无土栽培营养液
营养液配方选
集
在无土栽培的发展过程中，很多工作者根据种植的作物种类、水质、气候条件以及营养元素化合物来
源的不同，组配了许许多多的营养液配方。这里选列的多为经实践证明为良好的营养液配方，我国近十多年来进行大面积无土栽培生产过程中筛选出的有代表性的配方也选列了些， 同时还选列了一些较为特殊的营养液配方，如酰胺态氮型的配方和全铵态氮型配方，供参考。 在选用这里所列的营养液配方时，要明确一点，只要一个营养液配方是生理平衡的，那么它具有一定程度上的通用性，也即不是每一种作物都需要一个相对应的营养液配方，一个生理平衡的营养液配方可能适用于一大类作物，也可能是适用于几类作物或几类作物中的几种作物品种。了解了这一点之后，就能根据读者掌握的理论知识，结合实践经验，对营养液配方进行灵活的运用了。我们还列出了一种微量元素的通用配方。因微量元素的用量很少，作物的需要量也较少，而且多数作物都有一个很相近的、较窄的适宜浓度范围，因此，微量元素的应不需要像大量元素那样分为多种营养液配方，只需在大量元素配方中加入数量基本相同的微量元素即可。
表3-12 常用营养液配
方选集
每升水中含有化合物的毫克数(mg/L) 四 硝 硝 磷 水 酸 酸 酸 硝 钾 铵 二 酸 氢 钙 钾 每升含有元素毫摩尔数(mmol/L) 物质 量 养液 名称 用对象 1865) 1150 200 培配方 nd 和945 607 1938) nd 和1180 506 136 1938) n 和d(1952) 708 1011 磷 磷 硫硫 七 二 总盐 N 酸 酸 酸酸 水 水 含量+K Ca Mg S 这里供 3—N P 氢 二铵 钾 硫 硫 (mg/L) NH4-N NO（氨态（硝态（磷） （钾） （钙） （镁） （硫） 二 氢 酸 酸 参考用氮） 氮） 钾 铵 镁 钙 现在仍 200 200 1750 115 493 693 493 2160 2315 2442 备 230 ed配方952) ted 配1952) 1000 450 500 500 2518 500 500 2535 通用配剂量通用配剂量番茄配用，1/2宜英国洛站配方， 1000 400 135 1
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ted 配 1000 300 270 500 500 1952) 1975)推上使用1062 505 140 738 配方 室作物岩棉培886 303 204 33 218 247 配方 卉研究培滴灌660 378 64 204 148 方 卉研究培滴灌786 341 20 204 185 方 试配方945 809 153 493 966) 瓜配方826 607 153 370 78) 826 607 115 483 2570 2445 可通用，量为1891 以番茄为通1394 以非洲菊可通1536 2400 1956 以玫瑰为通瓜配方2041 营养物质 每升水中含有化合物的毫克数(mg/L) 每升含有元素毫摩尔数 (mmol/L) 用 四 硝 硝磷 磷 磷 硫硫 七 二 总 N 量 水 酸 酸酸 酸 酸 酸酸 水 水 盐 营养液 备 硝 钾 铵二 氢 二铵 钾 硫 硫 配方名称 酸 注 氢 二 氢 酸 酸 含 CM+-P NH4-NO3-K a g S 及适用对象 钙 钾 钾 铵 镁 钙 量 N N (mg/L) 山崎番茄配方(1978) 山崎甜椒配方(1978) 山崎莴苣配方(1978) 山崎茄子配方(1978) 山崎茼蒿配方(1978) 2
通用配剂量山崎的方是按吸肥同律n/w的配方，为稳404 60354 7 40236 4 70354 8 80472 9 354 77 96 57 11 5 15 3 246 185 123 246 493 1081 1242 820 1423 1927 吸水吸肥同步的规律 n/w值确定的配 方，性质较为稳 定 -
山崎小芜箐50236 配方(1978) 6 山崎鸭儿芹70236 配方(1978) 8 山崎草莓配30236 方(1978) 3 华南农业大40学果菜配方472 4 (1990) 华南农业大40学番茄配方590 4 (1990) 华南农业大26学叶菜A配472 7 方(1990) 华南农业大学叶菜B配20方 472 2 57 19 2 57 12 922 3 24 1380 6 12 719 3 24 1222 6 24 1376 6 可通用， 可通用， 10 0 13 6 510 3 0 可通用， 1126 1254 6 4 可通用，特别是 适合易缺铁作物， 低含氮 配方 810 0 0 1724 1274 4 6 华南农业大3215学豆科配方 2 0 (1990) 山东农业大1003025学西瓜配方 0 0 0 (1978) 山东农业大学番茄、辣2318910 椒配方8 5 (1978) 15751372 0 0 1225 1920 0 0 50 1833 0 表3-13 通用微量元素配方 化合物名称/分子式 乙二胺四乙酸二钠铁 [EDTA-2NaFe(含%)*] 硼酸/H3BO3 硫酸锰/ 硫酸锌/ 硫酸铜/ 钼酸铵/(NH4) 每升水中含有的化合物每升水含有元素毫克数毫克数(mg/L) (mg/L) 20-40 *如无EDTA-2NaFe，可用EDTA-2Na和络合代替，详见附录。 3
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**易缺铁的作物如十字花科的芥菜、菜心、小白菜；旋花科的蕹菜等作物可用高用量，这里铁的用量可根据你种植的作物灵活选择。
附录：如果买不到螯合态铁可以按这个方式来配（一升水用量）：Na2—EDTA: + 七水硫酸亚铁
概论：
营养液 ：根据植物生长对养分的需求，把肥料按一定的数量和比例溶解于水中所配制的溶液称为营养液。无论是有固体基质栽培还是无固体基质栽培的无土栽培形式，都要用到营养液来提供作物生长所需的养分和水分。无土栽培生产的成功与否，在很大程度上取决于营养液配方和浓度是否合适，植物生长过程的营养液管理是否能满足各个不同生长阶段的要求。因此，可以说营养液是无土栽培生产的核心问题。只有深入了解营养液的组成和变化规律及其进行调控的方法，才能够真正掌握无土栽培生产技术的精髓。有些人
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认为，只要有了现成的营养液配方，就可以直接拿来使用，甚至认为就算真正掌握了无土栽培技术了，这是很幼稚的想法，特别是大规模无土栽培生产过程中，知其然而不知其所以然地盲目使用他人的配方，将可能造成不必要的损失。因为在不同的地方，水质、气候和作物品种的差异，都将对营养液的使用效果产生很大的影响。要对营养液真正地掌握，正确地、灵活地使用好营养液，只有通过认真地实践才能取得无土栽培生产的真正成功。
第一节 营养液配制的水质要求
不同地方进行无土栽培生产时，由于配制营养液的水的来源不同，可能会或多或少地影响到配制的营养液，有时会影响到营养液中某些养分的有效性，有时甚至严重影响到作物的生长。因此，在进行无土栽培生产之前，要先对当地的水质进行分析检验，以确定所选用的水源是适宜使用。
一、无土栽培的水源选择
无土栽培生产中常用自来水和井水作为水源，有些地方还可以通过收集温室或大棚屋面的雨水来作为水源。究竟采用何种水源，可视当地的情况而定，但在使用前都必须经过分析化验以确定其适用性如何。
如果以自来水作为水源使用，因其价格较高而提高了生产成本。但由于自来水是经过处理的，符合饮用水标准，因此作为无土栽培生产的水源在水质上是较有保障的。
如果以井水作为水源，要考虑到当地的地层结构，开采出来的井水也要经过分析化验。
如果是通过收集雨水作为水源，因降雨过程会将空气中的尘埃和其它物质带入水中，因此要将收集的雨水澄清、过滤，必要时可加入沉淀剂或其它消毒剂进行处理。如果当地空气污染严重，则不能够利用雨水作为水源。一般而言，如果当地的年降雨量超过1000mm以上，则可以通过收集雨水来完全满足无土栽培生产的需要。
有些地方在开展无土栽培生产时也用到较为清洁的水库水或河水作为水源。要特别注意不能够利用流经农田的水作为水源。在使用前要经过处理及分析化验来确定其是否可用。
二、无土栽培的水质要求
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无土栽培的水质要求比一般农田灌溉水的要求高，但可低于饮用水的水质要求。水质要求的主要指标分述如下：
1、硬度：根据水中含有钙盐和镁盐的数量可将水分为软水和硬水两大类型。硬水中的钙盐主要是重碳酸钙[Ca(HCO3)2]、硫酸钙(CaSO4)、氯化钙(CaCl2)和碳酸钙(CaCO3)，而镁盐主要为氯化镁(MgCl2)、硫酸镁(MgSO4)、重碳酸镁[Mg(HCO3)2]和碳酸镁(MgCO3)等。而软水的这些盐类含量较低。水的硬度统一用单位体积的CaO含量来表示，即每度相当于10mg CaO/L.
表3-1 水的硬度划分标准
硬度 相当于CaO含量(mg CaO/L) 名 称
0-4o 0~40 极软水
4-8o 40~80 软 水
8-16o 80~160 中硬水
16-30o 160~300 硬 水
>30o >300 极硬水
在石灰岩地区和钙质土地区的水多为硬水，例如我国的华北地区的许多地方的水为硬水；而南方除了石灰岩地区之外，大多为软水。硬水由于含有钙盐、镁盐较多，因此，一方面其pH值较高，另一方面在配制营养液时如果按营养液配方中的用量来配制时，常会使营养液中的钙、镁的含量过高，甚至总盐分浓度也过高。因此，利用硬水配制营养液时要将硬水中的钙、镁含量计算出来，并从营养液配方中扣除。在北京地区，曾有人试验过单纯依靠硬水中的钙就可满足生菜的生长要求。一般地，利用15o以下的硬水来进行无土栽培较好，硬度太高的硬水不能够作为无土栽培生产的用水，特别是进行水培时更是如此。
2、酸碱度：范围较广，~之间的均可使用。
3、悬浮物：≤10mg/L。在利用河水、水库水等要经过澄清之后才可使用。
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4、氯化钠含量：≤100mg/L
5、溶解氧：无严格要求。最好是在未使用之前≥3mg O2/L
6、氯(Cl2)：主要来自自来水中消毒时残存于水中的余氯和进行设施消毒时所用含氯消毒剂如次氯酸钠(NaClO)或次氯酸钙[Ca(ClO)2]残留的氯。第二节 营养液配制的原料
配制营养液原料
营养液是由提供营养元素的营养物质(肥源)和少量为使某些营养元素的有效性更为长久的辅助材料按一定的数量和比例溶解在水中而成的。在无土栽培生产中所用于配制营养液的营养物质种类很多，根据不同类型作物的营养液配方的不同而用不同的营养物质。在生产上还可根据当地的水质、气候和种植作物品种的不同，而将前人使用的、被认为是合适的营养液中的营养物质的种类、用量和比例作适当的调整。要灵活而有效地管理无土栽培的营养液，就必须对配制营养液所用的营养物质及辅助材料有较好的了解。
一、含氮营养物质
1、硝酸钙[Ca(NO3)2·4H2O]
含有氮和钙两种营养元素，其中氮(N)含量为%，钙(Ca)含量为%。硝酸钙外观为白色结晶，极易溶解于水中，20℃时每100mL水可溶解克，吸湿性极强，暴露于空气中极易吸水潮解，高温高湿条件下更易发生。因此，储存时应密闭并放置于阴凉处。
硝酸钙是一种生理碱性盐，作物根系吸收硝酸根离子的速率大于吸收钙离子，因此表现出生理碱性。由于钙离子也被作物吸收，其生理碱性表现得不太强烈，随着钙离子被作物吸收之后，其生理碱性会逐渐减弱。硝酸钙是目前无土栽培中用得最广泛的氮源和钙源肥料。特别是钙源，绝大多数营养液配方都是由硝酸钙来提供的。
2、硝酸铵[NH4NO3]
硝酸铵中氮含量为34%~35%，其中铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量各占一半。硝酸铵外观为白色结晶，农用及部分工业用硝酸铵为了防潮常加入疏水性物质制成颗粒状，其溶解度很大，20℃时100mL水中可溶解188克。
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硝酸铵的吸湿性很强，易板结，纯品硝酸铵暴露于空气中极易吸湿潮解，因此，在贮存时应密闭并置于阴凉处。另外，硝酸铵有助燃性和爆炸性，在贮运时不可与易燃易爆物质共同存放。受潮结块的硝酸铵，不能用铁锤等金属物品猛烈敲击，应用木锤或橡胶锤等非金属性材料来轻敲打碎。
因硝酸铵中含有50%的铵态氮和50%的硝态氮，由于多数作物在加入硝酸铵初始的一段时间内对铵离子的吸收速率大于硝酸根离子，因此，易产生较强的生理酸性，但当硝态氮和铵态氮都被作物吸收之后，其生理酸性逐渐消失。同时，在用量较高时，对于铵态氮较敏感的作物会影响到其养分的吸收和生长，因此，在使用硝酸铵作为营养液的氮源时要特别注意其用量。
3、硝酸钾[KNO3]
硝酸钾的氮(N)含量为%，钾(K)的含量为%，它能够提供氮源和钾源，外观上为白色结晶，吸湿性较小，长期贮存于较潮湿的环境下也会结块。在水中的溶解性较好，20℃时100mL水中可溶解克。硝酸钾具有助燃性和爆炸性，贮运时要注意不要猛烈撞击，不要与易燃易爆物混存一处。硝酸钾是一种生理碱性肥料。
4、硫酸铵[(NH4)2SO4]
硫酸铵中含氮(N)量为20%~21%，它是用硫酸中和NH3而制得的。外观为白色结晶，易溶于水，在20℃时，每100克水可溶解75克硫酸铵。硫酸铵物理性状良好，不易吸湿。但当硫酸铵中含有较多的游离酸或空气湿度较大时，长期存放也会吸湿结块。
溶液中的硫酸铵被植物吸收时，由于多数作物根系对NH4+的吸收速率比SO42-来得快，而使得溶液中累积较多的硫酸，呈酸性。所以，硫酸铵是一种生理酸性肥料。在作为营养液氮源时要注意其生理酸性的变化。
5、尿素[(NH2)2CO]
尿素是在高温、高压并且有催化剂存在时，由氨气(NH3)和二氧化碳(CO2)反应而制得的。尿素含氮量很高，达46%，是固体氮肥中含氮量最高的。纯品尿素为白色针状结晶，吸湿性很强。为了降低其吸湿性，作为肥料用的尿素常制成颗粒状，外包被一层石蜡等疏水物质。所以，肥料尿素的吸湿性一般不大。尿素易溶于水，在20℃时，每100克水中可溶解100克尿素。
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加入营养液中的尿素由于在植物根系分泌的脲酶作用下，会逐渐转化为碳酸铵[(NH4)2CO3]，并在水中解离为NH4+和CO32-，由于作物对NH4+的选择吸收速率较快，致使溶液的酸碱度降低，因此，尿素为生理酸性肥。
无土栽培的水培中除了少数的配方是使用尿素作为氮源的以外，很少使用。在基质栽培中可以混入基质中使用。
二、含磷营养物质
1、过磷酸钙 [Ca(H2PO4)2·H2O+CaSO4·H2O]
过磷酸钙又称普通过磷酸钙或普钙。它是由粉碎的磷矿粉中加入硫酸溶解而制成的，其中含磷的有效成分为磷酸一钙[Ca(H2PO4)2]，同时还含有在制造过程中产生的硫酸钙(石膏，，它们分别占肥料重量的30%~50%和40%左右，其余的为其它杂质。过磷酸钙的外观为灰色或灰黑色颗粒或粉末，一级品的过磷酸钙的有效磷含量(P2O5)为18%，游离酸含量<4%，水分含量<10%，同时还含有Ca19%~22%，S 10%~12%。过磷酸钙是一种水溶性磷肥，当把过磷酸钙溶解于水中时会在容器底部残留一些沉淀，这些沉淀就是难溶性的硫酸钙，但不要误会为过磷酸钙是一种缓效性的或难溶性的肥料。
过磷酸钙由于在制造过程中原来的磷矿石中的Fe、Al等化合物也被硫酸溶解而同时存在于肥料中，当过磷酸钙吸湿后，磷酸一钙会与Fe、Al化合物形成难溶性的磷酸铁和磷酸铝等化合物，这时磷酸的有效性就降低了，这个过程称为磷酸的退化作用。因此，在贮藏时要放在干燥处以防吸湿而降低过磷酸钙的肥效。
在无土栽培中，过磷酸钙主要用于基质栽培和育苗时预先混入基质中以提供磷源和钙源。由于它含有较多的游离硫酸和其它杂质，并且有硫酸钙的沉淀，所以一般不作为水培配制营养液的肥源。
2、磷酸二氢钾[KH2PO4]
外观为白色结晶或粉末，分子量为，易溶于水，20℃时100g水中可溶解。磷酸二氢钾性质稳定，不易潮解，但贮藏在湿度大的地方也会吸湿结块。由于磷酸二氢钾溶解于水中时，磷酸根解离有不同的价态，因此对溶液pH的变化有一定的缓冲作用，它可同时提供钾和磷二种营养元素，是无土栽培中重要的磷源。
