歡迎來到麗水錦繡農業科技有限公司官網!

全國免費銷售熱線:18606783887

聯系我們
全國咨詢熱線:18606783887
麗水錦繡農業科技有限公司
地  址:麗水市蓮都區城北街368號綠谷信息產業園2號樓301-3室
手  機:張經理18606783887
電  話:0578-2074068
傳  真:0578-2074068
郵  箱:[email protected]

一種新型栽培模式----氣霧培的研究

一種新型栽培模式----氣霧培的研究

一種新型栽培模式----氣霧培的研究

摘要

      研究分析了當前農業生產中各種栽培模式對植物生長的影響,提出了根域環境控制最優化以實現植物快速生長的理論基礎,并就各種栽培模式的生長限制因子進行分析,形成了以氣霧培為核心的植物快速生長栽培模式,闡明了氣霧培對植物生長發育潛力發揮所起的關鍵作用,開發了用于生產與科研的各種氣霧培栽培系統,并與計算機控制技術結合實現了氣霧培環境模擬控制的最優化精確化,達到植物生長潛力的最大化發揮,為巨型植物栽培與氣霧培植物工廠的建立提供了理論基礎與技術支撐,最后綜合展望了該技術廣闊的運用前景與發展空間。

關鍵詞

      栽培模式、根域環境、氣霧培、氧氣、計算機控制、傳感器、生長模式、營養液、無土栽培
引言

      農業生產上一切生產技術措施都是為了讓經濟植物長得更快更好,以求獲取更高的產量與更優的品質與最佳的效益。土壤是植物生存生長的主要場所,是生物進化過程賴以生存的是基本條件。所以在傳統農業生產中,把對土壤的研究作為一個重要的課題,通過對土壤結構、類型、礦質元素、微生物發育、有機質含量、耕作方法等的研究, 以圖為經濟植物的生長發育創造最佳根域環境,從而制定改良與培肥地力的技術措施,為此專門成立了土肥專業,就是研究土壤肥力與作物生長關系的學科。在外界氣候條件一定的情況下,植物的生長發育好壞主要由植物的根域環境所決定,一種良好的土壤耕作制度都能使作物的產量與質量獲得大幅度提高。所以土壤耕作是傳統農業生產中最為重要且管理投入勞動力成本最大的技術環節,一切農業技術措施的制定中都有必不可少的肥水管理與土壤改良方面的操作。為了保持良好的土壤結構與肥水,需施入大量的有機物,為了促進植物的階段性發育需進行定期追肥管理,為了保持良好的疏松通氣性,又需進行中耕除草,為了提高抗旱性又需進行覆膜保墑,為了防止水澇還需設計好科學的排水系統,這些組成了農業勞動力及成本投入的主要部份,那么有沒有一種耕作制度使根域環境的管理簡易化呢?隨著科技的發展出現了水培與基質培等無土栽培技術,這些采用人工基質或者利用水培營養液作為根域環境創造的載體,使根系離開了土壤,使管理的對象從土壤變成營養液與基質的管理,這可使田間操作的工作量大大減輕,勞動效率得以大幅度的提高。這些耕作制度在發達國家已成為農業生產中瓜果蔬菜栽培的主要技術而被廣泛推廣運用。但不管哪種技術都存在著優缺點,如土壤栽培存在培肥與改良問題,基質培存在營養液的科學滴灌問題,水培存在如何提高水中溶氧以防爛根的問題。那么還有沒有一種技術可以完全不受上述因子的困擾而形成一種更先進的新型耕作制度呢?這就是氣霧耕作制度的產生。氣霧耕也叫氣霧培,它是讓植物的根系離開了基質與水,而讓其生長在營養氣霧環境中的一種新型栽培技術,它具有比其它任何一種耕作方法生長更快,管理更方便,投工更小的特點,它將成為未來農業生產中的一種重要栽培方式[1]。

