，要考慮到當地的地層結構，北方硬水地區，要特別注意檢驗鈣、鎂離子含量。此外，也要關注其他離子，例如，近海地區地下水中可能含有大量鈉離子，需要加入地表水將其稀釋方可使用；有些地區地下水中鉬、硼元素的含量足以滿足植物需求，在配製營養液時就可以省略這兩種元素。④其他自來水，可直接作為無土栽培水源；蒸餾水、去離子水，多用於嚴格的無土栽培試驗。（二）對水質的要求：①硬度根據水中鈣、鎂離子的含量可將地下水粗略分為軟水和硬水。目前將CaO含量在80毫克/升（也有人安按100毫克/升界定）以上的水稱為硬水，不足80毫克/升的稱為軟水。石灰岩和鈣質土地區的水多為硬水，以我國華北地區為多。而南方除了石灰岩地區外大多為軟水，適於配製營養液。100毫克/升以下者可直接使用，超過100毫克/升，由於硬水中含有鈣鹽、鎂鹽較多，如果按一般營養液配方中的用量來配製營養液，常會使營養液中鈣、鎂元素含量過高，甚至總鹽分濃度也過高，要先檢測鈣、鎂元素含量，再從營養液配方中將其扣除，而後按經過調整的配方配製營養液。經試驗表明，150毫克/升以下的硬水皆可用於無土栽培。②可溶性固體物質指水中的可溶性鹽類，濃度過高會對植物造成危害。不同地區地下水中可溶性固體物質含量差異很大，南方較低，一般為幾十到幾百毫克/升。含量可以用電導度法測定，單位為毫西/厘米，1毫西/厘米的數值相當於500毫克/升氯化鈉的量。③酸鹼度範圍較廣，PH值5.5-8.5的均可使用，配製成營養液後，可通過加酸或加鹼再對PH值進行調整。④懸浮物無土栽培用水的懸浮物含量應小於10毫克/升。因此，在用河水、湖水、水庫水、雨水等配製營養液時，使用前經過澄清處理。⑤氯化鈉一般植物進行無土栽培時，水中理想的氯化鈉含量不應超過2毫摩/升，如果超過50毫克/升對植物的生長就有不良影響。水培系統中，植物能耐受的Na+、Cl-離子的上限濃度分別為138毫克/升、248毫克/升。⑥溶解氧無嚴格要求，最好是在為使用之前大於3毫克/升。⑦氯主要來自自來水中消毒是殘存於水中的余氯和進行設施消毒時所用含氯消毒劑，如次氯酸鈉或氯酸鈣，殘留的氯應小於0.01％。二、營養液配方組成原則：一定體積營養液中各種必需營養元素的鹽類含量稱為營養液配方。營養液配方組成原則如下：①必須含有植物必需的全部礦質元素植物必需營養元素有16種，其中碳由空氣中的二氧化碳提供，氫、氧由水和空氣提供，其餘13種為礦質元素。無土栽培中，除有些固體基質能提供部分元素外，大部分礦質由營養液提供。因此，營養液中必須包括除碳、氫、氧以外的植物生長所必備元素，即氮、磷、鉀大量元素和鈣、鎂、硫中量元素和鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬、氯等微量元素。此外某些高等植物還需要硅、鈉、硒等元素，這幾種稱為部分植物必需元素。②各種元素必須處於根系可吸收狀態礦質元素只有溶解到水中並呈離子狀態才能被吸收，因此多選用溶解度高的無機鹽配製營養液。有時為了提高某元素的有效性，也使用有機螯合物，如用螯合鐵替代硫酸亞鐵。另外，有些配方中也選用一些有機物，如醯胺態氮。尿素作為氮源，但由於尿素難於直接被吸收，因而僅限於在基質栽培中使用，因為基質栽培中尿素可以與氧氣接觸，氧化為氮後被植物吸收。