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营养液作为无土栽培的核心部分,如何精细的管理对其整个种植过程至关重要,已成为广大学者关注的问题。本文阐述的营养液管理主要是深液流循环式水培的营养液管理。作物生长过程中,由于作物生长在营养液中通过吸收养分、水分和氧气维持其生长的需要,从而改变了营养液浓度、酸碱度和溶解氧含量。环境温度的改变也影响到营养液的液温变化。因此,要对营养液这些性质有所了解,才能针对性地进行监测和有效控制,以使其处于作物生长所需的最适范围。这里所述的营养液管理主要是指营养液浓度、溶解氧和营养液温度的管理三个方面。
1 营养液电导度(浓度) 的管理
由于作物在生长过程中不断地吸收养分、水分,叶片蒸腾作用失水,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管理,使其稳定在一定的范围之内,让作物更快、更好地生长。
1. 1 营养液浓度的测定
配制营养液所使用的化学肥料主要是无机盐类,按配方加入水中而配成具有一定浓度的营养液,盐类溶于水中后,电离而形成带有正负电荷的两种离子,如果使用电极进行测定,则可根据电流强度得出离子浓度,离子浓度的大小则反应出营养液浓度的大小,用电导率仪来测量营养液浓度是一种简便的方法。营养液中离子浓度不同,导电率则不同,当营养液浓度增加时,则其电导度也增加,反之,当营养液离子浓度降低时,其电导度也降低,基于两者的关系而可知营养液的离子浓度。营养液电导度一般受温度的影响而发生变化,温度升高它也升高。因此,电导率仪要有温度补偿和对电极常数进行补偿,现使用的DDS ———12A 数学电导率仪一般补偿温度为25 摄氏度,常数调节为50。
1. 2 营养液电导度(浓度) 的调整
1. 2. 1 营养液电导度(浓度) 的调整原则
电导度(EC) 是溶液总含盐量的导电能力,可反映营养液总盐量浓度。除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量,而在养分的补充上,也不是单独的补充某种营养元素,在补充养分时要根据所选用的营养液的配方全面补充。在不同的生育时期,作物对营养液的要求也是不一样的,一般苗期植株小,浓度可较低,生育盛期植株大,吸收量多,浓度应较高。以黄瓜为例,在开花之前的蕾期,适当浓度为1. 5 —1. 8ms/ cm ,生长期为1. 8 —2. 2ms/ cm ,结果旺盛期为2. 2 —2. 3ms/ cm ,植株衰退期为2. 0 —1. 8ms/ cm。
1. 2. 2 营养液浓度调整方法
对于循环供液系统,营养液一般使用一段时间后,由于作物吸收养分和蒸腾失水,营养液必然发生改变,又因不同的生育期,营养液浓度要求是不一样的,在缺自动监测和调控装置时,必须人为地进行定期检测和校正。浓度升高或降低,可采用按时补充水分或养分的方法进行调控。补充养分方法有两种:
(1) 关系曲线法:以营养液配方的一个剂量(配方规定的标准肥料用量) 为基础浓度(S) ,以每隔0. 2 个剂量划分其浓度级差,在按一系列级差配制成相应的营养液,然后用电导度测定各个级差浓度的EC 值。营养液浓度应与营养液的EC 值成正相关,可用线性回归方程表示: EC = a + bS。得到回归方程后,通过测定栽培营养液的电导度,计算出其浓度,然后据此算出需补充的母液量。
(2) 实际比例法:养分的补充应根据对营养液电导度的实测值来确定,根据电导度和浓度的一定关系,在实际生产中为简化操作,知其电导率就不必去计算浓度,电导度稳定在一定范围则浓度也稳定在其范围之内。取一定体积的栽培营养液,测定电导度,把电极插在其中,然后慢慢加入扩大倍数的营养母液,边加边搅拌栽培营养液,观察电导度的变化,当达到所需电导度的调节范围之内时,则停止加入营养母液,并计算出所加入的营养母液的体积,然后算出取栽培营养液与加入营养母液的比值。再根据总栽培营养液和比值算出需要加入的营养母液量。
2 营养液溶解氧的管理
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分生长的环境有很大的不同,地上部分的生长一般不会出现氧气供应不足的问题,而深液流无土栽培植物根系生长的环境是在与土壤环境截然不同的营养液中,更容易出现氧气不足。因此,在深液流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。
2. 1 影响营养液中氧气含量的因素
作物生长所需的一部分氧气来自营养液,尤其是水培,营养液氧气对作物影响更大。水培中,溶解氧浓度一般要求保持在饱和溶解度的50 %以上,即在适合作物生长的液温范围内含氧量为4. 0 —5. 0 毫升/ 升。如根系供氧不足,植物就不能正常吸收营养元素,生长缓慢甚至死亡。营养液中的氧气含量受多种因素影响,其中温度与营养液溶氧量关系密切。当营养液的温度达到一定限度时,随着温度的升高饱和溶氧量则降低。其次不同种类的作物根系的耗氧量有很大差异,且与不同的生育时期有关,再次,营养液的供氧方式也影响营养液中氧气含量。
2. 2 增加营养液中氧气含量的方法
提高营养液溶氧量主要依靠人工增氧,即通过机械和物理的方法来增加营养液与空气的接触机会,增加氧在营养液中的扩散能力,这是深液流栽培的关键技术。
常用的加氧方法有:
