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家庭迷你水培

家庭迷你水培

家庭迷你水培

植物的智能化管道栽培技术
引言
     二十一世纪是科技迅猛发展的一个世纪,不管是农业、工业、商业等领域多以快速的态势发展着,改变着。而农业正以前所未有的改变,让世人振惊,如基因技术、太空育种、组织培养、无土栽培、农业智能化等都在这短短的几年间一起进入了人们的视眼,进入人们的生产中生活中学习中,这就是知识经济时代的一大特征,就是信息以前所未有的速度传播着,爆炸着,信息时代已向人们悄然走来-----。
     而沿袭传统数千年的种植制度与耕作方式更是以惊人的速度刷新,从土壤栽培--基质栽培—水培—空气栽培—植物工厂,这些新的名词新的技术如FLAS电影同时在这个时代出现,从克隆羊的成功到克隆人的出现仅仅相隔几年时间,从土壤栽培到现在的无土栽培也就这几年时间,科技发展之快速真是令人目不暇接,而网络技术已让人们的接受新事物的能力呈现几何级的提高,一个互联网时代到来撑起了一场浩荡的信息革命与学习革命,你只要一上网就能学习国内外所有的新信息新技术新知识,而管道化栽培技术也是这场技术革新中的新产物,新生儿,充满着朝气,充满着生机快速地发展着改变着传统的家庭种植模式。任何一项新技术的产生,多将改变着人们的生产生活方式,管道化的诞生就彻底改变了传统的盆栽模式,进入了一个全新的绿化美化新空间新概念,让植物栽培再不受环境的限制,让植物的生长再不受土壤或基质的局限,让植物正真步入家庭真正贴近生活,你在家居环境中将信手可触,将亲睹植物的生长,将亲生体验大自然美妙的全过程,让人们更热爱生态,更热爱大自然斌予的环境,更热爱生物生灵与生态,培养一种爱心,培养一种情趣,营造一种和谐,人与植物的和谐,人与自然的和谐,这就是管道化栽培所带来的一种和谐,家居更自然,环境更美化,空气更清新,装饰更生机典雅。
     咂然一听,管道种植,你会愕然,管道能种植物吗,生活中的自来水管,PVC管都是管道,它如何种植物啊,可是现在的发展还仅是管道能种植物,空气都不能种植物,植物的生存的环境已完全从土壤中解放出来,还仅能种而且能在没有阳光的室内种,还可以在的的厨房,厅室,居室、阳台、屋顶上种,甚至垂直的墙壁上也能种植物,你觉得神奇吗,其实当你步入这个领域后,一切的神奇也将成为平常成为平淡,就如最早人人飞上天,最早人们登上月球等,会让人感到神奇而伟大,而这些现在已成常识,那么管道化栽培今后也将成为人们栽培的常识,成为大家认为理所当然的现实。这是人们认识上的一个过程,其实国外发达国家早就会用管道进行植物的栽培了,在90年代就流行了,由于我国材料技术的落后,工业的不发达,造成了新事物新技术的严重滞后。在国外你可以经常看到它们的阳台屋顶室内常放着一些由管道等塑料材料组装而成的种植植物的装置这就是运用管道化技术栽培的家庭迷你型水培系统。下面的章节将会给人们详细地介绍管道化栽培技术,到时让低自已也能完成这个你认为神奇的技术与典雅的作品。