模式探索比品種選育或技術措施的研究更重要

      植物在生長過程中,根系環境及氣候環境是它生長中最重要的的兩個環境,其中氣候環境如光照溫度及濕度為植物枝葉的光合作用創造條件,根系環境為植物根系吸收營養及水份創造條件,這些環境因子的適宜與否將直接影響到光合速率與吸收營養和水份的速度。只有光合作用處于高效狀態,根系處于最快速吸收營養及水份的條件下,植物方可表現出快速生長和超常規產量的形成[2]。這兩方面的因子在自然狀況下大多是由外界的氣候條件及人為的土肥水管理而決定,而要實現這兩者環境的最優化,在土壤栽培的自然環境下難以實現。但同一品種的植物在不同的環境下表現卻有極大的不同,在常規模式且環境相同的條件下,它的生長特性及產量狀況是基本穩定的,不會有太大影響與波動。但隨著現代農業技術的不斷發展,研究植物品種特性應該從傳統觀念及模式中跳出來,從土壤環境到水環境與氣環境,從自然環境到設施環境到植物工廠,不同的環境下植物都表現為不同的生長發育特性,都表現的不同的形態特征,及不同的生物量或產量。這些變化都是基于根域環境及氣候環境的變化而造成的。特別是根域環境的變化,對產量的影響是最大的,從土壤栽培到無土基質培再到水培與氣培,每次根域環境上的技術變革都導致植物產量與質量發生跨越式的飛躍,如營養液水培比土壤栽培生長要快,而氣霧培又比水培植物生長要快,據研究表明,大多數品種速度可增快3-5倍[3],這么大的增產幅度是其他任何一項技術措施所不能比的,所以從這個角度來說,植物栽培模式的研究與探究具有比常規條件下某一單項措施增產的研究更有重要,具更有徹底與跨越式的意義。

      遺傳是基礎,環境是動力,一切遺傳基因的表達都需以環境為基礎條件,環境的變化都會影響到不同基因的表達以及表達是否充分。這種基于環境的變化而形成表現性狀的不同,叫做非遺傳的表現型。但對于農業生產來說,改變遺傳固然重要,但讓遺傳基因充分徹底的表達其實更有實用意義。它能使常規的品種發揮出超常規的生長,如番茄樹的巨大與豐產效果,就是采用遺傳基因最為優良的品種,也是不能與之相比的。從這個角度來說科研者如果從根域環境或環境調控方面來研究,以發揮植物潛在基因或基因充分表達,比化太多的心血去研究品種的改良更有意義,它是提高產量與品質的最有效捷徑。那么根域環境的研究為什么一直以來在方法上沒有大的突破,而一直在土壤栽培、基質培或水培模式上徘徊,沒有采用最先進的氣霧培進行研究開發呢?這主要與氣霧培技術上要求的嚴格性,與一般農民難以掌握該技術有關。氣霧培環境比其它任何一種方法具有更快的生長速度,這已被發達國家生產科研的運用上所證實。隨著我國工業技術的發展,與氣霧培相關的各種設施的出現,為氣霧培的生產研究開避了一條嶄新道路,也為農業生產實現高產優質探索出一種新型的栽培模式。

      植物土中長,在傳統栽培中土壤的各種物理化學性狀與微生物環境都將對根域環境及根系生長帶來較大的影響,如合理的土壤三相結構,適合的酸堿度環境、豐富的有益微生物,及充足的水份與營養,這些都組成了影響根系生長與代謝的相關因子。而對于傳統栽培的研究大多從土壤理化性狀的改良及制定合理的農耕措施來使根域環境得以優化,如中耕除草、多施有機肥、適時的追肥與灌溉等,但這種所帶來的增產潛力已極為有限,不能再有更大的突破。而最近我國用于瓜果蔬菜花卉栽培的無土栽培基質培,從根域環境角度的改進來說,就是利用人工基質優良的理化性狀以代替自然界的土壤,從而減免了土壤管理的許多操作,同時結合營養液滴灌技術又使水份與營養的環境進一步優化,也使追肥澆水所需的大量勞動力得以降低,這些根環境的優化技術還有當前的水培,它把植物的根系完全置于營養液中,使根系吸收營養及水份更充足,使植物根系生長的機械阻力大大降低,從而使它比另外兩種模式有更快的生產速度及更簡易的耕作管理。那么,除了上述提及的三種模式外,是否還有更先進的根域優化技術呢?其實沒有任何基質與水的氣霧培是根環境優化技術中要求最高、效果最好、植物最適的一種新技術,它使根系處于水份充足、氧氣富有、營養直接的最佳條件下,所以這種模式極可能成為目前與未來農業生產最先進的技術,它的研究與應用將比品種選育及傳統技術措施的研發更具實用的意義,它所速來的增產效應是其它任何一種技術改進所不以比擬的。

氣霧培模式能為植物生長創造最佳的根域環境

      氣霧培就是把植物的根系完全置于氣霧環境下進行生長發育的一種模式,它通過霧化的水氣滿足植物根系對水肥的需求,并具有最充足的氧氣與最自由伸展的空間,根系在毫無阻力的情況下生長。那么,為什么說氣霧培的根域環境是最適的環境呢?首先植物生長所需的各種條件決定了這種模式的綜合優越性,植物能否正?;蚩焖俚纳L,主要由兩大代謝所決定,一個是以枝葉為中心的光合代謝,另一個是以根系為中心的吸收代謝,這兩大代謝的正常與否或能否超常規的優化創造,都可使植物的生長速度發生變化,品質得以改變。

