无土栽培课件第三章.ppt
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1、第三章 无土栽培的 营养液,营养液-根据植物生长对养分的需求,把肥料按一定的数量和比例溶解于水中所配制的溶液称为。,一营养液配制的水质要求,(一)无土栽培的水源选择自来水价格较高而提高了生产成本,但由于自来水是经过处理的,符合饮用水标准,因此作为无土栽培生产的水源在水质上是较有保障的。井水如果以井水作为水源,要考虑到当地的地层结构,开采出来的井水也要经过分析化验。,雨水因降雨过程会将空气中的尘埃和其他物质带入水中,要将收集的雨水澄清、过滤,必要时可加入沉淀剂或其他消毒剂进行处理。如果当地空气污染严重,则不能够利用雨水作为水源。一般而言,如果当地的年降雨量超过1 000mm以上,则可以通过收集雨
2、水来完全满足无土栽培生产的需要。水库水或河水:较为清洁,未经污染。农田的水:不能够利用流经农田的水作为水源。在使用前要经过处理及分析化验来确定其是否可用。,(二)无土栽培的水质要求,1硬度:根据水中含有钙盐和镁盐的数量可将水分为软水和硬水两大类型。硬水钙盐重碳酸钙Ca(HC03)2、硫酸钙(CaS04)、氯化钙(CaCl2)和碳酸钙(CaCO3),镁盐氯化镁(MgCl2)、硫酸镁(MgS04)、重碳酸镁Mg(HC03)2和碳酸镁(MgC03)等。软水的盐类含量较低。水的硬度统一用单位体积的CaO含量来表示,即每度相当于10mgCaOL。无土栽培的水15度以下。,水的硬度划分标准,2酸碱度:pH
3、5.58.5之间的均可使用。3悬浮物:10mgL。在利用河水、水库水等要经过澄清之后才可使用。4氯化钠含量:100mgL。5溶解氧:无严格要求。最好是在未使用之前3mgO2L。6氯(C12):主要来自自来水中消毒时残存于水中的余氯和进行设施消毒时所用含氯消毒剂如次氯酸钠(NaClO)或次氯酸钙Ca(ClO)2残留的氯应0.01。,二营养液配制的原料,(一)含氮营养物质1硝酸钙含有氮(11.9%)和钙(17%)两种营养元素,生理碱性盐。硝酸钙是目前无土栽培中用得最广泛的氮源和钙源肥料。特别是钙源,绝大多数营养液配方都是由硝酸钙来提供的。,2硝酸铵因硝酸铵(34-35%N)中含有50的铵态氮和50
4、的硝态氮,较强的生理酸性,但当硝态氮和铵态氮都被作物吸收之后,其生理酸性逐渐消失。在用量较高时,对于铵态氮较敏感的作物会影响到其他养分的吸收和生长,在使用硝酸铵作为营养液的氮源时要特别注意其用量。,3硝酸钾它能够提供氮源(13.9%)和钾源(38.7%),是一种生理碱性肥料。4硫酸铵(N20-21%)多数作物根系对NH4+的吸收速率比SO42-来得快,硫酸铵是一种生理酸性肥料。在作为营养液氮源时要注意其生理酸性的变化。,5尿素(N46%)在植物根系分泌的脲酶作用下,会逐渐转化为碳酸铵(NH4)2C03,并在水中解离为NH4+和CO3-,由于作物对NH4+的选择吸收速率较快,为生理酸性肥。无土栽
5、培的水培中除了少数的配方是使用尿素作为氮源的以外,很少使用。在基质栽培中可以混入基质中使用。,(二)含磷营养物质,1过磷酸钙一种水溶性磷肥。过磷酸钙溶解于水中时会产生沉淀,是难溶性的硫酸钙,但不要误会为过磷酸钙是一种缓效性的或难溶性的肥料。(磷酸一钙30-50%,硫酸钙40%,其它杂质)过磷酸钙吸湿后,磷酸一钙会与Fe、Al化合物形成难溶性的磷酸铁和磷酸铝等化合物,这时磷酸的有效性就降低了,这个过程称为磷酸的退化作用。,2磷酸二氢钾由于磷酸二氢钾溶解于水中时,磷酸根解离有不同的价态,因此对溶液pH的变化有一定的缓冲作用,它可同时提供钾和磷二种营养元素,是无土栽培中重要的磷源。3磷酸二氢铵它可同
6、时提供氮(11-13%)和磷(62%)两种营养元素。对溶液pH变化有一定的缓冲能力。,4磷酸一氢铵作为肥料用的磷酸一氢铵(纯P54%N21%)常含有一定量的磷酸二氢铵(P20%N18%),它对营养液或基质pH的变化有一定的缓冲能力。5重过磷酸钙Ca(H2P04)2有效成分为磷酸二氢钙(磷酸一钙P40-52%),不含有硫酸钙,水溶液呈酸性,其吸湿性和腐蚀性都比过磷酸钙强,不存在着磷酸的退化作用。无土栽培中主要用于预混入固体基质中使用,很少作为水培营养液的磷源使用。,6偏磷酸铵NH4P03(P70-73%N17%)水溶液呈弱酸性,是一种含氮、磷的高浓度肥料,在生产,(三)含钾营养物质,1硫酸钾作为
