无土栽培 第二章营养液.docx
《无土栽培 第二章营养液.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无土栽培 第二章营养液.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
无土栽培第二章营养液
第二章、营养液及其管理
•营养液的定义、营养液的组成
•营养液浓度的表示方法
•营养液的配方设计
•营养液的配制技术
•营养液的管理
第一节：
营养液定义及组成
一.定义:
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。
无土栽培生产的成功与否，很大程度上取决于营养液配方和浓度，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。
二、.营养液的组成
1、组成成分
1）大量元素与微量元素
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，因此有时也不再另加入。
2.营养液配制的原料：
•含氮营养物质：
[Ca（NO3）2·4H2O]、[NH4NO3]、[KNO3] 、[NH4）2SO4]、 [（NH2）2CO]
•含磷营养物质：
[Ca（H2PO4）2·H2O+CaSO4·H2O]、[KH2PO4]、[NH4H2PO4]、[（NH4）2HPO4]、[Ca（H2PO4）2][NH4PO3]
•含钾营养物质：
[K2SO4]、[KCl]、[KH2PO4]、[K2HPO4]
•中、微量元素肥料及其它辅助物质：
[MgSO4·7H2O]、[CaCl2]、[CaSO4·2H2O]、[FeSO4·7H2O]、[FeCl3·6H2O]、络合剂、螯合铁、[H3BO3]、[Na2B4O7·10H2O][MnSO4·4H2O或MnSO4·H2O]、[ZnSO4·7H2O]、[ZnCl2]、[CuSO4·5H2O]、[CuCl2·2H2O]
第二节、浓度的表示方法及作物对浓度的要求
一、浓度的表示方法
1.直接表示法：
（mmol/L、mol/L、mg/L、g/L）
•1）摩尔/升（mol/L）和毫摩尔/升（mmol/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。
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
2）元素重量/升（g/L，mg/L）
。
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
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
2.间接表示法：
（EC、P渗透）
•1）渗透压
含义：
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。
渗透压的单位用帕（Pa）表示
•可用范特荷甫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：
•
•P=C×0.0224×（273+t）/273
P:
渗透压，以atm为单位；据多年的研究，植物适宜的营养液渗透压：
0.3-1.5atm，最适为0.9atm；
C:
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（℃）
（计算当液温=20℃，渗透压为0.9atm时营养液的总浓度？
）37.4mmol/L
2）电导率（EC）
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。
定义：
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。
测定营养液的电导率只能够反映其总的盐分含量，不能反映出营养液个别元素的盐分含量
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：
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。
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×EC（ms/cm）
式中的0.36：
多次测定渗透压与营养液电导率值之间相互关系的近似值。
第三节、营养液配方的组成、设计
•一、.均衡营养液配方组成要遵循的原则
配方中必须含有植物生长所需的所有营养元素：
• 配方中的化合物都必须是植物可以吸收的形态，
• 配方中各元素的数量比例应适宜植物正常生长所需；
• 各种化合物在种植中在营养液中应长时间保持有效；
•配方中各种化合物的总浓度
•适宜植物正常生长要求；
• 营养液要有一定的缓冲性、
•二、营养液配方的盐分总浓度要求
•不同作物种类，同一作物的不同品种，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
•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。
•营养液总浓度范围：
•单位
•最低
•适中
•最高
•渗透压（atm）
•0.3
•0.9
•1.5
•正负离子合计数（mmol/L）
•12
•37
•62
•电导率（ms/cm）
•0.83
•2.5
•4.2
•总盐分含量（g/L）
•0.83
•2.5
•4.2
•1.5atm含盐量相当于中度盐土；与无土栽培最高浓度吻合
•三、.配方中营养元素用量和比例的确定
•两个平衡：
•1、生理平衡:
指植物能从营养液中吸收到符合其生理要求所需的一切营养元素，且吸收的数量比例要符合其生理要求。
•生理平衡的影响因素：
