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植物工厂系列谈 ( 三) 植物工厂研究现状及其发展趋势 营 养 液 栽 培 技 术 的 进 步 为 植 物 工 厂 的 产 生 和 发 展 奠 定 了 良好 的基 础 ，与土 壤 栽 培 相 比 ，营 养 液 栽 培 能 加 速 作 物 生 育 进 程 ，使 一 年 的栽 培 茬 数 增 加 1 5 2 0 ， 莴苣 和 芹菜 一 年 可 栽培 68茬 ，黄 瓜 和 番 茄 1 82 2茬 。 目前 ，植物 工厂 无 论 是移 动式 栽 培 系统 还 是 固定 立 体 式 栽 培 系 统全 部 采 用营 养液 栽 培 技 术 。 1 8 4 0 年 德 国科学 家李 比希提 出植物矿 物 质营 养 学 说 奠 定 了无 土栽 培 的 理 论 基 础 。 1 9 2 9 年美 国加利 福尼 亚州立 大学格 里克教 授 应用 营养 液栽培 番茄 取 得成 功 ，标志 着营 养 液栽 培进入 生产 应 用阶 段。最早 应 用于 生产 的国 家是美 国、英 国 、丹 麦 、荷 兰 ，而最 具 特 色 尤其 是近年 来 发展 最 陕的 当数 日本 ，他 们不仅 在营 养液 研究 方面 创造 了著 名的 园试 配 方 、山崎配 方 ，而且 在计 算机 应 用于栽 培 设 施 自控 系统方 面也 开发研 制 出许 多先进 的 成 套设 备和 管理 控 制软 件 ，有 力地推 动 了营 养 液栽 培技 术和 植物 工 厂的 发展 。 营养 液 栽 培 ( Nu t r ic u lt r e ) 是 一 种 不 依 赖 土壤 ， 而是 将 植 物 种 植 在 装 有 一 定 量 的 营养 液 的栽 培 装 置 中 ，或 是 在 配 有 营 养 液 的砂 、砾 石 、 蛭石 、珍珠 岩 、稻 壳 、炉 渣 、 岩棉 、蔗 渣 等 非 天 然 土 壤 基 质 材 料做 成 的 种 植 床 上 的栽 培 技 术 。因其 不 用 土壤 ， 故 称 无土 栽 培 ( S oil les s Cu lt u r e) 。 营 养 液栽 培 的 类型 和 方 式很 多 。 根 据 其 栽 培 是 否 使 用 固体 基 质 材 料 ，可 以 分 为 两 大 基 本 类型 ，即 无基 质 栽 培 和 基 质栽 培 。 (如 图 1) 无基质 栽培 即没 有 固定 根系 的基 质 ，根 系直接 和 营养 液接 触 ，主 要包 括 以下 几种 ： 营养 液 膜 栽培 【 NF T) ：深 液 流 水 培 ( DF T) ： 浮 板 毛管 水 培 ( F CH) 喷 雾培 。 固体 基 质 培 的使 用材 料 可 分 为 ：无 机 44 GREENHOUS E HOR TI CUL T UR E 基 质 ， 包 括 岩 棉 、砂 、石砾 、蛭 石 、珍 珠 岩 、 炉 渣等 ；有机 基 质 ，包 括 锯 木屑 、蔗 渣 、草 炭 、稻 壳 、熏 炭 、树 皮 、麦 秸 等 。 无 厂 - - 岩棉培 机 l砂培 基 l蛭石培 质 l珍珠岩培 栽 I 陶 粒培 培 L 煤渣培 有 厂 菇渣培 机 l树皮培 基_ J 锯末培 质 l草炭培 栽 I椰子壳纤维培 培 L稻壳、棉籽皮培 图1营养液栽培的类型和方式 营 养液 是营 养液 栽培 生产 方式 中植物 生 长 的物 质基 础 ，营养 液的组 成 、浓度 直接 影 响栽培 植物 生 长发育 的速 率 ，关 系到 作物 的 产 量 、品质和 经 济效 益 。因此 ，营养 液 管理 是 营养 液栽 培 管理 的核心 环 节。针对 具体 的 栽 培作 物 ，选 择适 宜 的营养 液 配方 、合理 的 养 分 浓度 水 平 与配 比 ，给 予 最 优 的酸 碱 度 ， 并 对栽 培过 程 中营养 液 的组分 、性质 进 行检 测和 调 节管 理 ， 是 植物 工厂 生产 的关 键技 术 ， 也 是保 证产 品产 量和 品质 的 重要措施 。 营养液配方 的组成 营 养 液 是 由含 各 种 植 物 必 需 营 养 元 素 的 化 合 物 溶 于 水 配 制 而 成 。 其 组 成 成 分通 常 包 括 水 和 含 矿 物 质 元 素 的 化 合 物 ，有 时 也 含 有 一 些 辅 助 物 质 。 