7、农用肥料的硫酸钾(K50-52%S18%)多为白色或浅黄色粉末。水溶液呈中性,属生理酸性肥料。2氯化钾作为肥料用的氯化钾(K50-60%CL47%)常为紫红色或浅黄色或白色粉末,属生理酸性肥料。用得较少,主要是由于氯化钾含有较多的氯离子,“忌氯作物”的产量和品质有不良的影响。3磷酸二氢钾 见“含磷营养物质”部分。,(四)中、微量元素肥料及其他辅助物质,1硫酸镁(Mg10%S13%)水溶液为中性,属生理酸性肥料。它是无土栽培中最常用的镁源。2氯化钙(Ca36%CL64%)水溶液呈中性,属生理酸性肥料,作为钙源用得较少,主要用于作物钙营养不足时叶面喷施,也可用于不用硝酸钙作为钙源的方中。不宜在“忌
8、氯作物”上使用,其他作物上使用时也要慎重。,3硫酸钙硫酸钙又称石膏(Ca23%S19%),生理酸性,水培营养液配制时大多不使用,有极个别的配方中可能使用硫酸钙作为钙盐,一般在基质栽培中可混入基质中作为钙源的补充。4硫酸亚铁黑矾、绿矾(Fe19-20%S12%)。工业副产品,来源广泛,价格便宜,是良好的铁源。大多数营养液配方中都是用络合铁或硫酸亚铁与络合剂(如EDTA或DTPA等)先行络合之后才使用,以保证其在营养液中维持较长时间的有效性。注意营养液的pH不要过高(7.5),否则也会因高pH而产生沉淀,导致铁有效性的降低。,5三氯化铁(Fe21%CL65%)作物对三价Fe3+的利用率较低,而且营
9、养液的pH较高时,三氯化铁易产生沉淀而降低其有效性。现较少单独使用三氯化铁作为营养液的铁源。6络合剂也称螯合剂,即凡是两个或两个以上含有孤对电子的分子或离子(即配位体)与具有空的价电子层轨道的中心离子相结合的单元结构的物质。同时具有一个成盐基团和一个成络基团与金属阳离子作用,除了有成盐作用之外还有成络作用的环状化合物称为螯合物。,其他的多价阳离子都可与络合剂形成螯合物,但不同的阳离子和不同的络合剂形成螯合物的能力不一样,其稳定性也不同。不同金属阳离子形成的螯合物的稳定性以下列顺序递增:Mg2+Ca2+Mn2+Fe2+Zn2+Cu2+Fe3+,常见的络合剂主要有以下几种:,(1)EDTA乙二胺四
10、乙酸(2)DTPA二乙酸三胺五乙酸(3)CDTA1,2环己二胺四乙酸(4)EDDHA乙二胺N,N双(邻羟苯基乙酸)(5)HEEDTA羟乙基乙二胺三乙酸,7螯合铁上述的几种络合剂都可以与铁盐形成螯合铁,但无土栽培中较常用的是乙二胺四乙酸二钠铁EDTA-2NaFe,易溶于水。有时也用乙二胺四乙酸一钠铁EDTA-NaFe。8硼酸(B17.5%)冷水中的溶解度较低,热水中较易溶解,水溶液呈微酸性,是无土栽培营养液中良好的硼源。9硼砂(B11.3%)易溶于水,是营养液中硼的良好来源。,10硫酸锰(Mn25-32%)易溶解于水中。11硫酸锌(Zn23%)是无土栽培重要的锌营养来源。12氯化锌(Zn37%)
11、由于溶解在水中会水解而生成白色氢氧化锌沉淀,故在无土栽培中较少用作锌源。13硫酸铜(Cu25%S13%)易溶于水,它是无土栽培良好的铜营养来源。14氯化铜(Cu37%)易溶于水。,三营养液浓度的表示方法和计算,(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为直接表示法。在无土栽培的营养液配制中最常用的是用一定体积的营养液含有营养元素或化合物的数量来表示其浓度。,1化合物重量升(gL,mgL):即每升(L)营养液中含有某种化合物重量的多少。这种营养液浓度的表示法又称工作浓度或操作浓度。2元素重量升(gL,mgL):指在每升营养液中某种营养元