第1章  管道化栽培的技术背景

     管道化栽培国外名称叫Hydroponics System,就是水培系统的意思,国内也叫家庭迷你型水培系统,因它系统的构建大多以管道为材料所以也叫管道化栽培技术,从栽培方式来说,管道化栽培大多采用水培的方式,从栽培的载体说,大多以管道为载体,从控制角度来说,大多采用自动控制方便管理的模式,而现在该系统又延伸发展为如超声波空气培或喷射状气雾培等,这些是原有管道化技术上的发展与提升。所以说管道化栽培技术是现代工业技术发展到一定阶段的产物,也就是它依托于材料技术控制技术及营养液技术,这些都是以工业的手段来实现农业上的新型栽培。
     从十九世纪二十年代始,由德国的化学家的李比希矿质营养学说以来,农业科学已从传统的土壤肥料学转向为化学矿质学说,为现在的化学农业奠定了基础,其实传统农业观念中的有机肥是一种间接的矿质肥料,植物的吸收最终是把有机肥在土壤微生物作用下分解为矿质元素才能吸收,所以现代的植物营学与目前发展的水培技术都是人们直接地为植物提供生长所需的各种矿质元素(化学试剂),从而就为植物的生长离开土壤提供了理论依据,自从李比希这位伟大的农业化学家提出了矿质营养学说后,就开始推动全世界各地人们对无土栽培的研究,渐渐形成了现代的水培技术体系,使植物从土壤中解放出来,进入一种无机的矿质营营养世界,离开了不清洁的有机肥对栽培环境的污染,离开了容易滋生病原的土壤环境,拓展了栽培的空间,只要有水有光照的地方就可栽培植物,就是当前全是混凝结构的城市都将可成为植物栽培与生长的乐土。随着李比希提出了矿质营养学说后,国际上又诸如格里克的植物营养学家,他用营养液栽培出单株结1000多个果的西红柿,这些技术的发展大大推动了水培技术的发展,于是在发达的国家在二战期间率先在军事基地如孤岛沙漠戈壁上采用,为军队提供生活所需的瓜果蔬菜,可是当时该技术实施成本极高,是种较奢侈的栽培方式,还未向现在这样为普通民众所接受。
     而在水培技术发展的过程中,伴随着其它如基质培,气雾培技术的同步发展,基中基质培就是以无机基质如沙珍珠岩蛭石岩棉等代替了土壤,进行营养液的灌溉栽培,而水培就是以为水为基质以循环为特征的栽培模式,气培就是以雾化的空气为基质,让根系悬于空气中,实现营养与氧气的实时供给。我国对于营养液的栽培研究起始于70年代末80年代初,当时一些大专院校科研院所率先进行无土栽培的研究,这个阶段的研究为我国当前的无土栽培技术在理论上奠定的原理性的基础,而真正在生产上开始运用的是在设施农业快速发展的90年代,这个阶段主要侧重于应用性生产性的研究,于是开发出各种适于中国国情的无土栽培改良系统,而在对整个营养液栽培的体系研究中,我国主要侧重于基质培,而对纯水培与气培的研究与应用相对较少,并且大多以蔬菜花卉类为主,在其他植物研究并不多,如华南农学院以蔬菜水培为主,中国农科院蔬菜所以有机基质无土栽培为主,浙江省农科院以水培技术的系统改良为主等等,而对水培在木本植物以及其他各种观赏经济植物的研究上相对偏少,雾培的应用研究就更少,为什么会出现这种状况,为什么在应用推广上受到限制,这与工业落后,材料价格昂贵,农业生产力水平低下有关,因为大多的无土栽培是以设施为基础的,以材料为先导的,以自动控制为核心的,而这些相关技术往往又是我国农科院所的弱势科研项目,所以一直制约了水培及气雾培的发展。
     随着科技的进步,社会的发展,学科的融合,大大加快了营养液栽培技术的发展步伐,特别是对控制要求较高的水培气雾培也得到了迅速的发展。90年代初,国内无土栽培应用上以砾质基质培为主,并且大多以砖为建槽材料,而在水培上大多以浅液流的营养液膜技术为主,因为控制技术的落后,制约了如当前深液流培及气雾培的发展,因后者对环控要求更高,而基质培,只需掌握营养液配制技术再结合滴灌即可,可营养液膜技术只需对营养液进行定时循环即可,而深液流水培与气雾培就需涉及到氧气的控制问题及营养液的EC检测问题,没有一个科学的控制系统难以实现植物的最优化生长。近年,我国计算机技术与控制技术发展极为迅猛,可谓日新月异,特别是计算机在办公,生活,工业上的运用更是神速,短短的几年,就造就出现代的数字化时代,而农业的环控技术就是建立在成熟的计算计技术与控制技术基础之上,这些都为水培气培的发展打下了扎实的基础,特别是智能技术与专家系统技术的结合,使不懂技术的普通民众也能进行高科技的栽培,像以前这些技术只是限于科研院所大专院校,成为它们高科技的专利,而现在就是一般的市民也能运用该技术进行花草瓜果等植物的栽培,也就是高新技术进入家庭的时代已经到来。如运用了自动控制技术,它能把复杂的栽培过程完全替代了,如营养液的检测,水分的补给,温度的控制,溶氧的解决,全由智能控制系统轻松地解决,你根本无需懂专业技术就像电视机使用一样,简单化傻瓜化。每个人都能种出专家水准的植物,因专家系统代替了人为的管理判断,用一种科学的数字化的精确的方法取代了人为的经验。
     另外,材料技术的发展,为管道化栽培技术提供了关键的制作支撑,如近年PVC管材及塑料工业的发展,为管道化栽培提供了便捷而低价的材料来源,一般大中小城市到处都可找到经营管道与塑料容器的经销商,购买方便而快捷。同时化工技术的发展,大大降低了化学试剂的成本与价格,使化工品成为生活生产中的易购品,不像以前,为了购买化学试剂只限于大城市或专业机构,现在一般的城市都可购买到廉价而品种齐全的化工品,即使当地不能购买,也可以通过物流很方便地从其他城市买到。化学试剂是营养液栽培的关键,植物生长所需的各种元素都是以化学的矿质元素方式供给,这个产业的发展让现代水培的大面积推广成为可能,因为成本大大降低,甚至低于普通的化肥成本。
     总之,管道化栽培的诞生是社会发展科技进步的必然,是材料技术、化工技术、控制技术发展的有机结合体,它在不久的将来会成为人们栽培上的一种日常技术,不再高科,不再束之高阁,成为人们生活中调节情趣,美化环境,体验自然,学习生物的一种最佳模式。更是学生们学习生物技术的最好活教材,让远离自然的城里人重新找到大自然的美丽与温情,在竞争激烈,情志烦躁的时代找到一份清新的空间,一种怡情的感觉。愿管道化栽培成为你家庭生活中的一股新空气,一种新的装饰与美化绿化手段,走入市民,进入家庭,走进各种场所,为人们营造一种崭新的生活空间,为城市架设一道亮丽的风景线。

