第二章营养液.ppt

1、第二章 营养液,第一节 营养液的原料及其要求 第二节 营养液的组成 第三节 营养液配方选集 第四节 营养液的配制 第五节 营养液的管理 第六节 废液的处理和利用,营养液,营养液是将含有植物生长发育所必需的各种营养元素的化合物和少量为使某些营养元素的有效性更为长久的辅助材料，按一定的数量和比例溶解于水中所配制而成的溶液。 无论是固体基质培还是无固体基质培的无土栽培形式，都主要靠营养液来为作物生长发育提供所需的养分和水分。 营养液的配制与管理是无土栽培技术的核心。,第一节 营养液的原料及其要求,一、水 二、各种营养元素化合物 三、辅助物质-络合剂,(一)营养液的水质要求 硬度： 根据水中含有钙盐和

2、镁盐的数量可将水分为软水和硬水两大类型。硬水中的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)，而镁盐主要为氯化镁(MgCl2)、硫酸镁(MgSO4)、重碳酸镁Mg(HCO3)2和碳酸镁(MgCO3)等。而软水的这些盐类含量较低。水的硬度统一用单位体积的CaO含量来表示，即每度相当于10mg CaO/L。一般利用15以下的水进行无土栽培较好。,表2-1 水的硬度划分标准,酸碱度：pH5.58.5之间均可使用。 悬浮物： 10mg/L。 氯化钠含量： 200mg/L。 溶解氧：最好是在未使用前3mgO2/L。 氯：主要来自自来水中消毒时残存

3、于水中的余氯和进行设施消毒时所用含氯消毒剂。 重金属及有毒物质含量：不能超过规定标准。,(二)无土栽培的水源选,自来水 井水 雨水,积雨池,积雨罐,(三)无土栽培的水量,不管采用何种水源，无土栽培要求有足够的水量供配制营养液用，尤其在夏天不能缺水。例如，番茄在生长旺盛期，据测定每株每天耗水11.5L 。一般而言，如果当地的年降雨量超过1000以上，则通过收集雨水可以完全满足无土栽培生产的需要。 在实际无土栽培生产中，如果单一水源水量不足时，可以把自来水和井水、雨水、河水等混合使用，又可降低生产成本。,化合物的纯度等级,化学试剂 -保证试剂(Guaranteed Reagent, GR)，又称一

4、级试剂 -分析纯试剂(Analytic Reagent, AR)，又称二级试剂 -化学纯试剂(Chemical Pure, CP)，又称三级试剂 医药用 工业用 农业用,含氮化合物 含磷化合物 含钾化合物 含钙、镁化合物 含铁化合物 微量元素化合物,表2-2 各种营养元素化合物,表2-3 各种营养元素化合物,表2-4 各种营养元素化合物,各种营养元素化合物的生理酸碱性,碱金属或碱土金属的硝酸盐为氮源的均会表现出生理碱性，其中，硝酸钠最强，硝酸钾和硝酸钙次之。 铵态氮作为氮源时，都表现出生理酸性，使得介质的PH下降。氯化铵和硫酸铵最强，硝酸铵稍弱。 尿素在根系的脲酶作用下，转换为碳酸铵，表现出生

5、理酸性，也可使营养液的PH降至3.44.0 。 钾盐：硝酸钾-生理碱性，硫酸钾-生理酸性，磷酸二氢钾-不明显。 磷酸盐的生理酸碱性反应不强烈，而且对于溶液PH变化有一定的缓冲能力。,常见的螯合剂,乙二胺四乙酸（EDTA），292.25 二乙酸三胺五乙酸（DTPA）, 393.20 1,2-环己二胺四乙酸（CDTA）, 346.34 乙二胺N, N双邻羟苯基乙酸 (EDDHA), 360 羟乙基乙二胺三乙酸（HEEDTA）, 278.26,无土栽培中较常用的络合剂,EDTA-2NaFe , 390.04, 黄色结晶粉末 EDTA-NaFe , 367.05, 黄色结晶粉末,第二节 营养液的组成,

6、一、营养液浓度的表示方法 二、营养液的组成原则和确定方法,营养液浓度是指在一定重量或一 定体积的营养液中，所含有的营养元 素或其化合物的量。无土栽培营养液 常用一定体积的溶液中含有多少营养 元素或其化合物的量来表示其浓度。,（一）直接表示方法,化合物重量/升（g/L，mg/L） 即每升营养液中含有某种化合物的重量（g，mg）-工作浓度或操作浓度。 元素重量/升（g / L，mg / L） 即每升营养液中含有某种营养元素的重量（mg）。 摩尔/升（mol / L ） 即每升营养液中含有某种物质的摩尔数。某物质可以是元素、分子或离子。由于营养液浓度都是很稀的，因此常用毫摩尔/升（mmol/L ）来