      以下就植物根系發育所需的三大環境因子進行分析,以闡明氣霧培耕作模式的先進性與科學性。構成植物生物量主要由光合作用合成的碳水化合物與水份組成,其余少量的是被稱為灰分的礦質元素。這些總生物量的構成中水占居了絕大部份,這除了它是一切代謝的載體外,還是根環境調控中最重要的參數,合適的水份條件是一切有生命植物生存生長的基礎,而碳水化合物雖是光合形成組成干物質的主要部份,但這個過程需在水分與礦質營養充分保障的情況下才能進行,因植物的光合代謝是個極復雜的過程,許多礦質元素都是光合相關酶的重要組成部份或者金屬離子的活性中心,沒有水份與礦質元素的保障,最好的光合條件都不能進行。同時碳水化合物又是能量代謝的底物,植物的各種生理活動過程都需在有能量動力的基礎上進行,而為其提供動力與能量的就是呼吸作用,也就是說呼吸作用越旺盛,能量代謝效率越高,各種植物生理活動就越旺盛,根系吸收水份與營養的速度也就更快。而礦質營養的供給是一切代謝與活動的基礎,只有在適合而全價的營養液供給下,才能為植株快速生長提供更多的營養物質,才使一切代謝活動得能激化,比如缺鐵時會影響葉綠素的形成及與光合相關酶的活性,缺硼就會影響授粉受精,使花粉管的發育伸長受阻而影響果實產量的提高,缺鉀,會使光合產物運輸速率下降,甚至出現光合產物積累于葉面局部而表現出的光合抑制現象,在植物所需的各種元素中任何一種元素的缺乏都會影響代謝與生長,而土壤栽培常會因缺乏某種元素或者不充足而造成生長發育上的不良表現,這些都說明了,礦質營養充分而直接的供給也是根域環境創造中極為重要的因子。而根系的呼吸代謝除了地上部份供給充足的呼吸底物外,最重要是要有富足的氧氣參與,只有充足的氧氣才可以促進加速有氧呼吸過程,才可使呼吸代謝過程的能量轉換率最大化,才能為根系吸收水分及礦質營養提供更大更多的能量,只有吸收的加快,才能使地上部份光合成與生長的加快。以上的這些因素間是相輔相成的,是一種緊密而不可分離的依存關系。
      現就氣霧根域環境與其他各種耕作方法的根域環境進行比較分析,為氣霧培模式的建立提供理論基礎與生產指導。

1、土壤培根域的限制因子

      土壤除了起固定植株的作用外,更重要是為植物生長的創造水份營養氧氣條件,其中合理的固相液相與氣相比就是為根系的發揮提供適合的水份與空氣,而固相有固定植株穩定生長空間作用外,同時也形成了對根系穿透伸長發育的阻力,植物為了克服阻力必然會消耗能量與營養,或者向外界分泌各種根系分泌物而無謂地耗去了部份營養及能量,分泌量大的植物甚至可消耗掉占總光合形成量1/3,這也是土壤栽培無法與水培氣培相比的原因之一。另外,自然環境的多變性,又會使三相處于動態的變化中,如干旱的脅迫使土壤失水,浸水成澇又會使氣相比例大減,根系處于受淹的缺氧狀態,這種動態不穩定的相變是不利于植株生長與發育的,特別是根系在逆境脅迫下,產生的信號激素,可以使地上部份的生長速度大大地影響。除此以外,土壤環境中,根系從基質中獲取營養的路徑是間接的,甚至是經微生物分解后才能被利用,這樣也不利于根系對營養直接而快速地吸收。而且許多營養元素還會被土壤固定而使肥效受到影響,甚至出現缺素等不良現象。

      以上的三相結構與機械阻力是土壤的物理環境,另外,化學環境與微生物環境也會對生長造成不良的影響,過酸與過堿或鹽化的土壤都會影響土壤中礦質營養的均衡吸收,在過酸的環境下會出現缺鉀與缺鎂癥,在過堿性的環境下易導致失綠缺鐵,這些不良的PH值與鹽度環境都會大大地影響礦質代謝與水份吸收,從而間接地影響植物的生長。那么微生物環境的影響是利是弊呢?有利于根系生長的方面在于它能促進與加速土壤中有機物的分解,但同時也會一些有害菌滋生而成為侵染根系的病原,使植株的生長因病菌感染而受抑或死苗,如黃萎病、瘁倒病、立枯病等,常因土壤殘留與水份的傳播而造成。不過也有些與根系共生有益的微生物菌根能起到促進植物生長的作用,如VA菌根及根瘤菌就起到了促進生長的作用。為了使土壤三相結構科學化,礦質營養合理化,微生物活動有益化,農業生產常賴于各種土肥水管理措施來實現,這也就難免使許多無謂的管理與勞動力增加,甚至許多作物栽培中土肥水的管理占居了最重要的勞動及成本份額,這對于實現省力化輕便化規?;默F代農業來說是極為不利的。

