第四章_无土栽培营养液.ppt

第四章 无土栽培营养液,主要内容：营养液的概念；营养液配制的原则；营养液原料及要求；营养液肥源及其特性；营养液浓度表示方法及配方组配换算办法；营养液酸碱度及其检测；微量元素配方；营养液的配制；营养液调节和管理；配方示例。重点难点：重点包括营养液配制原则、水源与肥源要求、营养液配方、营养液的配制与管理等；难点在于营养液浓度表示方法和营养液配方组配换算。,营养液-是把含有植物所需营养元素的化合物溶解于水中而成的液体。营养液是无土栽培的核心，营养液配制与管理是无土栽培技术的关键。,水 大量元素 营养液的原料 营养元素的化合物 微量元素 调节渗透压或pH常用的辅助化合物,第一节 概述,营养液配方：在一定体积的营养液中规定含有各种营养元素或者其盐类（化合物）的数量。,1L营养液中：Ca（NO3）2.4H2O-950mgKNO3810mgNH4H2PO4155mgMgSO4.7H2O500mg 配方与剂量FeNaEDTA20mg 作物种类H3BO33mg 生育阶段MnSO4.4H2O2mg 季节天气ZnSO4.7H2O0.22mgCuSO4.5H2O0.05mg,营养液组配的原则和要求,营养液组成方面：科学合理 必须含有植物生长所必需的全部营养元素（全面）各种营养元素的数量和比例符合植物生长要求，是生理平衡的（合理）各种化合物以植物可吸收形态存在，并在较长时间内保持有效性（有效）总盐分浓度及其酸碱度符合植物正常生长要求，生理酸碱反应相对平稳（适宜）,营养液配制方面：安全可靠合理选择肥源 1.化学矿质肥料为主；2.溶解性好，均匀分布，长期有效 3.质地纯正，含量稳定，不含有害物质 4.符合配方前提下，尽量减少种类考虑水质和基质特性 1.无污染，不含杂质和有害物质 2.软水为宜，硬水要预处理 3.适当考虑水和基质的成分正确组配 1.合理组配步骤 2.正确调节,营养液组配的原则和要求,营养液配方确定方法：,.营养液总盐分浓度的确定-根据不同作物、生育期、季节天气条件下对营养液的含盐量要求来大体确定，一般在0.4%0.5%以下，不同作物耐盐性不同（适中：盐分含量0.25%，正负离子数37mmol/L，EC2.5ms/cm).各营养元素用量和比例确定-依据是生理平衡（植物）和化学平衡（营养液）。怎样来确定营养液中各营养元素的比例和浓度？-分析正常生长植物体内各营养元素的含量及其比例：Hoagland&Arnon 符合生理平衡要求，可以适于一大类作物；分析结果受季节、植物特性、营养供给影响，有时不能真实反映；不是固定不变的，在一定范围内（30%）变动不影响植物生长。-依据植物吸收营养液中水分和养分的比值：山崎肯哉 n（营养元素吸收量，mmol）/w（吸水量，L）,第二节 营养液水源与肥源,无土栽培水源水质 水质有软、硬之分。硬水中含有多种钙、镁盐类，主要是碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化盐等。而软水含量较低。水质的软硬程度以每升水中含CaO的重量来表示：1=10mgCaO/L 按其划分：04-很软水 48-软水 816-中硬水 1630-硬水 30以上-极硬水山农大本部井水:Ca2+120ppm（CaO约169ppm）Mg2+28ppmK+210ppm NO33275ppm,营养液对水质的要求（1）水的硬度10以下为宜，最高不超过15；（2）pH5.5-8.5；（3）悬浮物不超过10mg/L；（4）NaCl含量小于2mmol/L；（5）无有害微生物（病原菌）；（6）溶解氧（3mg/L）、氯气（0.3mg/L）；（7）重金属及有害元素不许超标。