第2章 管道化栽培的理论基础

2.1 植物管道栽培生理
     植物于管道环境栽培,完全不同于土壤环境,具有特有的生理学基础,如植物的水分养代谢及呼吸作用与光合作用等,现就这些生理基础进行综合性的阐述,让大家在操作之前有个全面性的认识。
     2.1.1 水分代谢
     水分是生命之源,是植物生长因子中最重要的因子,植物的生长开花结果与发育都必须有水分的参予,没有水分,植物的酶就受破坏,光合作用就受到影响,严重缺水的会导致蛋白质变性而造成细胞的不可逆伤害,也就是旱害,而如果水分过多,又会导致水渍缺氧而腐烂。特别是土壤栽培中上述两种情况最会出现,家养的盆花,如果不浇水,就会造成旱害,叶发黄而掉落,严重的造成死苗,特别是盛夏季节,阳台的盆花常要浇水多次,而且没经验的栽培者,对于浇水量也是难以掌握,过多渍害,过少不能满足生长的需求,特别是那些对水分敏感的植物,更是难以养护,所以家庭种花常成为爱花者的困惑。而水分是植物一切代谢的载体,如矿质营养的吸收、叶片的蒸腾、酶的活化等生理生化活动都是基于充足的水分代谢基础之上。
     而管道化栽培可以彻底解决上述问题,PVC管道内循环的是营养液,植物的根系直接浸泡于营养液中,根本不存在浇水管理出现的水分多少问题,根本不需浇水这个繁琐的管理环节,根系生长于水中,能以最大的需求来满足植物生长的水分所需。那怕是炎炎之盛夏也无需浇水,无需抗旱,更不会出现土壤栽培那样因水分过多而发生的根腐病与生长不良。
     2.1.2 营养吸收
     营养是生长的基础,没有营养光有水分,植物还是不能正常生长,所以在植物的栽培上要进行肥水之管理,肥料追施不当,会造成盆栽花的肥害,或缺肥,更有各种缺素之症状,因传统的土壤栽培,虽然对肥料的缓冲性较好,但从植物对营养的需求多样性来说,它需要各种大量元素与多种微量元素,一般植物需要满足16种元素,才能正常生长,而土壤栽培施肥大多是追施一些化肥或有机肥,没有进行配方施肥,没有用合适的配方去施肥,凭藉管理者的经验进行估计性的施肥,用这种施肥法除了肥料转化效率低外,还会出现元素不平衡,过多或过少。而管道化栽培的营养供应全部采用营养液配方,按照植物生长所需进行科学的配制,营养元素间平衡性好,不会出现营养的过剩或缺素。而且植物的根系直接与营养液接触,吸收的表面积大,植物生长更快更壮,许多植物的生物量几倍于土培栽培,而且生育期大大地缩短。管道化栽培的植物对营养元素的吸收极为快捷,因土壤栽培许多施下去的肥份会被土壤吸附而固定,或者产生元素间的拮抗与相克现象而影响肥效的发挥,而配于水中的营养液植物能直接地吸收,肥料利用率高而且吸收速度极快。另外还可根据植物不同的生长阶段进行科学化精确化的配比,达到最佳的栽培效果。用营养液技术能快速地满足植物不同品种不同阶段对营养的需求,是当前最为先进的栽培模式。缺点就是营养液缓冲性小,一旦缺素,植株很快就能表现生长不良,因土壤中除了人为施下去的肥料外,其它元素含量还是较为全面,所以有较好的缓冲性,不会因施肥不慎立即表现明显的缺素症状。
     2.1.3 光合作用
     光合作用是植物生长发育的最重要的生理生化过程,通过光合作用,使叶绿体细胞把二氧化碳与水合成碳水化合物,为植物的生长发育提供大量的化合物,没有光照植物就不能进行光合作用,植物就不能生长,所以光合作用中光照是最为重要的。不同的植物对光合作用所需的光照强度要求不同,开花结果的植物要求较强的光照强度,叶菜类的或观叶类的花卉在较低的光照下也能进行正常的光合作用。因管道化栽培大多是在室内环境或屋顶阳台及庭院,与植物自然生长的环境大大地不同。如室内常会出现光照不足,需配植物生长灯对植物进行人工补光,屋顶又会出现光照过强而导致荫生植物的叶片灼伤,所以室内环境大多选择耐阴品种,屋顶选择喜阳的植物,有光照的阳台适于绝大多数植物的栽培。所以室内管道系统常配补光灯,而补光灯大多选择红光灯为好,因植物光合作用最适光谱中,红光的效率最高,使用时能起到最大的节能作用。不同的植物不同的环境配制不同功率的补光灯,是管道栽培中必须考虑的一大因素。
     2.1.4 呼吸作用
