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一、營養(yǎng)液配方組成的原則
一種均衡的營養(yǎng)液配方其組成要遵循以下的一些原則：
1、配方中必須含有植物生長所需的所有營養(yǎng)元素：營養(yǎng)液是無土栽培植物礦質(zhì)營養(yǎng)的主要來源，在某些基質(zhì)栽培中除了基質(zhì)供應(yīng)少量的營養(yǎng)之外，其營養(yǎng)來源主要是營養(yǎng)液提供的；而在水培中更是唯一的營養(yǎng)來源(除了少量由水源帶來的營養(yǎng)物質(zhì)之外)?，F(xiàn)已明確的植物必需的16種營養(yǎng)元素中，除了碳、氫和氧這三種營養(yǎng)元素是由空氣和水提供的之外，其余的氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、錳、鋅、銅、鉬、硼和氯這13種營養(yǎng)元素是由礦質(zhì)營養(yǎng)來提供的。有些微量元素由于植物的需要量很微小，在水源、固體基質(zhì)或肥料中已含有植物所需的數(shù)量，因此有時也不再另外加入。
2、營養(yǎng)液配方中的各種化合物都必須是植物可以吸收的形態(tài)，也即這些化合物在水中要有較好的溶解性，同時能夠被植物有效地吸收利用。一般選用的化合物大多為無機鹽類。只有少數(shù)為增加某些元素有效性而加入的絡(luò)合劑是有機物。某些營養(yǎng)液配方也選用一些其它的有機化合物，例如用酰胺態(tài)氮尿素作為氮源。不能被植物直接吸收利用的有機肥不宜作為營養(yǎng)液的肥源。
3、營養(yǎng)液配方中的各種營養(yǎng)元素的數(shù)量和比例應(yīng)是適宜植物正常生長所要求的，而且是生理均衡的，可保證各種營養(yǎng)元素有效的充分發(fā)揮和植物吸收的平衡。在進行營養(yǎng)液配方組配時，一般在保證植物必需營養(yǎng)元素品種齊全的前提下，所用的肥料種類應(yīng)盡可能地少，以防止化合物帶入植物不需要或過剩的伴隨離子或其它雜質(zhì)。
4、營養(yǎng)液配方中的各種化合物在種植過程中應(yīng)在營養(yǎng)液中較長時間地保持其有效性。不會由于營養(yǎng)液中空氣的氧化、根系的吸收以及離子間的相互作用而使其有效性在短時間內(nèi)降低。
5、營養(yǎng)液配方中的各種化合物的總濃度(鹽分濃度)應(yīng)是適宜植物正常生長要求的。不會由于濃度太低而產(chǎn)生植物的缺肥，也不會由于濃度太高而產(chǎn)生對植物的鹽害。
6、營養(yǎng)液配方中的所有化合物在植物生長過程中由于根系的選擇吸收而表現(xiàn)出來的營養(yǎng)液總體生理酸堿反應(yīng)是較為平穩(wěn)的。在一個營養(yǎng)液配方中可能有某些化合物表現(xiàn)出生理酸性或生理堿性，有時甚至其生理酸堿性表現(xiàn)得較強，但作為一個營養(yǎng)液配方中所有化合物的總體表現(xiàn)出來的生理酸堿性應(yīng)比較平穩(wěn)。
二、營養(yǎng)液配方實例
在一定體積溶液中規(guī)定含有某些化合物種類和數(shù)量稱為營養(yǎng)液配方。例如在一升的營養(yǎng)液中含有硝酸鈣590mg，硝酸鉀404mg，磷酸二氫鉀136mg，硫酸鎂246mg，硫酸亞鐵13.9mg，乙二胺四乙酸二鈉18.6 mg，硼酸2.86mg，硫酸錳2.13mg，硫酸鋅0.22mg，硫酸銅0.08mg，鉬酸銨0.02mg。這就是一種營養(yǎng)液配方(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄配方)，如果按照這個規(guī)定用量而配制出來的營養(yǎng)液濃度稱為1個劑量；如果將上述配方中的各種化合物用量減少一半所配制出來的營養(yǎng)液濃度稱為0.5劑量或1/2劑量或半個劑量，其余照此類推。
目前，世界上的無土栽培營養(yǎng)液配方很多，在有關(guān)無土栽培的論著中多數(shù)都收集了很多的配方，例如Hewitt(1966)收集了大約160種配方。有些配方經(jīng)過了幾十年的使用證明是較好的，例如Hoagland和Arnon(1938)的通用配方?，F(xiàn)以Hoagland和Arnon(1938)的通用配方和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄配方列于表3-5為例來說明營養(yǎng)液配方的化合物種類和其用量的差異。