,营养液水源及处理（饮用水无土用水农田灌溉水）（1）自来水-一般是经消毒和处理的饮用水，可直接使用。（北方的地下水多为硬水，地质结构为碳酸岩）。（2）井水-分软水、硬水，经分析测定后使用。（3）雨水-考虑当地的空气污染情况，对pH及有害物质严格检测，可进行澄清、过滤、沉淀、消毒，一般为软水。下雨开始几分钟的雨水最好不要使用。（4）河水-水质复杂、多变，应慎重。必须经过检测、处理，达标后使用。（5）雪水-一般为软水。亦应分析测定后使用。（6）蒸馏水、去离子水-多用于严格的科学试验。,营养液的肥源,化工产品等级：1.化学试剂-保证（GR）、分析纯（AR）、化学纯（CP）2.医药用 3.工业用 4.农业用 肥源要求：质地纯正，含量稳定，不含有害物质 1.注意结晶水数量、含水量 2.注意纯度含量 3.注意杂质种类、含量 4.注意溶解度、酸碱性*商品标示不清或技术参数不明者严禁使用，需化验后确认。*本物符合，有害物质同时也不能超标。KNO3-Pb:98%(0.008%),化学肥料的种类及特性1.氮肥硝酸钙Ca（NO3）2.4H2O：目前无土栽培中用的最广泛的氮源和钙源肥料，含氮11.9%，钙17.0%，白色结晶，极易溶解于水，吸湿性极强，贮藏时需密闭并放于阴凉处。硝酸钾KNO3：含氮13.9%，含钾38.7%，白色结晶，吸湿性较小，但长期贮藏于潮湿环境下也会结块，水溶性较好，具有助燃性和爆炸性，贮运时忌猛烈撞击，勿与易燃易爆物混存。硝酸铵NH4NO3：含氮35%，各占一半，白色结晶，溶解度很大，吸湿性很强，易板结，贮藏时需密闭并放于阴凉处，具有助燃性和爆炸性，贮运时忌猛烈撞击，勿与易燃易爆物共同存放。硫酸铵（NH4）2SO4：含氮21.2%，白色结晶，易溶于水，不易吸湿，但当其中含有较多游离酸或空气湿度较大时，长期存放也会吸湿结块。尿素CO（NH2）2：含氮46.6%，白色结晶，吸湿性很强，易溶解于水，少用。,2.磷肥,磷酸二氢钾KH2PO4：白色结晶或粉末，含磷（P2O5）22.8%，含钾（K2O）28.6%，易溶解于水，吸湿性很小，不易潮解，但贮藏在湿度大的地方也会吸湿结块，是无土栽培中的重要磷源。磷酸二氢铵 NH4H2PO4：磷酸一铵，纯品为白色结晶，肥料外观多为灰色，纯品含磷（P2O5）61.7%，含氮12.2%，易溶解于水，溶解度大。磷酸一氢铵（NH4）2HPO4：磷酸二铵，纯品为白色结晶，肥料常含有一定的磷酸二氢铵，为粉状白色结晶，纯品含磷（P2O5）53.7%，含氮21.2%，易溶解于水，有一定吸湿性，易结块。过磷酸钙 Ca（H2PO4）2.H2O+CaSO4.2H2O：灰白色或灰黑色颗粒或粉末，是一种水溶性磷肥，溶解度较小，吸湿后易降低磷有效性，需干燥存放，一般不用作营养液肥源。重过磷酸钙 Ca（H2PO4）2.H2O：灰白色或灰黑色颗粒或粉末，易溶于水，含有4-8%游离磷酸，吸湿性和腐蚀性强于过磷酸钙，易结块，但不易发生磷酸退化现象，一般不用作配制营养液肥源。,磷酸退化现象：过磷酸钙等肥料在制作过程中，原来磷矿石中的Fe、Al等化合物也被硫酸溶解而同时存在于肥料中，当过磷酸钙吸湿后，磷酸一钙会与Fe、Al形成难溶性的磷酸铁或磷酸铝等化合物，导致磷酸的有效性降低，这个过程称为磷酸的退化作用。,3.