•拮抗作用：
一种元素的存在会影响植物对另一种营养元素的吸收以致出现生理失调的症状
•例如：
阳离子中Ca2+对Mg2+吸收的拮抗作用；
•NH4+、H+、K+与Ca2+、Mg2+、Fe2+等的拮抗；
•H+对Ca2+吸收的抑制作用尤明显;
•H2PO4-、NO3-和Cl-之间也存在拮抗作用。
•2、化学平衡:
指营养液配方中，含有营养元素的化合物当其离子浓度低于一定水平时不会形成难溶性化合物从营养液中析出，从而使得营养液中某些营养元素的有效性保持，营养液中各种营养元素之间的相互平衡
•溶液中是否会形成难溶性化合物是根据：
溶度积法则来确定的。
•1.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。
•溶度积常数表示为:
Sp-AxBy=[Am+]x×[Bn-]y
•营养液中易产生的沉淀：
•CaSO4，Ca3（PO4）2，CaHPO4；FePO4，Ca（OH）2，Mg（OH）2
四、营养液配方设计的步骤和方法
•1、以植株化学分析确定营养液配方
•1）根据此原则制定配方时应注意
•a.营养液要有一定的通用性
•b.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±30%范围内变动，可保持其生理平衡；
•c.同时了解整个植物生命周期中吸收消耗了的水分数量，也可以确定出营养液的总盐分浓度和营养液配方。
•2）确定营养液配方的步骤和方法
•步骤1：
用化学分析的方法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
•步骤2：
将分析所得的植株体内各营养元素的数量（g/株）换算成毫摩尔数（mmol）
•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
•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。
•3）实例分析：
•根据植物体分析设计番茄营养液的大量元素配方
•1株番茄一生吸收营养元素的量为：
N：
14.79克；P：
3.68克；K：
23.06克
•Ca:
7.10克；Mg：
2.84克；S：
1.80克.
•
营
养
元
素
步
骤
内
容
N
P
K
Ca
Mg
S
小计
1
正常生长的番茄每株一生吸收营
养元素的数量
（g//
株
）
14.79
3.68
23.06
7.10
2.84
1.80
53.27
2
步骤一的吸收量换算成毫摩尔数
（
mmol）
1069.3
118.7
591.3
177.5
118.3
56.3
2131.4
3
以毫摩尔数计，每种元素占有吸
收总量的百分数
（%）
50.17
5.57
27.74
8.33
5.55
2.64
100.00
4
确定出配方的总浓度为
37mmol/L
时各营养元素的占有量
（
mmol）
18.56
2.06
10.27
3.08
2.05
0.98
37.00
确定各种配方中肥料的毫摩尔数
（mg/L）
Ca（NO
3
）
2
.4H
2
O
3mmol
NO
3
-
:
6
－
－
3
－
－
708
KNO
3
10mmol
NO
3
-
:
10
－
10
－
－
－
1011
NH
4
H
2
PO
4
2mmol
NH
4
+
:
2
2
－
－
－
－
230
5
MgSO
4
.7H
2
O
2mmol
－
－
－
－
2
2
493
营养元素毫摩尔数
（
mmol）
18
2
10
3
2
2
37
6
合计
配方中肥料总量
（mg/L）
－
－
－
－
－
－
2442
设计营养液可选择的肥料有：
Ca（NO3）2.4H2O;KNO3;NH4H2PO4;MgSO4.7H2O营养液适宜的总盐分浓度为37mmol
•2、据植物n/w来确定营养液配方的方法
•步骤1、2、3：
首先用一种目前较为良好的平衡营养液配方来种植黄瓜，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的吸收量（mmol表示）和吸水量（L表示）的比值n/w值（即表观吸收成分组成浓度）。
•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；
•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。
•实例分析：
根据黄瓜的表观吸收成分组成浓度设计一个合理的黄瓜营养液配方（N/W）
1株黄瓜一生吸收营养元素的量为：
N：
2253.8mmol；P：
173.4mmol；K：
1024.2mmol；
Ca:
606.8mmol；Mg：
346.8mmol；S：
未测.
1株黄瓜一生耗水量为：
173.6升.
山崎以植物n/w关系确定黄瓜营养液配方和方法
步
骤
内
容
N
P
K
Ca
Mg
S
吸肥量
（g）
与吸
水量
（L）
的比值
1
每株正常生长的黄瓜一生
吸收营养元素的数量
（n
值，
mmol/
株
）
2253.8
173.4
1040.2
606.8
346.8
未测
2
每株黄瓜一生吸水量
（w
值
）
为
173.36L
时各营养
元素的
n/w
值
（
mmol/L）
13
1
6
3.5
2
----
3
确定各种肥料的用量
Ca（NO
3
）
2
.4H
2
O3.5mmol/L
KNO
3
6mmol/L
NH
4
H
2
PO
4
1mmol/L
MgSO
4
.7H
2
O2mmol/L
NO
3
-N:
7
NO
3
-N:
6
NH
4
+
-N:
1
----
----
----
1
----
----
6
----
----
3.5
----
----
----
----
----
----
2
----
----
----
2
5.