3、磷酸二氢铵[NH4H2PO4]
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也称磷酸一铵或磷一铵。它是将氨气通入磷酸中而制得的。纯品的磷酸二氢铵外观为白色结晶，作为肥料用的磷酸二氢铵外观多为灰色结晶。纯品含磷(P2O5)%，含氮(N)11%~13%。易溶于水，溶解度大，20℃时100g水中可溶解。它可同时提供氮和磷两种营养元素。对溶液pH变化有一定的缓冲能力。
4、磷酸一氢铵[(NH4)2HPO4]
也称磷酸二铵或磷二铵。它是将氨气通入磷酸溶液中制得的。纯品的磷酸一氢铵外观为白色结晶。纯品含磷(P2O5)%，含氮(N)21%。作为肥料用的磷酸一氢铵常含有一定量的磷酸二氢铵，这种肥料的含磷量(P2O5)为20%，氮(N)18%。它对营养液或基质pH值的变化有一定的缓冲能力。
5、重过磷酸钙[Ca(H2PO4)2]
重过磷酸钙的有效成分为磷酸二氢钙即磷酸一钙[Ca(H2PO4)]，外观为灰白色或灰黑色粉末，含磷量(P2O5)为40%~52%，不含有硫酸钙，易溶于水，游离酸含量较高，可达4%~8%，故水溶液呈酸性，其吸湿性和腐蚀性都比过磷酸钙强，但不象过磷酸钙那样存在着磷酸的退化作用。
无土栽培中主要用于预混入固体基质中使用，很少作为水培营养液的磷源使用。
6、偏磷酸铵[NH4PO3]
外观为白色粉末或结晶，含磷(P2O5)70%~73%，含氮(N)17%左右，稍有吸湿性，不易结块，其水溶液呈弱酸性，是一种含氮、磷的高浓度肥料，在生产的用得较少。三、含钾营养物质
1、硫酸钾[K2SO4]
纯品的外观为白色粉末或结晶，作为农用肥料的硫酸钾多为白色或浅黄色粉末。纯品硫酸钾含钾(K2O)%。肥料硫酸钾含钾(K2O)50%~52%，含硫(S)18%，较易溶解于水，但溶解度稍小，20℃时100g水中可溶解，吸湿性小，不结块，物理性状良好，水溶液呈中性，属生理酸性肥料。
2、氯化钾[KCl]
纯品的外观为白色结晶，作为肥料用的氯化钾常为紫红色或浅黄色或白色粉末，这与生产时不同来源的矿物颜色有关。氯化钾含钾(K2O)50%~60%，含氯47%，易溶于水，20℃时100g水中可溶解，吸湿性小，
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水溶液呈中性，属生理酸性肥料。在无土栽培中也可作为钾源来使用，但用得较少，主要是由于氯化钾含有较多的氯离子(Cl-)，对于马铃薯、甜菜等“忌氯作物”的产量和品质有不良的影响。
3、磷酸二氢钾：见上述“含磷营养物质”部分。
4、磷酸一氢钾：见上述“含磷营养物质”部分
四、中、微量元素肥料及其它辅助物质
1、硫酸镁[MgSO4·7H2O]
外观为白色结晶，含镁(Mg)%，含硫(S)13%，易溶于水，20℃时100克水中可溶解克硫酸镁。稍有吸湿性，吸湿后会结块。水溶液为中性，属生理酸性肥料。它是无土栽培中最常用的镁源。
2、氯化钙[CaCl2]
外观为白色粉末或结晶，含钙(Ca)36%，含氯(Cl)64%，吸湿性强，易溶于水，水溶液呈中性，属生理酸性肥料，在无土栽培中作为钙源用得较少，主要用于作物钙营养不足时叶面喷施使用，也可用于不用硝酸钙作为钙源的配方中。不宜在“忌氯作物”上使用，其它作物上使用时也要慎重。
3、硫酸钙[CaSO4·2H2O]
硫酸钙又称石膏，外观为白色粉末状，含钙(Ca)%，含硫(S)%。它由石膏矿粉碎或加热制成。农业石膏有生石膏、熟石膏2H2O)和含磷石膏三种。硫酸钙的溶解度很低，20℃时100克水中只能溶解克硫酸钙。水溶液呈中性，属生理酸性肥料，在水培中营养液配制时大多不使用，有极个别的配方中可能使用硫酸钙作为钙盐，一般在基质栽培中可混入基质中作为钙源的补充。
4、硫酸亚铁[FeSO4·7H2O]
硫酸亚铁又称黑矾、绿矾。外观为浅绿色或蓝绿色结晶，含铁(Fe)19%-20%，含硫(S)%，易溶于水，有一定的吸湿性。硫酸亚铁的性质不稳定，极易被空气中的氧氧化为棕红色的硫酸铁，特别是在高温和光照强烈的条件下更易被氧化，因此须将硫酸亚铁放置于不透光的密闭容器中，并置于阴凉处存放。硫酸亚铁是工业的副产品，来源广泛，价格便宜，是无土栽培中良好的铁源。但由于硫酸亚铁在营养液中易被氧化和与其它化合物(特别时磷酸盐)形成难溶性磷酸铁沉淀，因此，现在的大多数营养液配方中都不直接使用
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硫酸亚铁作为铁源，而是采用络合铁或硫酸亚铁与络合剂(如EDTA或DTPA等)先行络合之后才使用，以保证其在营养液中维持较长时间的有效性。同时，还要注意营养液的pH值不要过高(>，应保持在以下，否则也会因高pH值而产生沉淀，导致铁有效性的降低。如果发现硫酸亚铁被严重氧化、外观颜色变为棕红色时则不宜使用。
5、三氯化铁[FeCl3·6H2O]
外观为深黄色结晶，含铁(Fe)%，含氯(Cl)%，易溶于水，吸湿性强，易结块。作物对三价Fe3+的利用率较低，而且营养液的pH较高时，三氯化铁易产生沉淀而降低其有效性。现较少单独使用三氯化铁作为营养液的铁源。
6、络合剂
也称螯合剂，即凡是两个或两个以上含有孤对电子的分子或离子(即配位体)与具有空的价电子层轨道的中心离子相结合的单元结构的物质。同时具有一各成盐基团和一个成络基团与金属阳离子作用，除了有成盐作用之外还有成络作用的环状化合物称为螯合物。
为了解决在无土栽培营养液中铁源的沉淀或氧化失效的问题，常将二价的Fe2+与络合剂作用形成稳定性较好的铁络合物来使用于营养液中，也可用于叶面喷施及混入固体基质中。螯合铁作为营养液的铁源不易被其它阳离子所代替，不易产生沉淀，即使营养液的pH值较高，仍可保持较高的有效性，而且易被作物吸收。
除了铁之外，其它的多价阳离子都可与络合剂形成螯合物，但不同的阳离子和不同的络合剂形成螯合物的能力不一样，其稳定性也不同。不同金属阳离子形成的螯合物的稳定性以下列顺序递增：Mg2+ (1) EDTA：乙二胺四乙酸，分子式为(CH2N)2(CH2COOH)4，分子量为，外观为白色粉末，在水中的溶解度很小。一般用的是乙二胺四乙酸二钠盐[EDTA-2Na，(NaOOCCH2)2NCH2N(CH2COOH)，分子量为，外观为白色粉末状。它与硫酸亚铁作用可形成乙二胺四乙酸二钠铁[EDTA-2NaFe]，由于其价格相对较便宜，因此它是目前无土栽培中最常用的络合剂。 12 - (2) DTPA：二乙酸三胺五乙酸，分子式为HOOCCH2N[CH2CH2N(CH2COOH)2]2，分子量为，外观为白色结晶，微溶于冷水，易溶于热水和碱性溶液中。 (3) CDTA：1,2-环己二胺四乙酸，分子式为(HOOCCH2)2NCH(CH2)4HCN(CH2COOH)2，分子量为，外观为白色粉末状，难溶于水，易溶于碱性溶液中。 (4) EDDHA：乙二胺N,N’双(邻羟苯基乙酸)，分子式为(CH2N)2(OHC6H4CH2COOH)2，分子量为360，外观为白色粉末状，溶解度小。 (5) HEEDTA：羟乙基乙二胺三乙酸，分子式为(HOOCCH2)2NCH2CH2N(CH2CH2OH)CH2COOH，分子量为，外观为白色粉末状，冷水中的溶解度小，易溶于热水及碱性溶液中。 在无土栽培中最常用的是铁与络合剂形成螯合物来使用，而其它的金属离子如Mn、Zn、Cu等在营养液中的有效性一般较高，很少使用这些金属离子与络合剂形成的螯合物。 7、螯合铁 上述的几种络合剂都可以与铁盐形成螯合铁，但无土栽培中较常用的是乙二胺四乙酸二钠铁[EDTA-2NaFe]，它的分子量为390，含铁%，外观为土黄色粉末，易溶于水。有时也用乙二胺四乙酸一钠铁[EDTA-NaFe]。 8、硼酸[H3BO3] 外观为白色结晶，分子量为，含硼(B)%，冷水中的溶解度较低，20℃时100克水中溶解5克硼酸，热水中较易溶解，水溶液呈微酸性，是无土栽培营养液中良好的硼源。 9、硼砂[Na2B4O7·10H2O] 外观为白色或无色结晶，分子量为，含硼%。在干燥的条件下硼砂失去结晶水而变成白色粉末状，易溶于水，是营养液中硼的良好来源。 10、硫酸锰[MnSO4·4H2O或MnSO4·H2O] 外观上为粉红色结晶，四水硫酸锰分子量为，含锰%；一水硫酸锰分子量为，含锰%。它们都易溶解于水中。 13 - 11、硫酸锌[ZnSO4·7H2O] 俗称皓矾，为无色斜方晶体，分子量为，易溶于水，20℃时每100g水中可溶解。在干燥的环境下会失去结晶水而变成白色粉末。含Zn %，它是无土栽培重要的锌营养来源。 12、氯化锌[ZnCl2] 外观为白色结晶，分子量为，纯品含%，易溶于水，20℃时100g水中可溶解。由于溶解在水中会水解而生成白色氢氧化锌沉淀，故在无土栽培中较少用作锌源。 13、硫酸铜[CuSO4·5H2O] 外观为蓝色结晶，分子量为，含%，含%，易溶于水，20℃时100g水中可溶解。它是无土栽培良好的铜营养来源。 14、氯化铜[CuCl2·2H2O] 外观为篮绿色结晶，分子量为，含%，易溶于水，20℃时100g水中可溶解营养液浓度的表示方法和计算 营养液浓度的表示方法很多，常用的主要有以下两类表示方法： 一、直接表示法 在一定重量或一定体积的营养液中，所含有的营养元素或化合物的量来表示营养液浓度的方法统称为直接表示法。在无土栽培的营养液配制中最常用的是用一定体积的营养液含有营养元素或化合物的数量来表示其浓度。 1、化合物重量/升(g/L，mg/L) 即每升(L)营养液中含有某种化合物重量的多少。常用克/升(g/L)或毫克/升(mg/L)来表示。例如，一个配方中Ca(NO3)、KNO3、KH2PO4和MgSO4·7H2O的浓度分别为590mg/L、404mg/L、136mg/L和246mg 14 - /L，即表示按这个配方配制的营养液中，每升营养液含有Ca(NO3)、KNO3、KH2PO4和分别为590毫克、404毫克、136毫克和246毫克。 由于在配制营养液的具体操作时是以这种浓度表示法来进行化合物称量的，因此，这种营养液浓度的表示法又称工作浓度或操作浓度。 2、元素重量/升(g/L，mg/L) 指在每升营养液中某种营养元素重量的多少。常用克/升(g/L)或毫克/升(mg/L)来表示。例如一个配方中营养元素N、P、K的含量分别为150、80和170mg/L，即表示这一配方中每升含有营养元素氮150毫克、磷80毫克和钾170毫克。 用这种单位体积中营养元素重量表示营养液浓度的方法在营养液配制时不能够直接应用，因为实际称量时不能够称取某种元素，因此，要把单位体积中某种营养元素含量换算成为某种营养化合物才能称量。在换算时首先要确定提供这种元素的化合物形态究竟是什么，然后才将提供这种元素的化合物所含该元素的百分数来除以这种元素的含量。例如，某一配方中K的含量为160mg/L，而此时的钾是由硝酸钾来提供的，查表或计算可知硝酸钾含K量为%，则该配方中提供160mgK所需要KNO3的数量=160mg÷%=，也即要提供160mg的K需要有的KNO3。 用单位体积元素重量来表示的营养液浓度虽然不能够作为直接配制营养液来操作使用，但它可以作为不同的营养液配方之间浓度的比较。因为不同的营养液配方提供一种营养元素可能会用到不同的化合物，而不同的化合物中含有某种营养元素的百分数是不相同的，单纯从营养液配方中化合物的数量难以真正了解究竟哪个配方的某种营养元素的含量较高，哪个配方的较低。这时就可以将配方中的不同化合物的含量转化为某种元素的含量来进行比较。例如，一个配方的氮源是以Ca(NO3)2·4H2O L来提供的，而另一配方的氮源是以NH4NO3 L来提供的。单纯从化合物含量来看，前一配方的含量比后一配方的多了倍，不能够比较这两种配方氮的含量的高低。经过换算后可知，L Ca(NO3)2·4H2O提供的N为L，而L提供的N为140mg/L，这样就可以清楚地看到后一配方的N含量要比前一配方的高。 3、摩尔/升(mol/L) 15 - 指在每升营养液中某种物质的摩尔数(mol)。而某种物质可以是化合物(分子)，也可以是离子或元素。每一摩尔某种物质的数量相当于这种物质的分子量、离子量或原子量，其质量单位为克(g)。例如，1摩尔的钾元素(K)相当于，1摩尔的钾离子(K+)相当于克，1摩尔的硝酸钾(KNO3)相当于克。 由于无土栽培营养液的浓度较低，因此，常用毫摩尔/升(mmol/L)来表示。1mol/L=1000mmol/L。 在配制营养液的操作过程中，不能够以毫摩尔/升来称量，需要经过换算成重量/升后才能称量配制。换算时将每升营养液中某种物质的摩尔数(mol/L)与该物质的分子量、离子量或原子量相乘，即可得知该物质的用量。例如，2mol/L的KNO3相当于KNO3的重量=2mol/L×mol=L 二、间接表示法 1、电导率(Electric Conductivity，EC) 由于配制营养液所用的原料大多数为无机盐类，而这些无机盐类多为强电解质，在水中电离为带有正负电荷的离子，因此，营养液具有导电作用。其导电能力的大小用电导率来表示。电导率是指单位距离的溶液其导电能力的大小。它通常以毫西门子/厘米(ms/cm)或微西门子/厘米(μs/cm)来表示[以前用毫姆欧/厘米(m /cm)或微姆欧(μ /cm)来表示，现已不用此单位]。 因为作为配制营养液的盐类溶解于水后而电离为带正负电荷的离子，因此，营养液的浓度又称为盐度或离子浓度。营养液中的盐度不同，其导电性也不相同。在一定的浓度范围之内，营养液的电导率随着浓度的提高而增加；反之，营养液浓度较低时，其电导率也降低。因此，通过测定营养液中的电导率可以反映其盐类含量，也即可以反映营养液的浓度。 通过测定营养液的电导率只能够反映其总的盐分含量，不能够反映出营养液中个别无机盐类的盐分含量。当种植作物时间较长之后，由于根系分泌物、根系生长过程脱落的外层细胞以及部分根系死亡之后在营养液中腐烂分解和在硬水条件下钙、镁、硫等元素的累积也可提高营养液的电导率，此时通过电导率仪测定所得的电导率值并不能够反映营养液中实际的盐分含量。为解决这个问题，应对使用时间较长的营养液进行个别营养元素含量的测定，一般在生产中可每隔1个半月或2个月左右测定一次大量元素的含量，而微量元素含量一般不进行测定。如果发现养分含量太高，或者电导率值很高而实际养分含量较低的情况，应更换营养液，以确保生产的顺利进行。 16 - 在无土栽培生产中为了方便营养液的管理，应根据所选用的营养液配方为1个剂量，并以此为基础浓度(S)，然后以一定的浓度梯度差(如每相距或个剂量)来配制一系列浓度梯度差的营养液，并用电导率仪测定每一个级差浓度的电导率值。由于营养液浓度(S)与电导率值(EC)之间存在着正相关的关系，这种正相关的关系可用线性回归方程来表示： EC=a+bS (a、b为直线回归系数) 例如，山崎(1987)用园试配方的不同浓度梯度差所配制的营养液的电导率值见表3-2。从表中的数据可以计算出电导率与营养液浓度之间的线性回归方程为： EC=+ (r(10)= 通过实际测定得到某个营养液配方的电导率值与浓度之间的线性回归方程之后，就可在作物生长过程中，测定出营养液的电导率值，并利用此回归方程来计算出营养液的浓度，依此判断营养液浓度的高低来决定是否需要补充养分。 表3-2 园试配方各浓度梯度差的营养液电导率值(山崎，1987) 浓度梯度(S) 测得的电导率(EC) 各浓度级差大量元素含量(mg/L) 17 - 上述的园试配方如果确定为1个剂量的浓度来种植作物，在生产中把需要补充的浓度下限定为个剂量，而且每次补充营养时都将营养液浓度补充到个剂量。如果在作物某个生长时期测定营养液的电导率值为cm，经代入上述回归方程计算： S=(EC值-a)/b= S= = < 由此可知，此时的营养液浓度只有个剂量，低于营养补充的浓度下限个剂量，因此需补充营养。而营养补充的多少剂量可将原先确定需要补充恢复的浓度与实际所测定的浓度之间的差值来计算。这样计算出来的只是需补充的剂量水平，还要通过计算营养液配方中的各种化合物的实际用量来补充。具体计算方法：分别计算出单位体积(L)补充营养恢复的浓度和实际测定当时营养液浓度各种化合物的用量，计算出这两个浓度水平下各种化合物用量的差值，然后根据种植系统中营养液的体积来具体算出各种化合物用量(见表3-3)。 