高 等 植 物 正 常 的 生 长 必 需 有 1 6种 元 素 的 合理 供 给 ，除 碳 、氢 和氧可从空气和水 中获得外 ，其余 1 3种元 杨 其长 张成波 素 必 须 通 过 人 为 补 充 来 供 给 。 其 中 包 括 大 量 元 素氮 、磷和 钾 ，中量 元 素 钙 、镁和 硫 ， 以及 微 量元 素铁 、锰 、铜 、锌 、钼 、硼和 氯 。 营 养 液 配 方组 成 原 则 由 于 不 同 的 作 物 或 同 一 作 物 的 不 同 品 种 的需 肥 情 况 不 同 ， 同一 作 物 在 不 同生 育 期 的需 肥 规 律也 不一 致 。因此 ， 以作 物 需 肥 规 律 为 中心 设 计 营养 液 的组 成 是确 立 营 养 液 的首 要 原 则 。 另 外 ， 需选 择 合 适 的 化合 物 种 类 ，以保 证 营 养 液 中离 子 的 生物 有 效 性 和 溶 液 p H的稳 定 性 。最 后 ， 从 成 本 上 来 讲 ， 除 微 量 元 素 以外 ，其 他 元 素可 以采 用组 成 较 为纯 净 的 肥 料 ，但 必 须 不 含 有 害物 质 。 营 养液 的浓 度 要 求 营养 液 的总盐分 含 量应控 制在 一定 的水 平 ， 对大 多数作 物 而言 ， 一 般 需控 制在 4 5以 下。当然 ， 不 同 的作物 应 根据 其需 肥 的 多少 具体 分析 。 目前 ，绝 大 多数的 营养 液栽 培均 采 用 E C值 作 为 营养 液总 盐 分管 理 的指 标 。 一 般认 为 ， 在 开放 式营 养 液栽 培系统 中 ， 营养 液 E C值 应 控制 在 23 mS ，cm ，而 在封 闭式 营养 液栽 培 系统 中 ， 营养 液 E C值 不 应低 于 2 mS ，c m。 当营养 液 E C J 于 2 mS ， c m 时 ， 就 应该 对 营养 液进 行养 分 补充 或替 换 。更换 营养 液是 保证按 原设 计 浓度 向作物 供给 养分 的最佳 方 法 ， 但 此 方 法的成 本较 高 。 现在 ， 通 常 的做 法 是补 加营 养成 分 ，可 以是母 液 ，也 可 以是 固体化 合物 。这 种 方法 可延 长注入 营 养液 的使 用 时间 ，也 可节 省 人 力 ，但 其 缺 陷 也 是 明显 的 。因此 ，对营养 液 中的 主要 营养 元 素进 行在 线 检 测 ，使 养分 补 充 有 的放 矢 ， 精确定 量 供给 ，实现 营养 液的 精准 管理 是未 来 植物 工 厂和 无土 栽培 的 发展 方 向。营养 液 元素 的在 线检 测技 术已 有一 定 的进步 。 营养液氮素的选择 氮 是作 物 需 求 量 最 大 的 元 素 ，其 有 效 供给形态有无机态氮和有机态氮 。 目前 ， 在 营养液栽培 中主要以无机态氦为主。无机 L 黼 椭 贼 涨 培 黯 无 基 质 栽 培 固 体 基 质 栽 培 维普资讯 态氯包括铵态氯和硝瑟氯。 就有鼓 陛而言。 两砷氨f 态都是非常有效的氨 源，但两者 在植物体 内日化 理不同 对营葬涟酸碱 度的影硐也不同。盍 口 硫酸链相氯 化铵均 为 生理酸 _吐菇 镶离子被吸收 化白 勺 司 ， 作 翱 辗 系 放出等量的氢离 子 导致艰匠 酸 ，甚至使溶液 D H 下降 i 苒 酸 、硝 酸钾和硝酸钙为生理碱眭盐硝态氮在 体 内 习唯物 根系向棍 释段氢氧根离 子，百住口 H上升。另外，选 习伺和氯素还 要考虑植均的种类。 jj 置 廷说 任喜酸性土 壤 r生 长 嫌 钙植 牺和 吾低 复 化 还 原 电位 土壤条仁 植物嗜好镑 吝氮： 相反 喜钙的 氇翱 则 优 先 用 硝 吝 氯 对艘作 鞠而 言 同 耐 使 用 两 种氯 蠢形 态往 往 比单 一 氯 源 能 获 得较 高 三长 速 率 与 产 量 ，其 廿 = 的 硝 恋 氮 源 应 i总 氟 溽 7 0 以 上 营养液的 pH值 营养 渡白 t p H 维持在5 5 6 5内有刮于 多鼓植物 l三长。