     呼吸作用与光合作用正好相反的两个生化过程,光合作用把二氧化碳与水在光能的作用下转化为糖以化学能的方式贮藏于体内,而呼吸作用是把糖转化为二氧化碳与水并放出能量,为植物生长发育提供各种能量所需。植物的各种代谢活动都需ATP能量,而这些能量都是通过呼吸作用来提供的,而呼吸作用又分为两种,在氧气充足时,进行的是有氧呼吸,氧气不足时进行的是无氧呼吸,两种不同的呼吸作用,在能量的转换释放上是截然不同的,相同的呼吸底物,有氧释放的是无氧的几倍,所以无氧呼吸在能量的转换上是耗散型的,有时一久会导致植株枯黄,或最终烂根枯萎死亡,而且节有许多有毒物质产生,所以在管道栽培中要防止因缺氧造成的无氧呼吸.无氧呼吸的发生部位大多在根系,因枝叶生长于空气中一般不会出现氧气的不足,而根系浸泡于营养液中,常因水中氧气不足而导致根系的无氧呼吸作用跃升,导致生长不良之现象。为了防止水中溶氧的厌缺,一般在系统的运行中安装营养液循环泵,让营养液处于流动的增氧状态,最先进的是进行潮汐式的循环,如海水的涨落,让根系间歇性地浸没与暴露,使根系即能吸收充足的营养又能获取富氧的空气。这种循环方式是当前管道化栽培最先进的,是防止缺氧最好的技术措施,因为传统的水循环,虽然水在流动,但当夏季温度高时,水的氧饱和点低,即使整天循环也还会出现溶氧的不足,因水中的溶氧因温度的升高而降低,因天气的变化而变化,当大气压变低时溶氧就降低。而采用潮汐式就能彻底的得到解决。只有充足的氧气,让根有氧呼吸正常,才能释入更多的能量,才能加快植株根系对矿质营养与水分的吸收,才能使植物生长加快,因水与离子的吸收都需大量的能量。所以为根系创造富氧环境是成功栽培的关键。
     2.1.5 温度的影响
     植物的一切生理活动新陈低谢都需在一定的温度范围内进行,所以植物的生长有三基点温度,15-25-35度,15度为生长温度,25度为最适温度,35为高温极限,也就是说,15度植物开始生长,25度生长最快,35度受到影响,产生高温胁迫,使生理活动受到影响,这些温度指标也不是所有植物都千篇一律的,不同的植物种类或品种,之间是有差异的,原产热带的植物往往耐高温,温带与寒带的植物往往三基点温度都要低些,这就要因植物而异,如耐高温的在盛夏的屋顶栽培也无事,否则需于阳台或室内栽培,这要因场所而选品种。为什么温度对植物会产生如此大的影响呢?因温度直接影响酶的活性,影响细胞质浓度,影响各种生理代谢过程,所以温度对于管道栽培的植物显得极为重要,在栽培过程中,如遇不耐低温的品种最好栽于室内系统,耐低温而抗高温的品种可栽于阳台与屋顶,因品种而选场所。
     在管道栽培中,为了解决冬季营养液温低的问题可通过水加温线对营养液进行加温,保持一定的水温才能生长良好。而夏季,如水温过高,影响生长,也可配制一个小功率低成本的营养液致冷装置以满足对温度的需要。因过高的液温对植物生长影响很大,必须给予有效的控制。
     2.1.6 二氧化碳的影响
     二氧化碳是地球上植物光合作用的主要原料,它在光照的作用下与水合成碳水化合物,以促进植物的生长发育及各种生物量的形成,高浓度的二氧化碳能大大促进植物的生长发育,能使植物的光合作用效率大大地提高。它就如植物的粮食一样从大气中源源不断地获取,可是当光照不足或过强时对光合作用的效率都会带来不良的影响,而管道化栽培的特殊环境,如室内与屋顶常会出现光照强度的过弱与过强现象,这些因素都会影响管道内植物的生长,为了让植物能在光照不足的室内保持良好的光合速率,固定更多的二氧化碳,必须于迷你系统的上方安装植物生长灯,以起到补光的作用.如果在楼顶光照过强,温度过高,气孔关闭,影响植物对二氧化面吸收,导致光合效率降低时,必须于系统的顶部装上微喷降温系统,以提高植物叶片的光合作用,因温湿度环境的优化可以使植物叶片吸收二氧化碳的速度大大地加快。另外对于系统循环的营养液,我们也可以通过二氧化碳溶入后形成的碳酸水作为二氧化碳的补施方法,因植物的根系也能发挥对二氧化碳的吸收之功能,能促进光合作用,提高光合速率,但浓度必须在600-1000PPM以上,过高反而会出现抑制的作用.针对该机理,在系统开发的过程中,特别是室内光照不足情况下,增加根系二氧化碳的补给对于提高光合效率有较大的促进作用,可于供液系统的贮液箱内安装电极水解式的二氧化碳发生器,利用产生的二氧化碳业满足根系的最大化吸收利用。
     2.1.7 根系的生态演变