7、表示浓度。,（二）间接表示方法,1.渗透压（Pa ）：溶液的渗透压大小，可用渗透计法、蒸汽压法、冰点下降法等进行测量，但无土栽培的营养液的渗透压值一般用下面的理论公式来计算。 P = C 0.0224 (273+t)/273 1.01325 105 P-溶液的渗透压，以帕（Pa）为单位； C-溶液的浓度，即每升溶液中正负离子的总浓度（mmol/L）； t使用时溶液的温度（）； 式中0.0224是范特荷甫常数，273是绝对温度和摄氏温度的换算常数，1.01325 105 Pa=1标准大气压(atm)。,2.电导率（EC）： 指单位距离的溶液其导电能力的大小，国际上它常以毫西门子/厘米（mS/cm

8、） 或微西门子/厘米（S/cm）来表示，日本等国也有用dS/m来表示，它们的关系是：1mS/cm=1dS/m=1000S/cm 在一定浓度范围内，溶液的含盐量与电导率呈密切的正相关，含盐量愈高，溶液的电导率愈大，渗透压也愈大。所以，电导率能反映溶液中盐分含量的高低，也能反映溶液的渗透压。 电导率用电导率仪测定。,电导率值（EC）和营养液浓度（ S）的关系：EC = a + b S (a、b为直线回归系数) ，它们之间的回归方程，必须根据具体营养液配方和地区自行测定予以配置专用的线性回归关系。 电导率与渗透压之间的关系：可用经验公式：P（Pa）=0.36105EC（mS/cm）来表达。换算系数不

9、是一个严格的理论值，它是多次测定值的平均数。它是近似值，可作估计用。 电导率与总含盐量的关系：可用经验公式：营养液的总盐分（ g/L ）=1.0 * EC（mS/cm）来表达。换算系数1.0也是近似值。,（一）营养液的组成原则,营养液中必须含有植物生长所必需的全部营养元素。 （齐全） 营养液中的各种化合物都必须以植物可以吸收的形态存在。（可利用） 营养液中的各种营养元素的数量和比例应符合植物正常生长的要求，而且是生理均衡的，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。 （合理）,营养液中的各种化合物在种植过程中， 能在营养液中较长时间地保持其有效性。 （有效） 营养液中各种化合物组成的

10、总盐分浓度及其酸碱度应是适宜植物正常生长要求的。 （适宜） 营养液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。（稳定）,（二）确定营养液组成的方法 1.营养液的总盐分浓度的确定,根据不同作物种类、不同品种、不同生育期在不同气候条件下对营养液含盐量的要求，来大体确定营养液的总盐分浓度。一般控制在0.4%-0.5%以下。 不同作物对营养液总盐分浓度的要求差异很大，如番茄、甘蓝、康乃馨要求0.2%-0.3%,草莓、郁金香要求0.15%-0.2%。,表2-5 营养液总浓度范围,2.营养液中各种营养元素的用量和比例确定,（1）生理平衡 能够满足植物按其

11、生长发育要求吸收到一切所需的营养元素，又不会影响到其正常生长发育的营养液，它是生理平衡的营养液。 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。一是协助作用；二是颉颃作用。,营养液中的营养元素适宜的比例或浓度的确定：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。 Hoagland和Arnon以此为原则确定营养液配方。,例一：Arnon-Hoagland以植株化学分析确定番茄营养液配方的方法 例二：山崎肯哉根据植物吸收营养液中的养分和水的比值来确定营养液配方的方法：,（2）化学平衡,这里所指的营养液配方的化学平衡主要是指营养液配方中的有些营养元素的化

12、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。 在植物所必需的16种营养元素之间，Ca2+、Mg2+、Fe3+等阳离子和PO43-、SO42-、OH-等阴离子之间在一定的条件下会形成溶解度很低的难溶性化合物沉淀，例如CaSO4、Ca3(PO4)2、FePO4、Fe(OH)3、Mg(OH)2等。 几乎所有平衡的营养液配方中都存在着产生沉淀的可能性。是否会形成这些难溶性化合物，可以根据溶度积法则来确定。,Sp-AxBy=Am+xBn-y 式中：Sp溶度积常数 A阳离子的摩尔数（mo