表3-5 兩種營養(yǎng)液配方的比較(省略微量元素)
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三、營養(yǎng)液配方的濃度要求
(一) 營養(yǎng)液配方的鹽分總濃度要求
作物種類不同，同一作物的不同品種甚至同一株植物不同的生長時期對營養(yǎng)液的總鹽分濃度的要求也不相同。一般地，控制營養(yǎng)液的總鹽分濃度在4‰~5‰以下，對大多數(shù)作物來說都可以較正常地生長，但不同的作物對營養(yǎng)液的總濃度要求還是有較大差異的(表3-6)。如果營養(yǎng)液的總鹽分濃度超過4‰~5‰以上，有些植物就會表現(xiàn)出不同程度的鹽害。因此，在確定營養(yǎng)液配方的總濃度時要考慮到植物的耐鹽程度的不同而定。當(dāng)然，在確定營養(yǎng)液的總鹽害濃度時還要考慮到在較高濃度時是否會形成溶解度較低的難溶性化合物的沉淀。
表3-6 不同植物對營養(yǎng)液總濃度的要求
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(二) 配方中營養(yǎng)元素的用量和比例的確定
在進行營養(yǎng)液配方確定時，除了要首先明確種植某種作物時的總濃度之外，還需要根據(jù)所要確定的配方對植物的生理平衡性及營養(yǎng)元素之間的化學(xué)平衡性來確定配方中各種營養(yǎng)元素的比例和濃度，只有確定了之后才可以最終確定一個平衡的營養(yǎng)液配方。
1、營養(yǎng)液配方的生理平衡性
由于植物根系對營養(yǎng)元素的選擇性吸收，使得正常生長在均衡的營養(yǎng)液中的植物一生所吸收的營養(yǎng)元素的數(shù)量和比例在一個較小的范圍內(nèi)變動，當(dāng)營養(yǎng)液中的營養(yǎng)元素的比例和濃度產(chǎn)生變化時，植物吸收的數(shù)量和比例也會產(chǎn)生一些變化，有些以被動吸收為主的營養(yǎng)元素形態(tài)如NO3--N，可能會在一個較大的范圍之內(nèi)隨營養(yǎng)液中濃度的增加而增大。如果營養(yǎng)元素之間的比例和濃度超過了植物正常生長所要求的范圍，有可能會影響到其生長。
影響營養(yǎng)液生理平衡的因素主要是營養(yǎng)元素之間的相互作用。營養(yǎng)元素的相互作用分為兩種，一是協(xié)助作用，即營養(yǎng)液中一種營養(yǎng)元素的存在可以促進植物對另一種營養(yǎng)元素的吸收；一是拮抗作用，即營養(yǎng)液中某種營養(yǎng)元素的存在會抑制植物對另一種營養(yǎng)元素的吸收，從而使植物對某一種營養(yǎng)元素的吸收量減少以致出現(xiàn)生理失調(diào)的癥狀。
營養(yǎng)液中含有植物生長所需的所有必需營養(yǎng)元素，這些營養(yǎng)元素是以不同的形態(tài)存在于營養(yǎng)液之中的，因此這些不同形態(tài)的營養(yǎng)元素之間的相互關(guān)系就表現(xiàn)得很復(fù)雜。例如，營養(yǎng)液中的Ca2+、Mg2+離子能夠促進K+的吸收，陰離子如NO3-、H2PO4-和SO42-能夠促進K+、Ca2+、Mg2+等陽離子的吸收；但同時也存在著Ca2+離子對Mg2+離子吸收的拮抗作用，NH4+、H+、K+會抑制植物對Ca2+、Mg2+、Fe2+等的吸收，特別是H+對Ca2+吸收的抑制作用特別明顯，如在酸度較低時(pH值較低，即H+濃度較高)，常會出現(xiàn)Ca2+的吸收受阻而出現(xiàn)缺鈣的生理失調(diào)癥狀。而陰離子如H2PO4-、NO3-和Cl-之間也存在著不同程度的拮抗作用。
圖3-1 Steiner通用營養(yǎng)液中陰離子的相互比率
Steiner(1961)以生菜和番茄為供試作物進行了營養(yǎng)液中不同離子比例對作物生長影響的試驗。他把營養(yǎng)液的總離子濃度設(shè)為一定值，把陽離子中的K+、Ca2+、Mg2+的比例以及陰離子中的NO3-、H2PO4-、SO42-的比例以多種組合來配制營養(yǎng)液。這兩類離子中的3種離子比例分別以2個等邊三角形來表示，三角形的每一頂點代表著某種離子含量為100%，而相應(yīng)的其它離子的含量為0。當(dāng)陰離子的比例為