钾肥,磷酸二氢钾KH2PO4：前述硫酸钾K2SO4：纯品外观为白色粉末或结晶，含钾（K2O）52.9%，农用肥料多白色或浅黄色粉末，含钾（K2O）50-52%，较易溶于水，吸湿性小，不结块，是无土栽培中良好钾肥。氯化钾KCl：纯品外观为白色结晶，肥料多为紫红色或淡黄色或白色粉末，含钾（K2O）50-60%，易溶于水，吸湿性小，不结块，由于含氯较高，对忌氯作物不宜，含杂质过多时应慎用。4.钙、镁肥硝酸钙Ca（NO3）2.4H2O：前述氯化钙CaCl2：外观为白色粉末或结晶，含钙36%，易溶于水，吸湿性强，由于含氯较高，对忌氯作物不宜，不作主要钙源。硫酸镁MgSO4.7H2O：外观为白色结晶，呈粉末或颗粒状，含镁9.86%，易溶于水，稍有吸湿性，吸湿后易结块，是无土栽培良好镁源。,5.铁、硼肥,硫酸亚铁FeSO4.7H2O：黑矾、绿矾，外观为浅绿色或蓝绿色结晶，含铁20.1%，易溶于水，有一定吸湿性，易失水氧化成棕色，尤其在高温强光下，因此应密闭，于阴凉处存放，易沉淀（氧化、pH）。三氯化铁FeCl3.6H2O：外观为棕黄色结晶，含铁20.66%，易溶于水，吸湿性强，易结块，作物对Fe3+利用率低，高pH下易沉淀。螯合铁：铁与螯合剂合成，不易发生沉淀，有效性高，一般为浅棕色粉末，易溶于水，使用方便，常用NaFeEDTA（15.22%）和Na2FeEDTA（14.32%）。缺铁新叶黄化！硼酸H3BO3：白色结晶，含硼17.5%，易溶于热水，是无土栽培良好硼源，碱性下易失效。硼砂Na2B4O7.10H2O：白色或无色粒状结晶，含硼11.34%，干燥条件下易失水，易溶于水，是良好硼源。,6.其它微量元素肥料,硫酸锰MnSO4.nH2O：粉红色结晶体，易溶于水。硫酸锌ZnSO4.7H2O：无色斜方晶体，易溶于水，干燥下易失水，含锌22.74%。硫酸铜CuSO4.5H2O：兰色或浅兰色结晶，干燥条件下易风化，含铜25.45%，易溶于水。钼酸铵（NH4）6Mo7O24.4H2O：白色或淡黄结晶，含钼54.34%，易溶于水，因水和基质可以满足，有时不再添加。7.辅助物质酸：磷酸、硫酸、硝酸碱：氢氧化钾、氢氧化钠螯合剂：EDTA、DTPA-,NH4+-N和NO3-N,由于离子及其盐的性质不同引起差异NO3-N：pH升高，易造成Fe2+、Mg2+等有效性降低，属于主动吸收，进入体内还原后利用，吸收还原更易受低温弱光影响。NH4+-N：pH降低，H+和NH4+对Ca2+、Mg2+等发生拮抗，被动扩散，进入体内立即合成酰胺，过量积累则发生毒害试验表明，无土栽培营养液以NH4+-N为主要氮源时往往会抑制作物生育，降低产量。但因作物种类、光强、基质、氮浓度而异（基质加入碳酸钙菜豆无异；草炭蛭石栽培番茄产量相同；波斯菊、矮牵牛100%NO3-N，香石竹、秋海棠20-40%NH4+-N）但是以NO3-N为唯一氮源存在几个问题：（1）改变氮水平时钙钾也易随着变化；（2）pH易升高，缺铁失绿；（3）产品硝酸盐含量高，尤叶菜类；（4）叶片淡绿。,在一定条件下使用获部分使用NH4+-N反而比单纯使用NO3-N更有利于促进作物生长发育。无土栽培过程中，如果以草炭、蛭石、炭化稻壳、锯末等为基质，可以适当增加营养液NH4+-N比例，但在无固体基质的水培中，比例不宜超过25%。冬季无土栽培可适当增加NH4+-N（黄瓜30%、番茄20%）；夏季强光高温应以NO3-N为主，尤其在无固体基质条件下。尿素低温不易分解，作物吸收过多不利；春夏季可部分使用作为氮源。