第2章营养液的配制与管理Word文件下载.docx
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无土栽培生产时要求有充足的水量保障，尤其在夏天不能缺水。
如果单一水源水量不足时，可以把自来水和井水、雨水、河水等混合使用，又可降低生产成本。
（二）水质要求
水质好坏对无土栽培的影响很大。
因此，无土栽培的水质要求比国家环保总局颁布的《农田灌溉水质标准》（GB5084-85）的要求稍高，与符合卫生规范的饮用水相当。
无土栽培用水必须检测多种离子含量，测定电导率和酸碱度，作为配制营养液时的参考。
水质要求的主要指标如下：
知识窗
水的硬度
水质有软水和硬水之分。
水的硬度标准统一以每升水中CaO的含量来表示，1度相当于10mgCaO／l。
0o～4o为极软水，4o～8o为软水，8o～16o为中硬水，16o～30o为硬水,30o以上为极硬水。
石灰岩地区和钙质土地区的水多为硬水。
人们常说的“水土不服”就是由于不同地区的水质，尤其是水的硬度不同引起的肠胃不良反应。
1．硬度用作营养液的水，硬度不能太高，一般以不超过10o为宜。
2．酸碱度（pH） 一般要求在5.5～8.5之间。
3．溶解氧使用前的溶解氧应接近饱和，即4～５mgO2/l。
4．NaCl含量小于2mmol／1。
不同作物、不同生育期要求不同。
5．余氯 主要来自自来水消毒和设施消毒所残存的氯。
氯对植物根有害。
因此，最好自来水进入设施系统之前放置半天以上，设施消毒后空置半天，以便余氯散逸。
6．悬浮物小于10mg/L。
以河水、水库水作水源时要经过澄清之后才可使用。
7.重金属及有毒物质含量 无土栽培的水中重金属及有毒物质含量不能超过国家标准（表2-1）。
另外，从电导率（EC）值及pH值来看，无土栽培用优质水其电导率（EC值）在0.2ms／cm以下，pH5.5～6.0，多为饮用水、深井水、天然泉水和雨水；
允许用水的EC值在0.2～0.4ms／cm，pH5.2～6.5。
在无土栽培允许用水的水质中，包括部分硬水，要求水中钙含量在90～100mg／l以上，电导度在0.5ms／cm以下，不允许用水的EC值等于或大于0.5ms／cm。
pH≥7.0或pH≤4.5，且含盐量过高的水质，如因水源缺乏必须使用时，必须分析水中各种离子的含量，调整营养液配方和调节pH值使之适于进行无土栽培，如个别元素含量过高则应慎用。
表2-1无土栽培水中重金属及有毒物质含量标准
名称标准
汞（Hg）≤0.005mg/l
镉（Cd）≤0.01mg/l
砷（As）≤0.01mg/l
硒（Se）≤0.01mg/l
铅（Pb）≤0.05mg/l
六六六≤0.02mg/l
苯≤2.50mg/l
DDT≤0.02mg/l
铜（Cu）≤0.10mg/l
铬（Cr）≤0.05mg/l
锌（Zn）≤0.20mg/l
铁（Fe）≤0.50mg/l
氟化物（F-）≤3.00mg/l
酚≤1.00mg/l
大肠杆菌≤1000个/L
二、营养液对肥料及辅助物质的要求
（一）肥料选用要求
1．根据栽培目的不同，选择合适的盐类化合物 在无土栽培中，要研究营养液新配方及探索营养元素缺乏症等试验，需用到化学试剂，除特别要求精细的外，一般用到化学纯级已可。
在生产中，除了微量元素用化学纯试剂或医药用品外，大量元素的供给多采用农用品，以利降低成本。
如无合格的农业原料可用工业用品代替，但肥料成本会增加。
试剂的分类
根据化合物的纯度等级和使用领域，一般将化学工业制造出来的化合物的品质分为四类：
①化学试剂类，又细分为三级，即：
优级纯试剂〔GR（GuaranteedReagent），又称一级试剂〕、分析纯试剂〔AR（AnalyticReagent），又称二级试剂〕、化学纯试剂［CP（ChemicalPure），又称三级试剂］；
②医药用，③工业用；
④农业用。
化学试剂类纯度最高，农业用的化合物纯度最低，价格也最便宜。
2．肥料种类适宜对提供同一种营养元素的不同化合物的选择要以最大限度地适合组配营养液的需要为原则。
如选用硝酸钙作氮源就比用硝酸钾多一个硝酸根离子。