圖3-3 Steiner通用營養(yǎng)液中陽離子(o)與陰離子(x)的相互比率
圖中s表示的2點為Steiner通用營養(yǎng)液的組成，全部組合的總濃度控制在90.7 atm
NO3-:H2PO4-:SO42-=60:5:35(圖3-1)，陽離子比例為K+:Ca2+:Mg2+=45:35:20(圖3-2)時，作物可生長得較好。當(dāng)把這兩個三角形重疊為一個時(圖3-3)，則可發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)液中的陽離子之間和陰離子之間的比例在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)作物都可較好地生長。
圖3-2 Steiner通用營養(yǎng)液中陽離子的相互比率
圖3-4 Steiner通用營養(yǎng)液配方中陰離子之間的關(guān)系
o 陰離子的相互關(guān)系
x 為K和Ca間的相互比率，Mg為常數(shù)
* (K+Ca)和Mg間的相互比率，K:Ca為一常數(shù)
Steiner以陰離子設(shè)3種處理，而陽離子中Mg2+比例一定，設(shè)3種K+:Ca2+處理或K+:Ca2+一定，而(K++Ca2+):Mg2+設(shè)5種處理(圖3-4)。在圖3-3、4中兩點S分別表示Steiner最后確定的通用營養(yǎng)液配方中的陰離子間的比例和陽離子間的比例。而這些處理的總濃度控制在90.7atm。他在試驗中用化學(xué)分析方法研究植物體內(nèi)陰離子間和陽離子間的比例，發(fā)現(xiàn)它們與營養(yǎng)液中的比例有很大差異，這主要是由于植物有很強的選擇吸收能力所致。
Steiner以總離子濃度為0.48、0.72、1.08、1.62atm和0.18、0.36、0.72和1.08atm的營養(yǎng)液分別種植生菜和番茄。為了防止在栽培過程中由于植物吸收而造成營養(yǎng)液中組分的急劇變化，每個試驗區(qū)都加入大量的營養(yǎng)液(生菜用15L/株，番茄用35L/株)，并且在試驗過程中隨時監(jiān)測營養(yǎng)液的成分，如某種成分降低了，就及時補充，以保證在試驗過程離子間的比例保持在一個較為恒定的水平。通過分析植株的吸收比例發(fā)現(xiàn)，盡管處理中陰離子和陽離子間的比例變動較大，但生菜吸收陰離子間的比例始終在一定較小的范圍內(nèi)變化。例如，不管營養(yǎng)液中NO3-占陰離子的15%或70%，也不管Mg2+占陽離子量的64%或是營養(yǎng)液總離子濃度為0.48atm至1.62atm，生菜吸收陰離子間NO3-:H2PO4-:SO42-的比例則相對固定。番茄的試驗結(jié)果也類似。
植物對陽離子的吸收也有相似的趨勢。當(dāng)營養(yǎng)液中K+、Mg2+的比例正常，則被吸收的陽離子比例限制在一個較小的范圍內(nèi)，但當(dāng)這些離子比例差異大，番茄和生菜都以較高的比例吸收這些離子，差別也不很大?？傠x子濃度不同，對生菜吸收陽離子比例沒有影響。而番茄營養(yǎng)液總濃度不同，被吸收的陽離子的比例主要是受到K+/Ca2+的影響，也就是說，當(dāng)總離子濃度從0.18升高至1.08atm時，則所吸收的陽離子中K+的量從39%增加到49%，而Ca2+則從35%下降到28%。
生菜和番茄在選擇吸收陰、陽離子的比例上方向相反，這可能是作物種類不同，其吸收特性不同所致。也可能是受其它環(huán)境因素的影響。但從產(chǎn)量上來看，即使?fàn)I養(yǎng)液中陽離子間和陰離子間的比例有較大的差異，但對產(chǎn)量沒有過多的影響。例如生菜除了在低濃度的0.48atm的總離子濃度下，產(chǎn)量低9%之外，其它處理的產(chǎn)量沒有影響，而對番茄來說，除了營養(yǎng)液中NO3-或K+的比例很高的情況下，產(chǎn)量稍低外，其它產(chǎn)量的產(chǎn)量差異不大。
由于植物種類不同，對離子的吸收特性也有差異，它有一個較寬的陽離子間和陰離子間的吸收比例范圍，即通常所說的植物最適的離子吸收比例。它可用圖3-5表示。圖中的虛線表示植物對該元素能用最適比例吸收的生理界限，超過此界限則表示離子間的平衡就被破壞，植物就不能按固定的比例吸收；而實線則表示某種離子可存在于營養(yǎng)液中的濃度界限，超過此范圍，離子就會產(chǎn)生難溶性鹽的沉淀。例如，在總離子濃度為0.7atm和pH=6.5的條件下，SO42-的實線[P(CaSO4)線]就是Ca2+的沉淀界限，即會形成CaSO4沉淀。
