无土栽培是指不用土壤而用营养液和其他设备栽培植物的方法。溶液培养(简称水培),是最早得到应用的一种无土栽培。早在19世纪60年代,德国科学家萨克斯就进行了溶液培养试验。这一技术在植物营养研究,尤其在矿质元素的生理功能和化学肥料应用的研究方面起到了重要作用。溶液培养可以有效地控制提供给植物的矿质元素的种类和数量,至今仍然是植物生理学研究的一种重要手段。20世纪30年代末,美国科学家杰瑞克将这一技术应用到农作物生产中并且获得了成功,从而为无土栽培在农业生产上的应用奠定了基础。无土栽培的优点主要是:缩短植物的生长发育周期,克服土地上连续栽种对植物造成的不利影响,充分利用水分和养分,产品产量高、品质好、污染少等,所以,无土栽培在农业生产上具有广阔的发展前景。
无土栽培的类型 无土栽培的类型多达数十种。按基质种类可以分为固体基质型和液体基质型。前者包括砂基培养、砾基培养、浅层石培养、岩棉培养、珍珠岩培养、木屑培养、泡沫塑料培养等。按供液供气方式可以分为滴灌式、喷雾式、通气式、循环供液式、浅层供液式等。不同类型的无土栽培各具特点,人们在应用时可以根据需要和可能进行选择。
无土栽培的技术基础 营养液的成分、浓度、配制和调节,是无土栽培的重要技术基础。
营养液的配制 各国科学家先后研制出数百种营养液配方,其中,荷格伦特(Hoagland)营养液是一种应用比较广泛的营养液。
荷格伦特营养液的配方如下:
1.大量元素 每升培养液中加入的毫升数
KH2PO4 1 mol 1
KNO3 1 mol 5
Ca(NO3)2 1 mol 5
MgSO4 1 mol 2
2.微量元素 每升培养液中加入的克数
H3BO3 2.86
MnCl2·4H2O 1.81
ZnSO4·7H2O 0.22
CuSO4·5H2O 0.08
H2MoO4·H2O 0.02
3.每升培养液中加入1 mL FeEDTA溶液(即乙二胺四乙酸铁盐溶液)。
通常应当先配出各种盐类的浓缩液。注意避免浓缩液中出现沉淀。使用时按一定的比例加水稀释到要求的浓度。采用循环供液时,营养液中的矿质元素被植物体吸收后,应当及时进行调节,使营养液仍旧符合原配方的要求。
营养液的特点 任何一种营养液都应当具备以下三个特点。第一,包括所有的必需的矿质元素。对某些植物还可以增加有关的元素。例如,禾本科植物的营养液中可以加入适量的Si。第二,是均衡的营养液,也就是矿质元素之间要有适宜的浓度比例。第三,具有适宜的pH范围。
pH的控制 营养液的pH与植物对矿质元素的吸收以及生长发育都有着密切的关系。根吸收阴离子以后往往引起营养液的pH升高,根吸收阳离子以后往往引起营养液的pH降低。多数植物在pH偏低时有利于对阴离子的吸收,在pH偏高时有利于对阳离子的吸收。对于多数植物来说,pH为5～7时是适宜的。当营养液的pH超出适宜的范围时,需要用碱液或酸液重新调整营养液的pH,或者更换营养液。
氧的调节除了水稻等少数植物以外,大多数植物对根系缺氧是十分敏感的。营养液供氧不足会影响根系的正常生长,进而影响根对矿质元素的吸收,甚至使根系腐烂死亡。一般情况下,水中氧的溶解度不高,并且随着水温的上升而下降。在水中氧含量低的情况下,根系吸收K 、Ca2 等矿质元素的数量就会明显减少。可以采取营养液流动供应、营养液通气、营养液喷雾和更新营养液等方法解决根系供氧。