     根系是植物吸收矿质营养的主要组织器官,它的功能直接会影响栽培的效果与决定栽培的模式。植物的根系分为陆生根、水生根、气生根三种,这三种是在不同的生境情况下形成的,如在陆生环境形成发育的是旱生性状的陆生根,在水环境形成发育的是具有水生性状的水生根,在高湿度的空气中形成的是气生根,而且这三种不同的根系可以相互演进。而水培植物要求的是演变为水生根系,只有初具这种根系的植株才能很快地适应水培环境,而这种苗的获取大多数情况下是采用无土育苗获取的,植株只有在无土及高湿环境下才能发育出水生根系,再把形成水生根系的植物移至管道系统上栽培。在国外,它们大多采用直接播种无土育苗获取,也可以采用超声波技术在空气中生根育苗,不宜直接用土栽苗进行管道栽培,。针对一些种子苗,可直接于定植杯内播种,待萌动的种子自然地延伸到循环有营养液的管道中,以完成演变的过程。如果是一个枝段或一个离体材料,可插于定植杯中,并适当的蔗阴与喷水以促发生根与完成演变过程,如果是一株土栽增苗,可以通过洗根,修剪后再定植于管道上,完成演变。随着技术的不断改进一研发,现在我也已利用超声波技术研发出了用于根系生态演变的克隆机。只需把植物的一个离体材料插于机隆机的定植穴内,就可培育出适于水培根系的植株。
     2.1.8 根系的氧气代谢
     植物的生长好坏与正常的呼吸作用息息相关,特别是在水培的过程中根系的有氧代谢是最为重要的,可以说植物利用水培技术后,最重要的就是根系的生长环境是否溶氧充足,一切水培的不同循环方式都是围绕营养液中的溶氧而展开的,可以这么说在营养液配方一定的情况下,植物长的是否良好就要是由水中溶氧是否充足而决定。如溶氧充足,再加上矿质营养的配方适宜,植株的生长将大大超越于传统的生长,生育期也会大大缩短,因植物的根完全泡于营养液中吸收水分与矿质离子极为便捷。但能否吸收与是否快速吸收则全由溶氧决定,如溶氧不足,根系出现无氧呼吸,将会大大抑制植物的生长,影响植株对水与营养吸收,影响光合作用的正常进行。所以在系统的设计及循环模式的选择时,就必须以溶氧指标为开发的依据,以是否能使营养液中溶氧的提高为系统技术评判的依据。植物的根系在营养液中获取氧气的路径主要是通过横向的吸收来解决,但也有些诱变成通气组织的植株或水草类植物可以通过发达的纵向输送通道解决,所谓横向解决,就是水中氧气与根系表皮接触后,通过皮层扩散到植物组织需氧的部分,而这种扩散的速度与温度有关,与溶氧的浓度有关,与呼吸速率有关,具有的氧代谢生理及人为的解决方案在以后的章节中会作详细的介绍。
2.2 管道化栽培的系统构造及功能
     2.2.1 系统的组成
     不管哪一种管道栽培或其他的家庭迷你系统都由以下几部分组成,栽培栽体部分、系统控制部分、营养液循环部分、动作执行部分四大部分组成,现一一介绍如下。
     2.2.1.1 栽培的载体
     在自然生长的情况下,大多植物以土壤为栽体,起固定、及供水与供肥的作用,而管道栽培是以管道或栽培池为载体,以PVC管及各种塑料制成的盒、槽、箱、盆等构成。
     2.2.1.2 系统的控制
     在植物的栽培过程中对温光气热营养等各因子的调节与控制就是由控制部分完成,随着计算机控制技术的发展,现在我们控制部分已完全由微电脑芯片为主体的计算机来完成,也叫微控制器,主管栽培过程中各项相关参数的传感与控制。如温度过高、光照不足、营养EC值偏差等皆可经微控制器来实现传感与自动控制。
     2.2.1.3 营养液循环
     该部分也主要由各级管道组成,主要完成营养液的循环与构成艺术美的骨架。植物对矿质营养的吸收就是通过各种大小粗细或色彩不同的管道构成,经动力泵的开启来完成营养液的输送与增氧循环。
     2.2.1.4 执行部分
     各种运行参数皆可经计算机的传感实现数字化管理,而对参数偏差的纠正,就必须通过诸如微喷降温、碳酸水发生、温度的升降、溶氧的多少等,是需通过执行部分来完成诸如由水泵喷头组成的喷雾系统、由植物生长灯组成的补光系统、以及营养液的自动补充等来执行控制部分发出的指令来完成。
     其实,上述四部分是最为基础的组成,其它针对不同的植物与不同的场合,还可添加使系统更完善的辅助设施设备,如用于定植植株的各种定植容器,用于固定植株的基质、漂浮板及海绵,用于超微雾化的超声波雾化器、电解式二氧化碳发生器来完成。
2.3 系统的功能
     组成系统的每一个部件,都有它特有的功能,都有它一定的植物生理学基础,现把每个构成部分进行功能解析,让大家对于管道栽培有全面的了解。
     2.3.1 循环系统的功能
     循环系统是管道化栽培或家庭迷你型水培系统的核心部分,通过循环把营养液均匀地输送至每一植株,通过循环使营养液中的溶氧度得到提高,通过循环还能带走根系代谢产生的有害物质,通过循环还能实现液温的均衡控制,一个系统是否科学主要看它的循环系统设计是否科学,循环系统的科学设计直接将会影响植物栽培的效果,目前用于管道化的循环方式有最常用的NFT循环方式、潮汐循环方式、滴灌循环方式、超声波雾化空气循环方式等,每种不同的方式都有它的优缺点,可因实际情况灵活的选择与设计,现把常用的几种方式展示如下:

