营养液膜技术

admin/2012-11-30/ 分类:栽培知识/阅读:
营养液膜技术简称为NFT(Nutrient Film Technique),是一种将植物种植在浅层流动的营养液中的水培方法。 ...
营养液膜技术简称为NFT(Nutrient Film Technique),是一种将植物种植在浅层流动的营养液中的水培方法。它是由英国温室作物研究所库柏(A.J.Cooper)在1973年发明的。1979年以后,该技术迅速在世界范围内推广应用。据1980年的资料记载,当时已有68个国家正在研究和应用该技术进行无土栽培生产,我国在1984年也开始开展这种无土栽培技术的研究和应用工作,效果良好。

一、设施结构
NFT的设施主要由种植槽、贮液池、营养液循环流动装置三个部分组成(图6-7)。此外,还可以根据生产实际和资金的可能性,选择配置一些其他辅助设施,如浓缩营养液贮备罐及自动投放装置、营养液加温、冷却装置等。

图6-7 NFT设施组成示意图
A:全系统示意图;B:种植槽剖视图
1.回流管 2.贮液池 3.泵 4.种植槽 5.供液主管 6.供液支管 7.苗 8.育苗钵 9.夹子 10.聚乙烯薄膜
(一)种植槽
NFT的种植槽按种植作物种类的不同可分为两类:一是栽培大株型作物用的(图6-7),二是栽培小株型作物用的(图6一8)。


图6-8 小株型作物用NFT种植槽
A.横切面 B.侧俯视
1.支架 2.塑料波纹瓦 3.定植板盖 4.供液 5.回流

1.栽培大株型作物用的种植槽 这种槽是用0.1~0.2mm厚的面白底黑的聚乙烯薄膜临时围合起来的等腰三角形槽,槽长20~25m,槽底宽25~30cm,槽高20cm。即取一幅宽75~80cm,长21~26m的上述薄膜,铺在预先平整压实的、且有一定坡降的(1:75左右)地面上,长边与坡降方向平行。定植时将带有苗钵的幼苗置于膜宽幅的中央排成一行,然后将膜的两边拉起,使膜幅中央有20~30cm的宽度紧贴地面,拉起的两边合拢起来用夹子夹住,成为一条高20cm的等腰三角形槽。植株的茎叶从槽顶的夹缝中伸出槽外,根部置于不透光的槽内底部。
营养液要从高端流向低端,故槽底下的地面不能有坑洼,以免槽内积水。用硬板(木材或塑料)垫槽,可调整坡降,坡降不要太小,也不要太大,以营养液能在槽内流动畅顺为好。营养液在槽内要以浅层流动,液层深度不宜超过1~2cm。在槽底宽20~30cm,槽长不超过25m的槽内,每分钟注入2~4L营养液是适宜的。
为改善作物的吸水和通气状况,可在槽内底部铺垫一层无纺布,它可以吸水并使水扩散,而根系又不能穿过它,然后将植株定植于无纺布上。其作用主要是:①浅层营养液直接在塑料薄膜上流动会产生乱流,在植株幼小时,营养液会流不到根系中去,造成缺水。无纺布可使营养液扩散到整个槽底部,保证植株吸到水分;②根系直接贴住塑料薄膜生长,植株长到足够大时,根量多,重量大,形成一个厚厚的根垫与塑料薄膜贴得很紧,营养液在根的底部流动不畅,造成根垫底下缺氧,容易出现坏死。有一层根系穿不过的无纺布,根只能长在无纺布上面,根与塑料薄膜之间隔一层无纺布,营养液可在其间流动,解决了根垫底缺氧问题;③无纺布可吸持大量水分,当停电断流时,可缓解作物缺水而迅速出现萎蔫的危险。
2.栽培小株型作物用的种植槽 这种槽是用玻璃钢或水泥制成的波纹瓦作槽底。波纹瓦的谷深2.5~5.0cm,峰距视株型的大小而伸缩,宽度为100~120cm,可种6~8行,按此即计算出峰距的大小。全槽长20m左右,坡降1:75。波纹瓦接连时,叠口要有足够深度而吻合,以防营养液漏掉。一般槽都架设在木架或金属架上,高度以方便操作为度。波纹瓦上面要加一块板盖将它遮住,使其不透光。板盖用硬泡沫塑料板制作,上面钻有定植孔.孔距按种植的株行距来定,板盖的长宽与波纹瓦槽底相匹配,厚度2cm左右。
(二)贮液池
建造材料和建造方法见第四章内容。
(三)营养液循环流动装置
主要由水泵、管道及流量调节阀等组成。
1.水泵 水泵选择见第四章内容。
2.管道 均应采用塑料管道,以防止腐蚀。管道安装时要严格密封,最好采用牙接而不用套接。同时尽量将管道埋于地面以下,一方面方便工作,另一方面避免日光照射而加速老化。管道分两种:一是供液管,从水泵接出主管,在主管上接出支管。其中一条支管引回贮液池上,使一部分抽起来的营养液回流贮液池中,一方面起搅拌营养液作用,使之更均匀并增加液中的溶存氧;另一方面可通过其上的阀门调节流量。在支管上再接许多毛管输到每个种植槽的高端,每槽的毛管设流量调节阀,然后在毛管上接出小输液管引入种植槽中。大株型种植槽每槽设几条ø2~3mm的小输液管,管数以控制到每槽2~4L/min的流量为度。多设几条小输液管的目的是在其中有1~2条堵塞时,还有1~2条畅通,以保证不会缺水。小株型种植槽每个波谷都设两条小输液管,保证每个波谷都有液流,流量每谷2L/min。二是回流管。种植槽的低端设排液口,用管道接到集液回流主管上,再引回贮液池中。集液回流的主管要有足够大的口径,以免滞溢。
(四)其他辅助设施
NFT因营养液用量少,致使营养液变化比较快,必须经常进行调节。为减轻劳动强度并使调节及时,可选用一些自动化控制的辅助设施进行自动调节。但即使不用这些辅助设施,用人工调节也同样能进行正常的生产,不过比较麻烦罢了。辅助设施包括定时器、电导率(EC)自动控制、pH自控装置、营养液温度调节装置和安全报警器等(图6-9)。


