无土栽培营养液 原理、配制、管理 上海孙桥农业技术有限公司.

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1 无土栽培营养液 原理、配制、管理 上海孙桥农业技术有限公司

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3 第一节 原料及其性质 一.水的性质要求 1. 水 自来水 的 井水 2. 水 硬度:<150较好 质 酸碱度:pH=5.5~8.5
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:Cl<0.3mg/L 重金属及其它有害元素

4 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＝ CaO 10mg /L

5 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
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) mg/L 镉(Cd) mg/L 硒(Se) mg/L 砷(As) mg/L 铬(Cr) mg/L 铅(Pb) mg/L 铜(Cu) mg/L 锌(Zn) mg/L 铁(Fe) mg/L 氟(F) mg/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

6 二.营养元素化合物及辅助原料的性质及要求 表3 化合物的分级及选用 分 级 用 途 说 明 备注 化学试剂 严格试验 杂质极少
表3 化合物的分级及选用 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 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 农用化合物 生产首选

7 第二节 营养液的组成 一.组成原则与配方实例 (一) 组成原则 1.营养液必须含有植物所需的全部营养元素；
第二节 营养液的组成 一.组成原则与配方实例 (一) 组成原则 1.营养液必须含有植物所需的全部营养元素； 2.各种化合物必须是植物根部可以吸收的形态； 3.各种化合物的数量及比例应符合植物生长的要求； 4.营养液中无机盐类构成的总盐分浓度及酸碱反应是 符合植物生长要求的； 5.组成营养液的各种化合物，在栽培过程中应在较长的时期内保持其有效性； 6.营养液中化合物的总体，在被吸收过程中造成的生理酸碱反应是较平稳的。

8 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)2.4H2O Ca2+ 3×10-3 ； NO3- 6×10-3 KNO K+ 10 ×10-3 ； NO3- 6×10-3 NH4H2PO NH4+ 2×10-3 ； H2PO4- 2×10-3 MgSO4.7H2O Mg2+ 2×10-3 ； SO42- 2×10-3 FeSO4.7H2O Fe2+ 5×10-5 ； SO42- 5×10-5

9 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

10 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， 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

11 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。
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。

12 例如：一个配方的氮源是以Ca(NO3)2·4H2O 1. 0g/L来提供的，而另一配方的氮源是以NH4NO3 0
例如：一个配方的氮源是以Ca(NO3)2·4H2O 1.0g/L来提供的，而另一配方的氮源是以NH4NO3 0.4g/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/L Ca(NO3)2.4H2O提供的N为118.7mg/L，而0.4mg/L NH4NO3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。

13 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、离子量或原子量相乘，即可得知该物质的用量。

14 (二) 间接表示法 1. 电导率 (Electric Conductivity，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。

15 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)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)

16 例如： 电导率与营养液浓度之间的线性回归方程为： EC= S (r(10)=0.9994)

17 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
表5 营养液总浓度范围 表述单位 最 低 适 中 最 高 渗透压(atm) 正负离子合计数 (mmol/L) 电导率(ms/cm) 总盐分含量(g/L) 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。

18 不同作物对营养液的总浓度要求有较大差异，如：
表 8 不同植物对营养液总浓度的要求 总浓度 ( ‰ ) 1 1.5 ~ 2 3 适 杜 鹃 花 鸢 尾 昙 甜 瓜 番 茄 宜 仙 人 掌 水 葱 头 黄 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 郁金香 唐菖蒲 物 芥 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。

19 (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/Kg DW) (mg/Kg DW) 植物体内矿质元素的含量

20 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。

21 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

22 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。

23 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。

24 (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-]=6×10-6< Sp-CaSO4=9.1×10-6 即说明A-H配方中不会产生CaSO4沉淀。

25 A-H配方配制的营养液在pH=6.0时会产生CaHPO4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。

26 可见肯定会造成FePO4的沉淀而致使作物出现缺铁症状。
(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。

27 (4) Ca、Mg形成氢氧化物沉淀的可能性 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。
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。

28 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。

29 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。
(二) 营养液配方常用的氮源 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。

30 直叶生菜 硝态氮配方 铵态氮配方 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。

31 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OH-，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

32 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+]。

33 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-。
作为计算的标准。

34 [H+]、[OH-]、pH、pOH与溶液酸、碱性的关系：
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。 因为：[H+][OH-]=1× 所以： pH＋pOH＝14 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：[H+]＜10-7mol/L，即[H+]＜[OH-]，pH＞7

35 (二) 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 4－9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 不同作物的最适pH值范围有所不同。 一般将营养液的pH控制在5.5～6.5范围。

36 表3－14 几种作物的最适pH值范围 作物 最适pH值 苜蓿 7.2~8.0 大豆 6.5~7.5 燕麦 5.0~7.5 甜菜
7.0~7.5 豌豆 6.0~7.0 荞麦 4.7~7.5 大麻 6.7~7.4 菜豆 6.4~7.1 萝卜 5.0~7.3 白菜 6.5~7.4 三叶草 胡萝卜 5.6~7.0 黄瓜 6.4~7.5 棉花 6.5~7.3 番茄 5.0~8.0 洋葱 莴苣 亚麻 5.5~6.5 小麦 6.3~7.5 向日葵 6.0~6.8 马铃薯 4.5~6.3 大麦 6.0~7.5 粟 5.5~7.5 茶 4.0~5.5 玉米 黑麦 5.0~7.7 蕹菜 3.0~6.6