一种化合物提供的营养元素的相对比例，必须与营养液配方中需要的数量进行比较后选用。
3．根据作物的特殊需要来选择肥料铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-）都是作物生长发育的良好氮源。
铵态氮在植物光合作用快的夏季或植物缺氮时使用较好，而硝态氮在任何条件下均可使用。
如果不考虑植物体中对人体硝态氮的积累问题，单纯从栽培效果来讲，二种氮源具有相同的营养价值，但有研究表明，无土栽培生产中施用硝态氮的效果远远大于铵态氮。
现在世界上绝大多数营养液配方都使用硝酸盐作主要氮源。
其原因是硝酸盐所造成的生理碱性比较弱而缓慢，且植物本身有一定的抵抗能力，人工控制比较容易；
而铵盐所造成的生理酸性比较强而迅速，植物本身很难抵抗，人工控制十分困难。
所以，在组配营养液时，两种氮源肥料都可以用，但以使用安全的硝态氮源为主，并且保持适当的比例。
4．选用溶解度大的肥料 如硝酸钙的溶解度大于硫酸钙，易溶于水，使用效果好，故在配制营养液需要的钙时，一般都选用硝酸钙。
硫酸钙虽然价格便宜，但因它难溶于水，故一般很少用。
5．肥料的纯度要高，适当采用工业品 因为劣质肥料中含有大量惰性物质，用作配制营养液时会产生沉淀，堵塞供液管道，妨碍根系吸收养分。
营养液配方中标出的用量是以纯品表示的，在配制营养液时，要按各种化合物原料标明的百分纯度来折算出原料的用量。
原料中本物以外的营养元素都作杂质处理。
但要注意这类杂质的量是否达到干扰营养液平衡的程度。
在考虑成本的前提下，可适当采用工业品。
6．肥料中不含有毒或有害成分。
7．肥料取材方便，价格便宜。
（二）无土栽培常用的肥料
1．氮源主要有硝态氮和铵态氮两种。
蔬菜为喜硝态氮作物，硝态氮多时不会产生毒害，而铵态氮多时会使生长受阻形成毒害。
两种氮源以适当比例同时使用，比单用硝态氮好，且能稳定酸碱度。
常用氮源肥料有硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵等。
2．磷源 常用的磷肥有磷酸二氢铵、磷酸二铵、磷酸二氢钾、过磷酸钙等。
磷过多会导致铁和镁的缺乏症。
3．钾肥 常用的钾肥有硝酸钾、硫酸钾、氯化钾以及磷酸二氢钾等。
钾的吸收快，要不断补给，但钾离子过多会影响到钙、镁和锰的吸收。
4．钙源 钙源肥料一般使用硝酸钙，氯化钙和过磷酸钙也可适当使用。
钙在植物体内的移动比较困难，无土栽培时常会发生缺钙症状，应特别注意调整。
5．营养液中使用镁、锌、铜、铁等硫酸盐，可同时解决硫和微量元素的供应。
6．营养液的铁源pH值偏高、钾的不足以及过量地存在磷、铜、锌、锰等情况下，都会引起缺铁症。
为解决铁的供应，一般都使用螯合铁。
营养液中以螯合铁（有机化合物）作铁源，效果明显强于无机铁盐和有机酸铁。
常用的螯合铁有乙二胺四乙酸一钠铁和二钠铁（NaFe-EDTA、Na2Fe-EDTA）。
螯合铁的用量一般按铁元素重量计，每升营养液用3～5mg。
7．硼肥和钼肥多用硼酸、硼砂和钼酸钠、钼酸钾。
（三）辅助物质
营养液配制中常用的辅助物质是螯合剂，它与某些金属离子结合可形成螯合物。
无土栽培上用的螯合物加入营养液中，应具有以下特性：
一是不易被其他多价阳离子所置换和沉淀，又必须能被植物的根表所吸收和在体内运输与转移；
二是易溶于水，又必须具抗水解的稳定性；
三是治疗缺素症的浓度以不损伤植物为宜。
目前无土栽培中常用的是铁与络合剂形成的螯合物，以解决营养液中铁源的沉淀或氧化失效的问题。
螯合剂
也称络合剂，是一类能与金属离子起螯合作用的配位有机化合物。
由一个大分子配位体与一个中心金属原子连接所形成的环状结构，即一个有机分子通过两个或两个以上的原子与一个金属离子结合形成的环状化合物。
例如乙二胺与金属离子的结合物就是一类螯合物，因乙二胺与金属离子结合的结构很像螃蟹用两只螯夹住食物一样，故起名为螯合物。
螯合物比组成相似、未能螯合的化合物稳定，其在溶液中与金属离子实际呈动态的反应状态。
螯合剂也叫配体，既能有选择性地捕捉某些金属离子，又能在必要时适量释放出这种金属离子来。