表3-3 园试配方各营养化合物补充量的计算 化合物 A：补充恢复营养液剂量养分用量(g/L) B：实际测得剂量下的养分存有量(1) (g/L) C：单位体积养分的补充量(2) (g/L) 整个种植系统中养分的补充量(3) (g, 1000L为例) 量养分用量(g/L) 养分存有量(1) (g/L) 补充量(2) (g/L) 充量(3) (g, 1000L为例) 775 663 150 484 化合物 Ca(NO3) NH4H2PO4 A：补充恢复营养液剂B：实际测得剂量下的C：单位体积养分的整个种植系统中养分的补KNO3 18 - 注： (1)实际测定剂量的营养液的养分存有量=标准配方中各化合物用量×实际测定的剂量 (2)单位体积养分补充量C=A-B (3)整个种植系统养分补充量=C(g/L)×整个种植系统营养液的体积(L) 由于营养液配方不同，其所含的各种营养物质的种类和数量也不一样，这些都会影响营养液的电导率值的差异。因此，各地要根据当地选定配方和水质的情况，实际配制不同浓度梯度水平的营养液来测定其电导率值，以建立能够真实反映情况、较为准确的营养液浓度和电导率值之间的线性回归关系。 在无土栽培生产中，由于作物品种不同、生育期不同、栽培季节不同和水质、肥料原料纯度等的不同，会使得营养液的电导率也不相同。某种作物适宜的电导率水平，应根据当地的情况经试验后才能够确定，不同作物、不同栽培季节甚至同一作物不同的生育期也不尽相同，没有一个统一的标准。一般地，在作物生长前期和在作物蒸腾量较大的夏秋季节，营养液浓度可较低一些，一般控制在电导率不超过3ms/cm；而在生长盛期、营养液吸收量最大的时期，电导率也尽量不要超过5~6ms/cm，否则可能造成营养液浓度过高而对作物产生伤害。 可根据下列经验公式，利用测定的电导率值来估计营养液中总盐分浓度： 营养液总盐分浓度(g/L)=×EC(ms/cm) 式中的时多次测定总盐分浓度与营养液电导率值之间相互关系的近似值。如果要准确地了解某一配方浓度与电导率值之间的关系，还得经过实际测定才行。 营养液的电导率值与其渗透压之间也可用一个经验公式来表示： 渗透压(P, atm)=×EC(ms/cm) 2、渗透压(Osmosis) 渗透压是指半透性膜(水等分子较小的物质可自由通过而溶质等分子较大的物质不能透过的膜)阻隔的两种浓度不同的溶液，当水从浓度低的溶液经过半透性膜而进入浓度高的溶液时所产生的压力。浓度越高，渗透压越大。因此，可以利用渗透压来反映溶液的浓度。 植物根细胞的原生质膜为半透性的。根系生长在介质中，当营养液的浓度低于根细胞内溶液的浓度时，营养液的水可透过根细胞的原生质膜而进入根细胞；相反，当营养液浓度高于根细胞内的溶液浓度时，根细胞中的水反而会通过原生质膜而渗透到营养液中，这个过程即为生理失水。生理失水严重时植物会出现萎焉甚至缺水死亡。因此，渗透压可以作为反映营养液浓度是否适宜作物生长的重要指标。 渗透压的单位用帕(Pa)表示。它与大气压(atm)的关系为： 19 - 1atm=101325Pa 渗透压的测定可以用冰点下降法、蒸汽压法和渗透计法等来进行，但测定的方法很繁琐，不易进行，一般可用下列的范特荷甫(Van’t Hoff)稀溶液的渗透压定律的溶液渗透压计算公式来进行理论计算： 273+t P=C××------------- 273 式中： P------溶液的渗透压，以大气压(atm)为单位； C------溶液的浓度，以溶液中所有的正负离子的总浓度来表示，以每升毫摩尔(mmol/L)为单位； t------溶液的液温(℃) 表3-4为华南农业大学番茄配方1个剂量时的各种化合物用量及各种正负离子的浓度。从表中可知该营养液配方的正负离子合计的总浓度为L，假定是在25℃时使用该营养液，可通过代入上式计算得到其渗透压值： 273+25 P=×× = 273 表3-4 华南农业大学番茄配方1个剂量的化合物及离子浓度(mmol/L) (华南农业大学无土栽培技术研究室，1994) 化合物 Ca(NO3)2·4H2O KNO3 KH2PO4 MgSO4·7H2O 合计： L 化合物浓度(mg/L) 594 404 136 246 离子浓度(mmol/L) Ca2+:, NO3-: K+:, NO3-: K+:, H2PO4-: Mg2+:, SO42-: 小计(mmol/L) 20 - 对已知各种溶质物质及浓度的溶液可以采用上述方法来进行溶液渗透压的理论计算。如果溶液的浓度是未知的，例如种植一段时间之后的营养液，由于营养液中的化合物被植物吸收之后而使其浓度成为未知数，则不能够用公式计算出其渗透压了。但可以通过测定营养液的电导率值，利用电导率值与渗透压之间的经验公式来计算此时营养液的渗透压 第四节 营养液的配方组成 营养液配方组成和浓度控制是无土栽培生产中的重要技术环节。它不仅直接影响到作物的生长，而且也涉及到经济而有效地利用养分的问题。尽管目前无土栽培所用的营养液配方繁多，而且有许多配方是经过多年实践证明是很好的配方，但是还是要很好地掌握营养液的配方组成和浓度控制这一基本的技术，以便根据当地的种植作物、水源、肥源和气候条件等具体情况而进行有针对性的配方组成和浓度的调整，这对于灵活掌握和提高无土栽培技术，推动这一技术水平迈向一个新台阶，将是十分重要的。 一、营养液配方组成的原则 一种均衡的营养液配方其组成要遵循以下的一些原则： 1、配方中必须含有植物生长所需的所有营养元素：营养液是无土栽培植物矿质营养的主要来源，在某些基质栽培中除了基质供应少量的营养之外，其营养来源主要是营养液提供的；而在水培中更是唯一的营养来源(除了少量由水源带来的营养物质之外)。现已明确的植物必需的16种营养元素中，除了碳、氢和氧这三种营养元素是由空气和水提供的之外，其余的氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、锌、铜、钼、硼和氯这13种营养元素是由矿质营养来提供的。有些微量元素由于植物的需要量很微小，在水源、固体基质或肥料中已含有植物所需的数量，因此有时也不再另外加入。 2、营养液配方中的各种化合物都必须是植物可以吸收的形态，也即这些化合物在水中要有较好的溶解性，同时能够被植物有效地吸收利用。一般选用的化合物大多为无机盐类。只有少数为增加某些元素有效性而加入的络合剂是有机物。某些营养液配方也选用一些其它的有机化合物，例如用酰胺态氮尿素作为氮源。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、营养液配方中的各种营养元素的数量和比例应是适宜植物正常生长所要求的，而且是生理均衡的，可保证各种营养元素有效的充分发挥和植物吸收的平衡。在进行营养液配方组配时，一般在保证植物必需营养元素品种齐全的前提下，所用的肥料种类应尽可能地少，以防止化合物带入植物不需要或过剩的伴随离子或其它杂质。 4、营养液配方中的各种化合物在种植过程中应在营养液中较长时间地保持其有效性。不会由于营养液中空气的氧化、根系的吸收以及离子间的相互作用而使其有效性在短时间内降低。 21 - 5、营养液配方中的各种化合物的总浓度(盐分浓度)应是适宜植物正常生长要求的。不会由于浓度太低而产生植物的缺肥，也不会由于浓度太高而产生对植物的盐害。 6、营养液配方中的所有化合物在植物生长过程中由于根系的选择吸收而表现出来的营养液总体生理酸碱反应是较为平稳的。在一个营养液配方中可能有某些化合物表现出生理酸性或生理碱性，有时甚至其生理酸碱性表现得较强，但作为一个营养液配方中所有化合物的总体表现出来的生理酸碱性应比较平稳。 二、营养液配方实例 在一定体积溶液中规定含有某些化合物种类和数量称为营养液配方。例如在一升的营养液中含有硝酸钙590mg，硝酸钾404mg，磷酸二氢钾136mg，硫酸镁246mg，硫酸亚铁，乙二胺四乙酸二钠 mg，硼酸，硫酸锰，硫酸锌，硫酸铜，钼酸铵。这就是一种营养液配方(华南农业大学番茄配方)，如果按照这个规定用量而配制出来的营养液浓度称为1个剂量；如果将上述配方中的各种化合物用量减少一半所配制出来的营养液浓度称为剂量或1/2剂量或半个剂量，其余照此类推。 目前，世界上的无土栽培营养液配方很多，在有关无土栽培的论著中多数都收集了很多的配方，例如Hewitt(1966)收集了大约160种配方。有些配方经过了几十年的使用证明是较好的，例如Hoagland和Arnon(1938)的通用配方。现以Hoagland和Arnon(1938)的通用配方和华南农业大学番茄配方列于表3-5为例来说明营养液配方的化合物种类和其用量的差异。 表3-5 两种营养液配方的比较(省略微量元素) 霍格兰配方(Hoagland & Arnon,1938) 元素含量 元素含量总计 (mg/L) N:210 P:31 K:234 化合物用量 (mg/L) 590 404 (mmol/L) 华南农业大学番茄配方 元素含量 (mg/L) N:70;Ca:100 N:56;K:156 元素含量总计 化合物 化合物用量 Ca(NO3) (mg/L) (mmol/L) (mg/L) N:112;Ca:160 N:84;K:234 N:14;P:31 (mg/L) N:126 P:24 K:195 945 4 KNO3 607 6 NH4H2PO4 115 1 22 - KH2PO4 Mg:48;S:64 1 1 Ca:160 136 Mg:48;S:64 747 246 K:39;P:24 Ca:100 4 S:64 533 493 2 Mg:24;S:6Mg:24;总浓度 2160 13 1376 三、营养液配方的浓度要求 (一) 营养液配方的盐分总浓度要求 作物种类不同，同一作物的不同品种甚至同一株植物不同的生长时期对营养液的总盐分浓度的要求也不相同。一般地，控制营养液的总盐分浓度在4‰~5‰以下，对大多数作物来说都可以较正常地生长，但不同的作物对营养液的总浓度要求还是有较大差异的(表3-6)。如果营养液的总盐分浓度超过4‰~5‰以上，有些植物就会表现出不同程度的盐害。因此，在确定营养液配方的总浓度时要考虑到植物的耐盐程度的不同而定。当然，在确定营养液的总盐害浓度时还要考虑到在较高浓度时是否会形成溶解度较低的难溶性化合物的沉淀。 表3-6 不同植物对营养液总浓度的要求 总浓度(‰) 适 宜 种 植 的 植 物 1 杜 鹃 花 仙 人 掌 蕨类植物 胡 椒 ~2 鸢 尾 水 仙 仙客来 百 合 非洲菊 郁金香 芥 菜 2 昙 花 葱 头 胡萝卜 草 莓 花叶芋 唐菖蒲 2~3 甜 瓜 黄 瓜 一品红 康乃罄 文 竹 3 番 茄 芹 菜 甘 蓝 23 - (二) 配方中营养元素的用量和比例的确定 在进行营养液配方确定时，除了要首先明确种植某种作物时的总浓度之外，还需要根据所要确定的配方对植物的生理平衡性及营养元素之间的化学平衡性来确定配方中各种营养元素的比例和浓度，只有确定了之后才可以最终确定一个平衡的营养液配方。 1、营养液配方的生理平衡性 由于植物根系对营养元素的选择性吸收，使得正常生长在均衡的营养液中的植物一生所吸收的营养元素的数量和比例在一个较小的范围内变动，当营养液中的营养元素的比例和浓度产生变化时，植物吸收的数量和比例也会产生一些变化，有些以被动吸收为主的营养元素形态如NO3--N，可能会在一个较大的范围之内随营养液中浓度的增加而增大。如果营养元素之间的比例和浓度超过了植物正常生长所要求的范围，有可能会影响到其生长。 影响营养液生理平衡的因素主要是营养元素之间的相互作用。营养元素的相互作用分为两种，一是协助作用，即营养液中一种营养元素的存在可以促进植物对另一种营养元素的吸收；一是拮抗作用，即营养液中某种营养元素的存在会抑制植物对另一种营养元素的吸收，从而使植物对某一种营养元素的吸收量减少以致出现生理失调的症状。 营养液中含有植物生长所需的所有必需营养元素，这些营养元素是以不同的形态存在于营养液之中的，因此这些不同形态的营养元素之间的相互关系就表现得很复杂。例如，营养液中的Ca2+、Mg2+离子能够促进K+的吸收，阴离子如NO3-、H2PO4-和SO42-能够促进K+、Ca2+、Mg2+等阳离子的吸收；但同时也存在着Ca2+离子对Mg2+离子吸收的拮抗作用，NH4+、H+、K+会抑制植物对Ca2+、Mg2+、Fe2+等的吸收，特别是H+对Ca2+吸收的抑制作用特别明显，如在酸度较低时(pH值较低，即H+浓度较高)，常会出现Ca2+的吸收受阻而出现缺钙的生理失调症状。而阴离子如H2PO4-、NO3-和Cl-之间也存在着不同程度的拮抗作用。 图3-1 Steiner通用营养液中阴离子的相互比率 Steiner(1961)以生菜和番茄为供试作物进行了营养液中不同离子比例对作物生长影响的试验。他把营养液的总离子浓度设为一定值，把阳离子中的K+、Ca2+、Mg2+的比例以及阴离子中的NO3-、H2PO4-、SO42-的比例以多种组合来配制营养液。这两类离子中的3种离子比例分别以2个等边三角形来表示，三角形的每一顶点代表着某种离子含量为100%，而相应的其它离子的含量为0。当阴离子的比例为 图3-3 Steiner通用营养液中阳离子(o)与阴离子(x)的相互比率 图中s表示的2点为Steiner通用营养液的组成，全部组合的总浓度控制在 atm 24 - NO3-:H2PO4-:SO42-=60:5:35(图3-1)，阳离子比例为K+:Ca2+:Mg2+=45:35:20(图3-2)时，作物可生长得较好。当把这两个三角形重叠为一个时(图3-3)，则可发现营养液中的阳离子之间和阴离子之间的比例在相当宽的范围内作物都可较好地生长。 图3-2 Steiner通用营养液中阳离子的相互比率 图3-4 Steiner通用营养液配方中阴离子之间的关系 o 阴离子的相互关系 x 为K和Ca间的相互比率，Mg为常数 * (K+Ca)和Mg间的相互比率，K:Ca为一常数 Steiner以阴离子设3种处理，而阳离子中Mg2+比例一定，设3种K+:Ca2+处理或K+:Ca2+一定，而(K++Ca2+):Mg2+设5种处理(图3-4)。在图3-3、4中两点S分别表示Steiner最后确定的通用营养液配方中的阴离子间的比例和阳离子间的比例。而这些处理的总浓度控制在。他在试验中用化学分析方法研究植物体内阴离子间和阳离子间的比例，发现它们与营养液中的比例有很大差异，这主要是由于植物有很强的选择吸收能力所致。 Steiner以总离子浓度为、、、和、、和的营养液分别种植生菜和番茄。为了防止在栽培过程中由于植物吸收而造成营养液中组分的急剧变化，每个试验区都加入大量的营养液(生菜用15L/株，番茄用35L/株)，并且在试验过程中随时监测营养液的成分，如某种成分降低了，就及时补充，以保证在试验过程离子间的比例保持在一个较为恒定的水平。通过分析植株的吸收比例发现，尽管处理中阴离子和阳离子间的比例变动较大，但生菜吸收阴离子间的比例始终在一定较小的范围内变化。例如，不管营养液中NO3-占阴离子的15%或70%，也不管Mg2+占阳离子量的64%或是营养液总离子浓度为至，生菜吸收阴离子间NO3-:H2PO4-:SO42-的比例则相对固定。番茄的试验结果也类似。 植物对阳离子的吸收也有相似的趋势。当营养液中K+、Mg2+的比例正常，则被吸收的阳离子比例限制在一个较小的范围内，但当这些离子比例差异大，番茄和生菜都以较高的比例吸收这些离子，差别也不很大。总离子浓度不同，对生菜吸收阳离子比例没有影响。而番茄营养液总浓度不同，被吸收的阳离子的比例主要是受到K+/Ca2+的影响，也就是说，当总离子浓度从升高至时，则所吸收的阳离子中K+的量从39%增加到49%，而Ca2+则从35%下降到28%。 生菜和番茄在选择吸收阴、阳离子的比例上方向相反，这可能是作物种类不同，其吸收特性不同所致。也可能是受其它环境因素的影响。但从产量上来看，即使营养液中阳离子间和阴离子间的比例有较大的差异，但对产量没有过多的影响。例如生菜除了在低浓度的的总离子浓度下，产量低9%之外，其它处理的产量 25 - 没有影响，而对番茄来说，除了营养液中NO3-或K+的比例很高的情况下，产量稍低外，其它产量的产量差异不大。 由于植物种类不同，对离子的吸收特性也有差异，它有一个较宽的阳离子间和阴离子间的吸收比例范围，即通常所说的植物最适的离子吸收比例。它可用图3-5表示。图中的虚线表示植物对该元素能用最适比例吸收的生理界限，超过此界限则表示离子间的平衡就被破坏，植物就不能按固定的比例吸收；而实线则表示某种离子可存在于营养液中的浓度界限，超过此范围，离子就会产生难溶性盐的沉淀。例如，在总离子浓度为和pH=的条件下，SO42-的实线[P(CaSO4)线]就是Ca2+的沉淀界限，即会形成CaSO4沉淀。 