無土栽培是指不用土壤而用營養液和其他設備栽培植物的方法。溶液培養(簡稱水培),是最早得到應用的一種無土栽培。早在19世紀60年代,德國科學家薩克斯就進行了溶液培養試驗。這一技術在植物營養研究,尤其在礦質元素的生理功能和化學肥料應用的研究方面起到了重要作用。溶液培養可以有效地控制提供給植物的礦質元素的種類和數量,至今仍然是植物生理學研究的一種重要手段。20世紀30年代末,美國科學家杰瑞克將這一技術應用到農作物生產中并且獲得了成功,從而為無土栽培在農業生產上的應用奠定了基礎。無土栽培的優點主要是:縮短植物的生長發育周期,克服土地上連續栽種對植物造成的不利影響,充分利用水分和養分,產品產量高、品質好、污染少等,所以,無土栽培在農業生產上具有廣闊的發展前景。
無土栽培的類型 無土栽培的類型多達數十種。按基質種類可以分為固體基質型和液體基質型。前者包括砂基培養、礫基培養、淺層石培養、巖棉培養、珍珠巖培養、木屑培養、泡沫塑料培養等。按供液供氣方式可以分為滴灌式、噴霧式、通氣式、循環供液式、淺層供液式等。不同類型的無土栽培各具特點,人們在應用時可以根據需要和可能進行選擇。
無土栽培的技術基礎 營養液的成分、濃度、配制和調節,是無土栽培的重要技術基礎。
營養液的配制 各國科學家先后研制出數百種營養液配方,其中,荷格倫特(Hoagland)營養液是一種應用比較廣泛的營養液。
荷格倫特營養液的配方如下:
1.大量元素 每升培養液中加入的毫升數
KH2PO4 1 mol 1
KNO3 1 mol 5
Ca(NO3)2 1 mol 5
MgSO4 1 mol 2
2.微量元素 每升培養液中加入的克數
H3BO3 2.86
MnCl2·4H2O 1.81
ZnSO4·7H2O 0.22
CuSO4·5H2O 0.08
H2MoO4·H2O 0.02
3.每升培養液中加入1 mL FeEDTA溶液(即乙二胺四乙酸鐵鹽溶液)。
通常應當先配出各種鹽類的濃縮液。注意避免濃縮液中出現沉淀。使用時按一定的比例加水稀釋到要求的濃度。采用循環供液時,營養液中的礦質元素被植物體吸收后,應當及時進行調節,使營養液仍舊符合原配方的要求。
營養液的特點 任何一種營養液都應當具備以下三個特點。第一,包括所有的必需的礦質元素。對某些植物還可以增加有關的元素。例如,禾本科植物的營養液中可以加入適量的Si。第二,是均衡的營養液,也就是礦質元素之間要有適宜的濃度比例。第三,具有適宜的pH范圍。
pH的控制 營養液的pH與植物對礦質元素的吸收以及生長發育都有著密切的關系。根吸收陰離子以后往往引起營養液的pH升高,根吸收陽離子以后往往引起營養液的pH降低。多數植物在pH偏低時有利于對陰離子的吸收,在pH偏高時有利于對陽離子的吸收。對于多數植物來說,pH為5～7時是適宜的。當營養液的pH超出適宜的范圍時,需要用堿液或酸液重新調整營養液的pH,或者更換營養液。
氧的調節除了水稻等少數植物以外,大多數植物對根系缺氧是十分敏感的。營養液供氧不足會影響根系的正常生長,進而影響根對礦質元素的吸收,甚至使根系腐爛死亡。一般情況下,水中氧的溶解度不高,并且隨著水溫的上升而下降。在水中氧含量低的情況下,根系吸收K 、Ca2 等礦質元素的數量就會明顯減少。可以采取營養液流動供應、營養液通氣、營養液噴霧和更新營養液等方法解決根系供氧。