所有的多价阳离子（包括碱金属、碱土金属、过渡金属等）都能与相应的配体结合形成螯合物，但不同的阳离子和不同的配体形成螯合物的能力不同，其稳定性也不同。
其中高铁螯合物较其他任何为植物生长所必需的金属螯合物都稳定。
常见的络合剂有乙二胺四乙酸（EDTA）、二乙酸三胺五乙酸（DTPA）、1,2-环己二胺四乙酸（CDTA）、乙二胺N，N'
双（邻羟苯基乙酸）（EDDHA）、羟乙基乙二胺三乙酸（HEEDTA）。
第二节营养液的组成
营养液的组成直接影响到植物对养分的吸收和生长，涉及到栽培成本。
根据植物种类、水源、肥源和气候条件等具体情况，有针对性地确定和调整营养液的组成成分，能更加发挥营养液的使用功效。
－、营养液的组成原则
1．营养元素齐全现已明确的高等植物必需的营养元素有16种，其中碳、氢、氧由空气和水提供，其余13种由根部从根际环境中吸收。
因此，所配制的营养液要含有这13种营养元素。
因为在水源、固体基质或肥料中已含有植物所需的某些微量元素的数量，因此配制营养液时不需另外加入。
2．营养元素可以被植物吸收即配制营养液的肥料在水中要有良好的溶解性，呈离子态，并能有效地被作物吸收利用。
通常都是无机盐类，也有一些有机螯合物。
某些基质培营养液也选用一些其他的有机化合物，例如用酰胺态氮-尿素作为氮素组成。
不能被植物直接吸收利用的有机肥不宜作为营养液的肥源。
3．营养元素均衡营养液中各营养元素的数量比例应是符合植物生长发育要求的、生理均衡的，可保证各种营养元素有效性的充分发挥和植物吸收的平衡。
在确定营养液组成时，一般在保证植物必需营养元素品种齐全的前提下，所用肥料种类尽可能地少，以防止化合物带入植物不需要和引起过剩的离子或其他有害杂质（表2-2）。
表2－2 营养液中各元素浓度范围
4．总盐度适宜营养液中总浓度（盐分浓度）应适宜植物正常生长要求（表2－4）。
5．营养元素有效期长营养液中的各种营养元素在栽培过程中应长时间地保持其有效态。
其有效性不因营养空气的氧化、根的吸收以及离子间的相互作用而在短时间内降低。
6．酸碱度适宜营养液的酸碱度及其总体表现出来的生理酸碱反应应是较为平稳的，且适宜植物正常生长要求。
二、营养液组成的确定方法
营养液配方，是作物能在营养液中正常生长发育、有较高产量的情况下，对植株进行营养分析，了解各种大量元素和微量元素的吸收量，据此利用不同元素的总离子浓度及离子间的不同比率而配制的。
同时又根据作物栽培的结果，再对营养液的组成进行修正和完善。
（一）确定营养液组成的理论依据
由于科学家使用方法的不同，因而提出的营养液组成的理论也不同。
目前，世界上主要有三派配方理论，即日本园艺试验场提出的园试标准配方、山畸配方和斯泰纳配方。
1.园试标准配方是日本园艺试验场经过多年的研究而提出的，其根据是从分析植株对不同元素的吸收量，来决定营养液配方的组成。
2.山崎配方是日本植物生理学家山崎肯哉以园试标准配方为基础，以果菜类为材料研究提出的。
他根据作物吸收元素量与吸水量之比，即表观吸收成分组成浓度（n／w值）来决定营养液配方的组成。
3.斯泰纳配方是荷兰科学家斯泰纳依据作物对离子的吸收具有选择性而提出的。
斯泰纳营养液是以阳离子（Ca2+、Mg2+、K+）之摩尔和与相近的阴离子（NO3-、PO43-、SO42-）之摩尔和相等为前提，而各阳、阴离子之间的比值，则是根据植株分析得出的结果而制订的。
根据斯泰纳试验结果，阳离子之比值为：
K+：
Ca2+：
Mg2+＝45：
35：
20，阴离子比值为：
NO3－：
PO43-：
SO42-＝60：
5：
35时为最恰当。
表观吸收成分组成浓度
无土栽培时，植物所需水分和养分均由营养液供应，既要考虑必要的水量，又要考虑各种肥料成分的吸收量，另外，营养液不断更新，所以用单纯的蒸腾系数不能充分表达无土栽培中必要水量及必要肥量这一双重关系。
为此，日本的山崎肯哉提出了表观吸收成分组成浓度这一概念。
表观吸收成分组成浓度用n∕w表示。
n－表示各肥料成分的吸收量，以mmol为单位。
w－表示吸收消耗的水量，以l为单位。