圖3-5 滲透壓0.7atm和pH6.5時離子間摩爾比例的限制
P: 沉淀極限 F: 生理極限
圖3-5的陽離子和陰離子的生理界限和沉淀界限(即圖中三角形內(nèi)虛、實線的框)會隨植物種類、營養(yǎng)液總離子濃度和pH值的不同而改變。例如在0.5atm的總離子濃度時，Ca2+和SO42-的上限會提高，最適范圍變寬；反之，如果總離子濃度升高至1.0atm，Ca2+和SO42-的上限則會降低，最適范圍變窄。沉淀界限也是如此，如Ca2+的沉淀界限[P(CaSO4)線]還受pH值的影響。不同的pH值影響到磷酸根在溶液中的存在形態(tài)，它決定了是否產(chǎn)生硫酸鈣沉淀(見下文中“營養(yǎng)液的化學(xué)平衡”的內(nèi)容。
營養(yǎng)液中的營養(yǎng)元素究竟在何種比例之下或多高的濃度時會表現(xiàn)出相互之間的促進作用或拮抗作用呢？現(xiàn)在并沒有明確的答案，也沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或明確的數(shù)值。因為不同的作物種類由于其長期生長的生態(tài)環(huán)境不同，形成了其遺傳特性的差異，因此不可能確定一種千篇一律的比例和濃度。要解決這個問題，可以通過分析正常生長的植物體內(nèi)各種營養(yǎng)元素的含量及其比例，而這些結(jié)果的獲得即是反映植物對外界營養(yǎng)元素供應(yīng)的數(shù)量和比例的要求。霍格蘭(Hoagland)和阿農(nóng)(Arnon)在三十年代時就利用這種方法開展了許多深入的研究，并以此為基礎(chǔ)確定了許多的營養(yǎng)液配方，這些配方經(jīng)數(shù)十年的使用證明是行之有效的生理平衡配方
在利用分析植物正常生長吸收營養(yǎng)元素的含量和比例來確定營養(yǎng)液配方時要注意以下的幾個方面問題：
1、對生長正常的植物所進行化學(xué)分析的結(jié)果而確定的營養(yǎng)液配方是符合生理平衡的要求的。這樣確定的營養(yǎng)液配方不僅適用于某一種作物，而且可以適用于某一大類作物。但不同大類的作物之間的營養(yǎng)液配方可能有所不同，因此要根據(jù)作物大類的不同而選擇其中有代表性的作物來進行營養(yǎng)元素含量和比例的化學(xué)分析，從而確定出適用于該類作物的營養(yǎng)液配方。
2、由于種植季節(jié)不同，植物本身特性的不同以及供應(yīng)作物的營養(yǎng)元素的數(shù)量和形態(tài)等的不同，可能會影響到對植物的化學(xué)分析的結(jié)果，有時分析的結(jié)果可能還會有較大的不同。例如，硝態(tài)氮可能會由于外界供給量的增大而出現(xiàn)大量的奢侈吸收，導(dǎo)致植物體內(nèi)含量大為增加，這樣測定的結(jié)果可能并不真實地反映植物的實際需要量。3、通過化學(xué)分析確定的營養(yǎng)液配方中的各種營養(yǎng)元素的含量和比例并非嚴格固定的，它們可在一定的范圍內(nèi)變動而不致于影響植物 的生長，也不會產(chǎn)生生理失調(diào)的癥狀。這是因為植物對營養(yǎng)元素的吸收具有較強的選擇性，只要營養(yǎng)液中的各種營養(yǎng)元素的含量和比例不是嚴重地偏離植物生長所要求的范圍，植物基本上能夠通過選擇吸收其生理所需要的數(shù)量和比例。一般而言，以分析植物體內(nèi)營養(yǎng)元素含量和比例所確定的營養(yǎng)液配方中的大量營養(yǎng)元素的含量可以在一定范圍內(nèi)變動，大約變幅在±30%左右仍可保持其生理平衡。在大規(guī)模無土栽培生產(chǎn)中，不能夠隨意變動原有配方中的營養(yǎng)元素含量，必須經(jīng)過試驗證明對植物生長沒有太大的不良影響時方可以大規(guī)模地使用。除了確定正常生長的植株體內(nèi)營養(yǎng)元素的含量之外，還需要了解整個植物生命周期中吸收消耗了的水分數(shù)量，這樣才可以確定出營養(yǎng)液的總鹽分濃度。以下介紹Arnon和Hoagland通過化學(xué)分析植物體內(nèi)營養(yǎng)元素含量以及山崎通過分析正常生長的植物從營養(yǎng)液中吸收各種養(yǎng)分和水分的數(shù)量來確定生理平衡營養(yǎng)液配方的兩個例子，供參考：