再有，不能被作物直接吸收的有機肥不宜直接配製營養液。③各種營養元素要均衡營養液中各種元素的比例應符合植物生長發育所需。這是因為，一是植物根系對礦質元素吸收有選擇性，所吸收離子的數量同溶液中離子濃度並不成正比關係；二是植物在只有一種鹽類的溶液中不能生長，稱為「單鹽毒害」，加入其他鹽類毒害才會被消除；三是某種元素的過量會抑制另一種元素的吸收利用，稱為「抗作用」，常見的有氮鉀、鉀鎂、鐵錳、磷鋅之間的拮抗等；四是一種離子的存在可促進植物對另一種離子的吸收，稱為「協同作用」，例如鎂離子是許多酶的活化劑，能促進磷的吸收。④各種元素應具有較強的穩定性在種植過程中，各種化合物應長時間地保持其有效性，有效性不應因營養液中空氣的氧化、根的吸收以及離子之間的相互作用而在短時間內降低。⑤總鹽濃度要適宜根據對無土栽培相關研究成果總結，營養液配方的總濃度（鹽分濃度）範圍，最高濃度一般控制在0.4％-0.5％，能保證多數植物正常生長，這一濃度相當於中度鹽鹼土（含鹽量0.3％-0.5％）。不同作物或不同品種甚至同一株植物不同生長時期對營養液的總鹽分濃度的要求也不同。例如，芥菜的適宜營養液總濃度為0.15％-0.2％，洋蔥、胡蘿蔔、草莓為0.2％，甜瓜、黃瓜為0.2％-0.3％，番茄、芹菜、甘藍為0.3％。⑥酸鹼度要適宜任何一種植物都有一個適宜的PH值範圍，且要求營養液使用過程中PH值較為穩定。營養液中多數元素也需要在一個狹窄酸鹼度範圍內才呈溶解的離子狀態，PH值不適應會降低營養元素的有效性。三、營養液配製的原料及特性：可用於配製營養液的化合物很多，要在無土栽培中靈活而有效地管理營養液，就必須了解配製營養液所用的營養液所用的營養物質及輔助材料性質。（一）化學製劑的純度化學製劑按用途可分為化學試劑（分優級純、分析純、化學純三級，純度依次降低）、醫用品（純度高）工業用品（純度較低）、農用品（純度低），純度依次降低。無土栽培要求肥料溶解度大、純度高。各種化學製劑均可用於無土栽培。如果做比較精確的無土栽培試驗或進行植物營養研究，配製營養液時要選用化學純或分析純以上的試劑。在生產上，可採用工業用品或農業用品，以降低成本。微量元素用量少，最好用化學純試劑或醫用品。（二）肥料及特性：①氮源：⑴硝酸鈣；能夠提供可溶性鈣和硝態氮，是目前用得最廣泛的氮源和鈣源肥料。分子量為164.1，含鈣24.43％，含硝態氮17.07％。常用的硝酸鈣含結晶水，鈣含量17.0％，氮含量11.9％。為白色細小晶體，易溶於水，在空氣中易吸水潮解。因此，要密閉保存並放置於陰涼處。⑵硝酸鉀； 別名火硝，是良好的氮、鉀肥源，分子量101.10，含硝態氮13.85％，含鉀38.67％，氮、鉀比約為1：3。為無色或白色晶體，未提純是略帶黃色，中性，長期存於較潮濕的環境下會結塊。易溶於水，強氧化劑，具有助燃性和爆炸性，遇火易爆炸，易受潮結塊。不要猛烈撞擊，不要與易燃物混存一起。⑶磷酸二氫銨；氮源和磷源，分子量為115.03，純品為白色晶體，含氮12.18％，含磷26.93％，工業用磷酸二氫銨略帶灰色，含氮11％-13％，含磷12％-24％，在空氣中穩定，易溶於水。⑷硝酸銨； 白色晶體，含雜質時為淺黃色，農用及部分工業用硝酸銨為了防潮常加入疏水性物質並將其製成顆粒狀。