     2.3.1.1 喷雾式供液循环
     属于气雾培的一种,根系悬空于一个栽培空间内,营养液经喷头雾化后直接供给根系,使根系即有充足的氧气环境又能获取矿质营养,这种循环模式根系的氧气是最充分的,不会因却氧而影响生长。根系伸展于充满湿气的大空间内,所以在组成上要有栽培槽与固定植株的板或盖,营养液经栽培槽收集回流至贮液箱,再进行下一次的循环。

     2.3.1.2 超声波雾化空气培(也叫FFT)
     该系统是喷雾式雾培的一种改进,因喷雾培的供液弥雾系统由于雾滴大,会造成重水过多,易传播病菌而导致根系的病害,并且每次供液的水量较大,而采用超声波雾化技术后,所供的营养液雾滴小于5微米,而且弥漫效果极佳,能让整个根系伸展间空在短时间内获取极细的营养液滴,水量极少而均匀,不会像喷雾式那样每次循环都有大量的自由重水回流,营养液的利用率极高,而且氧气更充足,营养液的缚着性更强更均匀。是当前所有系统中植物生长速度最快的一种供液技术。

     

     2.3.1.3 潮汐式循环
     该系统供液的方式如海水的潮汐现象,涨潮时供液,让植物的根系浸泡于养液中,退潮时排液,让根系暴露于空气中或固定的基质中,让根系充分摄氧。非常科学地解决了供液与氧气代谢的矛盾,也是家庭迷你型系统中较常用的一种方式。

     2.3.1.4 NFT循环也叫Nutrient Film Technique

     该系统间歇性地往栽培槽或管道内供液,并经溢出口回流至贮液池,如此周而复始地循环,完成营养的供液并于养液中摄取氧气,它通过回液跌落的过程增氧,并利用循环液与根表皮的不断接触完成根系的横向摄氧过程,是当前应用最广的一种循环模式,系统简单适用性强。

     2.3.1.5 滴灌式循环

     该系由供液管的养液以毛管滴灌的方式供给植株的基质块或定植杯,再结渗漏回液至集液槽或集液管,然后回流至贮液箱或槽,能为植物的根茎部位创造最佳的湿润与富氧环境,这种方式有一部分的根系生长处于基质环境,具有较好的通气环境与养液环境,可大大地缓解由于循环问题而导致的植株缺氧,在技术实施上较易成功。

     2.3.1.6 漂浮曝气式
     以槽、箱、盆、盒为微型的栽培床,内装营养液,让根系直接以漂浮的方式自由地漂悬于养液中,不需进行养液的循环,只进行曝气搅动的方式来实现养液的流动及气泡的增氧,这种方式构成简单,只需一个充气泵与漂浮载体即可,制作简单而实用,最适家庭屋顶绿化栽培。

     2.3.1.7 静态曝根水培
     该系统组成简单,由装有基质的定植篮或框,上有筛孔,根系能穿透至容器的营养液中,主要特征是由上下三层构成,上层为定植层,中层为空气露根层,下层为营养液层,这种方法在栽培时只需保持一定的水位即可,以上中层解决氧气问题,下层解决营养问题,以满足植物对水与气营养的综合需求。是所有系统中最简单的模式.适于一些对氧气需求不是十分高的品种栽培。

     

     2.3.1.8 深液流系统

     也叫DFT,与NFT的管道栽培相似,但不同之处是,它的营养液深度比NFT要厚,管内循环养液达4-6厘米深以上,适于栽培大植株,但不足之处,是夏季高温时会出现缺氧现象,所以在系统构成上除了利用水泵循环外还需增加一个充气泵。
     2.3.1.9 AFT系统
     是DFT的改进,即栽营养液槽或深液管道底部增设充气管,以改进营养液循环的溶氧不足问题。

     1.1.1.6 砾培系统
     植物栽于装有陶粒的大容器内,营养液以滴灌的方式供给,并装有养液回收管,但根系基本上生长于容器内,具有良好的透气性,栽培管理方便而实用。

     2.3.1.11 大容器叠加式
     该系统由两个容器组成,上容器为定植容器,下容器为养液容器,实现上下容器间的养液渗灌与回收,植株的大部分根伸展于上容器内,是种滴灌与砾培相结合的系统,可分为单容器叠加与组合式的多层多容器叠加两种,适于栽培较大的植株。

     2.3.1.12 喷射供液系统
     该系统的特点是以喷射方式供液,在一个大容器内实现喷射与回液的内循环,并且让喷射的营养液直接粘缚于植株的根系上,根系自由伸展于氧气极为充足的空气中,氧气代谢旺盛,植株生长快速。

