水培營養液的調節

2017-12-27
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首先是水源要求，無土栽培對水質的要求比農田灌溉水質標準稍高，但可低於飲用水水質要求。可選的水源有:河水、水庫水（關注重金屬及有害元素，懸浮物≤l0mg/L，進行澄清處理）,雨水（當地年降水量超過1000mm，頂部有收集器，需要關注大氣污染情況）井水（一般也可以，但要考慮當地底層結構，初次使用是需要化驗化驗Ca、Mg含量：硬度：<10°，酸鹼度： pH 5.5～8.5）。

此外，自來水（少菌、潔凈，有毒物質不超標，余氯：Cl<0.3mg/l），蒸餾水（水質好，價格高。）是更好的選擇，但是成本較剛才三種選擇略高一些。

南方水質較軟，可以直接使用，而北方水質較硬，需要軟化后使用，但參觀過北京很多大棚基地，好像也在直接使用，也許是生菜葉比較好養。一般來說硬度在15°以下較好。

其次是水量：不管採用何種水源，無土栽培要求有足夠的水量配製營養液用，不能缺水。如在番茄旺盛生長期，每株每天耗水1-1.5L，因此無土栽培用水量是相當大的（也有更先進的系統把植物蒸發的水循環利用，此處暫不表），一般而言，當地年降水量在1000mm以上，可以通過收集雨水滿足無土栽培。而在實際過程中，可把自來水、井水、雨水等混合使用，降低成本。如果是植物工廠，則使用過濾后的自來水，部分高標準的還使用純水。

第二部分是營養液的要求：一般植物工廠水培中選用分析純和化學純試劑，很多大棚水培的也在用農業用試劑（對後續的營養元素平衡和分析帶來較多阻礙），有機營養液暫不展開討論（總的來說是原料有機，最後還是分解為無機和一些小分子有機物讓植物吸收）。

水培必須元素16種，其中大量元素：（碳），（氫），（氧），氮，磷、硫、鉀、鈣、鎂；微量營養元素：鐵、錳、鋅、銅、硼、鉬、（氯），括弧內為水中空氣中自帶的，不需要額外補充。

一般情況下營養液總鹽分在0.4-0.5%以下，超過這個範圍，大多數作物都會出現不同程度的鹽害。一般情況下營養液總鹽分在0.4-0.5%以下，超過這個範圍，大多數作物都會出現不同程度的鹽害。而營養元素配方，主要根據營養元素的化學平衡和植物的生理平衡來確定。

①化學平衡，指營養液中有些元素的化合物，當離子濃度達到一定水平就會相互作用而產生沉澱，幾乎所有的平衡營養液都存在沉澱的可能性，判斷一個配方是否會產生沉澱，一般用溶度積分法來確定。配置的時候要特別注意Ca和POO4及HPO4、H2PO4的溶度積。

②生理平衡，在這組營養液解決化學平衡后，我們還需要關注生理平衡。生理平衡指能夠滿足植物正常生長所吸收到的一切營養元素，又不會影響其正常發育的營養液。

比如營養液中的硝酸根、磷酸二氫根、硫酸根能夠促進植物鉀鈣鎂離子的吸收，但同時也存在著鈣對鎂離子的拮抗作用。

因為不同植物種類和遺傳特性不同，生長環境和生育階段也不一樣，所以不會有千篇一例的配方，一般來說，園試、山崎、霍格蘭等及其改良配方，都可以適合一大類植物所需。由於品種和栽培環境的改變，這些上世紀下葉開發的配方是否適合目前生產，這需要打一個問號。

一般補充一個元素都是補充含有其的化合物，在這裡我特別關注了氮的來源。氮是植物所需的重要元素之一，在水培中既可以由硝酸根，也可以由銨根離提供，當然也可以由一些亞硝酸根等提供，主要還是由上面這兩類。研究表明，多數情況下，兩者對植物具有同等的生理功能，而在應用上存在的差異，一般是由其鹽類伴隨產生的。

如硝酸鉀是生理鹼性鹽，即植物根系從溶液中選擇性的吸收離子后溶液的PH上升，而硫酸銨則是生理酸性鹽，一般情況下，硝酸鹽所造成的生理鹼性比較弱、PH變化慢，而銨鹽所造成的生理酸性比較強、PH變化迅速。所以營養液配方值N源主要採用硝態氮。

EC，先用一組標準濃度梯度測量EC和營養液濃度的關係，確定EC=a+bS，之後可以根據EC反推營養液濃度S，注意我們的目標並非EC，而是S，當然S是個混合總值，並不能反映各離子比例

之前有人用園試配方做過電導率試驗，比如大量元素化合物總含量是4.8g/L，EC是4.465。S是4.32時，EC是4.030。這個要具體配方具體分析，最好用一組梯度，求出線性函數。