图3-5 渗透压和时离子间摩尔比例的限制 P: 沉淀极限 F: 生理极限 图3-5的阳离子和阴离子的生理界限和沉淀界限(即图中三角形内虚、实线的框)会随植物种类、营养液总离子浓度和pH值的不同而改变。例如在的总离子浓度时，Ca2+和SO42-的上限会提高，最适范围变宽；反之，如果总离子浓度升高至，Ca2+和SO42-的上限则会降低，最适范围变窄。沉淀界限也是如此，如Ca2+的沉淀界限[P(CaSO4)线]还受pH值的影响。不同的pH值影响到磷酸根在溶液中的存在形态，它决定了是否产生硫酸钙沉淀(见下文中“营养液的化学平衡”的内容。 营养液中的营养元素究竟在何种比例之下或多高的浓度时会表现出相互之间的促进作用或拮抗作用呢？现在并没有明确的答案，也没有一个统一的标准或明确的数值。因为不同的作物种类由于其长期生长的生态环境不同，形成了其遗传特性的差异，因此不可能确定一种千篇一律的比例和浓度。要解决这个问题，可以通过分析正常生长的植物体内各种营养元素的含量及其比例，而这些结果的获得即是反映植物对外界营养元素供应的数量和比例的要求。霍格兰(Hoagland)和阿农(Arnon)在三十年代时就利用这种方法开展了许多深入的研究，并以此为基础确定了许多的营养液配方，这些配方经数十年的使用证明是行之有效的生理平衡配方 在利用分析植物正常生长吸收营养元素的含量和比例来确定营养液配方时要注意以下的几个方面问题： 1、对生长正常的植物所进行化学分析的结果而确定的营养液配方是符合生理平衡的要求的。这样确定的营养液配方不仅适用于某一种作物，而且可以适用于某一大类作物。但不同大类的作物之间的营养液配方可能有所不同，因此要根据作物大类的不同而选择其中有代表性的作物来进行营养元素含量和比例的化学分析，从而确定出适用于该类作物的营养液配方。 2、由于种植季节不同，植物本身特性的不同以及供应作物的营养元素的数量和形态等的不同，可能会影响到对植物的化学分析的结果，有时分析的结果可能还会有较大的不同。例如，硝态氮可能会由于外界供给量的增大而出现大量的奢侈吸收，导致植物体内含量大为增加，这样测定的结果可能并不真实地反映 26 - 植物的实际需要量。3、通过化学分析确定的营养液配方中的各种营养元素的含量和比例并非严格固定的，它们可在一定的范围内变动而不致于影响植物 的生长，也不会产生生理失调的症状。这是因为植物对营养元素的吸收具有较强的选择性，只要营养液中的各种营养元素的含量和比例不是严重地偏离植物生长所要求的范围，植物基本上能够通过选择吸收其生理所需要的数量和比例。一般而言，以分析植物体内营养元素含量和比例所确定的营养液配方中的大量营养元素的含量可以在一定范围内变动，大约变幅在±30%左右仍可保持其生理平衡。在大规模无土栽培生产中，不能够随意变动原有配方中的营养元素含量，必须经过试验证明对植物生长没有太大的不良影响时方可以大规模地使用。除了确定正常生长的植株体内营养元素的含量之外，还需要了解整个植物生命周期中吸收消耗了的水分数量，这样才可以确定出营养液的总盐分浓度。以下介绍Arnon和Hoagland通过化学分析植物体内营养元素含量以及山崎通过分析正常生长的植物从营养液中吸收各种养分和水分的数量来确定生理平衡营养液配方的两个例子，供参考： 例一：Arnon-Hoagland以植株化学分析确定番茄营养液配方的方法（见表3-7） 表3-7 Arnon-Hoagland以植株分析确定番茄营养液配方的步骤和方法 步骤 内 容 N 1 2 3 4 步骤一的吸收量换算成毫摩尔数(mmol) 确定出配方的总浓度为37mmol/L时各营养元素的占有量(mmol) 确定各种配方中肥料的毫摩尔数 5 Ca(NO3) KNO3 NH4H2PO4 3mmol 10mmol 2mmol NO3-:6 NO3-:10 NH4+:2 营 养 元 素 P K C M S (mg/L) 小计 a g 正常生长的番茄每株一生吸收营养元素的数量(g/株) 以毫摩尔数计，每种元素占有吸收总量的百分数(%) 10 － － 3 － － 708 － － － － 1011 2 － － － － 230 27 - 2mmol 6 合计 营养元素毫摩尔数(mmol) 配方中肥料总量(mg /L) － 18 － － － － － － － － － 2 2 10 2 493 3 2 2 37 2442 步骤1：用化学分析的方法来确定正常生长的番茄植株一生中吸收各种营养元素的数量(微量元素的吸收量较少，因此，这里只考虑大量营养元素N、P、K、Ca、Mg、S的数量)。 步骤2：将分析所得的植株体内各种营养元素的数量(g/株)换算成毫摩尔数(mmol)，以便确定配方的过程中进行计算。 步骤3：计算出每一种营养元素吸收的数量占植株吸收的所有营养元素的总量的百分比。 步骤4：通过番茄的吸收消耗的水量来确定出营养液适宜的总盐分浓度为37mmol，并根据每一种营养元素占所有营养元素吸收总量的百分比计算出每一种营养元素在此总盐分浓度下所占的数量(mmol/L)。 步骤5：选择合适的营养化合物作为肥源，按照每种营养元素所占的数量来计算出选定的每种营养化合物的用量，这是营养液配方确定最后，也是最关键的一步。前面我们已经讨论过，为了减少某些盐类伴随离子的影响以及总盐分浓度的控制，要使营养液配方选用的营养化合物的种类应尽可能地少。而且提供某种营养元素的化合物的形态可能有多种，例如含氮的化合物有NH4NO3、KNO3、Ca(NO3)2、NH4Cl、(NH4)2SO4、NaNO3、(NH2)2CO等许多种，含磷的化合物有KH2PO4，K2HPO4，NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、Ca(H2PO4)2等多种，含钾的化合物有KNO3、K2SO4、KCl、KH2PO4、KH2PO4等。究竟选用哪些化合物来作为配方中的肥源，这要考察到许多方面的问题：如硝态氮和铵态氮这两种氮源的生理酸碱性问题，某种营养元素的盐类本身的伴随离子是否为植物生长无用的或吸收量很少的，选用的盐类是否有缓冲性能等。在这个营养液配方确定的例子中，选用了Ca(NO3)、KNO3、NH4H2PO4和这四种盐类来提供大量营养元素，一方面是这四种盐类的每一种都能够提供两种植物必需的营养元素，没有多余的伴随离子，在保证提供足够的营养元素的同时，有利于降低营养液的总盐分浓度，这四种盐类中Ca(NO3)2和KNO3均为生理碱性盐，它们提供的Ca2+、K+、NO3-离子都能够被植物吸收利用，因此营养液的生理碱性表现得不会过于剧烈。而且作为喜硝作物番茄来说，选用以硝态氮为配方中的主要氮源也是较为合适的。NH4H2PO4是一种化学酸式盐，有一定的缓冲营养液酸碱变化的功能。它主要以提供磷源为主，而由NH 28 - 4H2PO4中NH4+所提供的氮的数量较少，只起到调节供氮量的作用。是一种生理酸性盐，它能够同时提供Mg和S营养，但作物吸收的S的数量比Mg的少，这样会在营养液中累积一定量的S，但它的用量较少一般不会对作物生长产生危害。选定了这四种盐类作为肥源之后，就要确定其各自的用量了。首先考虑的是提供一种营养元素的盐的数量，例如Ca只是由Ca(NO3)来提供的，而需要的Ca为L，这时用3mmol/LCa(NO3)来提供即可，同时带入了6mmol的NO3--N，这个用量虽然比植物所需的LCa低了，但只要取其最接近植物生长所需的而且比较方便的整数倍值即可。K的需要量为L，用10mmol/LKNO3来提供，同时也带入10mmol/L的NO3--N，这样由KNO3和Ca(NO3)两种盐类带入的氮为16mmol/L的NO3--N，与植物需要的氮量L少了。用NH4H2PO4来提供P，植物需要的磷为，NH4H2PO4加入量为2mmol即可，此时可带入2mmol的NH4+-N，与KNO3和Ca(NO3)所带入的氮量的总和已达18mmol，与植物需要量相差不多，可不需另外补充。用2mmol/来提供植物所需的，这时也带入了2mmol的S，这要比植物需要的量（）多出将近一倍，但不能够降低整个的用量来将就S的用量，因为植物吸收的Mg的量要比S多，如果降低了硫的用量势必会造成Mg 的缺乏。而经过种植实践证明，这过多的S对植物生长并没有太大的危害性。 步骤6：将确定了的各种盐类的用量从mmol/L转换为用mg/L来表示，即为工作营养液浓度。 经过上述步骤确定出来的营养液配方只是大量营养元素的用量，而微量元素的用量并不包括进去。现在除了一些作物对某些微量元素用量有特殊需要外，一般的微量元素用量可采用较为通用的配方来提供，具体的微量元素的供应问题在后面的章节中还将另外论述。 例二：山崎肯哉根据植物吸收营养液中的养分和水的比值来确定营养液配方的方法： 山崎肯哉认为，栽培植物的环境条件的改变，会引起植物体内吸收各种营养元素的数量和比例的变化，因此依靠化学分析的结果往往会有很大的差异。它还认为，正常生长的植物其吸水和吸肥的过程中同步的，即吸收一定量的水的同时，也将这部分水中的营养元素同时吸收到体内。这样就可以通过测定植物生长过程中吸收水的数量以及利用水培来种植植物时营养液中养分的变化情况，利用原先加入、未种植作物前的营养液中营养元素的数量与种植一段时间之后营养液中剩余的营养元素的数量之间的差值来确定出植物对各种营养元素的吸收量。在日本用得较多的园试配方就是采用这种方法来设计的，实践证明这种方法是可行的。 我们以山崎确定黄瓜的营养液配方为例来说明这种确定营养液配方的方法和步骤(见表3-8)： 步骤1、2、3：首先用一种目前较为良好的平衡营养液配方(所谓的通用配方)来种植黄瓜，在正常生长的情况下，每隔一段时间(间隔1~2周左右)用化学分析方法测定营养液中各种大量营养元素的含量，同时测定植株的吸水量，直至种植结束时将植物吸收营养元素和水的数量累加，以此算出植物一生中营养元素 29 - 的吸收量(n值，mmol表示)和吸水量(w值，L表示)的比值n/w值。在本例中，每株黄瓜一生的吸水量为，吸收的N、P、K、Ca、Mg的量分别为、、、和，这样可算得这几种营养元素的吸肥量与吸水量的比值(n/w)分别为13，1、6、和2mmol/L(这些数值只取近似值即可，不必十分准确)。 n/w值反映的是植物吸水量和吸肥量之间的相互关系，即吸收1L水时也就同时吸收了这升水中含有的各种营养元素的量。如上所述，黄瓜吸收1L的水就吸收了13mmol的氮(N)、1mmol的磷(P)、6mmol的钾(K)、的钙(Ca)、2mmol的镁(Mg)。以n/w值来表示的植物吸收营养元素的量和吸水的关系实际上是一种浓度的意义，也即可以说n/w实际上就是反映植物生长过程需要的营养液的浓度。 表3-8 山崎以植物吸水和吸肥的关系确定黄瓜营养液配方的步骤和方法 步骤 1 2 内 容 每株正常生长的黄瓜一生吸收营养元素的数量(n值，mmol/株) 每株黄瓜一生吸水量(w值)为时各营养元素的n/w值(mmol/L) N 13 确定各种肥料的用量 3 Ca(NO3) 15mmol/L KNO3 6mmol/L NH4H2PO4 1mmol/L 2mmol/L NO3-N:7 NO3-N:6 NH4+-N:1 ---- 4 5 步骤4：选择合适的化合物作为肥源，并按分析测定的n/w值来确定其用量；在考虑选择合适的化合物作为肥源时也要像例一所提到的方法，尽量先用副成分少的化合物作为肥源。在确定各种营养元素化合物用量时首先满足的是只有提供一种养分的盐类的用量，例如Ca营养只由Ca(NO3)来提供，黄瓜要求的C 合计 营养元素毫摩尔数 (mmol/L) 配方肥料用量(g/L) 14 1 6 2 2 P 1 - - 1 - K 6 - Ca Mg 2 S 未测 ---- - - - 2 吸肥量(g)与吸水量(L)的比值 ------ ---6 - - - - - ------------------2 ---- ------- ---------- 30 - a为L，这就要求Ca(NO3)的用量也要L才能满足此要求，而且也带入7mmol/L的N(NO3--N)；再用KNO3来提供K的需要量(6mmol/L)，即KNO3用量为6mmol/L，且此时KNO3带入36mmol/L的N(NO3--N)；用NH4H2PO4来提供黄瓜需要的1mmol/L的K，即NH4H2PO4用量为1mmol/L，此时又带入1mmol/L的(NH4+-N)，这样由上述三种化合物带入的氮量为14mmol/L，比实际植物需要量的13mmol/L多了1mmol/L，由于植物对氮，特别是硝态氮有较多的奢侈吸收，因此多出的1mmol/LN对黄瓜的生长并无太大影响，实践证明也是如此。最后用来提供植物需要的2mmol/LMg，同时又带入2mmol/L的S。而山崎在确定此黄瓜配方时没有测定S的用量，因此没有S的n/w值。一般认为在确定Mg用量时以的形态加入所带入营养液的S对植物生长的影响不大。 步骤5：将确定了的各种盐类的用量从mmol/L换算成为用mg/L来表示的工作浓度 2、营养液配方的化学平衡性： 这里所指的营养液配方的化学平衡性问题主要是指营养液配方中的有些营养元素的化合物当其离子浓度达到一定的水平时就会互相互作用而形成难溶性化合物而从营养液中析出，从而使得营养液中某些营养元素的有效性降低以致影响到营养液中种营养元素之间的相互平衡。 任何平衡的营养液配方中都含有植物所必需的16种营养元素，在这些营养元素之间，Ca2+、Mg2+、Fe2+等阳离子和PO43-、SO42-、OH-等阴离子之间在一定的条件下会形成溶解度很低的难溶性化合物沉淀，例如CaSO4、Ca3(PO4)2、FePO4、Fe(OH)3、Mg(OH)2等。在溶液中是否会形成这些难溶性化合物(或称难溶性电解质)是根据溶度积法则来确定的。所谓的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mmol为单位)的乘积大于这种难溶性化合物的溶度积常数(Sp)时，就会产生沉淀，否则，就没有沉淀的产生。难溶性化合物的溶度积常数(Sp)可在有关的化学手册中查得。溶度积常数的可表示为： Sp-AxBy=[Am+]x×[Bn-]y 式中：Sp——溶度积常数 A——阳离子的摩尔数（mol） B——阴离子的摩尔数（mol） x、y——难溶性化合物中阳离子和阴离子的数目 m、n——阳离子和阴离子的价数 AxBy——难溶性化合物的分子式 例如，Ca3(PO4)2在水中会解离为Ca2+和PO43-，则Ca3(PO4)2的溶度积常数为： [Ca2+]3×[PO43-]2=Sp-Ca3(PO4)2=2×10-29 31 - 根据营养液配方中的离子浓度，利用溶度积法则即可很方便地计算出该配方是否存在着产生难溶性化合物沉淀的可能。 几乎是任何平衡的营养液配方中都存在着以下产生沉淀的可能：Ca2+与SO42-相互作用产生CaSO4沉淀；Ca2+与磷酸根(PO43-或HPO42-)产生Ca3(PO4)2或CaHPO4沉淀；Fe3+与PO43-产生FePO4沉淀以及Ca2+，Mg2+,与OH-产生Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀。这些沉淀的产生与阴阳离子的浓度有关，而有些阴离子如磷酸根、氢氧根的浓度高低与溶液的酸碱度又有很大的关系。因此要避免在营养液中产生难溶性化合物就要采取适当降低阴阳离子浓度的方法来解决，或者通过适当降低溶液的pH值使得某些阴离子的浓度降低的方法。 现以阿农-霍格兰(Arnon-Hoagland)番茄营养液配方(表3-9，简称A-H配方)为例来说明产生难溶性化合物的可能性(连兆煌等，1994)。 ⑴ Ca2+与SO42-产生CaSO4沉淀的可能性 从表3-5可知，A-H配方中SO42-浓度为2mmol(即2×10-3mol)，Ca2+的浓度为3mmol(即3×10-1mol)，根据溶度积法则计算得： [Ca2+]×[SO42-]=[3×10-3]×[2×10-3]=6×10-6； 查CaSO4的溶度积常数为：Sp-CaSO4=×10-6， 将营养液配方中Ca2+与SO42-的溶度积与CaSO4的溶度积常数比较可知： 图3-6 溶液酸碱度(pH)对磷酸离子类型分布的影响(Lindsay, 1979) [Ca2+]×[SO42-]=6×10-6< Sp-CaSO4=×10-6 32 - 即说明A-H配方中不会产生CaSO4沉淀。 ⑵Ca2+与磷酸根离子(HPO42-、PO43-)产生磷酸钙沉淀的可能性 溶液中的磷酸根离子在溶液中可以解离为不同价数的离子并遵循着下列的平衡关系： OH- OH- H2PO4-=====HPO42-====PO43- H+ H+ 也就是说，溶液中三种磷酸根离子的浓度是受到酸碱度的影响的，不同的pH值条件下溶液中的磷酸根离子的分布情况见图3-6(Lindsay, 1979)，而这三种磷酸根离子中只有二价和三价的形态与Ca2+才会形成沉淀。CaHPO4和Ca3(PO4)2都是难溶性化合物，其溶度积常数分别为Sp-CaHPO4=1×10-7和Sp-Ca3(PO4)2=2×10-29。一价磷酸根(H2PO4-)形成的Ca(H2PO4)2是水溶性的，其溶解度很大(25℃时溶解度为%)。 不同价数的磷酸根离子浓度与介质pH值的关系可用下列3个公式来表示： [H3PO4] lg = [H2PO4-] [ H2PO4-] lg = [HPO42-] [HPO42-] lg = [PO43-] 式中，离子之间的比值分别为各离子占有磷酸根总浓度的百分数之比；、和分别为离子生成常数。 当溶液的pH值等于上面3个公式的离子生成常数时，每个式中 [HPO4] 的2种离子的比例各占50%。如pH=时，lg = [PO43-] [HPO42-] 即 =1，也即[HPO42-]=[PO43-]。说明此时溶液中HPO42-和PO43- 33 - [PO43-] 这两种离子浓度相等，即溶液中各有50%的[HPO42-]和50%的[PO43-]。通过利用上面的公式可以计算出在一定的pH值条件下溶液中各种价态磷酸根离子的百分比，也可据此计算出产生难溶性磷酸盐的可能性。 从表3-5可知A-H配方中含Ca2+为3mmol，含P为2mmol，以此为例来讨论在时是否存在产生磷酸钙沉淀的可能性问题： 首先必须判断此时形成的磷酸根离子的价态，然后计算在pH=时其中各种磷酸根离子浓度水平。从图3-1和上面三种磷酸根离子与pH值关系的公式中，我们可以知道，在时，不可能会有磷酸(H3PO4)存在，只有在pH≤时才有可能；同时也不可能有PO43-离子存在，只在pH≥时才有可能。因此，在pH=时，溶液中存在的磷酸根离子就只有H2PO4-和HPO42-两种。通过下式计算可得： [ H2PO4-] lg == [HPO42-] 即 [ H2PO4-] = [HPO42-] 而pH=时，[ H2PO4-]+[HPO42-]=100% 解上面两个方程可得： [H2PO4-]=%，[HPO42-]=%，即当pH=时，A-H配方中的磷酸根离子中有%是以[HPO42-]的形态存在的，而另外的%是以[H2PO4-]的形态存在的。 A-H配方中[HPO42-]的浓度=2mmol×%=，而Ca2+的浓度为3mmol，计算得Ca2+与HPO42-的溶度积为： [Ca2+]×[HPO42-]=[×10-3]×[×10-3]=×10-7 查表的CaHPO4的溶度积常数Sp-CaHPO4=×10-7，与此时A-H配方的Ca2+与HPO42-的溶度积相比较可知： [Ca2+]×[HPO42-]=×10-7> Sp-CaHPO4=×10-7 34 - 这表明A-H配方中Ca2+与磷酸根解离形成的HPO42-的溶度积大于CaHPO4的溶度积常数，所以A-H配方配制的营养液在pH=时会产生CaHPO4沉淀。而要防止沉淀的产生，可以采用降低溶液pH值或降低Ca或P的用量的方法来解决。现介绍这两种方法在具体操作之前的计算方法： ①通过降低溶液pH值来防止磷酸钙沉淀的方法 降低溶液pH值使A-H配方所配制的营养液不致于产生沉淀，实际上就是通过降低pH值来降低溶液中HPO42-的浓度(或HPO42-占磷酸根离子总浓度的百分比)。假设不产生沉淀时HPO42-占有的最小百分比为x，而此时HPO42-与Ca2+的浓度的乘积最大只能与CaHPO4的溶度积常数相等，则由： [3×10-3]×[2×10-3]×x=Sp-CaHPO4=1×10-7，算得： x=%=% 即A-H配方中的2mmol磷酸盐只能有%解离为HPO42-，否则就会产生沉淀。这时，计算在此比率下溶液的pH值控制值。按照公式： [ H2PO4-] lg =，得：lg = [HPO42-] 解得：pH= = 即只有控制溶液的pH值<才能够保证A-H配方配制的营养液不会产生CaHPO4沉淀。 ②通过降低Ca、P浓度来防止沉淀产生的方法 一个平衡配方在未经过实践证明是否可行的情况下，不要随便较大幅度地改变某一种化合物的用量，否则可能破坏原来配方的生理平衡性。降低Ca、P的浓度来防止产生磷酸钙沉淀的方法是通过按一定比例全面降低配方中所有的化合物的用量来实现的，而不是降低含Ca和含P化合物单一的或这两种物质的用量。采用这种方法时可试着将营养液配方降低数个级差，然后分别计算在不同级差的剂量下Ca和P的溶度积，以确定不会产生沉淀的浓度水平。 例如A-H配方，在、和个剂量水平下配制的营养液的Ca和P的用量分别为和、和以及和，此时Ca2+和HPO42-的溶度积分别为： 在剂量下： [×10-3]×[×10-3]×%=×10-7>Sp-CaHPO4=1×10-7 在剂量下： 35 - [×10-3]×[×10-3]×%=×10-7>Sp-CaHPO4=1×10-7 在剂量下： [×10-3]×[×10-3]×%=×10-8 ⑶ Fe3+与磷酸盐产生FePO4沉淀的可能性 多数营养液配方铁营养的供应形态是植物易吸收的二价的Fe2+，而存在于营养液中的Fe2+极易被空气中的氧氧化为Fe3+。在一定条件下(如Fe3+和PO43-浓度高或介质pH值较高时)也会形成FePO4沉淀而使铁营养失效。 FePO4的溶度积常数Sp-FePO4=×10-22，可见它是一种极难溶解的难溶性物质，即在很低的Fe3+和PO43-浓度下都可能形成FePO4沉淀。FePO4在水中会有微量的解离： FePO4====Fe3++PO43- 此时解离的Fe3+和PO43-的摩尔浓度是相等的，即[Fe3+]=[PO43-],因此，Sp-FePO4=[Fe3+]×[PO43-]=[Fe3+]2=[PO43-]2=×10-22 也即：[Fe3+]=[PO43-]=×10-11mol/L或更高浓度时就会有FePO4沉淀的产生，也就是说只有Fe3+和PO43-的浓度低于×10-11mol/L时才可避免FePO4沉淀的产生。 在pH=时，A-H配方配制的营养液是否会有FePO4沉淀的产生呢？ 利用磷酸盐的解离与溶液pH值的关系可以计算出在pH=时有%解离为HPO42-，而此时HPO42-解离为PO43-的比例为： [HPO42-] lg =＝ [PO43-] 即： [HPO42-] =×106 [PO43-] [PO43-] =×10-7[HPO42-]=×10-7×%×2×10-3=×10-11 36 - 在A-H配方中，如果铁元素的用量为L，即Fe浓度为5×10-5mol/L，假设所有的Fe2+均被氧化为Fe3+或是加入营养液中的Fe为Fe3+，此时：[Fe3+][PO43-]=×10-5××10-11=×10-15>Sp-FePO4=×10-22，即在时，A-H配方中肯定会造成FePO4的沉淀而致使作物出现缺铁症状。 但事实上，在时A-H配方配制的营养液中即使Fe浓度为L时，营养液中也不出现FePO4的沉淀。为什么呢？这主要是由于营养液中Fe的供应现多采用有机络合物来络合铁离子，使得Fe2+不易被氧化，而且不易与PO43-起化学反应而沉淀，从而使得Fe在营养液中可以保持较高的有效性。 ⑷Ca、Mg形成氢氧化物沉淀的可能性 Ca、Mg形成氢氧化物沉淀的可能性主要是在营养液呈较强的碱性时才会发生。 Ca(OH)2和Mg(OH)2的溶度积常数分别为： Sp- Ca(OH)2=×10-6，Sp-Mg(OH)2=×10-11 以A-H配方1剂量为例，Ca的浓度为3mmol/L，Mg的浓度为2mmol/L，计算在什么样的pH值下才会产生Ca(OH)2和Mg(OH)2的沉淀？ Sp-Mg(OH)2=[Mg2+]×[OH-]2=×10-11，当[Mg2+]=2mmol=2×10-3mol时， [Mg2+]×[OH-]2= [2×10-3]×[OH-]2=×10-11 即，[OH-]2=×10-11/[2×10-3]=9×10-9 算得，[OH-] =×10-5 表明只有当营养液中的OH-浓度达到或超过×10-5mol/L时，才会使A-H配方的Mg2+形成Mg(OH)2沉淀。 pOH=-lg[OH-]=-lg[×10-5]=，换算成pH值来表示：pH=14-pOH==，即在pH≥才会形成Mg(OH)2的沉淀。 类似上述计算可知，在pH≥才会形成Ca(OH)2沉淀。 一般情况下，配方中的化合物所产生的生理碱性极少会达到这么高的pH值。只有在用碱液中和营养液的生理酸性时，如果所用的碱液浓度太高，而且加入碱液之后没能够及时在营养液中搅拌分散，就有可能出现营养液中局部碱性很强、pH值过高而产生沉淀的可能。为解决这一问题，在加碱液中和酸性时，要用浓度较稀的碱液，而且在加入碱液时要及时进行搅拌 四、营养液氮源的选择 植物在生长过程中根系可以吸收硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4--N)、亚硝态氮(NO2--N)和少量的小分子有机态氮。一般以吸收铵态氮和硝态氮为主，亚硝态氮吸收量大时对植物有毒害作用。因此，我们着重讨论铵态氮和硝态氮作为无土栽培的氮源问题。 37 - 植物对铵态氮和硝态氮的吸收速率都是很快的，而且吸收到体内的这两种氮源都可以迅速被同化为氨基酸和蛋白质，也就是说铵态氮和硝态氮具有同样的生理功效。Arnon(1937)的研究结论为：无论给植物提供铵态氮还是硝态氮都可作为其良好生长的氮源。而前苏联的著名农业化学家普良尼斯尼可夫更是得出明确的结论：假如为每一种氮源(这里指铵态氮和硝态氮)提供最适的条件，那么在原则上它们具有同样的营养价值，而如果在某一条件下比较这两种氮源对植物的优越性，则需视提供的条件是什么，有时铵态氮要好一些，而有时硝态氮要好一些。 以往的许多科学工作者认为，铵态氮要比硝态氮更容易被植物吸收利用。植物吸收了的铵态氮在体内转变为NH3后直接参与了氨基酸和蛋白质的合成，而硝态氮被吸收后在体内还需要在硝酸还原酶的作用下先还原为NH3，然后才能进入氮的同化过程中，从节约能源的角度来考虑，似乎铵态氮还比硝态氮来得好。 但实际上，铵态氮和硝态氮对植物生长的影响是不相同的。换言之，植物之间存在着对这两种氮的喜好程度不同，就有所谓的“喜铵植物”和“喜硝植物”之分。 许多工作者在比较这两种氮源对于植物生长和产量的影响时发现，以铵态氮和硝态氮这两种氮源来进行营养液栽培植物时，有时作物在以硝态氮为主要氮源时有适量铵态氮供应的情况下生长最好，而且其生长情况不仅受氮源比例的影响，而且受光照和通气等的环境条件的影响。例如，位田和永井(1981)利用不同比例的硝态氮和铵态氮作为氮源，研究在不同的光照条件下对鸭儿芹产量的影响，结果表明，适当加入铵态氮可提高产量，但当铵态氮用量过高时，其产量均下降了(表3-9)，但大多数作物一般都表现出硝态氮作为氮源时生长得较好。这可能是由于铵态氮对大多数植物有不同程度的毒害作用有关。日本的植物营养学家坂村彻认为，铵态氮和硝态氮的营养效果是一致的，而在实际生产应用中，它们对于作物生长的差异是由于其盐类的伴随离子所引起的性质差异所造成的。 表3-9 不同氮源比例与日照强度对鸭儿芹产量的影响(位田，永井，1981) (g/株) 光照强度(Lux) NO3--N:NH4+-N (mmol/L) 12 000 产量 10:0 6:4 5:5 相对百分率 100 101 121 6 000 产量 相对百分率 100 123 124 3 000 产量 相对百分率 100 139 138 38 - 4:6 2:8 铵态氮和硝态氮的伴随离子不同，其盐类性质的差异主要表现在它们所产生的生理酸碱性和它们本身的离子特性上。铵态氮源都是生理酸性的，例如NH4Cl、(NH4)2SO4，甚至NH4NO3，特别是NH4Cl和(NH4)2SO4的生理酸性更强，这是由于多数植物优先选择吸收NH4+，而伴随离子的Cl-、SO42-、NO3-的吸收速率较慢，同时植物在吸收NH4+之后根系大量分泌出H+，使得介质的pH下降。吴正宗(1989)利用不同比例的铵态氮和硝态氮作为氮源来种植小白菜时，铵态氮用量超过20%以上，在种植后的第5天就表现出营养液的pH值下降，但当生长至20天以后，pH值又开始上升(见图3-7)，这可能是此时铵态氮已被作物较多地吸收的缘故。而NH4+是一价阳离子，对二价的阳离子如Ca2+、Mg2+等具有拮抗作用，因此，在以铵盐作为氮源时易使植物出现缺钙或缺镁的症状。例如，番茄生长在铵盐为氮源的营养液中，易出现果实缺钙的“脐腐病”，而介质中生理酸性所产生的高浓度H+对植物Ca2+的吸收也有很强的拮抗作用，如果生理酸性过强，甚至可能造成对植物根系的直接伤害，产生根系腐烂的现象。硝态氮源除了NH4NO3之外，其余的均为生理碱性盐，例如Ca(NO3)2、NaNO3、KNO3等。植物优先吸收硝酸盐中伴随的阳离子，而NO3-吸收的速率较慢，同时植物在选择吸收硝酸盐时根系会分泌出OH-，使得介质的pH上升，其结果是可能造成某些营养元素在高pH值下产生沉淀而使得有效性降低，如Fe, Mn、Mg等元素。在生产中，最常见的是使用硝酸盐作为氮源时植株的缺铁和缺镁症状的产生。但一般情况下，铵态氮源所产生的生理酸性较强，而且变化幅度也较大，而硝态氮所产生的生理碱性较弱且变化较缓慢，也容易控制。 图3-7 不同氮源比例对小白菜生长期中pH值的影响(吴正宗，1989) 许多研究证明，如果采取适当的措施来克服这两种氮源所产生的不良影响，其营养价值可表现得相当。这些措施包括中和生理酸碱性，在NO3--N作氮源时适当增加螯合铁用量，在NH4+-N作氮源时增加Ca2+的用量等。简清溪等(1987)的研究表明，用尿素[(NH2)2CO]和硝酸铵(NH4NO3)作为氮源(铵态氮占总氮量的75%)水培番茄，其产量与用Ca(NO3)2和KNO3为氮源的处理相当，没有显著差异。这主要是在种植过程中控制营养液的pH值在±的范围之内，同时在营养液中比原配方增加了25%的Ca2+的缘故。 如果仔细研究目前世界上所用的营养液配方时就会发现，大多数配方都是采用硝态氮作为氮源的。既然铵态氮和硝态氮具有相同的营养价值，为什么不用铵态氮而用硝态氮呢？这主要是硝态氮所引起的生理碱性要较为缓慢而易于控制，植物对于NO3--N的过量吸收也不会对植物本身造成伤害，而铵态氮引起的生 128 103 126 120 140 89 39 - 理酸性较为迅速且难以控制，植物吸收NH4+-N过多则易出现中毒的症状。因此，利用硝态氮作为氮源是较为安全的。 用硝酸盐作为氮源时，由于植物对NO3--N普遍存在着“奢侈吸收”的问题——即吸收进入植物体内的NO3--N数量远远超过其生理活动所需的数量。这就会使得许多植物特别时绿叶类和根茎类蔬菜类作物的硝酸盐含量大大超过WHO/FAO的容许标准(432mg/Kg，鲜重)，从而影响到人体的健康。如何降低产品的硝酸盐含量的问题，近年来越来越受到人们的关注。 在无土栽培中控制农产品硝酸盐的含量可采取下列的一些措施：(1)以铵代硝或以脲代硝：通过在营养液中以铵态氮或酰胺态氮来全部或部分代替原有配方中的硝酸盐，再通过控制营养液的pH值变化和适当增加Ca2+、K+等的供应量，使作物生长正常，产量不致于降低。池田和大泽(1983)用不同比例的铵态氮和硝态氮作为氮源种植莴苣、白菜、菠菜和小芜菁时发现，在NO3--N:NH4+-N比例越低，即铵态氮用量越高的情况下，这几种蔬菜中的硝酸盐含量越低，而完全用铵态氮作为氮源时，几种蔬菜的硝态氮含量低至痕量(见表3-10)。刘士哲等(1998)用全部硝态氮、2种部分铵态氮和全部酰胺态氮的4种营养液配方来种植芥菜和生菜的试验结果表明，通过加入适当数量的铵态氮来代替硝态氮可大大降低蔬菜的硝酸盐含量，而全部用酰胺态氮作为氮源的话，虽然蔬菜的硝酸盐含量大大降低了，但此时作物的产量也较大幅度的降低。如何通过增加营养液的铵态氮或酰胺态氮用量而达到降低作物体内硝酸盐含量而又不影响产量，是值得进一步研究的。(2)收获前断氮的方法：对于大多数专性喜硝的作物(如菠菜等)，因其耐受铵毒的能力较弱，即使通过控制pH值变化的方法也难以令其在铵态氮作为氮源的营养条件下生长良好。这就要采用在收获之前中断或减少氮素的供应数量，以达到降低产品中硝酸盐含量的目的。