图6-9 NFT营养液自动控制装置示意图
A、B:浓缩营养液贮罐;C:浓酸(碱)贮罐
1.泵 2.定时器 3.供液管 4.pH控制仪 5.EC控制仪 6.注入泵 7.营养液回流管 8.EC及pH感应器 9.加温或冷却管 10.暖气(冷水)来回管 11.暖气(冷水)控制阀 12.水泵滤网 13.贮液池 14.水源及浮球

1.定时器 间歇供液是NFT水培特有的管理措施。通过在水泵上安装一个定时器从而实现间歇供液的准确控制。但设定间歇的时间要符合作物生长实际。
2.电导率(EC)自控装置 由电导率(EC)传感器和控制仪表及浓缩营养液罐(分A、B两个)加注入泵组成。当EC传感器感应到营养液的浓度降低到设定的限度时,就会由控制仪表指令注入泵将浓缩营养液注入贮液池中,使营养液的浓度恢复到原先的浓度。反之,如营养液的浓度过高,则会指令水源阀门开启,加水冲稀营养液使达到规定的浓度。
3.pH自控装置 由pH传感器和控制仪表及带注入泵的浓酸(碱)贮存罐组成,其工作原理与EC自控装置相似(一般为硝酸或磷酸)或浓碱(一般用氢氧化钠,有时也用氢氧化钾)。
4.营养液的加温和冷却装置 液温太高或太低都会抑制作物的生长,通过调节液温以改善作物的生长条件,比对大棚或温室进行全面加温或降温要经济得多。
营养液温度控制装置主要由加温装置或降温装置及温度自控仪两部分组成。加温或降温方法见第二章内容。
5.安全装置 NFT的特点决定了种植槽内的液层很薄,一旦停电或水泵故障而不能及时循环供液,很容易因缺水而使作物萎蔫。有吸水无纺布做槽底衬垫的番茄,在夏季条件下,停液2h即会萎蔫。没有无纺布衬垫的种植槽种植叶菜,停液30min以上即会干枯死亡。所以NFT系统必须配置备用电机和水泵。还要在循环系统中装有报警装置,发生水泵失灵时及时发出警报以便及时补救。
电导率、pH、温度等自动调节装置的质量要灵敏而稳定,每天要经常监视其是否失灵,以保证不出错乱而危害作物。