换算值
（g/L）
0.826
0.606
0.114
0.492
4
合计营养元素毫摩尔数
（
mmol/L）
14
1
6
3.5
2
2
28.6
5
换算为肥料用量
（g/L）
总盐分
2.038（g/L）
设计营养液可选择的肥料有：
Ca（NO3）2.4H2O;KNO3;NH4H2PO4;MgSO4.7H2O
五、微量元素的添加：
1、微量元素有:
氯（Cl）铁（Fe）锰（Mn）硼（B）锌（Zn）铜（Cu）钼（Mo）等
化合物名称/分子式
每升水中含有的化合物毫克数
（mg/L）
每升水含有元素毫克数
（mg/L）
乙二胺四乙酸二钠铁
[EDTA-2NaFe（含Fe14.0%）*]
20-40
2.8-5.6**
硼酸/H3BO3
2.86
0.5
硫酸锰/MnSO4.4H2O
2.13
0.5
硫酸锌/ZnSO4.7H2O
0.22
0.05
硫酸铜/CuSO4.5H2O
0.08
0.02
钼酸铵/（NH4）6Mo7O24.4H2O
0.02
0.01
*如无EDTA-2NaFe，可用EDTA-2Na和FeSO4.7H2O络合代替，
**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。
2、微量元素的浓度范围：
•B：
番茄适宜0.3-0.5mg/L。
<0.1mg/L,果实变小；>1mg/L，植株受害；
•Mn:
番茄适宜0.1-0.3mg/L。
最高8mg/L，>11mg/L,出现缺铁症状
•Zn:
<0.05mg/L,缺Zn；>1.5mg/L生长不良
•Cu：
需要量少，水中或者基质中含有，不能超量，可以不添加，0.02mg/L
•Mo、cl:
需要量更少，水中或者基质中含有可以不添加
六、配方设计应考虑的其他因素
1、植物的种类及其生育阶段
•不同种类作物对营养液浓度和配方要求不同
例如：
生菜对钙的吸收为番茄的1/4；镁为番茄的1/2，对钾的需要量是番茄的2X；
•同一作物不同生育期的配方也不应相同
番茄不同生育期对养分的吸收浓度（mmol/L）（山崎）
N
P
K
Ca
Mg
营养生长期
13
2.8
7.6
1.8
2
结果期
13
2.2
8.2
1.2
2
平均值
13
2.5
7.9
1.5
2
2、各种元素的浓度范围：
•Hewitt研究前人成果，
提出各大量元素成分浓度范围的标准
NO3--N：
5-15mmol/L；NH4+-N：
0-3mmol/L；
PO43--P：
0.7-1.33mmol/L；K+：
2-8mmol/L；
Ca2+:
3-5mmol/L;Mg2+:
0.5-2mmol/L
3、阴阳离子等电量吸收及元素间的比例
山崎的研究结果
NO3--N=K++（1/2）Ca2+;NO3--N:
PO43--P=（3-4）:
1;
PO43--P=（3/2）Mg2+
荷兰番茄配方的吸收比例：
（营养生长期）:
K：
Ca=2:
1
（结果期）:
K：
Ca=2.5:
1；
K:
Ca:
Mg=7.5:
5:
1;N:
K=1:
（1.4-1.8）
4、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。
1）植物吸收的氮素形态：
主要是铵态氮（NH4—N）和硝态氮（NO3-N）。
植物对铵态氮和硝态氮的吸收速率都很快，而且在体内都可以迅速地被同化为氨基酸和蛋白质，因此说铵态氮和硝态氮具有同样的生理功效
2）植物对（NH4-N）与（NO3-N）的喜好比较
不同植物对两种氮源存在着不同的喜好程度，
就有了所谓的“喜铵植物”和“喜硝植物”之分
多数作物在无土栽培中以硝态氮作为氮源时生长较好
•喜铵：
水稻；兼性喜硝：
玉米,小麦
•喜硝：
大部分蔬菜,如番茄,黄瓜,莴苣等
•专性喜硝：
甜菜
3）（NH4-N）盐与（NO3-N）盐之间的差异：
•A、盐类的生理酸碱性
铵态氮源都是生理酸性盐，特别是NH4Cl和（NH4）2SO4的生理酸性更强，高浓度的H+对植物吸收Ca2+有很强的拮抗，易使植物出现缺钙症状；甚至还会对植物根系造成伤害，产生根系腐烂的现象。
硝态氮源均为生理碱性盐，植物优先选择吸收NO3-，而对其伴随的阳离子的吸收速率较慢，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值上升，其结果是可能造成某些营养元素在高pH值下产生沉淀而使其有效性降低
一般情况下，铵态氮源所产生的生理酸性较强，变化幅度也较大；不容控制；
硝态氮源所产生的生理碱性较弱且，变化慢，易控
B、离子间的相互作用
铵态氮源的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，番茄生长在以铵盐为氮源的营养液中，易出现果实缺钙的“脐腐病”。
解决方法：
可在种植过程中控制营养液的pH值在6.5±0.5的范围，同时增加原配方的Ca2+用量
C、NH4-N盐与NO3-N盐在营养液配制中的应用
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？
原因：
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.