2、基質培根域的限制因子

      為了優化土壤的理化性狀,人們選擇了一些河沙珍珠巖或者蛭石泥炭等混合基質作為無土栽培的人工植土。這種按一定比例配成的人工培養土具有科學合理的三相比例,即保水又透氣,再加上人工滴灌技術,可以為植物創造較為適宜的水份氧氣礦質營養條件,但根系在固態的環境中總還存在機械阻力與基質對礦質營養的吸附吸收或固定,根系還是不能像水培那樣直接接觸營養液那樣便捷地攝取。同時也會由于灌溉的不科學不精確而影響三相的科學比例,因我國目前的無土栽培灌溉還大多是憑人工經驗灌溉,沒有像發達國家那樣精確的計算機灌溉控制,所以有時還會造成水份過多或過少的現象,還會出現肥料中礦質營養的不均衡或不直接而影響根系的吸收及生長。所以基質培比土壤栽培有了很大的進步,使植物的生長速度又快進了一步,但還不是最佳的根域環境。

3、純水培根域的限制因子

      它是讓植物的根系直接地浸泡于營養液中,讓根系以最直接的方法最快速地攝取植株生長所需的各種礦質元素,而且沒有基質吸附的營養液環境均勻而一致,根系也不會像基質土壤栽培那樣存在生長的阻力,也不會像土壤栽培中出現的土壤固定與微生物的分解與影響,在這樣的環境下,根系具有最直接地吸收水份與礦質營養的路徑,而且根與營養液的接觸表面積也得以最大化,不管主動吸收或被動吸收都比基質或土培栽培攝吸更多的水份與營養。但水培植物根系對于水份及礦質營養的吸收還受限于營養液中的溶解氧水平,當栽培營養液中的溶解氧含量低時,盡管根系是直接浸漬于養液中,但會因氧氣不足而影響有氧呼吸的正常進行,從而使根系不能獲取更多的呼吸代謝轉換能,不能發揮最佳的根系吸收功能,只有營養液中的溶氧達到適宜或超富氧狀態,才可使根系吸收營養及水份的優勢得以最大發揮,也就是說營養液中的溶解氧是水培技術中最關鍵的限制因子。

4、氣霧培根域環境最優化

      它將克服上述各種栽培模式的缺點,形成一種獨特而較易實現根域環境最優化的新模式。它與其它栽培方法相比,具有根系伸展自由、氧氣攝取直接方便而富足、水份吸收快速便捷而均勻,礦質營養實現全價搭配彌霧供給,為植物的根域環境創造了最利吸收與代謝生長的環境空間,這是其他任何一種栽培模式所不能比擬的。通過上述各種方式的比較,可以看出,植物生長快慢的影響因子中以以下四大因子較為關鍵,人們只要圍繞這四大因子進行研究與優化,就可基本解決植物生長速度的問題:根系伸展的機械阻力;水份供給;氧氣代謝;礦質吸收。只要讓上述四大因子最適化,就可為根域環境創造最優化,當然其它因子還諸如光照溫度甚至二氧化碳及人工氧環境或者微生物等,但這四大因子是基礎與關鍵的影響因子。以下就氣霧培四大因子對植物的影響及其它相關因子的促進作用進行分析,以形成一種全新的栽培模式與技術體系。
高效根構型與毫無阻隔的生長空間

      可以讓根構型及生長方式得以最充分最自由的體現,通常植物的根構型會因根域環境的不同而表現不同的根構型,不同的根構型對于根系吸收營養及水份有不同的效率與適應性,在氣霧環境下,根構型大多是不定根的二叉分枝構型,這種構型吸收營養與水份最為直接,運輸的路徑最短、級數最少更利于快速的營養運轉。而且不管是木本或草本植物,一旦置于氣霧空間中,其出根與分級的方式立即就會發生變化,形成大量的不定根,這種不定根具有水生根及呼吸根的雙重特性,具有極強的呼吸作用功能,而且有些植物還會形成大量的根毛,這種根毛發育比任何一種栽培方式都要發達,具有吸收營養最廣的表面積,這些根形態與構型的形成只有在無限制無阻力的空間環境中才能得以發育,一旦進入水環境或基質環境,就會形成了機械化組織及多級分枝的根構型,根色加深,表皮層機械化,也就是胞壁加厚,從而吸收水分與營養的效率也降低。而在氣霧環境中大多數植物的根系能保持較為發達的薄壁組織,具有更強的再生與修復能力,如果對其進行根修剪,能以最快的速度得以恢復,這也為生理調控與生長控制創造了方便,可以通過根系修剪來調控生理及發育。這種發達的不定根根系,在氣霧環境下,根的伸長區特長,這也是快速生長與修復的生理基礎。