二、栽培管理技术要点
(一)种植槽处理
对于新槽主要检查各部件是否合乎要求,特别是槽底是否平顺,塑料薄膜有无破损渗漏。换茬后重新使用的槽,在使用前注意检查有无渗漏并要彻底清洗和消毒。
(二)育苗与定植
1.大株型种植槽的育苗与定植 因NFT的营养液层很浅,定植时作物的根系都置于槽底,故定植的苗都需要带有固体基质或有多孔的塑料钵以锚定植株。育苗时就应用固体基质块(一般用岩棉块)或用多孔塑料钵育苗,定植时不要将固体基质块或塑料钵脱去,连苗带钵(块)一起置于槽底。
大株型种植槽的三角形槽体封闭较高,故所育成的苗应有足够的高度才能定植,以便置于槽内时苗的茎叶能伸出三角形槽顶的缝以上。
2.小株型种植槽的育苗与定植 可用岩棉块或海绵块育苗。岩棉块规格大小以可旋转入定植孔、不倒卧于槽底即可。也可用无纺布卷成或岩棉切成方条块育苗。在育苗条块的上端切一小缝,将催芽的种子置于其中,密集育成2~3叶的苗。然后移入板盖的定植孔中。定植后要使育苗条块触及槽底而幼叶伸出板面之上。
(三)营养液的配制与管理
1.营养液配方的选择 由于NFT系统营养液的浓度和组成变化较快,因此要选择一些稳定性较好的营养液配方。
2.供液方法 NFT的供液方法是比较讲究的。因为它的特点是液层要很浅,不超过1.0~2.0cm。这样浅的液层,其中含有的养分和氧很容易被消耗到很低的程度。当营养液从槽头一端输入,流经一段相当长的路程(以限25m计算)以后,许多植株吸收了其养分和氧,这样从槽头的一株起,依次吸到槽尾的一株时,营养液中的氧和养分已所剩不多,造成槽头与槽尾的植株生长差异很大。当供液量一定限度时就会造成对产量的影响。说明NFT的供液量与多因素有关。
NFT在槽长超过30m以上,而植株又较密的情况下,要采用间歇供液法以解决根系需氧的问题。这样,NFT的供液方法就派生为两种,即连续供液法和间歇供液法。
(1)连续供液法 NFT的根系吸收氧气的情况可分为两个阶段,即从定植后到根垫开始形成,根系浸渍于营养液中,主要从营养液中吸收溶存氧,这是第一阶段。随着根量的增加,根垫形成后有一部分根露在空气中,这样就从营养液和空气两方面吸收氧,这是第二阶段。第二阶段的出现快慢,与供液量多少有关。供液量多,根垫要达到较厚的程度才能露于空气中,从而进入第二阶段较迟;供液量少,则很快就进入第二阶段。第二阶段是根系获得较充分氧源的阶段,应促其及早出现。
连续供液的供液量,可在2~4L/min的范围内,随作物的长势而变化。原则上白天、黑夜均需供液。如夜间停止供液,则抑制了作物对养分和水分的吸收(减少吸收15~30%),可导致作物减产。
(2)间歇供液法 是解决NFT系统中因槽过长,株过多而导致根系缺氧的有效方法。此外,在正常的槽长与正常的株数情况下,间歇供液与连续供液相比,产量和果实重量也是间歇供液的高。间歇供液在供液停止时,根垫中大孔隙里的营养液随之流出,通入空气,使根垫里直至根底部都吸到空气中的氧,这样就增加了整个根系的吸氧量。
间歇供液开始的时期,以根垫形成初期为宜。根垫未形成(即根系较少,没有积压成一个厚层)时,间歇供液没有什么效果。
间歇供液的程度,如在槽底垫有无纺布的条件下种植番茄,夏季每1h供液15min,停供45min;冬季每2h供液15min,停供105min,如此反复日夜供液。这些参数要结合作物具体长势与气候情况而调整。停止供液的时间不能太短,如小于35min,则达不到补充氧气的作用;但也不能停得太长,太长会使作物缺水而萎蔫。
3.液温的管理 由于NFT的种植槽(特别是塑料薄膜构成的三角形沟槽)隔热性能差,再加上用液量少,因此液温的稳定性也差,容易出现同一条槽内头部和尾部的液温有明显差别。尤其是冬春季节槽的进液口与出液口之间的温差可达6℃,使本来已经调整到适合作物要求的液温,到了槽的末端就变成明显低于作物要求的水平。可见,NFT要特别注意液温的管理。
各种作物对液温的要求有差异,以夏季不超过28~30℃,冬季不低于12~15℃为宜。

三、对NFT的评价
(一)优点
1.设施投资少,施工容易、方便。NFT的种植槽是用轻质的塑料薄膜制成或用波纹瓦拼接而成,设施结构轻便、简单,安装容易,便于拆卸,投资成本低。
2.液层浅且流动。营养液液层较浅,作物根系部分浸在浅层营养液中,部分暴露于种植槽内的湿气中,并且浅层的营养液循环流动,可以较好地解决根系呼吸对氧的需求。
3.易于实现生产过程的自动化管理。
(二)缺点
1.NFT的设施虽然投资少,施工容易,但由于其耐用性差,后续的投资和维修工作频繁。
2.NFT液层浅和间歇供液,较好地解决了根系需氧问题,但根际环境稳定性差,对管理人员的技术水平和设备的性能要求较高。
3.要使管理工作既精细又不繁重,势必要采用自动控制装置,从而需增加设备和投资,推广面受到限制。
4.NFT为封闭的循环系统,一旦发生根系病害,较容易在整个系统中传播、蔓延。因此,在使用前对设施的清洗和消毒的要求较高。

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