,第三节 营养液浓度表示方法,在一定量（重量或体积）营养液中所含元素及肥料的量（总量或各种数量）。直接表示方法 重量百分比浓度：%=w1/（w1+w2）*100%0.4%（0.2%）ppm（10-6）浓度：1ppm=1mg/kg=1mg/L 元素 肥料 W=CM/A*100/P 当量浓度和毫克当量浓度：N=W/E/V 1N=1000mN（me）摩尔浓度与毫摩尔浓度：M=W/M/V 间接表示方法 电导率（EC）：ms/cm 渗透压：浓度不同的两种溶液以半透膜阻隔时所产生的水压。溶液浓度越高，渗透压越大。（Pa）,浓度换算公式：,元素或肥料的ppm浓度=毫克当量数*克当量=毫摩尔数*摩尔质量当量浓度N=摩尔浓度M*化合价P=C*0.0224*(273+t)/273*1.01325*105 P-Pa,C-mmol/L,t-0CCa N P、K Mg、S微量元素单独计算,组配顺序：,第四节 营养液配方与配制,微量元素配方,几种主要作物大量元素配方,营养液的制备,浓缩原液（母液）-工作营养液（栽培用营养液）计算称量-溶解-定容-调整1、浓缩原液：总的原则是避免难溶性物质的产生，因此不能将所有盐离子都溶解在一起，常分别制备原液。长期贮存需酸化（pH=3-4），并置于阴凉避光处，最好用深色容器。A液以Ca为中心：硝酸钙、硝酸钾等，浓缩100200倍B液以P为中心：NH4H2PO4、KH2PO4、硫酸镁等，浓缩100200倍C液为微量元素：EDTA-Fe及各种微量元素，浓缩10003000倍 准确称量,分别溶解,2、栽培用营养液根据栽培规模、制备栽培用营养液：先将A原液稀释：栽培用贮液池中放入配制营养液体积1/2-2/3的水（预调pH），量取A液倒入稀释，开启水泵循环流动或搅拌器使其扩散均匀。量取B液，随水冲入，水泵循环或搅拌均匀，总量达配制体积的80%。称取C液加入，方法同上。加水至配制体积。准确调整pH值。,第五节 营养液浓度与酸碱度,浓度及其监测调整办法酸碱度及其监测调整办法 养分有效性：pi-微酸性 pH7-P、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、B、Cu pH5-H+与Ca2+拮抗；Cu、Mn中毒；腐蚀容器 影响作物代谢（原生质膜透性、酶活性等）：根系发黄坏死；作物4-9（5.5-6.5）营养液pH变化影响因素：1.生理酸、碱肥料组成；2.每株占有体积；3.更换速率pH控制：1.治标（调节）；2.治本（配方）,pH,第六节 营养液的管理,作物吸收水分、养分、氧气 浓度、pH、溶存氧根系分泌、脱落、死亡 浓度、pH、微生物环境条件 液温等作物不同生育阶段的要求不同一、营养液的浓度（水分和养分）1.不同作物、不同栽培形式：多数作物的适宜范围0.5-3ms.cm-1 番茄基质培2-3ms.cm-1；NFT2ms.cm-1（2-4ms.cm-1，叶菜类2ms.cm-1）；岩棉培黄瓜2-2.5ms.cm-1；岩棉培番茄2.5-3ms.cm-1（基质中）。2.不同生育时期：一般由低到高。日本：番茄第一穗花开放前0.5-0.8ms.cm-1，第三花序开放前1.0-1.2ms.cm-1，果实膨大期1.5-2.0ms.cm-1，果实采收期2.0-2.5ms.cm-1。北京：甜瓜定植到授粉2ms.cm-1，授粉到上网2.5ms.cm-1，上网以后3ms.cm-1。,3.不同季节和天气条件：夏季浓度低，冬季浓度高；弱光下提高，强光下降低。4.特殊目的和需要：改善品质（糖度）、防止徒长。