13、l） B阴离子的摩尔数（mol） 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，CaSO4在水中会解离为Ca2+和SO42-，CaSO4的溶度积常数为： Ca2+ SO42- =Sp- CaSO4=9.110-6,这些沉淀的产生与阴阳离子的浓度有关， 而有些阴离子如PO43- 、OH-的浓度高低与溶 液的酸碱度又有很大的关系。因此要避免在营 养液中产生难溶性化合物就要 适当降低阴阳离子浓度的方法来解决。 通过适当降低溶液的pH值使得某些阴离子的 浓度降低的方法。,3.营养液氮源的选择 植物根系一般以吸收硝态氮和铵态氮为主，在各自最适条

14、件下吸收速率都很快，而且吸收到体内两种氮源都可迅速被同化为氨基酸和蛋白质，在生理上具有同等功能。 两种氮源的盐类化合物所伴随的性质主要区别在于各自所产生的生理酸碱性及其离子的特性上。铵态氮源都是生理酸性盐，硝态氮源除硝铵外都是生理碱性盐。,铵态氮源都是生理酸性的，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。 同时，过多的H+和NH4+是一价阳离子，对二价离子具有颉颃作用，尤其

15、对Ca2+和Mg2+的吸收具有明显的抑制作用，所以使用铵盐化合物作氮源时易出现缺钙和缺镁导致作物生长不良，甚至伤害根系，出现根系腐烂现象。,硝态氮源除NH4NO3 外，NaNO3 、Ca(NO3)2 、 KNO3等都是生理碱性盐，植物根系优先选择吸收NO3-，而相对地把Na+、Ca2+、K+等阳离子剩余在营养液中，同时根系向营养液中分泌出OH- ，使得根际介质的pH上升，造成一些营养元素如Fe、 Mg和Mn在高pH下产生沉淀而失效，使植株出现缺铁和缺镁症状,一般情况下，硝酸盐所造成的生理碱性比较弱、变化缓慢，植物根系本身可以短时间忍耐和抵抗，而且人工调节和控制比较容易，植物吸收较多的NO3-时

16、也不会造成伤害； 铵盐所造成的生理酸性比较强、变化迅速，人工控制十分困难，植物根系难以适应、很难抵抗，且植物吸收NH4+过多时易出现中毒现象。 所以利用硝态氮作为氮源较为安全，易于管理。这也是营养液配方中常采用硝态氮作为主要氮源的原因。 植物有“喜铵植物”和“喜硝植物”之分，但大多数作物一般以硝态氮作为氮源时生长较好。,用硝酸盐作为氮源时，由于植物对NO3-N普遍存在着“奢侈吸收”的问题即吸收进入植物体内的NO3-N数量远远超过其生理活动所需的数量。这就会使得许多植物特别时绿叶类和根茎类蔬菜类作物的硝酸盐含量大大超过WHO/FAO的容许标准(432mg/Kg，鲜重)，从而影响到人体的健康。如何

17、降低产品的硝酸盐含量的问题，近年来越来越受到人们的关注。,控制作物体内硝酸盐含量可采取下列的一些措施： 加强栽培管理，促进硝态氮代谢 。 利用多种氮源，控制硝酸盐的含量。 采收前断氮，降低产品中硝酸盐的含量。,4.营养液的pH (1)营养液pH的变化 营养液的pH在栽培作物过程中会发生一系列的变化，主要决定于以下三方面的原因。 营养液中生理酸性盐和生理碱性盐用量及其比例，其中又以氮源和钾源类化合物所引起的生理酸碱性变化最大。 每株植物占有营养液量的大小，盐类化合物的生理酸碱性是由于植物根系对营养液中不同离子间的选择性吸收引起的，由此而产生的pH的变化需要一定的过程。 营养液的更换速率，营养液p

18、H变化的幅度随着营养液使用时间的延长而加大，通过营养液的更换可以减轻pH变化的幅度和延缓其变化的速度。,(2)营养液的pH值对植物生长的影响 直接影响： pH过高或过低(一般在49外)都会伤害植物的根系； 间接影响：使营养液中的营养元素有效性降低以至失效 一般将营养液的pH控制在5.56.5范围。,(3)营养液PH的控制 酸碱中和的方法(治标)：在种植过程中发现营养液的pH值偏离了植物生长要求的合适pH范围之外，可用稀酸或稀碱溶液来中和营养液，使其pH值回复到合适的水平(具体方法见“营养液管理”一节)。 调整营养液配方的方法(治本)：通过调整营养液配方中所使用的生理酸性盐和生理碱性盐的种类、用