含氮34％-35％，銨態氮和硝態氮含量各佔一半。溶解度很大。吸濕性強，易板結，具有助燃性和爆炸性。⑸硫酸銨；含氮量為20％-21％，外觀為白色晶體，易溶於水。物理性狀良好，不易吸濕。⑹尿素；醯胺態肥料，氮含量為46％，純品尿素為白色針狀結晶，吸濕性很強。為了降低其吸濕性，作為肥料的尿素常被製成顆粒狀，外包一層石蠟等疏水物質。尿素需要在有氧的條件下轉化後方可被植物吸收利用。因此，水培營養液通常都不用尿素作為氮源，僅在基質栽培中使用。②磷源：⑴磷酸二氫銨；也稱磷酸一銨，純品為白色晶體，作為肥料用的多為灰色結晶。易溶於水。純品含氮12.18％，含磷26.92％。可同時提供氮和磷兩種營養元素。⑵磷酸氫二銨； 也稱為磷酸一氫銨、磷酸二銨或磷二銨。為白色結晶，分子量132.06，純品含氮21.21％，含磷23.46％，一般產品中含氮16％-21％，含磷20％-21％。⑶磷酸二氫鉀； 分子量為136.09，純品含鉀28.73％，含磷22.76％，為白色結晶或白色粉末，性質穩定，不易潮解，但在高溫處存放也會吸濕結塊。易溶於水。可同時提供鉀、磷兩種元素，是無土栽培重要的磷鉀源。 此外，還有過磷酸鈣、重過磷酸鈣、偏磷酸銨等。③鉀源：除前述磷酸二氫鉀、硝酸鉀外，還有兩種。⑴硫酸鉀； 分子量174.25，含鉀52.44％，含硫18.4％，為無色堅硬結晶。作為農用肥料的硫酸鉀多為白色至淺黃色粉末。在空氣中穩定，易溶於水，但溶解度稍小，吸濕性弱，不結塊，是一種很好的無土栽培肥料。⑵氯化鉀；分子量74.55，含鉀52.44％，含氯47.56％，純品為無色結晶或白色結晶顆粒，無土栽培用的氯化鉀因含有雜質，常為紫紅色、淺黃色或白色粉末，這與生產時不同來源的礦物顏色有關。易溶於水。這種鉀肥在生產中用得少，主要是由於氯化鉀含有過多氯離子對蔬菜有不良影響。④其他肥源：⑴鐵源 螯合鐵、硫酸亞鐵。⑵鈣源 多數配方用硝酸鈣提供鈣離子，也可使用氯化鈣，但很少用硫酸鈣。⑶硼源 硼酸、硼砂。⑷鋅源 硫酸鋅、氯化鋅、鋅螯合物。⑸銅源 硫酸銅。⑹錳源 硫酸錳、錳螯合物。⑺硫源 營養液中使用鎂、鐵等硫酸鹽，可同時解決硫、鎂、鐵元素的供應。⑻鎂源 硫酸鎂。⑼鉬源 鉬酸銨。（三）輔助物質：營養液配製中常用的輔助物質是螯合劑，螯合劑與某些金屬離子結合可形成螯合物，從而能長期保持金屬離子的有效性。例如，為了解決在無土栽培營養液中鐵源的沉澱或氧化失效的問題，常將鐵源與螯合劑乙二胺作用形成穩定性較好的鐵螯合物。乙二胺的結構就會使之像螃蟹用兩隻螯夾住食物一樣，將其保護起來，螯合物故而得名。螯合鐵作為營養液的鐵源不易被其他陽離子所取代，不易產生沉澱，即使營養液的PH值較高，仍可保持較高的有效性。 常見的螯合劑有乙二胺四乙酸、二乙酸三胺五乙酸、一環己二胺四乙酸、羥乙基乙二胺三乙酸。 除鐵以外，其他的金屬離子如猛、銅、鋅等在營養液中的有效性一般較高，無須製成螯合物使用。四、營養液配製技術無土栽培的第一步就是用正確的方法配製營養液，配製營養液的關鍵是保持營養液中各種元素的有效性，避免產生沉澱。（1）配製原則營養液配製的最基本原則是不能產生沉澱，是否產生沉澱取決於濃度。某些化合物在高濃度是混合會形成沉澱，但分別稀釋一定倍數後再混合就不會產生沉澱。因此，在配製濃縮液時要先將容易產生沉澱的肥料分類溶解。