英国：番茄长季节栽培EC在2-10ms/cm之间均可生长，但EC4 ms/cm总产量降低，高EC（6ms/cm）下有效地抑制旺长。,水分的补充 每天补足到一定量，降至一定水平必须补充。养分的补充 准确与粗放；单一补充与全面补充（EC）低浓度配方：每天补充，始终维持剂量浓度 高浓度配方：浓度不低于1/3-1/2个剂量水平，定期测定，及时补充。,浓度调整办法,（1）测定NO3-N减少量推断其他元素的减少量（2）根据水分消耗量、养分吸收量和母液消耗量间的关系推算（3）测定标准液和系列不同浓度营养液的EC值，建立EC、浓度和母液追加量之间的关系,补充养分数量的确定方法,二、营养液的温度,影响根的生长：过低生长受阻，过高细长、根毛少影响根系吸收：膜透性、元素有效性、能量代谢影响溶存氧含量：高温下溶解度降低 喜温蔬菜20-250C，喜冷凉蔬菜15-220C，夏季不超过280C，冬季不低于150C，最低不能低于120C。调节途径 1.采用保温（冬天）、隔热（夏天）性能好的材料作为栽培槽的结构材料；2.将贮液池建在地下，增加每株占有营养液的量；3.采用冷、热水管道，电器装置等加温或降温。,三、营养液溶存氧（DO）,一定温度、一定大气压条件下单位体积营养液中溶解氧气的数量，mg/L。营养液中维持浓度在4-5 mg/L（15-270C，饱和溶解度的50%）以上为宜。缺氧原因:温度与气压;根系与微生物呼吸 氧气不足影响:（1）呼吸不完全，酒精中毒；（2）激素合成紊乱，生长异常；（3）养分吸收受阻，影响生长不同作物种类、生育时期不同：耐淹旱地植物或沼泽性植物要求较低，不耐淹旱生植物要求较高。瓜类、茄果类耗氧量大，叶菜类耗氧量小。华南农大秋栽番茄耗氧量：始花期3.4mg/L，盛果期15.8mg/L天气、白天/夜间消耗量不同：高温强光消耗量大。试验表明，甜瓜白天耗氧量几乎是夜间的2倍。,溶存氧的调节-,栽培设置形式的设计与改进：毛管浮板法等自然扩散不能满足需要，必须人工增氧 1.搅拌：效果好，但难以实施 2.压缩空气：效果好，适于小规模水培 3.化学反应：增氧效果好，但价格昂贵 4.循环流动：效果好，采用较多 5.落差：效果好，采用较多 6.喷射（雾）：效果好，采用较多 7.增氧器：进水口安装，先进水培设施多用 8.间歇供液：番茄夏季供15分钟，停45分钟,空气中吸氧 9.滴灌法：袋栽等多用 10.间混作：旱生与根系泌氧的水生作物混作其它：避免基质积水；夏季降低液温（贮液池建于地下，管道降温）；降低营养液浓度（0.25ms/cm0.1l/L）；调节液面锻炼呼吸根，提高吸氧速率（在空气中比在水中快2倍以上）。,四、营养液酸碱性,酸：硫酸、硝酸、磷酸碱：氢氧化钠、氢氧化钾,1-3mmol/L,表 几种作物的最适pH范围,五、营养液的供应与更换,供液次数和供液时间：满足需求，降低成本 基质培非循环供液：作物、时期、季节、天气等 循环供液：间歇供液（约15分钟）、连续供液营养液更换时间长短主要决定于有碍作物正常生育物质的积累程度 这些物质包括：（1）配方中非营养成份（如NaNO3的Na，CaCl2的Cl或杂质）；（2）硬水中所带盐分；（3）调节营养液pH带进的物质；（4）根系分泌、脱落物及微生物分解产物。这些物质存在过多时，EC不能准确反映营养液中的营养元素含量，最好通过测定主要元素（N、P、K）的含量确定。