(1) 落差环流增氧法。营养液循环时落差大,溅泼面分散,增加一定压力形成射流增大营养液与空气的表面积,有利于提高增氧效果。营养液的循环加上落差增氧有利于提高整体营养液的含氧量,使氧含量保持稳定,这种方法在生产上普遍应用。
(2) 搅拌增氧法。试验设计时,在贮液池至种植槽的总管道处设一个分压管道,使水泵抽出的营养液有一部分回流到贮液池,减小因水压过大对水泵的伤害。同时经分压水管回流的营养液有一定的压力,对贮液池中的营养液进行冲击,加大与空气的接触,对营养液进行搅拌,使氧气尽可能多溶解在营养液中,增加营养液含氧量。
(3) 降温增氧法。因温度与溶氧量成反比关系,降低营养液温度有利于增加溶氧量,夏天气温高,可将贮液池建在地下来降温,并盖好贮液池,以免热量传向营养液。
以上方法的使用还必须保证设施内有足够的氧气,这样才能使氧气充分地溶于营养液。
3 营养液温度管理
营养液温度(液温) 直接影响根系对水分、养分的吸收,根系的呼吸作用和作物的生长。根系对温度反应十分敏感,与地上部分相比,适应的温度范围较低窄,这就要求液温稳定。
3. 1 温度对根系的影响
作物根系对温度较敏感,黄瓜根生长的最低温度为8摄氏度,最适温度为32 摄氏度,最高温度为38 摄氏度。根毛发生的最低温度为12 —14 摄氏度,最高38 摄氏度,黄瓜生育的最好的地温为25 摄氏度左右,地温低于12 摄氏度生长受阻。所以最低应保持在15 摄氏度以上,但不能超过35 摄氏度。地温过低时,根系生长不良,甚至发生花打顶现象。如果将地温从18 摄氏度提高到24 摄氏度,早期产量和总产量分别提高45. 6 %和34. 1 % ,所以维持液温稳定在一定范围之内,对其进行调节和管理已成为营养液管理的一个重要组成部分。
3. 2 营养液温度的控制与管理
目前进行的无土栽培生产大多采用一些较为简单的设施进行,一般没有温度的调控设备,难以人为地控制营养液温度。但如果利用设施的结构和材料以及增设一些辅助设备,可在一定程度上控制营养液的温度。利用泡沫塑料或水泥砖砌成保温隔热性能较好的材料建造种植槽,尽量减小因气温的变化而带来的影响。冬季温度较低时可对营养液起到保温作用,在夏季高温可以隔绝太阳光直射而使液温不至于过高。设地下贮液池和增大每株植株平均占有的营养液量。夜晚的气温一般会低于液温,为防止液温的热量向空气传递,降低液温,夜晚一般将种植槽的营养液全部放回到贮液池,以减小营养液与空气的接触面积,减少热量散失,以维持液温的稳定。因贮池建在地下,也可以借助地温来维持液温的稳定。加大植株的供液量,提高营养液对温度的缓冲能力。利用水这种比热较大的物质来阻止液温的急剧变化。有条件的可以在贮液池中安装热水增温,电热增温(电热器,电热线) 装置,或冷却降温装置,提高或降低贮液池中营养液温度。
4 营养液酸碱度调整
大多数作物根系在PH5. 5 —6. 5 的酸性环境下生长良好,营养液PH值在栽培过程中也应尽可能保持在这一范围之内,以促进根系的正常生长。另外营养液PH 值直接影响营养液中各元素的有效性,使作物出现缺素或元素过剩症状。
为减轻营养液PH值变化强度,延缓其变化的速度,可以适当加大每株植物营养液的占有体积。当营养液PH 变化过高时,可用H2SO4、HNO4 调节; PH 过低时,可用NaOH或KOH来调节,具体方法与营养液浓度调整的实际比例法相同。加入时,要用水稀释为1 —2min/ ml 的浓度,然后缓缓注入贮液池中,并用分压水管搅拌均匀。注意不要造成局部过浓而产生CaSO4、Mg(OH) 2、Ca (OH) 2 等沉淀从而产生养分失效。另外,一般一次调整PH范围以不超过0. 5 为宜,以免对作物生长产生影响。
5 营养液供液时间和供液次数
营养液的供液时间与供液次数,依据栽培形式而定。在栽培过程中应适时供液,使作物得到充足的营养液供应,但是应考虑到经济用液最好定时供液。如果供液过于频繁,不仅容易过多消耗能源和营养液,对根吸收环境也不好。供液的原则是,根系得到充分的营养液供应,但又节约能源。深液流无土栽培的供液时间一般在白天,夜晚可将槽内营养液放回到贮液池,以解决根系因缺氧而腐根。白天供液2 —3 次即可,每次营养液循环时间为4 小时左右,以减少能源损耗和增加营养液溶解氧,延长水泵的使用寿命。
6 营养液的更换
因长时间种植作物,会由于各种原因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,严重时可能影响到营养液中养分的平衡、病菌的繁衍和累积、根系的生长甚至植株的死亡。而且这些物质在营养液中的积累也会影响到电导度的准确性。因此,作物在种植一定时间之后需更换营养液。营养液使用多长时间需更换可以通过测定营养液总盐分浓度或主要营养元素的含量来判断,也可根据经验来判断。种植作物的营养液要尽可能选用较平衡的营养液配方,这样在种植过程就不需要经常用酸和碱来中和,增加营养液的使用时间,一般,生长期长的作物(每茬3～6 月左右,如黄瓜、番茄等) 在整个生长期可不更换营养液,水分和养分消耗后只要补充即可。生长期较短的作物(每茬1～2月左右,如叶菜类) 一般不需每茬都更换,可连续种3～4 茬更换一次营养液,这样可以节约养分和水分用量。
7 总结
营养液管理技术主要是针对营养液的浓度、溶解氧和温度,营养液日常管理要做到“三勤”,勤观察,根据作物的生长状况和表现特征判断是否与营养液有关;勤思考,根据一些现象和难以解决的问题,从多方面去考虑以找到合理方便的解决措施;勤动手,认真测量与营养液有关的数据,如有异常及时调整。