容易產生沉澱的離子是鈣鹽、硫酸鹽和磷酸鹽，必須分開。混在一起容易產生沉澱。（2）硬水營養液配方的調整中國北方硬水地區地下水含鈣量很高，配製營養液前應先對營養液配方加以調整，適當減少硝酸鈣用量，甚至不使用硝酸鈣，因為普通的營養液配方除特別說明外，均以純水為水源設計的。（3）肥料純度及水中利用營養的計算如前所述，無土栽培肥料多為工業用品和農業用品，常含有吸濕水和其他雜質，純度較低，稱量前有必要按實際純度對用量進行修正。例如，配方要求四水硝酸鈣450克，而農業四水硝酸鈣純度只有90％，則實際稱取量應為450/0.9＝500克。微量元素肥料多為分析純或化學純試劑，而且實際用量很少，可直接稱量。（4）濃縮液稀釋法營養液配製技術①先將肥料分組，配製濃縮液，使用時再稀釋成栽培液。確定濃縮倍數 根據配方中各種化合物的用量及其溶解度來確定其濃縮倍數。濃度倍數太高，肥料溶解較慢，操作不便，溶解的肥料還會因過飽和而析出。通常，大量元素肥料配製成濃縮100、200、250或500倍液。配製成整數倍是為了操作方便。②分罐把相互之間不會產生沉澱的化合物放在一起溶解。分別盛放濃縮液A、B、C三個貯液罐。濃縮A液 以鈣鹽為中心，凡不與鈣鹽產生沉澱的化合物均可放置一起溶解。濃縮B液 以磷酸鹽為中心，凡不與磷酸鹽產生沉澱的化合物放置一起溶解。濃縮C液 以微量元素放在一起溶解，使用螯合劑時，要先將螯合劑與金屬離子配製成螯合物後，再用於配製濃縮液。五、營養液的管理：營養液的管理主要指循環供液系統中營養液在使用過程中的濃度、酸鹼度、溶解氧、液溫等指標的調節。（一）濃度的調整①濃度發生變化的原因在封閉式無土栽培系統中，由於作物在生長過程對營養液中養分和水分的不均衡吸收，以及營養液中的水分蒸發，會引起營養液濃度、組成的不斷變化。②營養液濃度的調整原則用測量營養液電導度（EC值）的方法檢測營養液總鹽濃度，絕大多數作物要求營養液電導度不應低於2毫西/厘米，電導度最適值又因作物種類、發育階段和環境的不同而有差異。當光照充足、蒸騰旺盛時，不應高於3毫西/厘米。③營養液濃度調整方法在缺少自動監測和調控裝置時，必須定期進行人工檢測，通過補充水分、濃縮液的方法調整，通常不進行單一元素含量的測定和補充。養分的補充：根據營養液濃度降低的程度，確定補充養分的時機。對於少數的高濃度營養液配方，應每間隔1-2天測定1次營養液電導度，當總鹽濃度降到1/2～1/3劑量時就補充養分，恢復到初始濃度。對於絕大多數的低濃度營養液配方，應每天檢測營養液濃度，當營養液濃度下降到配方濃度的1/3時，即補充至原來的水平。水分的補充：營養液濃度偏高是需要補水，確定補水量的簡易方法是：水泵啟動前在貯液池側壁上標記刻度，水泵啟動一段時間後再停機，栽培槽中過多的營養液全部流回貯液池後，如發現液位降低較多，就必須補充水分至原來的液位。（二）酸鹼度的調節①營養液酸鹼度對植物生長的影響不同作物的適宜PH值不同，這是在進化過程中形成的，多數作物以PH值5.5-6.8的弱酸性環境最理想，PH值過高或過低會損傷根系。PH值還間接影響著營養液中多種元素的有效性。②營養液酸鹼度發生變化的原因好的營養液配方具有較強的PH值緩衝能力，栽培過程中表現穩定。