每天测定植株的吸收消耗水量（l∕株·
天），同时每天测定植株吸收了各营养元素（N、P、K、Ca、Mg）的量（mmol∕株·
天）。
这样即可计算出每株作物一生中总共吸收了多少水分和多少各种营养元素，并以此来计算n∕w值（表2－3）。
n∕w值概念反映了植物吸肥与吸水之间的关系，即植物吸收一定量的水就相应地吸收一定量的各种营养元素。
这就说明，我们向作物供给一定量水分的时候，也要同时供给相应数量的各种养分。
因而，n∕w就成为配制营养液的浓度标准。
这表明无土栽培上采取既供水又供肥的方式向作物供水，要比大田上单纯供水优越得多。
表2－3 几种蔬菜的n∕w值（山崎，1976）
蔬菜
生长季节
一株作物一生吸水量（l）
每吸1升水的同时吸收各元素的量
（n∕w＝mmol∕l）
N
P
K
Ca
Mg
甜瓜
黄瓜
番茄
甜椒
茄子
结球莴苣
草莓
3－6月
12－7月
8－6月
3－10月
9－1月
11－3月
65.45
173.36
164.5
165.81
119.08
29.03
12.64
13
7
9
10
6
7.5
1.33
1.00
0.67
0.83
0.50
0.75
4
4.5
3.5
1.5
1.0
2.0
（二）营养液的总盐度的确定
首先，根据不同作物种类、不同品种、不同生育时期在不同气候条件下对营养液含盐量的要求，来大体确定营养液的总盐分浓度。
一般情况，营养液的总盐分浓度控制在0.4～0.5％以下，对大多数作物来说都可以较正常地生长；
当营养液的总盐分浓度超过0.5％以上，很多蔬菜、花卉植物就会表现出不同程度的盐害。
不同作物对营养液总盐分浓度的要求差异较大，例如番茄、甘蓝、康乃馨对营养液的总盐分浓度要求为0.2～0.3％，荠菜、草莓、郁金香对营养液的总盐分浓度要求为0.15～0.2％，显然前者比后者较耐盐。
因此，在确定营养液的盐分总浓度时要考虑到植物的耐盐程度。
营养液总盐分浓度列表2－4，以供参考。
表2-4 营养液总浓度范围
（三）营养液中各种营养元素的用量和比例的确定
主要根据植物的生理平衡和营养元素的化学平衡来确定各种营养元素的适宜用量和比例。
1.生理平衡 能够满足植物按其生长发育要求吸收到一切所需的营养元素，又不会影响到其正常生长发育的营养液，是生理平衡的营养液。
影响营养液平衡的因素主要是营养元素间的协助作用或拮抗作用（图2－1）。
目前世界上流行的原则是分析正常生长的植物体中各种营养元素的含量来确定其比例。
根据植物体分析结果设计生理平衡配方步骤为：
第一步，对正常生长的植物先进行化学分析，确定每株植物一生中吸收各种营养元素的数量。
第二步，将以g／株表示的各种元素的吸收量转化成以mmol/L表示，以便设计过程中的计算。
第三步，确定营养液的适宜的总浓度（例如总浓度确定为37mmol/L），然后按比例计算出各种营养元素在总浓度内占有的份额（mmol/L）。
第四步，选择适宜的肥料盐类，按各营养元素应占的mmol数选配肥料的用量。
含某种营养元素的肥料一般有多种化合物形态，选择哪一图2－1 元素间的相互作用
种，要经研究和比较试验决定。
微量元素的用量和比例，按表2－5直接引用。
表2－5 营养液微量营养元素用量（各配方通用）
第五步，可将以mmol表示的剂量转化为用g表示的剂量，以方便配制。
2．化学平衡 化学平衡是指营养液配方中的几种化合物，当其离于浓度高到一定程度时，是否会相互作用而形成难溶性的化合物沉淀，从而使营养液中某些营养元素的有效性降低，以致影响营养液中这些营养元素之间的平衡。
营养液是否会形成沉淀根据“溶度积法则”就可推断出来。
溶度积法则
溶度积法则是指存在于溶液中的两种能够相互作用形成难溶性化合物的阴阳离子，当其浓度（以mol为单位）的乘积大于这种难溶性化合物的溶度积常数Ksp（可在相关化学手册中查得）时，就会产生沉淀。
它是衡量溶液能否产生沉淀的重要理论依据。
根据此法则可知，沉淀的产生与溶液中的阴阳离子的浓度有关，而某些阴离子如PO43-、OH－的浓度与溶液的pH值有关。