营养液更换时间也可根据作物种植时间长短（经验）确定（1）平衡营养液，软水地区，生长期较长的作物（3-6月），整个生长期不用更换（2）生长期短的作物（1-2月），不需每茬必换，可连续种植3-4茬（3）硬水地区，因为pH调节，最好每月一换。病原菌大量繁殖使作物发病，而用农药难以控制时马上更换，并彻底清洗和消毒。,营养液消毒方法,高温消毒,氧化剂消毒,紫外线消毒,过滤消毒,六、营养液消毒方法,高温消毒（heat treatment）营养液量大时处理费用较高，适于岩棉滴灌供液排出液的处理。,第一种用于无土栽培生产的营养液消毒方法。80-95保持10分钟。60保持10分钟可杀死番茄青枯病菌，70保持10分钟可杀死番茄根腐、枯萎病菌。,氧化剂消毒（oxidizer treatment）,强氧化剂在营养液中发生氧化还原反应，迅速分解溶液中的病原微生物。臭氧：营养液处理量0.8-1.6m3/h，臭氧浓度0.3-0.03mg/L，300C。杀灭黄瓜疫霉菌效果好。过氧化氢:,紫外线消毒（ultraviolet radiation treatment）,通过紫外线254-280nm对微生物的照射，以破坏其体内核蛋白或DNA的结构，使其死亡或丧失繁殖能力。,剂量：100 mJ/cm2（细菌和真菌）；250 mJ/cm2（病毒）,日本“流水杀菌灯”紫外线杀菌灯波长253.7nm杀灭不同微生物需要照射能量不同，细菌需能较低，放线菌高距离杀菌灯管壁越近，杀菌效果越好对番茄青枯病、黄瓜蔓枯病效果好；NFT、岩棉等营养液流量少的系统效果好需要持续照射，成本高。,营养液消毒理念的转变以往的消毒方法都是致力于消灭营养液中所有微生物，使其完全无菌，如高温、紫外线、臭氧消毒等，这些均为“主动消毒”。无土栽培系统并非无菌系统，杀死营养液中所有的微生物也未必是最好的选择。利用有益微生物抑制病原微生物，这是慢砂过滤与主动消毒的最大区别，即被动消毒。这是一种更具可持续性的营养液消毒方式。,过滤消毒（filtration treatment）,膜过滤（membrane filtration）用特制膜加上一定压力滤除根系分泌物等大分子。慢砂过滤(slow sand filtration)用1m以上的砂层让营养液缓慢渗透通过，除去废液中的悬浮物，可结合紫外线杀菌。,1804年苏格兰，由John Gibb开发，用于生产纯净水。1980s，浮于砂层上部的营养液慢慢滴过砂层，滤除病菌。,机械作用物理作用生物作用,超声波：利用波频在16kHz以上的超声波杀灭营养液中的微生物。灭菌效果与处理时间和菌种有很大关系。拮抗微生物：利用有益微生物抑制病原菌生长。方法简便，投资低，处理营养液量大。,其它：,成本与效果表2 1ha.无土栽培温室营养液消毒成本及效果,1.名词：营养液、营养液配方、营养液生理平衡、营养液化学平衡、营养液浓度2.组配营养液应遵循哪些原则？3.列举出配制营养液常用的大量元素和微量元素肥料？4.营养液通用配方中微量元素的种类及其适宜浓度？5.营养液管理包括哪些方面？如何进行营养液管理？6.营养液消毒办法主要有哪些？,思考题：,营养液生理平衡-能够使植物按其生长发育要求吸收到一切所需的营养元素，同时又不会影响其正常生长发育（即数量、比例适当，不会因过量或缺乏而出现生理失调）。影响营养液生理平衡的因素是营养元素之间的相互作用：“协助”“拮抗”营养液化学平衡-营养液中某些营养元素的化合物其离子浓度未达到一定水平，不会因相互作用形成难溶性化合物而从营养液中析出，使元素的有效性降低、比例失去平衡。影响营养液化学平衡的因素：“离子的溶度积”“溶液的pH值”,