但也不盡然，由於根系對各種離子吸收具有選擇性，會導致營養液中各種離子比例失衡。另外，不同鹽類的生理酸鹼性反應的表現勢必導致PH值變化。例如，配方中的硝酸鹽如硝酸鉀、硝酸鈣的用量較多，則營養液大多呈生理鹼性；如果配方主要用銨態氮、尿素自己硫酸鉀作為氮源和鉀源，則營養液大多會呈生理酸性。一般呈生理鹼性的配方PH值變化幅度小且易控制，生產上選用這類配方可減少調節PH值的次數。此外，水質較差，基質化學性質不穩定，或植株生長過快營養液被迅速消耗時，也會引發PH值變化。③營養液酸鹼度的檢測對於循環供液系統，最好每天測定和調整1次PH值，營養液非循環利用是只是在配製是調整1次PH值。目前，檢測的方法之一是比色法，即用PH試紙比色。其次是電位法，使用的儀器稱為PH測定儀，此法檢測簡單、快速、準確。④營養液酸鹼度的調整方法當營養液PH值高於適宜值時要用稀（10％）硫酸或稀硝酸中和，也可以用磷酸。低於適宜值時，可用稀鹼溶液如氫氧化鈉、氫氧化鉀來中和。（三）提高溶解氧的方法①溶解氧概念與作用溶解氧是指營養液中的氧氣。如果營養液的溶解氧含量不能達到正常水平，就會阻礙根系吸收營養，導致生長異常甚至死亡。營養液的氧氣含量與溫度的關係最為密切，溫度越高，飽和溶氧量越低；反之，溫度越低，飽和溶氧量越高。因此，高溫季節水培植物根系最容易缺氧。②植物對溶解氧濃度要求不同植物種類、不同生長時期、不同氣候條件對營養液中溶解氧濃度不同。有些沼澤性果半沼澤性植物（如豆瓣菜、水芹）、耐淹的旱地植物（如芹菜、生菜），可從地上部向根系大量輸送氧氣以滿足根呼吸所需，水培時不強調對營養液增氧，甚至可以進行靜止水培。而大多數的十字花科和豆科植物，對營養液低氧環境較為敏感，因此增氧是栽培能否成功的關鍵。處於生長旺盛時期、單株佔有營養液量少時，溶解氧的消耗速度快。不同天氣，植物對營養液中溶解氧的消耗量也不同，晴天時，溫度越高，光照越強，植物對溶解氧的消耗越多。水培中營養液的濃度至少應維持在4～5毫克/升，相當於在15℃～27℃時飽和溶解度的50％左右。③提高營養液溶氧量的方法基本原則是增加營養液和空氣的接觸面積，可採用空氣自然擴散和人工增氧兩種方法。水培及多數基質栽培中人工增氧方法，可以採用壓縮空氣泵將空氣直接以小泡的形式打入營養液中。（四）營養液溫度管理營養液溫度簡稱液溫，直接影響根系對水分、養分的吸收和作物的生長。由於在漫長的進化過程中，根系適應了溫度相當穩定的地下環境，與地上部分相比，根系對溫度變化更敏感，適宜溫度範圍更窄。如果液溫長期超過28℃，多數植物會出現生長緩慢、發育受阻現象。一般黃瓜、番茄、辣椒、菜豆等喜溫性蔬菜的適宜液溫為15℃～25℃，芹菜、韭菜、櫻桃蘿蔔、白菜的適宜液溫為15℃～22℃。在營養液管理中，夏季的液溫應不超過28℃，冬季的液溫應不低於15％。 加溫方法是在貯液池中安裝不鏽鋼螺紋管，通過循環熱水加溫，也可以電熱管來加溫，並可加裝溫度自控儀實現自動控制。降溫則是用制冷機組產生的冷死進行強制降溫，或抽取深層井水或泉水通過設在貯液池中的螺紋管進行循環降溫。 營養液管理除前述外，還包括營養液供液時間和供液次數的設定、營養液的更換等，需要視具體栽培方式而定。
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