华南农业大学无土栽培技术研究室近年来的试验表明，通过在收获前1周中断氮素的供应，可把生菜和菜心等叶菜类的硝酸盐含量降低到432mg/Kg的水平以下，而且此时的蔬菜产量并没有明显的降低。 表3-10 营养液NO3—N与NH4+-N的浓度及其比例对几种蔬菜叶片NO3—N含量 (%,干物重)的影响(池田和大泽，1983) NO3--N:NH4+-N浓度比(mmol/L) 0 莴苣 白菜 菠菜 小芜菁 40 - 0 中国农科院花卉蔬菜研究所尝试着用有机肥来作为肥源而不施用化学肥料来种植作物的“有机生态型无土栽培”，也可以在一定程度上降低产品的硝酸盐含量。但许多研究者认为，利用有机肥作为作物生长全部营养的来源常常会出现营养元素和不同生长时期的供应不平衡，而且有机肥中养分的释放过程难以调控，特别是生长期长的作物，在生长的中后期常出现脱肥的现象。况且有机肥最终都必须经分解以无机的形态被作物吸收，作物直接利用有机态养分的数量很少。因此，有机肥作为肥源在无土栽培中只能作为一定量 的补充，而不能完全代替化学肥料 五、营养液的酸碱度 (一) 酸碱度的概念 酸碱度是溶液的一个非常重要的化学性质，它的高低可能会影响到营养液中某些盐分的有效性，甚至可能对植物的生长产生不良的影响，因此，了解溶液的酸碱性对于无土栽培生产有着十分重要的意义。 溶液的酸碱度是指溶液中氢离子(H+)或氢氧根离子(OH-)浓度(以mol/L表示)的多少。一般采用索仑生(Sorensen)提出的用H+浓度的负对数来表示溶液的酸碱度。这个负对数值称为氢离子指数或pH值，这里 的p时指负对数的意思，即pH=-lg[H+]。 因为纯水有很微弱的导电能力，这说明水也能够微弱地电离： H2O======H+＋OH- 在25℃时，纯水的离子积常数Kw=[H+][OH-]=1×10-14，即[H+]=[OH-]=10-7mol/L。说明此时溶液中的H+离子浓度与OH-离子浓度相等，均为1×10-7mol/L，也即有1×10-7mol/L的水解离为H+和OH-。 纯水的离子积常数Kw(H2O)会随温度的升高而升高。例如在100℃时Kw(H2O)=×10-13mol/L。一般 以25℃时Kw(H2O)=1×10-14作为计算的标准。 如果溶液中H+浓度增加，例如在纯水中进入酸，这时溶液中的H+离子和OH-离子的浓度就不相等了，因为溶液中H+浓度与OH-浓度的乘积总是为1×10-14，即[H+][OH-]=1×10-14，所以在溶液H+离子浓度提高时，必定会使OH-离子浓度降低。类似地，如果溶液中OH-离子浓度增加，会使溶液的H+离子浓度 降低。这两种离子在溶液中的关系也符合离子积常数法则。 痕量 痕量 痕量 痕量 41 - 例如在纯水中加入H2SO4使溶液的[H+]提高到1×10-4mol/L，这时[H+][OH-]=1×10-14，故此时[OH-]浓度为：[OH-]=1×10-14/1×10-4=1×10-10mol/L。再如纯水中加入NaOH使溶液中的OH-离子浓度提高到[OH-]=1×10-5mol/L，而[H+][OH-]=1×10-14，即[H+][1×10-5]=1×10-14，也即[H+]=1×10-14/1×10-5=1×10 -9mol/L。 从上面的2个例子可以看到，溶液中的H+例子浓度和OH-离子浓度之间存在着严格的比例关系，知道了一种离子的浓度，另一种离子的浓度也可以反映出来。一般用pH来表示溶液中H+和OH-离子之间的关 系，这时称为酸度；偶尔也有人用pOH来表示，这时称为碱度。 溶液中H+离子浓度愈高，酸性愈强，碱性愈弱，pH值愈小，pOH值愈大，反之，OH-离子浓度愈高，碱 性愈强，酸性愈弱，pH值愈高，pOH值愈小。溶液酸碱性的这种关系见图3-8所示。 酸性 中性 碱性 图3-8 [H+]、[OH-]、pH、pOH与溶液酸、碱性的关系 所以：中性溶液：[H+]=10-7mol/L，即[H+]=[OH-]，pH=7 酸性溶液：[H+]＞10-7mol/L，即[H+]＞[OH-]，pH＜7 碱性溶液：[H+]＜10-7mol/L，即[H+]＜[OH-]，pH＞7 (二) 营养液中酸碱度的变化及控制 营养液在种植植物的过程中常会由于以下的原因而引起变化： (1) 营养液中生理酸性盐和生理碱性盐的用量和比例不同而产生的。其中以氮源和钾源的化合物所引起的生理酸碱性变化最大。在营养液中以碱金属或碱土金属的硝酸盐为氮源的均会表现出生理碱性，其中NaNO3最强，KNO3和Ca(NO3)2次之。如果营养液配方中这些盐类的使用量较大，则可以表现出较强的生理碱性。例如，日本园试配方的氮源为KNO3和Ca(NO3)2，在种植作物时营养液的pH值变幅为，对于多数作物的正常生长均不会产生大的不良影响，但如果是对铁较敏感的作物如蕹菜和芥菜等，则会因p H值稍高而出现缺铁失绿症状。 以铵态氮作为氮源时，如(NH4)2SO4、NH4Cl和NH4NO3等都会表现出生理酸性，使得介质的pH值下降。这几种生理酸性盐中，以NH4Cl和(NH4)2SO4表现得最强，而NH4NO3表现得稍弱。如果营养液完全以(NH4)2SO4作为氮源可使pH值降至以下，NH4NO3也可降至以下。NH4Cl与(NH4)2SO4的结果类似，而且由于NH4Cl含有较多的Cl-，对某些“忌氯作物”的生长和配制有不良影响，应在无土栽培生产实际中避免使用它作为氮源。如全部采用铵态氮作为氮源，则由此而产生的生理酸性足以低至直接伤害植物 42 - 根系的水平。而目前大多数的配方，除了针对喜酸性环境的作物如茶树、凤梨科作物等的特殊营养液配方 之外，很少全部使用铵态氮为氮源的配方。 有些配方(如华南农业大学蕹菜专用配方)使用尿素这种酰胺态氮作为部分氮源，有时为了降低叶菜类硝酸盐肥料，也用尿素代替部分铵态氮或硝态氮。这时在营养液中使用尿素也会使pH值降低。因为尿素在营养液中由于根系分泌脲酶对尿素的水解作用而形成碳酸铵[(NH4)2CO3]。而碳酸铵为生理酸性盐，可 使营养液的pH值降至~左右。 华南农业大学无土栽培技术研究室以不同氮源的营养液种植番茄的试验表明：当用Ca(NO3)2为氮源时，营养液的pH值在5天内从升至，只上升了个pH单位，而用(NH4)2SO4和NH4NO3时，5天内营养液的pH值分别从和降至和，分别降低了和个pH单位(表3-9)。可见生理碱性盐引起营养液pH上升的幅 度和速度要比生理酸性盐所引起的pH值下降要小得多且慢得多。 表3-11不同氮源营养液的生理酸碱性变化(pH值) 试 验 日 期 Ca(NO3)2 11月5日(定植) 11月6日 11月7日 11月8日 11月9日 11月10日 在选择营养液所用的盐类中，还有一个很值得重视的是钾盐的生理酸碱性问题。无土栽培常用KNO3、K2SO4、KH2PO4作为钾源，而由于KCl含有较多的Cl-离子，故一般不用或少用KCl作为钾源。KNO3为生理碱性，K2SO4为强生理酸性盐，而KH2PO4的生理酸碱性表现得不明显。由于多数作物吸收的钾量较多，其吸收数量比氮还多，吸收钾的速率较快，往往造成“奢侈吸收”，如果完全采用K2SO4作为钾源，则可使营养液的pH值下降到以下。华南农业大学无土栽培技术研究室把日本园试配方中的KNO3用等钾 氮 源 NH4NO3 (NH4)2SO4 43 - 量的K2SO4代替，所缺氮量不作补充，在3L营养液中种植3株已在园试配方营养液中生长了3周的蕹菜，经过6天的生长之后，吸收了116mgK(相当与3mmol K)，此时营养液pH值从种植时的降至，下降了个pH单位；而在园试配方的营养液pH值从升至，只上升了个pH单位，可见K2SO4的生理酸性是很强的。 (2) 每株植物所占有营养液体积的大小也影响到营养液的pH变化：由植物根系对营养液中离子的选择吸收而表现出的生理酸碱性的变化需要一定的过程，如果每株占有营养液的体积越大，则其pH值的变化速率也就越慢，变化幅度也就越小。反之亦然。这就是为什么在种植系统中营养液总量较多的深液流水培技术(DFT)中营养液的pH值变化(其它性质也是如此)要比种植系统中营养液总量少得多的营养液膜技术(NFT)来得小的根本原因。 (3) 营养液的更换频率也影响到其pH值的变化：通过营养液的更换可以减轻pH值变化的强度和延缓其变化的速度。更换的频率越高，则营养液可经常保持在一个较小的pH变化幅度内，但在生产中通过更换营养液来控制其pH值的变化是很不经济的，而且费时费力，很不实际。只有在进行严格的科学试验时才会用到这种方法。 (4) 配制营养液的水质也影响到其pH值的变化：如果使用硬水来配制营养液，由于硬水中含有较多的Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-等离子，如不对营养液配方进行适当的调整，会使得配制的营养液pH值升高。这可通过适当调整配方中的Ca2+、Mg2+用量以及用稀酸液中和的方法来进行控制。而在软水地区则不会出现这种情况。 在种植植物的过程中对营养液的pH值进行控制的方法主要有下面2种： (1) 酸碱中和的方法：在种植过程中发现营养液的pH值偏离了植物生长要求的合适pH范围之外，可用稀酸或稀碱溶液来中和营养液，使其pH值回复到合适的水平(具体方法见“营养液管理”一节)。经中和调节之后的营养液经一段时间的种植，其pH值仍会继续变化，因此，在整个作物的生长期内要经常进行酸碱的中和调节，而且加入的酸碱用量如果过多，还可能影响到作物的生长。这是一种“治标”的方法。 (2) 调整营养液配方的方法：通过调整营养液配方中所使用的生理酸性盐和生理碱性盐的种类、用量和相互之间的比例，使得营养液在种植作物的过程中其本身的酸碱度的变化可以稳定在一个适宜作物生长的范围之内，这样就可以省却或减少用酸碱中和的麻烦，也可避免由于过量的酸液或碱液加入营养液中造成的对作物生长不良影响的可能。 营养液的pH值变化是以所用盐类的种类、用量和比例以及水的性质(硬度)等为物质基础，以植物根系的选择性吸收为主导而产生的结果。这不是一个简单的物理化学过程，而是一个十分复杂的生物化学过程，而且不同的植物类型的表现不一样，因此，无法从理论上计算和设计出一个pH值稳定的营养液配方。目 44 - 前只能依靠经验的方法，在前人配方的基础上，利用已有的各种生理酸性和生理碱性盐被植物根系选择性吸收后的变化规律，通过一系列的植物吸收试验来调整出一个有着较为稳定pH变化范围的良好配方。 在进行营养液配方的调整时，首先要很好地掌握各种盐类的化学性质和生理反应性质，以把握这些盐类溶解于水中以及被植物选择性吸收之后的pH值变化趋势。氮源肥料中的(NH4)2SO4、NH4NO3、NH4Cl是弱碱强酸的化合物，在水溶液中发生水解作用而表现出弱酸性，为水解酸性盐，而且也是生理酸性盐。NH4Cl和(NH4)2SO4的生理酸性较强，而NH4NO3的生理酸性较弱。氮源肥料的NaNO3、Ca(NO3)2、KNO3是强酸强碱盐，在水溶液中不起水解作用，为化学中性盐，但它们都是生理碱性盐，以NaNO3的生理碱性最强，KNO3次之，Ca(NO3)2稍弱。磷源肥料中K2HPO4、KH2PO4、Na2HPO4、NaH2PO4是强碱弱酸的化合物，为水解酸性盐，而NH4H2PO4、(NH4)2HPO4是弱碱弱酸的化合物，由于水解作用形成的NH4OH的电离常数(pKb)为，而H2PO4-和HPO42-的电离常数(pKa)分别为和，因此，NH4H2PO4水解后表现为弱碱性，而(NH4)2HPO4则表现为弱酸性。但一般来说，磷酸盐的生理酸碱性反应不强烈，而且磷酸盐对于溶液pH的变化具有一定的缓冲能力。特别是磷酸的钾、钠盐的缓冲作用较明显，可通过用磷酸一氢盐和磷酸二氢盐的不同比例配合(KH2PO4:K2HPO4)对于稳定营养液初始的pH值有一定的作用，但经种植植物吸收了之后，其缓冲作用逐渐降低。无土栽培所用的钾源中K2SO4、KNO3和KCl(很少用于营养液配制)均为强碱强酸的化合物，在水中不产生水解作用，均为化学中性盐，KNO3为生理碱性盐，而K2SO4和KCl为生理酸性盐。 在了解了营养液配合中各种盐类物质的性质之后就可根据实际情况、结合前人的配方进行适当的改进。例如，绝大多数的营养液配方是针对软水而设计的，如果时在硬水的条件下使用，一方面可能需要根据硬水硬度的大小适当降低配方中Ca、Mg等的用量，另一方面可考虑提高生理酸性盐的用量、降低生理碱性盐的用量，以控制营养液的pH的上升。有些营养液配方考虑对某些作物合适，而对于另一些作物则不一定合适。例如，日本的园试配方在种植生菜时是合适的，而用于种植芥菜、蕹菜时就不太合适了。这主要是园试配方配制的营养液在种植作物的过程中，用于配方中生理碱性盐的用量较大，pH值的变化会趋向上升，变幅大约在~之间，而pH在高于时，芥菜、蕹菜易表现出缺铁。为了能够控制营养液的pH值不致于过高，可以考虑将生理碱性盐的KNO3全部或部分被生理酸性的K2SO4和弱生理酸性的NH4NO3代替(这2种盐分别起到补充被代替的KNO3中的K和N的作用)，并将代替的数量设几个级差，经过种植植物的试验之后，以确定出究竟KNO3代替的数量达到什么样的水平才合符所要求的pH变化范围。我们的试验结果为：园试配方的pH值变幅为~，全部KNO3被K2SO4代替的营养液pH值为~，取代一半KNO3用量时pH值变幅为~，取代1/3KNO3用量时pH值变幅为~，这样就可根据需要来确定KNO3的取代量。如种植芥菜可选择1/3或1/2KNO3被K2SO4和NH4NO3取代都可取得较好的生长结果。 45 - 第五节．营养液的配制 技术 进行无土栽培作物时，要在选定营养液配方的基础上，正确地配 制营养液。一种均衡的营养液配方，都存在着相互之间可能产生沉淀的盐类，只有采用正确的方法来配制营养液，才可保证营养液中的各种营养元素能有效地供给作物生长所需，才可取得栽培的高产优质。而不正确的配制方法，一方面可能会使某些营养元素失效；另一方面可能会影响到营养液中的元素平衡，严重时会伤害作物根系，甚至造成作物死亡。因此，要掌握正确的营养液配制方法，这是无土栽培作物的最起码的要求。 一、营养液配制的原则 营养液配制的原则是确保在配制和使用营养液时不会产生难溶性 化合物的沉淀。因为每一种营养液配方中都有相互之间会产生难溶性物质的盐类，例如，任何的均衡营养液平衡中都含有可能产生沉淀的Ca2+、Fe2+、Mn2+、Mg2+等阳离子和SO42-、H2PO4-等阴离子，当这些离子在浓度较高时会互相作用而产生化学沉淀而形成难溶性物质。但如果选用的是均衡的营养液配方且遵循正确的配制方法，最终配制出来的工作营养液是不会有难溶性物质沉淀的。要做到这一点，就必须充分了解营养液配方中各种化合物的性质及相互之间产生的化学反应过程，在配制过程中运用难溶性物质溶度积法则，以确保不会产生沉淀。 二、营养液的配制技术 (一) 原料及水中的纯度计算 由于配制营养液的原料大多使用工业原料或农用肥料，常含有吸 湿水和其它杂质，纯度较低，因此，在配制时要按实际含量来计算。例如，营养液配方中硝酸钾用量为L，而原料硝酸钾的含量为95%，通过计算得到实际原料硝酸钾的用量应为L。 微量元素化合物常用纯度较高的试剂，而且实际用量较少，可直 接称量。 在软水地区，水中的化合物含量较低，只要是符合前述的水质要 求，可直接使用。而在硬水地区，由于水中所含的Ca2+、Mg2+等离子较多，因此在使用前要分析水中元素的含量，以便在配制营养液时按照配方中的用量计算实际用量时扣除水中所含的元素含量。在实际操作过程中，根据硬水中所含Ca2+、Mg2+数量的多少，将它们从配方中扣除，例如，配方中的Ca、Mg分别由Ca(NO3)和来提供，这时计算实际的Ca(NO3) 和的用量要把水中所含的Ca、Mg扣除，而此时扣除Ca 46 - 后的Ca(NO3)中氮用量减少了，这部分减少了的氮可用硝酸(HNO3)来补充，加入的硝酸不仅起到补充氮源的作用，而且可以中和硬水的碱性。扣除硬水中Mg的实际用量，也相应地减少了硫酸根(SO42-)的用量，但由于硬水中本身就含有较大量的硫酸根，所以一般不需要另外补充，如果有必要，可加入少量硫酸(H2SO4)来补充。 在中和硬水的碱性时，如果由于加入补充氮源的硝酸后仍未能够 使水中的pH值降低至理想的水平时，可适当减少磷源的用量，而用硫酸来加入以中和硬水的碱性。 通过测定硬水中各种微量元素的含量，与营养液配方中的各种微 量元素用量比较，如果水中的某种微量元素含量较高，在配制营养液时可不加入，而不足的则要加入补充。 由于在不同的硬水地区水的硬度不同，含有的各种元素的数量不 一样，因此要根据实际的情况来进行营养液配方的调整。 (二) 营养液的配制方法 在实际生产应用上，营养液的配制方法可采用先配制浓缩营养液(或 称母液)然后用浓缩营养液配制工作营养液；也可以采用直接称取各种营养元素化合物直接配制工作营养液。可根据实际需要来选择一种配制方法。但不论是选择哪种配制方法，都要在配制过程中以不产生难溶性物质沉淀为总的指导原则来进行。 1、浓缩营养液(母液)稀释法 首先把相互之间不会产生沉淀的化合物分别配制成浓缩营养液，后根据 浓缩营养液的浓缩倍数稀释成工作营养液。 (1) 浓缩营养液的配制 在配制浓缩营养液时，要根据配方中各种化合物的用量及其溶解度 来确定其浓缩倍数。浓缩倍数不能太高，否则可能会使化合物过饱和而析出，而且在浓缩倍数太高时，溶解较慢，操作不方便。一般以方便操作的整数倍数为浓缩倍数，大量元素一般可配制成浓缩100、200、250或500倍液，而微量元素由于其用量少，可配制成500或1000倍液。 为了防止在配制营养液时产生沉淀，不能将配方中的所有化合物放 置在一起溶解，而应将配方中的各种化合物进行分类，把相互之间不会产生沉淀的化合物放在一起溶解，一般将一个配方的各种化合物分为不产生沉淀的3类，这3类化合物配制的浓缩液分别称为浓缩A液、浓缩B液和浓缩C液(或称为A母液、B母液或C母液)。其中： 浓缩A液 以钙盐为中心，凡不与钙盐产生沉淀的化合物均可放 置在一起溶解； 47 - 浓缩B液 以磷酸盐为中心，凡不与磷酸盐产生沉淀的化合物可 放置在一起溶解； 浓缩C液 将微量元素以及起稳定微量元素有效性(特别是铁) 的络合物放在一起溶解。由于微量元素的用量少，因此其溶解倍数可较高。 表3-12为华南农业大学叶菜类配方的浓缩营养液的各种化合物分类及 用量。其它配方可以此为例进行分类。 配制浓缩营养液的步骤：按照要配制的浓缩营养液的体积和浓缩倍 数计算出配方中各种化合物的用量后，将浓缩A液和浓缩B液中的各种化合物称量后分别放在一个塑料容器中，溶解后加水至所需配制的体积，搅拌均匀即可。在配制C液时，先取所需配制体积80%左右的清水，分为两份，分别放入两个塑料容器中，称取和EDTA-2Na分别加入这两个容器中，溶解后，将溶有的溶液缓慢倒入EDTA-2Na溶液中，边加边搅拌；然后称取C液所需称量的其它各种化合物，分别放在小的塑料容器中溶解，然后分别缓慢地倒入已溶解了和EDTA-2Na的溶液中，边加边搅拌，最后加清水至所需配制的体积，搅拌均匀即可。 为了防止长时间贮存浓缩营养液产生沉淀，可加入1mol/L H2SO4 或HNO3酸化至溶液的pH为3~4左右；同时应将配制好的浓缩母液置于阴凉避光处保存。浓缩C液最好用深色容器贮存。 表3-12 华南农业大学叶菜类配方用量 分类 化 合 物 A 液 Ca(NO3) KNO3 NH4NO3 B 液 KH2PO4 K2SO4 C 用量(mg/L) 472 202 80 100 174 246 浓缩250倍用量(g/L) 118 20 25 浓缩1 000倍用量(g/L) 浓缩500倍用量(g/L) 236 101 40 50 87 123 48 - 液 EDTA-2Na H3BO3 (NH4) (2) 稀释为工作营养液 利用浓缩营养液稀释为工作营养液时，应在盛装工作营养液的容器或种植系统中放入大约需要配制体积的60%~70%的清水，量取所需浓缩A液的用量倒入，开启水泵循环流动或搅拌使其均匀，然后再量取浓缩B液所需用量，用较大量的清水将浓缩B液稀释后，缓慢地将其倒入容器或种植系统中的清水入口处，让水泵将其循环或搅拌均匀，最后量取浓缩C液，按照浓缩B液的加入方法加入容器或种植系统中，经水泵循环流动或搅拌均匀即完成了工作营养液的配制(见图3-9)。 (步骤2) 计 算 量取 A母液 加 入 循环、搅拌 缓慢加入 计算 容 器 稍加稀释 量取B液 60-70% H2O (步骤3) 清水 缓慢 加水 (步骤1) 加入 搅拌 至配制 稍加稀释 体积 (步骤4) 计算 量取 C液 工作营养液 49 - 图3-9 利用配制浓缩营养液稀释为工作营养液的流程 2、直接称量配制法 在大规模生产中，因为工作营养液的总量很多，如果配制浓缩营养液后再经稀释来配制工作营养液，势必需要配制大量的浓缩营养液，这将给实际操作带来很大的不便，因此，常常称取各种营养化合物来直接配制工作营养液。 具体的配制方法为：在种植系统中放入所需配制营养液总体积约60%~70%的清水，然后称取钙盐及不与钙盐产生沉淀的各种化合物(相当于浓缩A液的各种化合物)放在一个容器中溶解后倒入种植系统中，开启水泵循环流动，然后再称取磷酸盐及不与磷酸盐产生沉淀的其它化合物(相当于浓缩B液的各种化合物)放入另一个容器中，溶解后用较大量清水稀释后缓慢地加入种植系统的水源入口处，开动水泵循环流动。再取两个容器分别称取铁盐和络合剂(如EDTA-2Na)置于其中，倒入清水溶解(此时铁盐和络合剂的浓度不能太高，大约为工作营养液中的浓度的1 000~2 000倍左右)，然后将溶解了的铁盐溶液倒入装有络合剂的容器中，边加边搅拌。最后另取一些小容器，分别称取除了铁盐和络合剂之外的其它微量元素化合物置于其中，分别加入清水溶解后，缓慢倒入已混合了铁盐和络合剂的容器中，边加边搅拌，然后将已溶解了所有微量元素化合物的溶液用较大量清水稀释后从种植系统的水源入口处缓慢倒入种植系统的贮液池中，开启水泵循环浓度至整个种植系统的营养液均匀为止。一般在单棚面积为1/30公顷的大棚或温室，需开启水泵循环2~3小时才可保证营养液已混合均匀。这种配制工作营养液的操作流程详见图3-10。 在直接称量营养元素化合物配制工作营养液时要注意，在贮液池中加入钙盐及不与钙盐产生沉淀的盐类之后，不要立即加入磷酸盐及不与磷酸盐产生沉淀的其它化合物，而应在水泵循环大约30分钟或更长时间之后才加入。加入微量元素化合物时也要注意，不应在加入大量营养元素之后立即加入。 以上两种配制工作营养液的方法可视生产上的操作方便与否来进行，有时可将这两种方法配合使用。例如，配制工作营养液的大量营养元素时采用直接称量配制法，而微量营养元素的加入可采用先配制浓缩营养液再稀释为工作营养液的方法。 在配制工作营养液时，如果发现有少量的沉淀产生，就应延长水泵循环流动的时间以使产生的沉淀再溶解。如果发现由于配制过程加入营养化合物的速度过快，产生局部浓度过高而出现大量沉淀，并且通过较长时间开启水泵循环之后仍不能使这些沉淀再溶解时，应重新配制营养液，否则在种植作物的过程中可能会由于某些营养元素经沉淀而失效，最终出现营养液中营养元素的缺乏或不平衡而表现出的生理失调症状。例如微量元素铁被沉淀之后出现的作物缺铁失绿的症状。 三、营养液配制的注意事项 为了避免在配制营养液的过程中产生失误而影响到作物的种植，必须注意以下的事项： 50 - 1、营养液原料的计算过程和最后结果要反复核对，确保准确无误； 2、称取各种原料时要反复核对称取数量的准确，并保证所称取的原料名实相符，切勿张冠李戴。特别是在称取外观上相似的化合物时更应注意。 3、已经称量的各种原料在分别称好之后要进行最后一次复核，以确定配制营养液的各种原料没有错漏。 4、建立严格的记录档案，将配制的各种原料用量、配制日期和配制人员详细记录下来，以备查验第六节 营养液的管理 这里阐述的营养液管理主要是指循环式水培的营养液管理，开放式基质栽培的营养液管理在以后有关的栽培设施和管理中会详细讨论。作物生长过程中，由于作物根系生长在营养液中，通过吸收养分、水分和氧气来维持其生长的需要，吸收的过程也改变了营养液中各种化合物或离子的数量和比例，浓度、酸碱度和溶解氧含量等也随着改变。同时，由于根系的代谢过程会分泌出一些有机物以及根系表皮细胞的脱落、死亡甚至部分根系的衰老、死亡而残存于营养液之中，并诱使微生物在营养液中繁殖，从而或多或少地改变了营养液的性质。环境温度的改变也影响到营养液的液温的变化。因此，要对营养液这些性质有所了解，才能够有针对性地对影响营养液性质的诸多因素进行监测和有效地控制，以使其处于作物生长所需的最适范围之内。这里所述的营养液管理主要是指营养液的浓度、酸碱度(pH)、溶解氧和营养液温的管理这四个方面。 一、营养液的浓度： 由于在作物生长过程不断地吸收养分和水分，加上营养液裸露于空气中水分的蒸发，会引起其浓度、组成的不断变化，因此需要对营养液的养分含量和水分的存有量进行监测和补充。 水分的补充视作物蒸腾耗水的多少来确定。植株较大、天气炎热、干燥的气候条件下，耗水量多，这时补充的水分也较多。补充水分时，可在贮液池中划好刻度，将水泵停止供液一段时间，让种植槽中过多的营养液全部流至贮液池之后，如发现液位降低到一定的程度就必须补充水分至原来的液位水平。 营养液浓度在作物吸收降低到一定的水平时，就要补充养分。而养分的补充与否以及补充数量的多少，要根据在种植系统中补充了水分之后所测得的营养液浓度来确定。营养液的浓度以其总盐分浓度即电导率来表示。除了在严格的科学试验之外，在生产中一般不进行营养液中单一营养元素含量的测定，而且在养分的补充上，也不是单独补充某种营养元素，在补充养分时要根据所用的营养液配方全面补充。至于所用的营养液浓度降低至什么样的水平才需要进行养分的补充，这要根据所选用的营养液配方不同和种植作物种类及栽培技术和不同来具体确定。 51 - 不同作物对营养液的浓度要求不同，这与作物的耐肥性有关。一般情况下，茄果类和瓜果类要求的营养液浓度要比叶菜的高。但每一种作物都有一个适宜的浓度范围，绝大多数作物的适宜浓度范围为~cm，最高不超过cm。 在不同的生育时期，作物对营养液浓度的要求也不一样。一般而言，苗期植株小，浓度可较低，生育盛期植株大，吸收量多，浓度应较高。以番茄为例，在开花之前的苗期，适宜的浓度为~cm,开花至第一穗果实结果时期的适宜浓度为~cm,而在结果盛期的适宜浓度为~cm。也有人认为,在结果期的浓度可调整到~cm。 对于高浓度的营养液配方(总盐分浓度＞‰左右)，在补充养分时可以确定当总盐分浓度降低至原来配方浓度的1/3~1/2的范围为下限。通过定期测定营养液的电导率，如果发现营养液的总盐浓度下降到1/3~1/2剂量时就补充养分至原来的初始浓度。养分的补充应根据对营养液电导率的实测值来确定。不同的作物以及同一作物的不同生育期由于对营养的消耗速率不同，而且选用的无土栽培技术不一样，每株作物平均占有营养液量也不同，因此，补充营养的间隔时间也有差异。一般要求定期(间隔1~2天)测定营养液的浓度，以了解种植系统中浓度的变化情况。 对于低浓度的营养液配方(总盐分浓度＜‰左右)，可以通过经常监测营养液的浓度，然后每隔较短的时间(3~4天左右)就补充一次养分，补充时将种植系统中的营养液浓度调节到原来的水平；也可以采取另外一种方法来补充：即营养液浓度下降到配方浓度的1/2时，即补充至原来的水平。在补充养分时可根据所用配方不同浓度级差的电导率值与浓度级差的关系，计算出需要补充的营养相当于剂量的百分数，据此计算出各种化合物的用量。另外，还有一种更为简便的养分补充方法：即确定了营养补充的下限之后，(例如原始营养液剂量的40%)，当营养液浓度下降到此浓度或以下时就补充原来初始浓度1个剂量的营养，也即种植系统中经过补充养分后的营养液浓度要比初始的营养液浓度来得高。由于作物对养分浓度有一定的范围要求，而且所用的营养液配方的浓度原来就较低，因此，对作物的正常生长不会产生什么不良影响，而且操作时较简单、方便。 二、营养液酸碱度的调节： 营养液在未种植作物之前的酸碱度主要是由营养液配方中的各种化合物的化学酸碱性的影响，如果选用的配方，其中的各种化合物之间的化学酸碱性配合比例和数量较合适，一般不会过于偏离作物生长所要求的pH范围。但当营养液用于种植作物时，由于作物根系对营养液中的各种离子进行吸收之后，营养液中的不同盐类的生理酸碱性反应的表现不一样，势必会影响到营养液的酸碱性变化。究竟营养液酸碱度的变化如何则应视营养液配方的不同而定。如一个营养液配方中的硝酸盐如KNO3、Ca(NO3)2的用量较多，则这个配方的营养液大多呈生理碱性；反之，如果配方中NH4NO3，(NH4)2SO4等铵态氮和尿素[(NH2)2 52 - CO]以及K2SO4为氮源和钾源的用量较多，则这个配方的营养液大多呈生理酸性。一般地生理碱性来得慢且变化幅度来得小，没有那么剧烈，也较易控制。在实际生产过程中最好是先用一些生理酸碱性变化较平稳的营养液配方，以减少调节pH的次数。这是进行营养液酸碱度控制最根本的办法。 种植作物过程中，如果营养液的pH上升或下降到作物最适的pH范围之外，就要用稀酸或稀碱溶液来中和调节它。pH上升时，可用稀硫酸(H2SO4)或稀硝酸(HNO3)溶液来中和。用稀HNO3中和时，HNO3中的NO3-会被植物吸收利用，但要注意当中和营养液pH的HNO3用量太多用可能会造成植物氮素过多的现象；用H2SO4中和时，尽管H2SO4中的SO42-也可作为植物的养分被吸收，但吸收量较少，如果中和营养液pH的H2SO4用量太大时可能会造成SO42-的累积。在实际生产中大多采用H2SO4来进行中和，也可用HNO3，选用哪种酸液可根据实际情况而定。 当营养液的pH下降时，可用稀碱溶液如氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)来中和。用KOH时带入营养液中的K+可被作物吸收利用，而且作物对K+有着较大量的奢侈吸收的现象，一般不会对作物生长有不良影响，也不会在溶液中产生大量累积的问题；而用NaOH来中和时，由于Na+对多数作物而言不是必需的营养元素，因此会在营养液中累积，如果量大的话，还可能对作物产生盐害。由于KOH的价格较NaOH昂贵，在生产中仍常用NaOH来中和营养液酸性。 在用稀酸或稀碱来进行营养液pH的调节时，可先用理论计算出稀酸或稀碱的用量，具体计算方法可参见第二章的有关内容。但是经理论计算出的稀酸、稀碱的用量并不能够作为实际营养液pH调节的操作用量，因为营养液中存在着高价弱酸强碱盐，如KH2PO4，NH4H2PO4和Ca(HCO3)2等，这些盐类在营养液中的解离是分步进行的，对酸有一定的缓冲作用，如： +OH- +OH- KH2PO4======K2HPO4=======K3PO4 +H+ +H+ 因此，不能够以理论计算出的中和酸碱性所需的稀酸稀碱的数量作为实际中和所需的数量，应以实际营养液酸碱中和滴定的方法来确定其用量。具体的方法为：量取一定体积（如10升）的营养液于一个容器中，用已知浓度的稀酸或稀碱来中和营养液，用酸度计监测中和过程营养液的pH值变化，当营养液的pH值达到预定的pH值时，记录所用的稀酸或稀碱溶液的用量，并用下列公式计算所要进行pH调节的种植系统所有营养液中和所需的稀酸或稀碱的总用量。 V1 V2 — = — v1 v2 其中：V1 从种植系统中量取的营养液体积 53 - v1 中和从种植系统中量取的营养液体积所消耗的稀酸 或稀碱的用量(mL) V2 整个种植系统中所有营养液的体积(L) v2 中和整个种植系统中所有营养液所消耗的稀酸 或稀碱的用量(mL) 在进行营养液酸碱度调节所用的酸或碱的浓度不能太高，一般可用1~3mol/L的浓度，加入时要用水稀释后才加入种植系统的贮液池中，并且要边加边搅拌或开启水泵进行循环。要防止酸或碱溶液加入过快、过浓，否则可能会使局部营养液过酸或过碱，而产生CaSO4，Fe(OH)3，Mn(OH)2等的沉淀，从而产生养分的失效三、营养液的溶解氧： 植物根系生长发育中，其呼吸过程要消耗氧气，为使其能正常生长就需要有足够的氧气供应。根系生长的环境与地上部生长的环境有很大的不同，地上部的生长一般不会出现氧气供应不足的问题，而无土栽培植物根系生长的环境可以是在类似土壤的生长基质中，也可以是在与土壤环境截然不同的营养液中。因此，在无土栽培中根系氧的供给是否充分和及时往往会成为妨碍作物生长的限制因子。 植物根系氧的来源有两种：一是通过吸收溶解于营养液中的溶解氧来获得；二是通过存在于植物体内的氧气的输导组织由地上部向根系的输送来获得。通过吸收溶解于营养液的溶解氧来满足生长的需要是无土栽培植物最主要的氧的来源，如果不能够使营养液中的溶解氧提高到作物正常生长所需的合适的水平，则植物根系就会表现出缺氧而影响到根系对养分的吸收以及根系和地上部的生长。植物从地上部向根系输送氧气以满足根呼吸所需的氧气供应途径并非所有植物都具备这一功能。一般可将植物根系对淹水的耐受程度的不同分为三类：一是沼泽性植物，这些植物长期生长在淹水的沼泽地，体内存在着氧气的输导组织，例如水稻、豆瓣菜、水芹、茭白、蕹菜等；二是耐淹的旱地植物，这些植物主要是生长在旱地，但当它们根系受水淹时根的结构会产生一些结构性的改变而形成氧气的输导组织或增大根系的吸收面积以增加对水中溶解氧的吸收。