水培蔬菜营养液

第三章无土栽培的营养液问题:每种植物都必须有一个专用的营养液配方吗？配制营养液难不难？怎样配制营养液？在植物生长过程中，营养液会发生变化吗？怎样控制营养液的变化？在植物生长过程中怎样有效地对营养液进行管理？内容：1.营养液配制的水质要求2.营养液配制的原料及其性质3.营养液浓度的表示方法和计算4.营养液的配方组成5.营养液的配制技术6.营养液的管理7.营养液配方选集要求：了解了解掌握了解掌握掌握了解第一节原料及其性质一.水的性质要求1.水自来水的井水来雨水源洁净的水库水2.水硬度:150较好质酸碱度:pH=5.5~8.5要溶解氧:4~5mg/LO2求NaCl含量:2mmol/L余氯:Cl0.3mg/L重金属及其它有害元素水分软水和硬水(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)表3-2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)0.50mg/L氟(F)1.00mg/L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3－3化合物的分级及选用配方剂量：1个剂量：按照配方规定用量而配制出来的营养液浓度称为1个剂量1/2剂量：将配方中规定的各种化合物用量减少一半所配制出来的营养液浓度称为1/2剂量或0.5剂量或半个剂量1/4剂量……如此类推二.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/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。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。(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(μs/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。2.渗透压(Osmosis)含义：是指半透性膜(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。反映营养液浓度是否适宜作物生长的重要指标一般可用下列的范特荷甫(Van’tHoff)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：273+tP=C×0.0224×273式中：P溶液的渗透压，以大气压(atm)为单位；C溶液的浓度，以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(℃三.对营养液浓度的要求(一)总盐浓度的要求表3－7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0.4%~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：表3-8不同植物对营养液总浓度的要求总浓度(‰)11.5~222~33适杜鹃花鸢尾昙花甜瓜番茄宜仙人掌水仙葱头黄瓜芹菜种蕨类植物仙客来胡萝卜一品红甘蓝植胡椒百合草莓康乃罄的非洲菊花叶芋文竹植郁金香唐菖蒲物芥菜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。(g/KgDW)(mg/KgDW)植物体内矿质元素的含量影响因素：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。制定营养液配方的实例：例1：Arnon-Hoagland以植株分析确定番茄营养液配方的方法表3-9Arnon-Hoagland以植株分析确定番茄营养液配方的步骤和方法营养元素步骤内容NPKCaMgS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)14.793.6823.067.102.841.8053.272步骤一的吸收量换算成毫摩尔数(mmol)1069.3118.7591.3177.5118.356.32131.43以毫摩尔数计，每种元素占有吸收总量的百分数(%)50.175.5727.748.335.552.64100.004确定出配方的总浓度为37mmol/L时各营养元素的占有量(mmol)18.562.0610.273.082.050.9837.00确定各种配方中肥料的毫摩尔数(mg/L)Ca(NO3)2.4H2O3mmolNO3-:6－－3－－708KNO310mmolNO3-:10－10－－－1011NH4H2PO42mmolNH4+:22－－－－2305MgSO4.7H2O2mmol－－－－22493营养元素毫摩尔数(mmol)18210322376合计配方中肥料总量(mg/L)－－－－－－2442例2：山崎肯哉根据植物吸收营养液中的养分和水分的比值来确定营养液配方的方法：表3-10山崎以植物吸水和吸肥的关系确定黄瓜营养液配方的步骤和方法步骤内容NPKCaMgS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)2253.8173.41040.2606.8346.8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)13163.52----3确定各种肥料的用量Ca(NO3)2.4H2O3.5mmol/LKNO36mmol/LNH4H2PO41mmol/LMgSO4.7H2O2mmol/LNO3-N:7NO3-N:6NH4+-N:1------------1--------6--------3.5------------------------2------------25.换算值(g/L)0.8260.6060.1140.4924合计营养元素毫摩尔数(mmol/L)14163.52228.65换算为肥料用量(g/L)总盐分2.038(g/L)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。溶液中是否会形成难溶性化合物(或称难溶性电解质)是根据溶度积法则来确定的。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。溶度积常数的可表示为：Sp-AxBy=[Am+]x×[Bn-]y以A-H番茄营养液配方为例说明产生难溶性化合物的可能性：表3－11Arnon-Hoagland番茄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；NO3-6×10-3KNO31.011K+10×10-3；NO3-6×10-3NH4H2PO40.230NH4+2×10-3；H2PO4-2×10-3MgSO4.7H2O0.493Mg2+2×10-3；SO42-2×10-3FeSO4.7H2O0.0139Fe2+5×10-5；SO42-5×10-5(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-]=6×10-6Sp-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：①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。②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=2.65×10-15Sp-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，