19、量和相互之间的比例，使得营养液在种植作物的过程中其本身的酸碱度的变化可以稳定在一个适宜作物生长的范围之内。,第三节 营养液配方选集 营养液配方:在一定体积的营养液中，规 定含有各种必需营养元素盐类的数量。,第四节 营养液的配置,一、营养液配方的调整 二、营养液配制的原则 三、营养液配制的技术,（一）水和原料的纯度 按营养液配方计算用量时扣除水中已含的量。 大量元素化合物大多使用工业原料或农用肥料，常含有其他杂质，配制时必须按实际含量来进行营养液配方的调整计算。 微量元素化合物常用纯度较高的化学试剂，且实际用量较少，不必考虑和计算杂质量，可按纯品直接称取。,（二）作物种类和生育时期 植物营养学研

20、究表明，不同作物对各种营养元素及其比例要求不同，既是同一作物不同的生长发育时期对各种营养元素的比例和浓度也要求各异（表2-7）。 在实际生产中，应根据作物各个生育时期的要求来适当调整营养液的配方和浓度。 蔡向元等研究指出，番茄在长期栽培过程中可分为七个生长发育时期，各个时期的营养液配方调整如（表2-8）。,表2-7 蔬菜作物不同生长发育时期对营养液EC的要求(单位：mS/cm ),表2-8 番茄不同生长发育阶段营养成 分的增减(单位：mmolL-1 ）,（三）栽培方式,无土栽培主要分为水培和基质培，对营养液组成的稳定性影响较大的是基质培。 因为基质种类较多，如有机基质、无机基质和混合基质，其理

21、化性质差异较大，所以根据不同的基质类型，按其理化性质不同对营养液配方进行不同的调节，并进一步试种确定。,总的原则是确保在配制后存放和使用营养液时都不会产生难溶性化合物的沉淀。 每一种营养液配方都潜伏着产生难溶性物质沉淀的可能性，因为每种配方中都含有相互之间会产生难溶性物质的盐类。,（一）营养液的配置方法 配制营养液一般配制浓缩贮备液（母 液）和工作营养液（栽培营养液）两种。,1.母液的配置 为防止产生沉淀，把相互之间不会产生沉淀的化合物放在一起溶解。 A母液，以钙盐为中心，凡不与钙作用而产生沉淀的化合物均可放置在一起溶解。一般包括Ca(NO3)2、KNO3，浓缩100 200倍。 B母液，以磷

22、酸盐为中心，凡不与磷酸根产生沉淀的化合物都可在一起溶解。一般包括NH4H2PO4 、MgSO4 ，浓缩100 200倍。 C母液，是由铁和微量元素合在一起配制而成的，由于微量元素的用量少，因此其浓缩倍数可以较高，可配制成1000 3000倍液。,配制浓缩贮备液的步骤： 按照要配制的浓缩贮备液的体积和浓缩倍数计算出配方中各种化合物的用量，依次正确称取A母液和B母液中的各种化合物称量，分别放在各自的贮液容器中，肥料一种一种加入，必须充分搅拌，且要等前一种肥料充分溶解后才能加入第二种肥料，待全部溶解后加水至所需配制的体积，搅拌均匀即可。 在配制C母液时，先量取所需配制体积2/3的清水，分为两份，分别

23、放入两个容器中，称取FeSO47H2O和EDTA-2Na分别加入这两个容器中，搅拌溶解后，将溶有FeSO47H2O的溶液缓慢倒入EDTA-2Na溶液中，边加边搅拌；然后称取C母液所需的其他各种微量元素化合物，分别放在小的容器中溶解（硼酸要在热水浴中溶解），再分别缓慢地倒入已溶解了FeSO47H2O和EDTA-2Na的溶液中，边加边搅拌，最后加清水至所需配制的体积，搅拌均匀即可。,营养液肥料罐,电脑配肥系统,配制营养液设备及贮液罐(山西农大),2.工作营养液的配制,利用母液稀释为工作营养液时，在加入各种母液的过程中，也要防止沉淀的出现。 配制步骤为：应在贮液池中放入大约需要配制体积的1/2 2/