例如豆科绿肥的田菁、合萌、芹菜等。现在对这些植物还研究得较少，曾有人研究发现，当番茄处于低营养液含氧量栽培时，可以形成氧气的输导组织。华南农业大学无土栽培技术研究用节瓜的水培和土壤栽培比较，在水培中根系的结构会变得比土壤栽培的疏松，细胞变大，这可能对增加根系氧的吸收及根内氧的扩散有好处(刘士哲等，2000，未发表材料)；三是不耐淹的旱生植物，这类植物体内不具有氧气的输导组织，在淹水的条件下也难以发生根系结构向着有利于氧气的吸收的方向改变，也不会由于淹水而诱导出输送氧的组织。例如大多数的十字花科作物，它们对营养液栽培中低氧环境较为敏感，解决好营养液中溶解氧的供应就显得非常重要了，有时甚至是无土栽培是否取得成功的关键。 1、营养液中的溶解氧浓度 54 - 营养液中的溶解氧是指在一定温度、一定大气压力条件下单位体积营养液中溶解的氧气(O2)的数量，以O2mg/L来表示。而在一定温度和一定压力条件下单位营养液中能够溶解了的氧气达到饱和时的溶解氧含量称为饱和溶解度。由于在一定温度和压力条件下溶解于溶液中的空气，其氧气占空气的比例是一定的，因此也可以用空气饱和百分数（%）来表示此时溶液中的氧气含量相当于饱和溶解度的百分比。营养液中溶解氧的多少是与温度和大气压力有关的，温度越高、大气压力越小，营养液的溶解氧含量越低；反之，温度越低、大气压力越大，其溶解氧的含量越高。这就是为什么在夏季高温季节水培植物根系容易产生缺氧的一个原因。 营养液的溶解氧可以用测氧仪来测得，也可以用化学滴定的方法来测得。用测氧仪来测定的方法简便、快捷，而用化学滴定的方法测定手续很繁琐。测氧仪来测定溶液的溶解氧时一般测定溶液的空气饱和百分数(Air Saturated，%)，然后通过溶液的液温与氧气含量的关系表（表3-10）中查出该溶液液温下的氧含量并用下列公式计算出此时营养液中实际的氧含量。 M0=M×A 其中： M0 在一定温度和大气压力下营养液的实际溶解氧含量(O2mg/L) M 在一定温度和大气压力下营养液中的饱和溶解氧含量(O2mg/L) A 在一定温度和大气压力下营养液中的空气饱和百分数。 表3-10 不同温度(℃)条件下溶液中饱和溶解氧含量(1个标准大气压下) 温度(℃) 0 1 2 3 4 5 6 7 溶解氧(mg/L) 温度(℃) 14 15 16 17 18 19 20 21 溶解氧(mg/L) 温度(℃) 28 29 30 31 32 33 34 35 溶解氧(mg/L) 55 - 8 9 10 11 12 13 2、植物对溶解氧浓度的要求 不同的作物种类对营养液中溶解氧浓度的要求不一样，耐淹水的或沼泽性的植物，对营养液中的溶解氧含量要求较低；而不耐淹的旱地作物，对于营养液中的溶解氧含量的要求较高。而且同一植物的一天中，在白天和夜间对营养液中的溶解氧的消耗量也不尽相同，晴天时，温度越高，日照强度越大，植物对营养液中溶解氧的消耗越多；反之，在阴天，温度低或日照强度小时，植物对营养液中的溶解氧的消耗越少。一般地，在营养液栽培中维持溶解氧的浓度在4~5mgO2/L的水平以上(相当于在15~27℃时营养液中溶解氧的浓度维持在饱和溶解度的50%左右)，大多数的植物都能够正常生长。 3、营养液溶解氧的补充 (1) 植物对氧的消耗量和消耗速率 植物根系对营养液中溶解氧的消耗量及消耗速率的大小取决于植物种类、生育时期以及每株植物平均占有的营养液量的多少。生长过程耗氧量大的植物、处于生长旺盛时期以及每株植物平均占有的营养液液量少的，则营养液中的溶解氧的消耗速率就大；反之，就小。一般地，甜瓜、辣椒、黄瓜、番茄、茄子等瓜菜或茄果类作物的耗氧量较大，而蕹菜、生菜、菜心、白菜等叶菜类的耗氧量较小。据山崎肯哉测定，网纹甜瓜在夏季种植时，在始花期白天每株每小时的耗氧量为，而在果实膨大、网纹形成期为40mg。如果在种植系统中每株甜瓜平均占有的营养液量为15升，而在25℃时营养液的饱和溶解氧含量为L,即此时每株甜瓜占有的营养液饱和溶解氧总量＝L×15L=，如果这时营养液中的氧含量只达空气饱和百分数的80%，也即此时每株甜瓜的实际占有的营养液溶解氧的量＝×80%=，如果不考虑在甜瓜在吸收氧过程中空气中的氧向营养液中补充的数量，这时始花期消耗到溶解氧含量低于饱和溶解氧含量的50%所用的时间＝株×50%)÷株.小时=3小时，也即经过大约3小时之后，就可将原来营养液中相当于饱和溶解氧含量80%的溶 22 23 24 25 26 27 36 37 38 39 40 56 - 解氧降低至饱溶解氧含量50%以下。相同的计算，在果实膨大，网纹形成时期大约为1小时即可降低至饱和溶解氧含量的50%以下。 华南农业大学无土栽培技术研究室的资料表明：秋植番茄白天每株每小时的耗氧量在始花期为，在盛果期则为。如果在深液流水培中，每株番茄占有的营养液量为15L，则在20℃时营养液的饱和溶解氧含量为L，此时每株番茄占有的营养液饱和溶解氧的总量=L×15L=，如果这时营养液中的溶解氧含量只达饱溶解氧的80%，也即此时每株番茄实际占有的溶解氧的总量=×80%=。类似上例计算可知，在始花期和盛果期分别经过12小时和小时之后，营养液中的相当于饱和溶解氧含量的80%的溶解氧降低至饱和溶解氧含量的50%以下。 从上面的两个例子可以看到，不同作物和同一作物的不同生育时期的耗氧量和耗氧速率是不一样的，要根据具体的情况来确定补充营养液溶解氧含量的间隔。 (2) 补充营养液溶解氧的途径 营养液溶解氧的补充实质上就是营养液液相的界面与空气气相界面之间的破坏而让空气进入营养液的过程。在一定的温度和压力条件下，液-气界面被破坏得越剧烈，进入营养液的空气数量就越多，溶于营养液的氧气也越多。 补充营养液溶解氧的途径主要是来源于空气向营养液的自然扩散和通过人工的方法来增氧这两种。通过自然扩散而进入营养液的溶解氧的速度很慢，数量少。在20℃左右，液深在5~15cm范围，依靠自然扩散进入营养液中的溶解氧只相当于饱和溶解氧含量的2％左右。从上述的两个作物消耗营养液溶解氧速率的例子我们可以知道，除了在作物较小的苗期之外，靠自然扩散进入营养液的溶解氧远远达不到作物生长的要求。因此，要用人工增氧的方法来补充作物根系对氧的消耗，这是水培技术种植成功与否的一个重要环节。人工增氧的方法主要有以下几种：一是进行营养液的搅拌：通过机械的方法来搅动营养液而打破营养液的气－液界面，让空气溶解于营养液之中，这种方法有一定的效果，但很难具体实施，因为种植了植物的营养液中有大量的根系存在，一经搅拌极易伤根，会对植物的正常生长产生不良的影响；二是用压缩空气泵将空气直接以小气泡的形式在营养液中扩散以提高营养液溶解氧含量。这种方法的增氧效果很好，但在规模性生产上要在种植槽的许多地方安装通气管道及起泡器，其施工难度较大，成本较高，一般很少采用。这种方法主要用在进行科学研究的小盆钵水培上；三是用化学增氧剂加入营养液中增氧的方法。在日本，有一种可控制双氧水(H2O2)缓慢释放氧气的装置，将这种装置装上双氧水之后放在营养液中即可通过氧气的释放来提高营养液的溶解氧。这种方法虽然增氧的效果不错，但价格昂贵，在生产上难以采用，现主要用于家用的小型装置中；四是进行营养液的循环流动的方法：通过水泵将贮液池中的营养液抽到种植槽中，然后让其在种植槽流动，最后流回贮液池中形成不断的循环。在营养液循环过程中通过水流的冲击和流动 57 - 来提高溶解氧含量。不同的无土栽培技术，其设施的设计不同，因此，营养液循环的增氧效果也不一样。可在循环管道中加上空气混入器、增大营养液循环流动时的落差和将营养液在种植槽中喷出时尽可能地分散以及适当增大水泵的压力等方法来提高营养液中溶解氧含量 (3) 循环流动的增氧效果 无土栽培设施的设计不同、水泵循环时间的不同以及营养液液层深度的不同，循环流动的增氧效果也不一样，生产者要根据其设施的不同灵活掌握循环流动的时间。下面是两个循环流动来增氧的例子，可给我们一些启示。 ①华南农业大学无土栽培技术研究室用小型深液流水培装置做的试验结果：利用长×宽×高＝150cm×100cm×12cm的种植槽来种植８株番茄，每个种植槽中可盛营养液100L，液深7cm，每株番茄实际占有营养液。8月27日定植，11月11日时开始收获（种植槽中生长了75天），此时番茄根系已布满全槽。营养液的循环流动采用15w小水泵来进行，水泵流量为6升／小时，试验前连续开启水泵12小时到第二天（11月11日）上午8:00时，关闭水泵，此时营养液中的溶解氧含量达饱和溶解氧含量的92%，到下午14:00时水泵已关闭6小时，测得此时营养液中的溶解氧含量相当于饱和溶氧量的30%，平均每小时下降%；而在下午14:00时开启水泵恢复循环小时之后（16:30)，营养液的溶解含量上升至饱溶解氧含量的91%，平均每小时增加%。通过这样的循环流动所增加的溶解氧的速率大大超过了番茄的耗氧速度，完全可以满足其正常生长的需要。 ②日本板木利隆在一个总液量为1 400L液深12cm的深溶流水培系统中种植50株黄瓜，平均每株占有营养液28L，水泵流量为23升／分钟，每小时1 400L(即每小时可将种植系统的营养液循环一次)。9月1日播种，10月20日进入收获期，此时种植槽中已长满根系，在10月20日下午3时将水泵关闭停止循环48小时，一直到10月22日上午11时再恢复循环流动8小时，每隔4小时测定一次营养液的溶解含量（表3-11）。结果表明，在停止循环流动8小时之后，营养液中的溶解氧含量从饱和溶解氧含量的70%降至54%，即从L降为L，下降了L，即下降了%；随着停止循环流动时间的延长，营养液的溶解含量继续下降，在24小时以后至48小时为止，其下降速度有所减缓，在28小时以后，营养液中的溶解氧含量更低至饱和溶解氧含量的10%以下。而实际上，在停止循环流动8小时之后营养液中的溶解含量已降低到可能会影响黄瓜生长的水平。在48小时之后开启水泵循环流动8小时，营养液中的溶解氧含量就从饱和溶解氧含量的2%上升到73%,即从L上升到L，上升了%，这说明在这个试验循环流动的情况下的增氧速度大大超过了黄瓜的耗氧量。 表3-11 营养液循环流动的增氧效果 溶液中含氧量 58 - (饱和溶解度的%) 经过的时间(h) 循环流动起止标志 液温 槽内总液量及流速 种植作物日期与长势 测定日期 70 61 54 45 37 25 20 11 6 0 开始停止流动 21℃ 总液量1400L，液层深12cm，每分钟进出23L，每小时1400L 黄瓜9月1日播种，10月20日进入收瓜期，已在种植槽内长满根系 10月20日下午3时起停止流动，22日上午11时起恢复流动 22℃ 4 8 6 5 4 2 58 恢复流动 73 56 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 四、营养液的更换 经过一段较长时间种植作物的营养液，要将它排掉，重新更换新配制的营养液。 因为长时间种植作物的营养液会由于各种原因而造成营养液中积累过多有碍于作物生长的物质，当这些物质积累到一定程度时就会妨碍作物的生长，严重时可能会影响到营养液中养分的平衡、病害的繁衍和累积、根系的生长甚至植株的死亡。而且这些物质在营养液中的累积也会影响到用电导率仪测定营养液浓度的准确性，因此，在一定种植时间之后需重新更换。 究竟营养液使用时间多长之后需要更换呢？这可以通过测定营养液的总盐分浓度或主要营养元素的含量来判断，也可以根据经验来判断。当用电导率仪测定营养液的浓度时，不仅植物必需的营养元素浓度反映到电导率值的变化上，而且其它的具有导电性非营养的物质也反映出来，因此，长时间使用了的营养液用电导率仪来测定其浓度就变得不够准确了。在连续测定营养液一段时间之后，如果发现在补充营养几次之后，虽然植物仍可正常生长，但营养液的电导率值一直处于一个较高的水平而不降低，这说明此时营养液中非营养成分的物质可能积累得较多了。当然，要更加准确地了解营养液中的养分含量情况，用化学分析测定营养液中大量营养元素N、P、K的含量是最准确的。如果这些大量营养元素含量很低，而营养液的电导率又很高，这说明此时营养液中含有非营养成分的盐类较多，营养液需要更换。 如果在营养液中积累了大量的病菌而致使种植的作物已经开始发病，而此时的病害已难以用农药来进行控制时，就需要马上更换营养液，更换时要对整个种植系统进行彻底的清洗和消毒。 如果没有进行大量营养元素分析的仪器设备等条件，可以根据经验的方法来确定营养液的更换时间。种植作物的营养液要尽可能选用较为平衡的营养液配方，这样在种植过程中就不需要经常性地用稀酸或碱来中和。一般地，在软水地区，生长期较长的作物(每茬3~6个月左右，如黄瓜、甜瓜、番茄、辣椒等)在整个生长期中可以不需要更换营养液，水分和养分消耗之后只要补充即可；当然，如果病菌大量累积而引起作物发病且难以用农药控制的情况除外。而生长期较短的作物(每茬1~2个月左右，如许多的叶菜类)，一般不需要每茬都更换，可连续种植3~4茬才更换一次营养液，在种茬前茬作物收获后将种植系统中的残根及其它杂物消理掉之后再补充养分和水分即可种植下一茬作物了。这样可以节约养分和水分的用量。 五、营养液温度的控制 除了在较现代化的温室种植以及北方寒冷的冬天外，我国目前进行的无土栽培生产大多采用一些较为简易的设施来进行，一般没有温度的调控设备，难以人为地控制营养液的温度。但如果利用设施的结构和材料以及增设一些辅助的设备，可在一定程度上来控制营养液的温度。利用泡沫塑料或水泥砖砌等保温隔热性能较好的材料来建造种植槽，冬季温度较低时可起到营养液的保温作用，而在夏季高温时可以隔绝太阳光的直射而使营养液温度不至于过高。同时不设地上贮液池和增大每株植物平均占有的营养液量，利用水这种热容量较大的物质来阻止液温的急剧变化。华南农业大学无土栽培技术研究在广州地区夏季用塑料 59 - 拱棚内用深液流无土栽培设施种植芥菜的结果表明，当棚内最高气温达到40℃时，营养液的液温一般不会超过30℃。 在有条件的地方也可以设增温或降温装置。可在地下贮液池中安装热水管或冷水管道，利用锅炉或厂矿的余热来加温，也可以通过电加热装置来增温，但成本较高。降温时可通过利用抽取温度较低的地下水来进行五、营养液温度的控制 除了在较现代化的温室种植以及北方寒冷的冬天外，我国目前进行的无土栽培生产大多采用一些较为简易的设施来进行，一般没有温度的调控设备，难以人为地控制营养液的温度。但如果利用设施的结构和材料以及增设一些辅助的设备，可在一定程度上来控制营养液的温度。利用泡沫塑料或水泥砖砌等保温隔热性能较好的材料来建造种植槽，冬季温度较低时可起到营养液的保温作用，而在夏季高温时可以隔绝太阳光的直射而使营养液温度不至于过高。同时不设地上贮液池和增大每株植物平均占有的营养液量，利用水这种热容量较大的物质来阻止液温的急剧变化。华南农业大学无土栽培技术研究在广州地区夏季用塑料拱棚内用深液流无土栽培设施种植芥菜的结果表明，当棚内最高气温达到40℃时，营养液的液温一般不会超过30℃。 在有条件的地方也可以设增温或降温装置。可在地下贮液池中安装热水管或冷水管道，利用锅炉或厂矿的余热来加温，也可以通过电加热装置来增温，但成本较高。降温时可通过利用抽取温度较低的地下水来进行 第七节 营养液配方选集 在无土栽培的发展过程中，很多工作者根据种植的作物种类、水质、气候条件以及营养元素化合物来源的不同，组配了许许多多的营养液配方。这里选列的多为经实践证明为良好的营养液配方，我国近十多年来进行大面积无土栽培生产过程中筛选出的有代表性的配方也选列了一些，同时还选列了一些较为特殊的营养液配方，如酰胺态氮型的配方和全铵态氮型配方，供参考。 在选用这里所列的营养液配方时，要明确一点，只要一个营养液配方是生理平衡的，那么它具有一定程度上的通用性，也即不是每一种作物都需要一个相对应的营养液配方，一个生理平衡的营养液配方可能适用于一大类作物，也可能是适用于几类作物或几类作物中的几种作物品种。了解了这一点之后，就能根据读者掌握的理论知识，结合实践经验，对营养液配方进行灵活的运用了。 我们还列出了一种微量元素的通用配方。因微量元素的用量很少，作物的需要量也较少，而且多数作物都有一个很相近的、较窄的适宜浓度范围，因此，微量元素的供应不需要像大量元素那样分为多种营养液配方，只需在大量元素配方中加入数量基本相同的微量元素即可。 60 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容