營養的充分供給是生長的物質基礎

      具有最佳的礦質營養基礎,在氣霧培中,營養液的供給是以霧化的方式補給,通過彌霧或超聲波霧化技術讓營養液均勻間歇地噴附于根系的表面,在霧化良好的情況下,根表面能均勻地吸附營養液,而且能做到比水培更富溶氧的營養,能使吸收營養的活性增強,根系接觸營養液的表面積是其他水培及基質培與土壤栽培所不能比的,而且是富含氧分子的活性水,在氣霧供給或超聲波霧化的過程中能使營養液中的溶氧達到最大化,甚至還會使空間形成更多的負離子,對根系又起到促進與保護的作用。氣霧環境下,龐大的根系加上最大化的營養液表面積使它比其他任何栽培方式具有更佳的礦質營養基礎,這也是其快速生長的一大因子之一,另外,氣霧培環境下,對于營養液的濃度控制沒有其它栽培模式那樣嚴格,稍為偏高或偏低的養液對于生長影響不大,這也便于生產上的養液管理。

水份的均勻高效供給是速長的基本條件

      在基質或土壤栽培培,常由于不同土壤構層間水份分布的差異而導致吸收根的區域性分布,不可能像氣霧培哪樣根系能均勻地擴展至整個根域空間,而且與根生長的相關環境因子均衡一致。而氣霧栽培能使霧化的營養液彌漫至根域環境的整個空間,讓根系有充足的水分保障,不會像土壤栽培那樣出現水分過多或過少時的生理吸收障礙。而且采用這種水份供給方式,能夠最大化地提高水的利用率,在土壤中或基質培水培中,水份的蒸發或流少的損耗比氣霧培要大,因氣霧培的霧化水氣是在完全密閉的空間內供予植物的根系,而基質培或土壤栽培都會造成大量水份的空間蒸發與散失,所以氣霧培的水份供給方式是最省水的,植物對水利用率最高的模式。

氧氣的充分供給是高效代謝的關鍵

      根系憑藉呼吸作用提供吸收水分與營養所需的各種能量與動力,呼吸底物在氧氣最充分的根域空間環境中,能產生最大化的代謝轉換能,使根系的吸收速度大大加快,這種栽培模式能為根系的呼吸作用提供最充足的氧氣源,它是其它任何一種模式所不可比擬的,所以用這種模式栽培的植物也具有其它模式下所不可比擬的生長速度。根系直接懸掛于氣霧空間內,根系的每一部份都可直接從根域空間中攝取氧氣,如水培方式,常因水溫及大氣壓的變化而引起營養液缺氧,造成生長不良與爛根現象,但氣霧培則無此顧忌,不管在什么樣的環境下,根都可源源不斷地從根域空間中直接攝取氧氣,如果結合在密閉的根域空間內增施氧氣與二氧化碳,還可使植物的生長速度提高,現在發達的國家常采用氣霧培進行植物工廠式的栽培,就可結合根域環境的強制供氣技術來最大化地發揮植物生長潛能,加快生長速度以提高產量與質量。而其它的不管哪種栽培模式在根域環境中供氣都存在實施不便或效率過低難操作的缺點,而氣霧培可輕松實現。

      氣霧培的根域空間環境以其最適的水份、礦質營養及氧氣環境,為根系的生長發育、生理代謝、功能基因的表達創造了最佳的環境,使植物的生長速度得以最大化地發揮,讓植物的生長結果特點超常規地表現。氣霧培可以用于各種農業生產中植物的高產優質栽培,可以用于科研生產上的植物潛能研究開發,也是太空宇宙農業的最佳生產方式,更是未來農業發展中耕作模式變革的一種最新趨勢。
氣霧培相關設施設備

      氣霧栽培與其它水培或基質培相似,需要建設相配套的設施與設備,現就氣霧栽培相關的組成部份與運用機理進行簡單的介紹,以供生產科研者參考。氣霧培與水培一樣由三部份組成:栽培系統、營養液供給與調控系統、計算機自動控制的管理系統。

