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1、无土栽培营养液原理 配制 管理 水分软水和硬水 指含有较多钙 镁盐的水 钙盐主要是重碳酸钙 Ca HCO3 2 硫酸钙 CaSO4 氯化钙 CaCl2 和碳酸钙 CaCO3 镁盐主要为氯化镁 MgCl2 硫酸镁 MgSO4 重碳酸镁 Mg HCO3 2 和碳酸镁 MgCO3 水的硬度表示法 10 CaO10mg L 表2重金属及有害健康的元素容许限元素容许限元素容许限汞 Hg 0 005mg L镉 Cd 0 01mg L硒 Se 0 01mg L砷 As 0 01mg L铬 Cr 0 05mg L铅 Pb 0 05mg L铜 Cu 0 10mg L锌 Zn 0 20mg L铁 Fe 0 50m
2、g L氟 F 1 00mg L 简单的判断标准是 凡是能饮用的水一般都可以用来配制营养液 二 营养元素化合物及辅助原料的性质及要求 分级用途说明备注 化学试剂严格试验杂质极少 分GR AR时使用和CP 医药用试剂必要时用杂质较少 工业用化合物生产常用 农用化合物生产首选 常含杂质 使用时应折算为纯品 每次购买均需分析有效含量 表3化合物的分级及选用 第二节营养液的组成 一 组成原则与配方实例 表4一种Arnon Hoagland营养液配方 化合物盐浓度 g L 离子浓度 mol L Ca NO3 2 4H2O0 708Ca2 3 10 3 NO3 6 10 3 KNO31 011K 10 10
3、 3 NO3 6 10 3 NH4H2PO40 230NH4 2 10 3 H2PO4 2 10 3 MgSO4 7H2O0 493Mg2 2 10 3 SO42 2 10 3 FeSO4 7H2O0 0139Fe2 5 10 5 SO42 5 10 5 二 营养液浓度的表示方法 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之 1 化合物重量 升 g L mg L 例如 某营养液中含有 硝酸钙590mg L 硝酸钾404mg L 磷酸二氢钾136mg L 硫酸镁246mg L 硫酸亚铁13 9mg L 乙二胺四乙酸二钠18 6mg L
4、硼酸2 86mg L 硫酸锰2 13mg L 硫酸锌0 22mg L 硫酸铜0 08mg L 钼酸铵0 02mg L 工作浓度或操作浓度 2 元素重量 升 g L mg L 可以作为不同的营养液配方之间元素浓度的比较 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 即表示这一配方中每升含有营养元素氮150毫克 磷80毫克和钾170毫克 实际使用时要换算成为某种营养化合物重量才能称量 换算方法 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 一个配方的氮源是以Ca NO3 2 4H2O1 0g L来提供的 而另一配方的氮源是以NH4NO30 4g
5、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 LCa NO3 2 4H2O提供的N为118 7mg L 而0 4mg LNH4NO3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 和毫摩尔 升 mmol L 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 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 换算方法 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
6、子量或原子量相乘 即可得知该物质的用量 二 间接表示法 1 电导率 ElectricConductivity EC 含义 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 S cm 来表示 营养液具有导电作用 其导电能力的大小用电导率来表示 在一定的浓度范围之内 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 用电导率对营养液浓度进行管理 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
7、 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 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 三 对营养液浓度的要求 一 总盐浓度的要求 表5营养液总浓度范围 表述单位最低适中最高 渗透压 atm 0 30 91 5 正负离子合计数123762 mmol L 电导率 ms cm 0 832 54 2 总盐分含量 g L 0 832 54 2 一般地 控制营养液的总盐分浓度在0
8、 4 0 5 以下 对大多数作物来说都可以较正常地生长 不同作物对营养液的总浓度要求有较大差异 如 如果营养液的总盐分浓度超过0 4 0 5 有些植物就会表现出不同程度的盐害症状 因此 在确定营养液配方的总浓度时要考虑植物的耐盐程度 二 配方中营养元素的比例和浓度要求1 营养液配方的生理平衡性生理平衡 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 影响因素 主要是营养元素之间的拮抗作用 它会使植物对某一种营养元素的吸收量减少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 会抑制植物对Ca2 Mg2 Fe2 等