在栽培中檀牺对养分的 吸l_童置营养渍栽培方式中作物种檀密度 生长旺盛 根系生理代谢活跃， 碧物不 断地 向营养渡中释放 量的有机分泌物 都会影响溶液p H 及萁缓冲能力 甚至 影响 养分的生黛 ， 有效性 此 再必要对营养 连 p H 进圩宴 畦 ，厦时进行 p H的调节 营养液配制原则 为 了保 证营养渣 中吾元囊 自 勺 有效胜 ， 任进行_菖眷液配制时应遵循 d弋原则 0 何营养液酝方 中部台钙、镁、锰和铁 等 阳离子以及硫酸 碾和_黼酸橱 善酮离子 ， 镀 ： 蛄台有可能产 生沉淀。在崎定的温度 和 pH釜 件 下 当 其 中 某 些 阴 _ ； 旨 离 子 问 离子壤度积超过其组成化台 的浓度识时 就会产生沉注， 降低溶渣中的离子浓度 园 此 在化台蝴的选择 碗凄设置_ 二 应考虑是 吾会产生沉淀速园素 男争 在酝制过程 中 ，先将不 台物井黄配制成号 液是 防 止 沉 淀 的 有效 方 法 。 水 质白 勺 好坏乜是影响营摹液质量的重要 医蠢。 应在尽量降低成本 的前提下 ， 选 用较 高 质量 的 水源 。一 般 要 求 水 的硬 1 軎 能 超 过 1 O。 pH应 在 5 57 5之 间 氯 化钢 的 含量应小于 2 mmo 。在这些指标中，水 硬度大小是最重要的一项指标 直接 影 到 营 养 液 质量 当水 的 硬 度过 高 ， 很 难 酉 己 市 出高质量 的营养液。 营养液配制技术 在实际生产 中，曹摹 液 酝 制方法有 两 母液稀叠法丰 直接配剖法。 前者捷作 过 程 走首 先 按 照定 厦 iIj 连 化 台翱 磬 类 别配 威 相 应 浓度 的蒋 缩 母 液 需 要 _ - 按照碲释隹数 再配制成二作涪 谴用于 栽 培实践。后者 是直 接按 需要称取鲁营养 元嘉 化台牺配制成工 乍 溶 涟。 实践中 ， 母 渣 _璃 释 法 被 J 泛应 用 下 百对 该 方 法 的摄 作于骤进行介绍 母淹 的配制步骤 囊方法 首先 应根据营养液配方和或培规模 计 算吾 素化台物 需要量 ，并确定母液 稀霹倍热 然后 秸取化台物 ， )兰 备 水源。 母液的配制具有一是的原 即拦旦 舅 不易 产生 沉淀白 勺 含劫起混配 的原 则进厅。 常积 方法是把皇营养渣的兰 巳 最升为三个 类 群 进 母 渍 的配 刮 。 0 A液 ： 以钙 盐 为 心 ，凡 不 与 钙 盐 形 成 沉淀 化台 均 可故在起苍解配制 B 值 ：以磷 酸 盐 为 年 心 ， 凡 不 与 其 产 生 沉 淀的化 台蛔可敢在起 c 蘸将 截 量 元豪 放 在起 配 制 c C液 最 好 存放 任 棕 色 的 骞 器 ) 。 母 渍配 制完 以 后，为_ 7 证营养液的质量，可加八浓度为 1 r-t o 的硫酸或 肖 酸酸 至 p H 3 d ，在栽 培时 将母液按稀释倍数砗堡 工 乍 溶液。 工作溶 液的配制步骤及方法 首 在盛敢二作溶液的吝器或种植 系 书 敢 A 太 约 需 要 配 莆 体 的 60 7 0 的 ； 专水 ，量取 所 需A箍 的 用 量剧 ， 开 裹 1营养麓管理直 雇水 泵 循 环 流 动 或 硅 挥 使 其 兰 匀 ，然 后 再 量 取 所 需 B 液 所 需 的 用 量 ，庵较 量 的 清 水 将 B 液稀释 后， 慢慢地将其倒A 容器或砷埴 系 统 清 水 = 处 ，l 水 l夏 将 其 循 环 式 搅 拌 匀 最 后 量 取 C破 ，按 B液 人 的 方法女 H 、 容器或种植系统 即亮武了 _l 咋溶液 配制。 目前 ， 有 关 常 用 的 彗 摹 渣 配 方 和 通 用 锚量元 素配方都可参 | 美资料 。 营养漓营理是植物工厂栽培体系-_的关 键擅术这里主要是指栽培证疆中，讴环使用 的营养渣 管理 c 茎2 为营养演搅拌设备 k 乍招 根系 警分母长征营 养渡 并吸 收其 中的水势、 养分和氧气 从而仨萁 藏度 、 成分、p H 、溶解氧等都任不断变亿。 同时 根系 营养液 舟泌有叽物 少量衰 老的残 根脱 落手 营养 液q 1 ，也会鼍微生物 在其 繁殖。 l 【 二 外 ， 外界 翌度也 刻影响 着被涅。固 ： ， 必斌列上违诸园紊 ( 碉溶解 氧 、E C 、p H、 液 温 )的 影 响 进 行 监删 和调 控 ，使其经常处于符台， f ：向生 长发育 需 要 斌 夺 。 关 管 理重 点 表 1所 示 圈 2营 养液搅拌设备 项 目 管理要点 0 H 。 H直通常要保持在5 56 5范围内其养持能百效 犀高适用 多 1 乍 蜘 D H 的谭 整通