     2.3.1.13 容器套栽法
     系统由内外相套的两容器组成,内套的容器为定植篮,外套的容器  为贮液装置,在外容器的壁上安一透明的细管作为水位观测器,保持养液的液位,不宜过高以防植株缺氧,也可每一容器配一微型充气泵,对养液进行曝气增氧,以提高溶氧,促进植株生长。
     另外还有动态液位系统,植物工厂系统,漂浮式系统等,人们可以按栽培与设计的需要进行灵活的选择与勾画,随着科研不断深入与发展,新型系统将会不断地涌现,快速地发展,但总的栽培原现还是大同小异的,这就需要设计者对栽培的各种原理有一个充分的认识与深刻的理解过程,这样才能得心应手地设计出更多更新颖更科学的循环系统。
     1.1.2 控制系统的功能
     控制系统是管道化栽培与家庭迷你系统的核心部分,它是发号施令的大脑中枢,与感应环境的神经元,如液位、液温、溶氧、EC值等参数的检测与控制,都需在传感器的感应及芯片的运算下完成,所以控制系统在组成上主要由微处理器芯片、各种传感器、实施执行指令的各种辅助部件组成。由传感器对栽培环境的各项参数进行精确的感应,由微处理器芯片对感应的各种物理化学信号进行数字化处理,再作出执行指令,由执行部件自动完成。只有这样才能使系统实现自动化管理,傻瓜化简易化的操作,才能达到一个良好的栽培效果。现把控制系统的功能及控制对象参数进行科学的剖析,让大家对它有一个全面的了解,更有利于科学的设计。
     1.1.2.1 液温的控制
     养液是根系生长的主要环境,液温的最适用控制对于根系发育植株的生长影响较大,根系生长发育都是在一定的温度范围内进行的,过高与过低都不利于生根,大多数植物根系的适温范围是在15-28度之间,而且昼温与夜温也是有所区别的,一般夜温比昼温稍低更有利于生长,低于15度,根系伸长生长缓慢,高于28度,呼吸作用过旺,也不利于营养积累与根系的生长,最关键的是随着液温的升高,水中溶氧度会骤然下降,而导致水中溶氧之不足,间接地就影响了植株的正常生长,所以保持液温在适宜的范围内是极为重要的,在管道化栽培的实践中表明,室内系统大多可解决液温的骤然变化,而阳台屋顶或庭院内,由于在自然的气候环境下,常会出现冬季的液温过低,夏季的液温过高现象。解决液温变化不稳定的方法就是运用微控制器进行科学的测控,利用温度传感器对养液温度进行实时监控,并利用加温与致冷器进行调控,当液温传感器感应到温度低于设定适温是,处理芯片会发出加温执行指令,自动开启加温器,大多加温器可选择成本较低的水温加热线来实现,当检测到液温高于设定上限时,处理芯片发出致冷降温指令,开启微型的致冷器进行降温,一直达到适温为止。通过传感与控制让液温始终处于适宜值,从而使植物的生长更适宜,更快速,更有生机。
     1.1.2.2 养液EC的控制
     植物对于营养液中矿质元素的吸收除了有适合科学的配比外,还需有适宜的浓度,如浓度过高,会造成伤根,使细胞液外渗而烂根,如果浓度过低,植物会表现肥力不足而影响生长,所以适宜的养液浓度也是极为重要的,而且植物不同的发育阶段对养液浓度的要求也是不同的,苗期可低些,花期旺长期或结果期可高些,一般植物EC值范围在0.8-2之间较适,另外液温高可低些,液温低时可高些,这些参数可通过EC值传感器,对养液进行实时的检测与控制,如果超出设定范围,会作出报警反应,或自动调整浓度,直至适宜为止.而在家庭迷低系统或管道栽培中,常用的是报警提示功能,但也可作自动控制,一般在家庭系统中不大采用,要实现自动控制还需增加母液桶及清水桶,配制太多的桶,不利于系统的简洁与美观,所以常用提示功能,不作自动控制,而用于农业生产或较大系统,可采用自动控制,在母液桶与清水桶的出水管上安装电磁阀即可,当养液EC值过高时,开启清水电磁阀进行加水稀释,当养液EC值过低时,开启母液电磁阀进行调节,直至适宜之浓度,在调节时为了实现精确化,大多采用间歇性调节法.也就是在调节时给养液一个充分搅伴与混合时间,让检测调控更精确,否则一次性的调节液会出现惯性偏差。每加一次母液或清水后,先通过几次的循环,再进行下一次的调节添加,直到接近设定值。如果母液桶或清水桶放置的位置低于或平于贮液桶与管道,还需在电磁阀前加一动力泵。以实现自动的控制。EC的调控在栽培中也是极为重要的,因植物在生长过程中会因蒸发而消耗大是的水分,会因吸收而降低矿质营养浓度,它是一个动态变化的因子,特别是夏天蒸发量大时,变幅更为剧烈,所以对于大的系统还是采用自动更为方便,而小系统变化不大,可用警报提示之功能。可简化系统又可降低制作成本。
     1.1.2.3 液位的控制