營養液pH的要求，根據具體植物提供不同pH營養液，pH範圍肯定都在4-9之間，營養液PH在作物栽培中會發生一系列變化，一是上文說到的生理酸性和生理鹼性鹽的用量和比例（這是一個很大的方面，可以具體出很多話題，就不展開了），二是根系分泌物，三是每株植物所佔營養液大小和循環速率，這個顯而易見，如果所佔營養液多，並且經常循環，那就能夠保持穩定，至於怎麼保持穩定接下去會涉及。PH對植物至關重要，PH大於7會使鈣鎂鐵錳等有效性降低，而PH小於5則會對鈣的吸收產生拮抗作用。所以營養液的選擇適合，不僅要選擇全面的配方，還要選擇能夠長期穩定pH的配方。

存在著正相關關係，您可以用線性擬合，用確定性係數r2來看擬合程度，剛才說了高於0.5%不太好，那您就把0.01%到0.5%的一系列濃度一測，看這個範圍內的擬合程度，高於0.5%的反正種植物也不太好。

第三是營養液的配置：營養液配置需確保在配製后存放和使用營養液時都不會產生難溶性化合物的沉澱，如果選擇硬水作為溶液，那麼要先將硬水做檢測，以便按營養液配方計算式，需要將硬水裡面的元素扣除。生產上配製的營養液分為濃縮儲備液和栽培營養液兩種。為了防止配置母液產生沉澱，母液一般來說分三份，A以鈣鹽為主，凡是不與鈣鹽產生沉澱的放一起，B以磷酸鹽為主，凡是不與磷酸鹽產生沉澱的放一起。C是鐵和微量元素。為了防止母液產生沉澱，在長時間貯存時，一般可加硝酸或硫酸將其酸化至pH 3-4，同時應將配製好的濃縮母液置於陰涼避光處保存，C母液最好用深色容器貯存。母液怎麼變栽培營養液操作步驟大家都知道怎麼回事，所以不詳細展開。

第四是營養液管理，包括消毒、水分和養分補充、EC和PH調節，管理技術，液溫控制，營養液更換。

消毒：使用前對水進行消毒，溶液目前主要有過濾、紫外光燈消毒、超聲波處理、臭氧處理和加熱。要值得注意的是，等到營養液調配完成，紫外或者加熱處理可能使溶液內元素不穩定、沉澱，分解（主要是鐵元素）。

水分補充：一般來說，水培需要配置佔總體積1/3-1/2的儲液箱（過小的儲液箱不能有效循環，水都打出去了，但是回液的水還沒補充回來，太大的話佔用地方，浪費空間），在儲液箱劃上刻度，按照實際情況每一天或者每隔幾天補充水分至原水位處，當然做的多了可以知道每天大概需要補充多少水，之後可改裝成半自動或者全自動。

養分補充：經過一段時間以後，因為植物的選擇性吸收，根系分泌物污染，環境條件變化等，需要進行養分補充，

嚴謹的說來，每隔一段時間，需要測得營養液的所有成分，然後和標準營養液進行比較再選擇性添加，但絕大多數栽培地做不到全組分檢測，並且植物的選擇性吸收導致難以單一元素補充，所以一般的做法是測得標準營養液的電導率（EC，先用一組標準濃度梯度測量EC和營養液濃度的關係，確定EC=a+bS，之後可以根據EC反推營養液濃度S，注意我們的目標並非EC，而是S，當然S是個混合總值，並不能反映各離子比例），之後根據EC變化選擇添加多少營養液，當然也不是下降一點就補充，一般當營養液濃度降到原來濃度的1/2或70%，才補充養分，補充時候用稀釋的母液（濃度高於栽培液），緩慢導入儲液箱，邊倒邊循環，補充完成後再循環一會，保證各處溶液PH/EC較均勻（其實這一點很難做到）。

PH調節：合理選擇適當配方后，溶液PH變化不會特別迅速，但我們也必須每周測量和調節PH，在種植過程中，一般採用酸鹼中和法來調節，PH過低用稀NaOH，PH過高用稀硝酸或者稀硫酸，因為我之前主要用硝態氮（生理鹼性鹽），所以都在加酸調節，用酸時，要注意引入硝酸根或者硫酸根造成N或者S過多的現象，所以應根據實際情況做選擇。由於溶液中存在許多鹽，不能用計算值來確定酸或者鹼的用量，必須要實際滴定曲線來確定用量。調節后對整個營養液進行循環。注意，一般不用磷酸，因為CaHPO4溶度積太小，很容易產生沉澱。

溶解氧補充：植物根系發育過程中需要足夠的氧氣，而水培尤其是深流也很容易造成根系缺氧。經測定，正常水培過程中，網紋甜瓜果實膨大期四小時吸氧量達到水飽和氧的30%以上，所以需要我們經常補充氧氣。