1、栽培系統的建造:因栽培植物類型與植株大小或栽培目的的不同而構建不同的栽培系統,目前就科研與生產上常用與易于普及的系統進行說明。

      (1)苗床式:苗床式是用于農業生產中較為普及與最易建造與操作的一種,它就是在平地上建造寬1.2m,高20-25cm,長15-20m的磚徹水泥苗床,床底需鋪建成稍帶坡降且不滲漏的水泥底面,以利于營養液的回流與循環利用,在苗床稍低洼的一端留置養液回流孔以用于養液的回流與收集。再于床底鋪設彌霧管道并按每50cm安裝一個朝上噴射的霧化噴頭,以確保栽培時能讓苗床整個內空間均勻霧化,不能安裝留有死角霧化不勻的折射式噴頭,如果要用這號噴頭也需調好噴頭方向,以實現交叉無死角霧化。建好苗床與霧化供液管道后,就是扣置定植板,定植板是固定植株與封蓋苗床創造封閉根域空間所用的栽培板,可因種植密度的不同在板上打孔或刻劃條槽,通常選擇強度較高的泡沫板作為定植用板,用海綿條作為包縛固定植株所用的填塞材料,種植時把植株用海綿包縛植入孔中即可,也可直接把植株卡植入有海綿條填充的條槽中。這種栽培系統大多用于葉菜類或植株較為矮小或者可以引縛固蔓的植株。

      (2)立桶式:立桶式是一種以簡易圍桶作為根域空間,以大空間霧化作為供液方式的栽培系統。這種栽培系統大多用于大植株的栽培,如番茄樹、南瓜王、西瓜王、黃瓜樹蔬菜樹等,具有培育與創造最佳的根域空間發揮最大生長潛能的作用。在建造該栽培系統時,需按目標植株的大小來確定根域空間大小,再去選擇設定圍桶的大小尺寸,如以巨型的番茄樹為例,它需設定一個至少1m3以上的根域空間才能培養出單株結千果或萬果的巨型番茄樹,因為根系的大小與植株的大小是成全息對應相關的?,F就番茄樹氣霧栽培系培的建造進行說明,在生產與科研中為了從實用及簡易低成本的角度出發,可以把傳統的塑料桶栽培變為可隨機編制大小的鐵絲網圍桶栽培,選擇寬1.2m,長可任意剪制的鐵絲網為材料,制作時先計算好一定大小直徑圍桶的周長,然后進行取材,如直徑為1m的圍桶就需截至長3.14m,寬1.2m的方格鐵絲網一張,把網兩端圍接在一起,就成為高度1.2m,直徑1m的圍桶,再把圍桶水平立放于已整好的水平地面上,以地面為桶底,于桶內壁鋪襯不漏水的黑色薄膜一張,起到內襯與防漏作用,這樣就制成了一個高1.2m,直徑1m的立桶,就形成了一個用于番茄栽培的根域大空間,再于立桶的外壁圍襯一層反光膜起到反光降溫及減少強光透射的作用,為根域創造無光黑暗且相對溫度較低的空間環境。立桶制作完畢,接下來的工作就是布設回流管與進液管,回流進液管全可埋設于地下,并把從桶底引出的回流支管聯接至回流主管上,以實現霧化后養液的收集循環再利用,在桶底回流孔的開口處,需做好內襯薄膜與回流管間的扣接緊固與密封防漏,這樣就可以毫無滲漏地把經彌霧的養液全部收集回流至貯液池進行重復利用。這些都按要求做好布設與制作后,就可加扣桶蓋、開設定植孔與制作根系生長支承網架。一般桶蓋可選擇三合板制作的圓板,但內面要噴涂防水漆或襯膜,以防長期的濕氣環境造成腐蝕,在圓板的中心部位打一定植孔。如果栽培根系較為龐大的巨型植物,最好定植孔要大,以商售的柵欄狀圓桶塑料框作為定植籃,并最好要在籃底綁固上一張具有一定承載力的細篩網架,作為根系平面生長舒展的支承網,有了它作支承,可以防止因重力作用而使根系成束密集與成團,不利于營養液的均勻彌霧。這些工作完畢后再于立桶的四周均勻懸掛3-5個霧化性能較好的噴頭,并且是可以自由升降調節的懸掛式安裝,利于調整根域空間的霧化均勻度。這種方法種植時也是極為簡單,只需把包縛有海綿條的植株定植于定植孔或定植籃內即可。這種方式植物生長特快,可以作為觀光園區內各種瓜果蔬菜或木本植物栽培,把其栽培具有巨大樹體的植物之王,是當前觀光農業發展的一個好項目。