•D、NO3-N作为氮源的缺点
•在无土栽培，多数营养液配方使用硝酸盐作为氮源。
•在水培时，由于硝酸盐的过量使用，往往使蔬菜产品器官积累过多的硝酸盐，尤其是叶菜类蔬菜更为明显。
硝酸盐进入人体胃中极易还原为亚硝酸盐，常造成人体缺氧中毒，亚硝酸还可与胺类物质合成亚硝胺易导致胃癌、食道癌的发生。
•无土栽培中硝酸盐污染问题的研究已受到许多学者广泛关注。
我国学者在有机生态型无土栽培中选用缓效性的有机肥作为氮源，大大降低了蔬菜产品中硝酸盐的含量。
5、肥料的选择：
常选的肥料有：
四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢铵、七水硫酸镁；磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、二水硫酸钙、硫酸钾、硝酸铵、硫酸铵、氯化钠
例如以下配方中肥料的选择
•Hoagland和Arnon选用：
四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢铵、七水硫酸镁；
•英国洛桑试验站：
硝酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、七水硫酸镁、二水硫酸钙；
•山农，华南农大：
四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢钾（硫酸钾）、七水硫酸镁
6、化学平衡与营养液配方
7、PH值对溶液离子分布的影响
营养液中酸碱度受下面4种因素影响：
生理酸性盐和生理碱性盐的用量和比例；
每株植物所占有营养液体积的大小；
营养液的更换频率；
配制营养液的水质
营养液的pH对作物的生长有直接和间接影响，
•多数植物最适的pH值范围在6.0-6.5之间。
pH还影响营养液中营养元素的有效性：
pH>7时，P、Ca、Mg、Fe、Mn、B、Zn等的有效性会降低，
pH<5时，Al的活性急剧增加，易造成过剩危害，而磷酸则易产生沉淀，
H+浓度过高对Ca2+产生显著的拮抗，使植物Ca2+吸收不足而出现缺钙症。
第四节、营养液的配置技术
一、原料及水中的纯度计算
1.原料：
大量元素：
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0.5g/L，而原料硝酸钾的含量为95%，请计算下实际原料硝酸钾的用量？
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。
2.水：
1）水的选用：
水是营养液中养分的介质，直接关系营养液的浓度、稳定性和使用的效果。
总要求：
选用符合饮用水标准
（1）在研究营养液新配方及某种营养元素的缺乏症状等实验时，应选用蒸馏水或去离子水；
（2）在生产中应选用符合饮用水标准的雨水、井水或自来水。
（3）若井水或自来水等水质不良时，雨水是很好的水源，使用效果良好，使用雨水时要考虑到当地的空气污染程度，既使无污染，在下雨后10分钟后再收集；雨水的收集主要靠温室屋面上的降水面积，将温室屋顶的雨水，集中排放到一个收集池内，使用时再抽起。
2）不同水质的选用
•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；
•在硬水地区，应根据硬水中所含Ca2+、Mg2+数量的多少，将它们从配方中扣除，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。
•另外，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，而不足的则要补充。
二、营养液的配制方法：
•首先把相互之间不会产生沉淀的化合物分别配制成浓缩液，然后根据浓缩营养液的浓缩倍数稀释成工作营养液。
1.母液的配制：
1）浓缩倍数：
依配方中各化合物的用量及溶解度来定;
大量元素一般可浓缩100、200、250或500倍液；
微量元素其用量少，可配制成500或1000倍液。
•2）化合物分类：
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
•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
升级会员 