9、的吸收 特别是H 对Ca2 吸收的抑制作用尤其明显 如在酸度较低时 常会由于Ca2 的吸收受阻而出现缺钙的生理失调症状 而阴离子如H2PO4 NO3 和Cl 之间也存在着不同程度的拮抗作用 营养液中的营养元素适宜的比例或浓度可以通过分析正常生长的植物体内各种营养元素的含量及其比例来确定制定生理平衡营养液配方的原则 根据此原则制定配方时应注意 1 这样确定的营养液配方不仅适用于某一种作物 而且可以适用于某一大类作物 因此要选择其中有代表性的作物来进行营养元素含量和比例的化学分析 从而确定出适用于该类作物的营养液配方 2 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
10、在一定范围内变动 变幅大约在 30 左右植物仍可保持其生理平衡 3 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 营养液配方的化学平衡性化学平衡 主要是指营养液配方中 含有营养元素的化合物当其离子浓度达到一定水平时会相互作用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降低以致影响到营养液中各种营养元素之间的相互平衡 1 Ca2 与SO42 产生CaSO4沉淀的可能性 根据溶度积法则计算得 Ca2 SO42 3 10 3 2 10 3 6 10 6 查CaSO4的溶度积常数为 Sp CaSO4 9 1 10 6 将营养液配
11、方中Ca2 与SO42 的溶度积与CaSO4的溶度积常数比较可知 Ca2 SO42 6 10 6 Sp CaSO4 9 1 10 6即说明A H配方中不会产生CaSO4沉淀 2 Ca2 与磷酸根离子 HPO42 PO43 产生磷酸钙沉淀的可能性 A H配方配制的营养液在pH 6 0时会产生CaHPO4沉淀 防止沉淀产生的方法 通过降低溶液pH值来防止磷酸钙沉淀的方法只有控制溶液的pH值 5 43才能够保证A H配方配制的营养液不会产生CaHPO4沉淀 通过降低Ca P浓度来防止沉淀产生的方法在pH6 0时 A H配方的用量要降低至0 5剂量水平下才不会产生磷酸钙沉淀 实际生产也证明 用1 2剂
12、量A H配方所配制的营养液种植的植物 生长正常 3 Fe3 与磷酸盐产生FePO4沉淀的可能性 计算表明 A H配方在pH6 0时 Fe3 PO43 5 0 10 5 5 3 10 11 2 65 10 15 Sp FePO4 1 3 10 22 可见肯定会造成FePO4的沉淀而致使作物出现缺铁症状 但事实上 在pH6 0时A H配方配制的营养液不会出现FePO4的沉淀 这主要是由于采用了有机螯合物来螯合铁离子 使得Fe2 不易被氧化 而且不易与PO43 起化学反应而沉淀 从而使得Fe在营养液中可以保持较高的有效性 4 Ca Mg形成氢氧化物沉淀的可能性 Ca Mg形成氢氧化物沉淀的可能性主要
13、是在营养液呈较强的碱性时才会发生 通过计算得知 形成Ca OH 2沉淀的条件是 pH 12 63 形成Mg OH 2沉淀的条件是 pH 9 98 产生的可能性 一般情况下 配方中的化合物所产生的生理碱性极少会达到这么高的pH值 只有在用碱液中和营养液的生理酸性时 若操作不当就有可能出现营养液中局部碱性很强 pH值过高而产生沉淀的可能 解决方法 在加碱液中和酸性时 要用浓度较稀的碱液 而且在加入碱液时要及时进行搅拌 四 营养液氮源的选择 一 植物吸收的氮素形态 主要是铵态氮和硝态氮 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
14、生理功效 Arnon 1937 的研究结论 无论给植物提供铵态氮还是硝态氮都可作为其良好生长的氮源 普良尼斯尼科夫的结论 假如为每一种氮源提供最适的条件 那么在原则上它们具有同样的营养价值 而如果在某一条件下比较这两种氮源对植物的优越性 则需视提供的条件是什么 有时铵态氮要好一些 而有时硝态氮要好一些 目前世界上大多数营养液配方 都是采用硝态氮作为氮源的 原因 主要是硝态氮所引起的生理碱性较为缓慢且易于控制 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对植物是较为安全的 二 营
15、养液配方常用的氮源 铵态氮源都是生理酸性盐 例如NH4Cl NH4 2SO4 甚至NH4NO3 特别是NH4Cl和 NH4 2SO4的生理酸性更强 这是由于多数植物优先选择吸收NH4 而伴随离子的Cl SO42 NO3 的吸收速率较慢 同时植物在吸收NH4 之后根系大量分泌出H 使得介质的pH下降 介质中高浓度的H 对植物吸收Ca2 有很强的拮抗作用 易使植物出现缺钙的症状 甚至还会对植物根系造成直接的伤害 产生根系腐烂等现象 硝态氮源均为生理碱性盐 例如Ca NO3 2 KNO3 NaNO3等 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O
16、H 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 如Fe Mn Mg等元素 芥菜 生菜 五 营养液的酸碱度 一 酸碱度的概念 溶液的酸碱度 是指溶液中氢离子 H 或氢氧根离子 OH 浓度 以mol L表示 的多少 表示方法 一般采用索仑生 Sorensen 提出的H 浓度的负对数来表示 这个负对数值称为氢离子指数或pH值 这里的p是指负对数的意思 即pH lg H 在25 时 纯水的离子积常数Kw H OH 1 10 14 即 H OH 10 7mol L 即有1 10 7mol L的水解离为H 和OH 纯水的离子积常数Kw H2O 会随温度的升高而升高 一般以25 时Kw H2O 1 10 14作为计算的标准 溶液中的H 离子浓度和OH 离子浓度之间存在着严格的比例关系 一般用pH来表示溶液中H 和OH 离子之间的关系 这时称为酸度 偶尔也有人用pOH来表示 这时称为碱度 H OH pH pOH与溶液酸 碱性的关系 一般地 中性溶液 H 10 7mol L 即 H OH pH 7酸性溶液 H 10 7mol L 即 H OH pH 7碱性溶液