      (3)金字塔式

      當前農業的種植已漸漸從平面發展至空間,可以大大提高單位面積的使用效率,而利用泡沫扣板搭建而成的金字塔式的栽培系統,現已被科研及生產者所運用,在日本的氣霧培植物工廠中,為了充分利用人工光照就是利用這種栽培系統,它具有建造方便,管理容易之特點。該栽培系統在葉菜類的栽培中應用較多,搭建栽培系統時,選擇厚5cm,寬100cm,長200cm的泡沫板為材料,并在板上按種植的密度進行均勻地打孔,作為植苗的定植孔。把這些打孔的定植板倒V形的搭扣在預先建好的簡易苗床上,這種簡易苗床是用磚徹圍床沿再于底面鋪設薄膜而成,以收集回流營養液。泡沫板間的聯接縫以泡沫膠粘固,如果為了牢固起見,可以先在苗床上方搭建一個金字塔形的木條框架,再把定植板扣貼在框架上。搭建好由泡沫板組成的塔式種植系統后,再于塔內的中心位置懸吊彌霧管道,可以是1-2道,做到霧化均勻不留死角即可,經這樣的建造,一個密封隔熱不透光的根域空間就被營造而成了,種植時只需用海綿固定,把植株包縛后植于孔內即行,該系統在生產上還常常與氧氣或二氧化碳的供給技術相結合,可以使植物的生長速度及產量得以更大幅度的提高,也就是把二氧化碳氣或氧氣直接輸入根域空間,使根系吸收固定更多的碳源,使根系的有氧呼吸更加旺盛,更利于植物的快速生長。

      (4)管道式:當前用于家庭或觀光園區的營養液管道循環栽培系統也叫管道化栽培系統,大多是采用PVC塑料管作為創造根域空間的栽培系統,再把植株定植于打孔的管道上。然后結合營養液的間歇循環,以實現蔬菜花卉草莓等植物的管道式栽培。它具有造型多樣化、外觀美觀與便于立體化建設的特點,但也存在高溫季節管道內溫度高與根域空間小所造成的缺氧現象,如果改成氣霧系統就可輕松地得以解決。氣霧式的管道栽培系統只需在栽培管道內安裝微噴管道即可,也可用超聲波霧化器把營養液霧化后用微型鼓風機吹送至栽培管道內以供根系對水份與營養的需要。用這種彌霧方式代替水循環后可有效地防止高溫時缺氧,這樣的改進使管道化栽培系統得以在陽臺樓頂等高溫環境下擺設栽培,使它的運用空間更大。

2、營養液供給系統:營養液是植物生長發育的礦質營養基礎與水份基礎,它除了配方合理營養元素間的比例勻衡外,還需有適合的濃度與適宜的酸堿度,也就是電導率EC值與PH值要做到科學調配,如果是水培方式還需對營養液的溶氧及液溫進行控制,但在霧培情況下,溶氧可以不必考慮,液溫的要求也沒有水培這么嚴格,這樣可使營養液的調控實現簡易化。在生產中只需對養液的濃度及PH值進行控制即可,這些調控都可集中在一個回流的營養液池中完成。把相關參數調控適宜后再經營養液供給管道以彌霧的方式供應到栽培系統的根域空間內,實現根系的氣霧培養。營養供給系統由動力系統、管道、噴頭組成,其中管道又分供液管與養液收集回流管組成,供液管又由主管及各級的支管或毛管聯接而成,動力系統是實現營養液霧化的動力源,它可以是水泵也可以是壓力罐,配置功率或壓力的大小由面積及噴頭所需的壓力來決定,面積大動力功率與壓力就要大,可通過計算后確定配置。

3、計算機自動控制系統:在規?;a或植物工廠中,營養液的調控、系統運行及各種執行動作都是通過計算機自動控制來實現,用于氣霧栽培的計算機控制系統具有以下三方面功能,其一是對養液的科學調控,其二是對外環境的自動調控,其三是對根域環境的自動控制。這三者的控制構成了氣霧培的自動控制系統。計算機控制系統由三大部份組成,傳感器、運算中心、執行動作部件,三者之間的控制邏輯如下,傳感器采集外環境、養液及根域環境的各種參數,比如營養液的EC值、PH值、液溫、還有根域環境的溫度與濕度,然后計算機按專家系統或植物生長模式進行運算判斷發出執行指令,再自動開啟相關的執行部件進行調控,如養液的EC值過低,就自動添加母液,過高就注入清水,通過開啟相關電磁閥來實現啟閉。用于霧培的計算機控制系統與水培及溫室智能控制上有許多是類同的這里就不作介紹,本文就有異于其它栽培模式所不具有的控制部份進行說明。特別是養液的間歇彌霧控制與根域環境的二氧化碳與氧氣供給控制,這兩種控制是當前氣霧培植物工廠有異于其它模式的關鍵所在,當然在常規氣霧培中可以不需考慮二氧化碳氣與氧氣的根域控制,但這二種氣體的科學供給能為植物的生長能發揮出更大的生產潛力,所以也被目前廣大的氣霧培生產科研單位所應用。