24、3的清水，量取所需A母液的用量倒入，开启水泵循环流动或搅拌器使其扩散均匀，然后再量取B母液的用量，缓慢地将其倒入贮液池中的清水入口处，让水源冲稀B母液后带入贮液池中开启水泵将其循环或搅拌均匀，此过程所加的水量以达到总液量的80%为度。最后量取C母液，按照B母液的加入方法加入贮液池中，经水泵循环流动或搅拌均匀即完成工作营养液的配制。,（二）营养液配制的操作规程,营养液原料的计算过程和最后结果要多次核对，确保准确无误。 称取各种原料时，要反复核对称取数量的准确性，并保证所称取的原料名称相符，切勿张冠李戴。特别是在称取外观上相似的化合物时更应注意。 各种原料在分别称好之后，一起放到配制场地规定的位置

25、上，最后核查无遗漏，才可动手配制。切勿在用料未到齐的情况下匆忙动手操作。 建立严格的记录档案，将配制的各种原料、配制日期和配制人员详细记录下来，以备查验。,（三）注意事项 为了防止母液产生沉淀，在长时间贮存时，一般可加硝酸或硫酸将其酸化至pH34 ，同时应将配制好的浓缩母液置于阴凉避光处保存，C母液最好用深色容器贮存。 在直接称量营养元素化合物配制工作营养液时，在贮液池中加入钙盐及不与钙盐产生沉淀的盐类之后，不要立即加入磷酸盐及不与磷酸盐产生沉淀的其他化合物，而应在水泵循环大约30min或更长时间之后再加入。加入微量元素化合物时也要注意，不应在加入大量营养元素之后立即加入。 在配制工作营养液时

26、，如果发现有少量的沉淀产生，就应延长水泵循环流动的时间以使产生的沉淀溶解。,第五节 营养液的管理,一、营养液的浓度 二、营养液的酸碱度 三、营养液的溶存氧 四、营养液的液温 五、营养液的更换,水分的补充：应以不影响营养液的正常循环流动为准，一般应每天进行。一天要补充的水分，视作物蒸腾耗水的多少和营养液本身蒸发的多少来确定 。 养分的补充：是否补充以及补充数量的多少，要根据在种植系统中补充了水分之后营养液的电导率或各种营养元素含量的实测值来确定。但除了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定和调节，大都根据EC进行调节控制。,营养液的EC究竟如何确定呢？ 不同作物对营

27、养液的浓度要求不同，这与作物的耐肥性有关。绝大多数作物适宜的EC范围为0.5-3.0mS/cm,最高不超过4.0mS/cm。 同一种作物营养液的浓度管理，要求根据生育阶段和气候条件不同而改变，这对果菜类的高产优质非常重要。 无土栽培的方式不同，营养液的浓度管理也不同。 另外，不同配方，1个剂量营养液的EC相差很远。如番茄的配方中，美国的A-H配方比日本的山崎配方总盐分浓度高出1倍多。,在实际生产过程中最好是选用一些生理酸碱性变化较平稳的营养液配方，以减少调节pH的次数。 每株植物所占有营养液体积的大小也影响到营养液的pH 变化。体积越大，变化幅度也就越小；反之亦然。 营养液的更换频率也影响其p

28、H 的变化。更换频率越高，则营养液可经常保持在一个较小的pH 变化幅度内，但在生产中此法很不经济，而且费时费力。在生产中，主要是通过酸碱中和的方法，使其回复到合适的水平。,实际生产中如何调控营养液的PH？ 当pH 上升时，可用稀硫酸或稀硝酸溶液来中和。生产中根据实际情况如作物种类等来考虑用何种酸为好。进行营养液pH 的调节时，不能用pH 理论计算值来确定中和的用酸量，必须用实际滴定曲线的办法来确定用酸量。当pH 下降时，可用稀碱溶液如NaOH或KOH来中和。用KOH好，带入营养液中的可被作物吸收利用，只是价格较昂贵。在生产中仍常用NaOH来中和营养液的酸性。 一般每周一次用13mmol/L的浓度进行营养液酸碱度的调节。,植物根系氧的来源： 1) 通过吸收溶解于营养液中的溶存氧 来获得。 2) 通过植物体内的氧气输导组织由地 上部向根系的输送来获得。但只有沼 泽性植物和耐淹的旱地植物才具备这 一功能。,(一) 营养液中的溶存氧浓度 营养液中的溶存氧：是指在一定温度、一定 大气压力条件下单位体积营养液中溶解的氧 气(O2)的数量，以O2mg/L来表示。 氧气饱和溶解度：指在一定温度和一定压力 条件下单位营养液中溶解的氧气达到饱和时 的溶存氧含量。 测定方法：溶氧仪，化学滴定法,影响因素：