12、素重量的多少。此方法在营养液配制时不能直接应用,因为实际称量时不能称取某种元素,要换算成化合物才能称量。可以作为不同营养液配方之间浓度的比较。Ca(NO3)2.4H2O 1.0g/L;NH4NO3 0.4g/L3摩尔升(molL):指在每升营养液中某种物质的摩尔数(mo1)。由于无土栽培营养液的浓度较低,因此,常用毫摩尔升(mmolL)来表示。,(二)间接表示法 1.电导率,电导率指单位距离溶液导电能力大小,毫西门子/厘米(ms/cm)作为配制营养液的盐类溶解于水后而电离为带正负电荷的离子,因此,营养液的浓度又称为盐度或离子浓度。营养液中的盐度不同,其导电性也不相同。营养液的电导率随着浓度的提
13、高而增加;营养液浓度较低时,其电导率也降低。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。,在无土栽培生产中为了方便营养液的管理,应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)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),园试配方各浓度梯度差的营养液电导率值,例如,山崎(1987)用园试配方的不同浓度梯度差所配制的营养液的电导率值见上表
14、。从表中的数据可以计算出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),2.渗透压(Osmosis),渗透压是指半透性膜(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。渗透压和电导率之间一个经验公式:渗透压(P,atm)=0.36EC(ms/cm),生理失水,植物根细胞的原生质膜为半透性的。根系生长在介质:当营养液的浓度低于根细胞内溶液的浓度时,营养液的水可透过根细胞的原生质膜而
15、进入根细胞;当营养液浓度高于根细胞内的溶液浓度时,根细胞中的水反而会通过原生质膜而渗透到营养液中,这个过程即为。,渗透压的单位用帕(Pa)表示。它与大气压(atm)的关系为:1atm=101325Pa渗透压的测定可以用冰点下降法、蒸汽压法和渗透计法等来进行,测定的方法很繁琐,不易进行,一般可用下列的范特荷甫稀溶液渗透压定律的溶液渗透压计算公式来进行理论计算:P=C0.0224(273+t)/273 式中 P溶液的渗透压,以大气压(atm)为单位;C溶液的浓度,以溶液中所有正负离子的总浓度来表示,以每升毫摩尔(mmolL)为单位;t 溶液的液温();0.0224范特荷甫常数;273绝对温度。,华
16、南农业大学番茄配方1个剂量的化合物及离子浓度(mmol/L),P=19.50.0224(273+25)/273=0.4768,对已知各种溶质和浓度的溶液可以采用上述方法进行测量,而溶液的浓度是未知的则不能进行测量,可以通过测定营养液的电导率值根据经验公式计算。,四.营养液的配方组成,(一)营养液配方组成的原则 均衡的营养液配方组成要遵循原则:1配方中必须含有植物生长所需的所有营养元素。2营养液配方中的各种化合物都必须是植物可以吸收的形态,也即这些化合物在水中要有较好的溶解性,同时能够被植物有效地吸收利用。,3营养液配方中的各种营养元素的数量和比例应是适宜植物正常生长所要求的,而且是生理均衡的,
17、可保证各种营养元素有效性的充分发挥和植物吸收的平衡。保证品种齐全的前提下,种类尽可能少。4营养液配方中的各种化合物在种植过程中应在营养液中较长时间地保持其有效性。,5营养液配方中的各种化合物的总浓度(盐分浓度)应是适宜植物正常生长要求的。6营养液配方中的所有化合物在植物生长过程中由于根系的选择吸收而表现出来的营养液总体生理酸碱反应是较为平稳的。,(二)营养液配方,营养液配方:在一定体积的营养液中,规定含有某些化合物种类和数量,称为。例如在1L的营养液中含有硝酸钙590mg,硝酸钾404mg,磷酸二氢钾136mg,硫酸镁246mg,硫酸亚铁139mg,乙二胺四乙酸二钠186mg,硼酸286mg,
18、硫酸锰213mg,硫酸锌022mg,硫酸铜008mg,钼酸铵002mg。这就是一种营养液配方,如果按照这个规定用量而配制出来的营养液浓度称为1个剂量;如果将上述配方中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05剂量或1/2剂量或半个剂量,其余照此类推。,两种营养液配方的比较(微量元素略),(三)营养液配方的浓度要求,1.营养液配方的盐分总浓度要求 作物种类不同,同一作物的不同品种甚至同一株植物不同的生长时期对营养液的总盐分浓度的要求也不相同。一般地,控制营养液的总盐分浓度在40/0050/00以下,对大多数作物来说都可以较正常地生长,但不同的作物对营养液的总浓度要求还是有较大差异的。