37 (三) 营养液的酸碱度变化 主要受以下因素的影响：
营养液中生理酸性盐和生理碱性盐的用量和比例 其中以氮源和钾源的化合物所引起的生理酸碱性变化最大。 每株植物所占有营养液体积的大小 营养液的更换频率 通过营养液的更换可以减轻pH值变化的强度和延缓其变化的速度。但在生产中使用不经济且费时费力。只有在进行严格的科学试验时才会用到这种方法。 配制营养液的水质 如果使用硬水来配制营养液，其pH值在栽培过程中会升高，这可通过适当调整配方中的Ca2+、Mg2+用量以及用稀酸液中和的方法来进行控制。

38 (四) 营养液pH值的控制 1. 酸碱中和的方法 (治标) 营养液管理的内容 2. 调整营养液配方的方法 (治本)

39 六. 营养液的铁源 无机铁盐：最早使用，但易氧化，也易产生 沉淀； 有机酸铁：如柠檬酸铁、酒石酸铁，稳定性 较差；
无机铁盐：最早使用，但易氧化，也易产生 沉淀； 有机酸铁：如柠檬酸铁、酒石酸铁，稳定性 较差； 螯合铁：效果很好，最常用的螯合剂是 EDTA。产品有NaFe-EDTA和 Na2Fe-EDTA。

40 七. 微量元素的供给 八.营养液的有机营养 通常是指B、Mn、Zn、Cu、Mo五种，它们在营养液中供给的浓度范围较狭小。
营养液中不需加入有机物质。有机螯合剂的作用是保护铁的有效性。

41 表3－15 微量元素使用的浓度范围及推荐用量 微量元素 使用范围 （元素mg/l） 推荐用量 铁 1.4～5.6 2.8～5.6 硼 0.1～1.0 0.5 锰 锌 0.02～0.2 0.05 铜 0.01～0.1 0.02 钼 0.01

42 第三节 营养液的配制技术 一. 营养液配制的原则 注意：任何营养液配方都有产生沉淀的可能性！
第三节 营养液的配制技术 一. 营养液配制的原则 营养液配制的原则：避免沉淀的产生。即确保在配制和使用营养液时不会产生难溶性化合物的沉淀。 注意：任何营养液配方都有产生沉淀的可能性！

43 二.营养液的配制技术 (一) 原料及水的纯度计算 1. 原料
配制营养液的原料大多使用工业原料或农用肥料，常含有吸湿水和其它杂质，纯度较低，因此，在配制时要按实际含量来计算。

44 2. 水 在软水地区，水中的化合物含量较低，只要是符合前述的水质要求，可直接使用；
在硬水地区，应根据硬水中所含Ca2+、Mg2+数量的多少，将它们从配方中扣除，减少了的氮可用硝酸(HNO3)来补充，加入的硝酸不仅起到补充氮源的作用，而且可以中和硬水的碱性。 另外，通过测定硬水中各种微量元素的含量，与营养液配方中的各种微量元素用量比较，如果水中的某种微量元素含量较高，在配制营养液时可不加入，而不足的则要补充。 在软水地区，水中的化合物含量较低，只要是符合前述的水质要求，可直接使用；

45 (二)营养液的配制方法 浓缩营养液 (母液) ① 配制 ① ② 工作营养液 (栽培营养液)

46 1. 浓缩营养液(母液)稀释法 首先把相互之间不会产生沉淀的化合物分别配制成浓缩营养液，然后根据浓缩营养液的浓缩倍数稀释成工作营养液。
(1) 浓缩营养液的配制 浓缩倍数：根据配方中各种化合物的用量及其溶解度来确定。大量元素一般可配制成浓缩100、200、250或500倍液；微量元素由于其用量少，可配制成500或1000倍液。

47 化合物分类：把相互之间不会产生沉淀的化合物放在一起溶解。我们将一个配方的各种化合物分为不产生沉淀的2类，分两个小包装：
A肥——以钙盐为中心，凡不与钙盐产生沉淀的化合物均可放置在一起溶解； B肥——以磷酸盐为中心，凡不与磷酸盐产生沉淀的化合物可放置在一起溶解； 同时将微量元素放在一起溶解。

48 (2) 浓缩液稀释为工作营养液 容 器 水 A肥 A肥浓缩液 加入 加入 50％水 不断循环 或搅拌 H2O 加水至 配制体积 B肥浓缩液

49 （步骤2） （步骤1） （步骤5） （步骤3） 2. 直接称量配制法——大规模生产常用 A 肥 缓慢 加入 加入总量 60－70％水
缓慢 加入 加入总量 60－70％水 （步骤1） 不断循环 H2O ­­­­­­­­­­­­ 加水至配制体 积,循环均匀 （步骤5） B 肥 （步骤3） 缓慢 加入

50 配制方法的选择： 据生产上的操作方便与否来决定，有时可将两种方法配合使用。
配制方法的选择： 据生产上的操作方便与否来决定，有时可将两种方法配合使用。 例如，配制工作营养液的大量营养元素时采用①直接称量配制法，而微量营养元素的加入可采用②先配制浓缩营养液再稀释为工作营养液的方法。

51 三. 营养液配制的注意事项 营养液原料的计算过程和最后结果要反复核对,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,并保证所称取的原料名实相符。特别是在称取外观上相似的化合物时更应注意； 已经称量的各种原料在分别称好之后要进行最后一次复核，以确定配制营养液的各种原料没有错漏； 建立严格的记录档案，将配制的各种原料用量、配制日期和配制人员详细记录下来，以备查验。

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