营养液浓度的表示方法和计算

1、营养液浓度的表示方法和计算 用以表示营养液浓度的方法很多， 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)2.4H2O、 KN03、KH2PO4 禾口 MgSO4 7H2O 的浓度分别为 590mg/L、4 04mg/L 、

2、 136mg/L 和 246mg/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)2.4H2O 、 KNO3、 KH2PO4 和 MgSO4.7H2O 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

3、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 16 0mg/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 38.67% ，则该配方中提供 160mgK 所需要 KNO3 的数量=160m扌38

4、.67%=413.76mg，也即要提供 160mg的K 需要有 413.76mg 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 1.0g/L来提供的，而另一配

5、方的氮源是以 NH4NO3 0.4g/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 1.5 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，1.0g/L Ca(NO3)2 4H2O 提供的 N 为 118.7mg/L，而 0.4mg/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)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

6、元素(K)相当于39.1g , 1摩尔的钾离子(K +)相当于 39.1 克， 1 摩尔的硝酸钾 (KNO3) 相当于 101.1 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 xi01.1g/mol=202.2g/L二、间接表示法1

7、 、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(卩s/cm来表示以前用毫姆欧/厘米(m /cm)或微姆欧(卩/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

8、，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

9、 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。 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0.1或0.2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）

10、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=0.279+2.12S（r（10）=0.9994）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）2.04.4654.801.84.0304.321.63.6853.841.4

11、3.2753.361.22.8652.881.02.4352.400.82.0001.920.61.5751.440.41.1050.960.20.6280.48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0.4个剂量，而且每次补充营养时都将营养液浓度补充到1.0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 0.65ms/cm ，经代入上述回归方程计算：0.66-0.279 S= =0.18 < 0.4 由此可知，此时的营养液浓度只有 0.18 个剂量，低于营养补充 的浓度下限 0.4 个剂量， 因此需补充营养。 而营养补充的多少剂 量可

12、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(1.0)养分用量(g/L)B :实际测得剂量(0.18)下的养分存有量(1) (g/L)C :单位体积养分的补充量(2) (g/

13、L)整个种植系统中养分的补充量 (3) (g, 1000L 为例)化合物A :补充恢复营养液剂量(1.0)养分用量(g/L)B :实际测得剂量(0.18)下的养分存有且/ /I、量(g/L)C :单位体 积养分的 补充量(g/L)Ca(NO 3) 2 .4H 2O0.9450.1700.775KNO30.8090.1460.663NH 4H2P0.1530.030.150O4MgSO4.70.4930.090.484H2O整个种植系统中养分的补充量©1000L为例)775663150484注： (1)实际测定剂量 (0.18) 的营养液的养分存有量 =配方中各化合物用量 祺际测定的剂

14、量(0.18)(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) >1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

15、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 56ms/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)=1.0 >EC(ms/cm)式中的 1.0 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

16、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)=0.36 XEC(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

17、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：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 ' tHoff) 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+tP=CX 0.0224 X-273式中： P 溶液的渗透压，以大气压 (atm)

18、 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C)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19.5mmol/L，假定是在25 C时使用该营养液，可 通过代入上式计算得到其渗透压值：273+25P=19.5X0.0224X =0.4768273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)化合物化合物浓度(mg/L)离子浓度(mmol/L)小计(mmol/L)Ca(NO 3)2 4H 2 O594Ca2