19、如果营养液的总盐分浓度超过40/0050/00以上,有些植物就会表现出不同程度的盐害。,不同植物对营养液总浓度的要求,2.配方中营养元素的用量和比例的确定,(1)营养液配方的生理平衡性 影响营养液生理平衡的因素主要是营养元素之间的相互作用。营养元素的相互作用分为两种:协助作用:即营养液中一种营养元素的存在可以 促进植物对另一种营养元素的吸收;拮抗作用:即营养液中某种营养元素存在会抑制 植物对另一种营养元素的吸收,从而使 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。,利用分析植物正常生长吸收营养元素的含量和比例确定营养液配方时要注意以下几方面问题:(1)对生长正常的植物所进行化学分
20、析的结果而确定的营养液配方是符合生理平衡的要求的。(2)由于种植季节、植物本身特性以及供应作物的营养元素的数量和形态等的不同,可能会影响到对植物的化学分析的结果,有时分析的结果可能还会有较大的不同。(3)通过化学分析确定的营养液配方中的各种营养元素的含量和比例并非严格固定的,它们可在一定的范围内变动而不致于影响植物的生长,也不会产生生理失调的症状。,ArnonHoagland以植株化学分析确定番茄营养液配方的方法,步骤1:用化学分析的方法来确定正常生长的番茄植株一生中吸收各种营养元素的数量(微量元素的吸收量较少,这里只考虑大量营养元素N、P、K、Ca、Mg、S的数量)。步骤2:将分析所得的植株
21、体内各种营养元素的数量(g株)换算成毫摩尔数(mmo1),以便确定配方的过程中进行计算。步骤3:计算出每一种营养元素吸收的数量占植株吸收的所有营养元素总量的百分比。,步骤4:通过番茄吸收消耗的水量来确定出营养液适宜的总盐分浓度为37mmol,并根据每一种营养元素占所有营养元素吸收总量的百分比计算出每一种营养元素在此总盐分浓度下所占的数量(mmo1)。步骤5:选择合适的化合物作为肥源,按照每种营养元素所占的数量来计算出选定的每种化合物的用量,这是营养液配方确定最后,也是最关键的一步。,步骤6:将确定了的各种盐类的用量从mmolL转换为用mgL来表示,即为工作营养液浓度。经过上述步骤确定出来的营养
22、液配方只是大量营养元素的用量,而微量元素的用量并不包括进去。现在除了一些作物对某些微量元素用量有特殊需要外,一般的微量元素用量可采用较为通用的配方来提供,具体的微量元素的供应问题在后面的章节中另述。,(2)营养液配方的化学平衡性,主要是指营养液配方中的有些营养元素的化合物当其离子浓度达到一定的水平时就会相互作用而形成难溶性化合物而从营养液中析出,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这些营养元素之间的相互平衡。,在溶液中是否会形成这些难溶性化合物(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
23、mol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。难溶性化合物的溶度积常数(sp)可在有关的化学手册中查得。,Sp-AxBy=Am+xBn+y,式中 Sp溶度积常数;A阳离子的摩尔数(mo1);B阴离子的摩尔数(mo1);X、Y难溶性化合物中阳离子和 阴离子的数目;m、n阳离子和阴离子的价数;AxBy难溶性化合物的分子式。,例如,Ca3(P04)2在水中会解离为Ca2+和P043-,溶度积常数为:Ca2+3P043-2=Sp-Ca3(PO4)2=210-29 根据营养液配方中的离子浓度,利用溶度积法则即可很方便地计算出该配方是否存在着产生难溶
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