避免营养液中产生难溶性化合物的方法是适当降低营养液中阴阳离子浓度或通过降低pH值使得某些阴离子浓度降低的方法来解决。
计算公式：
Ksp－AxBy＝［Am+］χ×
［Bn－］У
Ksp――溶度积常数的符号
［A］――阳离子的摩尔浓度
［B］――阴离子的摩尔浓度
m、n――阴阳离子的价数
χ、У――组成难溶性化合物分子的阳离子和阴离子的数目
AxBy――难溶性化合物分子式
三、营养液配方
在规定体积的营养液中，规定含有各种必需营养元素的盐类数量称为营养液配方。
配方中列出的规定用量，称为这个配方的一个剂量（表2-6）。
如果使用时将各种盐类的规定用量都只使用其一半，则称为用某配方的半剂量或1／2剂量，余类推。
现在世界上已发表了无数的营养液配方（见附录）。
营养液配方根据应用对象不同，分为叶菜类和果菜类营养液配方；
根据配方的使用范围分为通用性（如霍格兰配方、园试配方）和专用性营养液配方；
根据营养液盐分浓度的高低分为总盐度较高和总盐度
较低的营养液配方。
表2－6 营养液配方实例
四、营养液的种类
营养液的种类有以下几种提法：
原液、浓缩液、稀释液、栽培液和工作液。
（一）原液
是指按配方配成的一个剂量标准液。
（二）浓缩液
又称浓缩贮备液、母液，是为了贮存和方便使用而把原液浓缩多少倍的营养液。
浓缩倍数是根据营养液配方规定的用量、各盐类在水中的溶解度及贮存需要配制的，以不致过饱和而析出为准。
其倍数以配成整数值为好，方便操作。
（三）稀释液
是将浓缩液按各种作物生长需要加水稀释后的营养液。
一般稀释液是指稀释到原液的浓度，如浓缩100倍的浓缩液，再稀释100倍又回到原液，如果只稀释50倍时，浓度比原液大50％。
有时是根据作物种类、生育期所需要的浓度稀释的稀释液，所以稀释液不能认为就是原液。
（四）培养液或工作液
是指直接为作物提供营养的人工营养液，一般用浓缩液稀释而成。
可以说稀释液就是栽培液，因为稀释的目的就是为了栽培。
五、营养液浓度的表示方法
营养液浓度的表示方法很多，常用一定体积的溶液中含有多少数量的溶质来表示其浓度。
（一）化合物重量／升
即每升溶液中含有某化合物的重量数，重量单位可以用克（g）或毫克（mg）表示。
例如，KNO3-0.81g／l是指每升营养液中含有0.81g的硝酸钾。
这种表示法通常称为工作浓度或操作浓度。
就是说具体配制营养液时是按照这种单位来进行操作的。
（二）元素重量／升
即每升溶液含有某营养元素的重量数，重量单位通常用毫克（mg）表示。
例如，N-210mg／l是指每升营养液中含有氮元素210mg。
用元素重量表示浓度是科研比较上的需要。
但这种用元素重量表示浓度的方法不能用来直接进行操作，实际上不可能称取多少毫克的氮元素放进溶液中，只能换算为一种实际的化合物重量才能操作。
换算方法为：
用要转换成的化合物含该元素的百分数去除该元素的重量。
例如，NH4NO3含N为35％，要将氮素175mg转换成NH4NO3，则175／0.35=500mg，即175mgN相当于500mg的NH4NO3。
（三）摩尔／升（mol／l）
即每升溶液含有某物质的摩尔（mol）数。
某物质可以是元素、分子或离子。
由于营养液的浓度都是很稀的，因此常用毫摩尔／升（mmol／1）表示浓度。
（四）渗透压
渗透压表示在溶液中溶解的物质因分子运动而产生的压力。
单位是帕斯卡（Pa）。
可以看出溶解的物质愈多，分子运动产生的压力愈大。
营养液适宜的渗透压因植物而异，根据斯泰钠的试验，当营养液的渗透压为507～1621百帕时，对生菜的水培生产无影响，在202～1115百帕时，对番茄的水培生产无影响。
渗透压与电导率一样，只用以间接表示营养液的总浓度。
无土栽培的营养液的渗透压可用理论公式计算：
P=C×
0.0224×
（273＋t）/273
式中：
P为溶液的渗透压，以标准大气压（atm）为单位；
C为溶液的浓度（以溶液中所有的正负离子的总浓度表示，即正负离子mmol／L为单位）；
t为使用时溶液的温度（℃）；
0.0224为范特行甫常数；
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