      (1)如何實現彌霧的間歇控制,間歇彌霧控制最簡單的方法就是在計算機程序中設定與外界環境溫度相關的時間模塊控制技術,也就是當外界溫度升高時,彌霧越頻繁,溫度降低時,間歇時間越長,并可因植物生長的不同階段進行頻率及間歇時間的人為調整,這種方法是以采集的環境參數為參照來確定彌霧方式與間歇時間,雖也較科學但不是最精確。

      (2)以莖脹速與晝夜變量為參數參照的精確控制方法。采用微米級的微位移傳感器夾置于植株的莖干或葉片上,利用水份變化脹落對莖干直徑產生影響的機理來運算確定彌霧方式與時間的控制方法。當植株失水時會使干莖甚至是葉片的厚薄發生微脹落,再按脹落的幅度參數為參照確定彌霧的強度與時間。達到精確控制科學供霧的目的,這種方式在日本的植物工廠中已被運用,它的技術關鍵在于不同植物生長模式或專家系統的科學建立,在于計算機的精確傳感與控制。對于我國目前的生產力水平來說,大多是采用第一種控制方案較易被生產及科研所運用。但隨著高新技術的不斷發展一些以生理傳感器采集數據,以精準生長模式為判斷的更先進控制技術也將漸漸地被生產科研單位得以開發與運用。

      (3)根域環境的供氣控制技術。葉片是吸收二氧化碳進行光合作用的重要器官,這已是眾所周知的常識,但其實植物的根系也具有強大的吸收與固定轉化二氧化碳的能力,這對于加快生長速度及產量來說也是一項較為重要的輔助技術,特別是在氣霧培中具有比其它任何一種模式更易實施的優點,可以向根域環境內直接施放二氧化碳氣與氧氣,也可以把氧氣及二氧化碳氣采用氣液混合技術溶入營養液中,通過彌霧一起供給。對于根域環境的二氧化碳濃度一般以1000-1500ppm為量佳濃度,可以采用二氧化碳傳感器進行精確控制,也可用間歇供給方式進行模糊控制。據生產表明這種基于氣霧培的二氧化碳及氧氣供給技術的實施對于設施條件下氣霧培的增產效應極為明顯。

氣霧培是一種新型的栽培模式,它是基于工程技術、生物技術、計算機控制技術基礎上的一種全新栽培模式,據專家分析預測,它將是未來高效農業模式中最為先進,對植物生長潛能開發最為有效的栽培模式,相信不久的將來也會在我國得以普及與運用。

生產運用與發展前景

      氣霧培具有其他任何一種栽培所不能比擬的優勢,特別是在植物生長潛能發揮上,可以讓植物處于一種最佳的根域狀態下進行生長發育,對于加快植物生長速度縮短生育苗,提高產量與生物量來說具有它獨特的技術優勢?,F已被生產與科研廣泛地運用,特別是發達國家如日本已把氣霧培技術作為植物工廠建設中的一項重要項目,特別是在提高設施利用率方面氣霧培也具有獨特的優勢,生長速度加快增加收獲的茬數,也利于實施立體式的空間栽培以提高單位面積產量,它在未來設施農業中將占有重要地位,專家預測該栽培模式將是未來農業生產中最先進的栽培方式。另外霧化的供液方式更適于失重狀態下栽培,在宇宙太空站,宇宙飛船上都有它的技術優勢;此外,在科研上,如植物根系的研究具有直觀便于觀察與控制的特點,美國亞里桑那州大學的根系研究所就是采用大型的氣霧室作為研究植物根系的實驗室,甚至科研人員可以在氣霧室中穿梭走動。它更是當前植物王栽培的一種重要栽培模式,如各種蔬菜樹的栽培,氣霧培具有更大的生理潛能,而且在設施投資上也相對較省,如日本的水氣耕技術栽培的單株結16500個果的西紅柿樹,也是利用氣霧法進行供液。還在種苗的培育上,運用氣霧法進行植物離體材料的催根,比其它基質環境要快而且根系更發達,這也已在生產上被運用,叫氣霧增殖技術??傊?,采用氣霧培技術通??梢员瘸R幠J皆耘嗟闹参锷L速度要快3-5倍,甚至更高,在生產及科研上具有廣闊的發展空間與運用前景。

 

上一條:熒光植物培育技術
下一條:栽培品種
老公不赚钱还好吃懒做