     在整个管道系统中,常涉及到两个需要液位控制的环节,如贮液箱液位及栽培管或床的液位控制,在动态液位系统中,管道中的养液是动态变化的,通过动态的变化来实现营养与氧气的交替供给,养液每循环一周,液位就变化一次,在循环供液时,液位上升,当上升到限定高度时自动停止,此时根系完全泡于养液中,充分地吸收矿质营养,当排液时,液位下降,让根系完全暴露于空气中,此时根系进行充分地吸氧,这样营养与氧气的交替吸收,为植物创造了最佳的营养氧气环境.让植物的生长过程不会因缺氧而导致烂根或生长不良的缺素现象.这一控制流程的实现全赖于水位传感器,人们操作时只需设定水位的上下限即可,水位就在上下限间进行动态的变化。另外一个需进行液位控制的环节是贮液箱内的液位,因植株生长与自然蒸发造成水分的耗减,会造成液位的下降与养液浓度的升高,维持贮液箱内一定的水位也是管理中的一大技术环节,而如果采用人工添加,固然也可,但在生长旺盛的季节,添加就较频繁,难免就使管理变得繁琐,特别是较大的系统,或者农业生产用的系统,液位的自动调节还是极为重要的,当液位低于标定水位时,微处理器即会发出补水或添加栽培液的指令,打开电磁阀进行供液,直至达到标定水位。对于小的系统,可在贮液箱上人工标定一划线,进行人工添加,也可在系统中设置报警功能来提示实现。
     1.1.2.4 补光控制
     光照是植物生长各因素中最重要的因子,没有光照就不可能有植物的生长,就不能进行光合作用,而形成生物量.补光应用的场合主要是室内栽培或喜光植物光照强度不够时采用.露天栽培利用自然光即可无需进行补光,但对于用于大棚内的农业生产,在冬季日照变短时,补光还是极为重要的,它对于促进生长提高产量或打破休眠意义较大.光照是植物进行光合作用的能量来源,而植物对光质的利用率以红光光谱利用率最高,所以大多以红光光谱的补光灯作为室内栽培的补光较适,当然也可用钠灯与卤化灯作为光源,功率的大小可因环境的原有光照条件及不同植物需求而定,喜光植物功率选大些,阴生植物功率可小些。光照控制还涉及到光周期问题,许多植物对光照时间有敏感反应,特别是花期最明显,如菊花类短日照促进形成花蕾,长日照促进生长,所以在光照控制中除了对光照强度进行控制外,还需结合补光时间,这样植物会生长得更好。光照的补充与控制有两种方法,一种最简单的就是进行时间区段的设定控制,另一种较精确的是按照光照传感器进行精确化的补充,如环境光照强度低于设定的下限值时,就自动开启补光灯,如每天光照累积时间不足进,进行补光,弥补不足的部分.其实在室内常因人工用电而使光照时间与强度失去了规律,采用传感器的信号判断补充是最科学的,但也需考虑系统的成本,所以大多小的系统采用时间区段的设定控制,而大系统或农业生产用的可考虑传感控制,让补光最合理,最有效率.采用补光系统后,可以在光照弱或无光的室内栽培各种各样的植物,为室内营造出一个迷你的大自然仿生环境。是今后家庭绿化美化的主流。补光灯的安装一般在系统的最上方,最好配上能反光的灯罩,让光照的利用率大大地提高.通常系统350瓦,光照强度5000LX以上就可满足大多数室内植物的栽培了,对于喜光的植物,可用更大功率的补光灯,以求达到最佳的补光效果。
     1.1.2.5 空气湿度的控制
     在室内家居环境下,空气湿度的空制实现较难,因不可能于室内进行弥雾喷水,但用于农业生产的管道栽培,在系统的设计中最好考虑空气湿度的控制及结合弥雾降温的功能.城市环境,大多夏日极剧高温,空气极剧干旱,这样会对植物的生长造成高温危害与叶片灼伤,针对这问题,可以利用系统的空气湿度调节功能进行自动的微喷调整湿度.当空气温度过高超过35度以上时,也可通过微喷系统进行自动的弥雾降温,这些都可通过空气湿度传感器及空气温度传感器的感应,再经微处理芯片计算后发出执行指令,开启弥雾系统.在农业生产上或城市农业的大系统中,空气湿度的调控还是极为重要的,另外屋顶阳台光照过强或夏季过于干旱,也有必要安装该功能,否则也会影响植物之生长.而室内栽培环境下,一般不会出现温度过高,空气过干的现象,所以室内系统该功能可以省略.另外在超声波的雾化栽培中,空气湿度的控制也是极为重要,因为这种栽培方式主要是让植物的根系生长于高湿的雾气中,要保持根系伸展空间的高湿度,只有这样才能达到空气栽培的良好效果,而营养雾湿度的变化也是动态的,如果通过开启关闭超声雾化系统来实现营养雾的最优化湿度,这也可通过在栽培床内或管道内安置一个空气湿度传感器,当湿度低时,立即开启超声波雾化器,进行液雾的弥漫式供应.现在大多采用时间区段的估计设定控制法,在环境因子较稳定的情况下是可行的,但在多变的环境下,还是以空气湿度传感器来控制较为科学合理,这样植物会长得更好一些。
     1.1.2.6 空气温度的控制
     空气温度是植物光合作用的一个重要影响因子,当温度低于15度时光合作用及其他的生命代谢活动就人受到影响,低于5-10度,许多植物就停止了生长,而高温的影响也同样不容忽视,如温度过高超过35度以上,大多植物就会出现光合速率的下降,如更高就会出现各种酶活性的破坏,在生理上也表现出气孔关闭,叶片发黄的高温障碍.在室内的系统大多是人为一居室环境,温度较为恒定,但在屋内阳台等开放的环境下,常会出现高温与低温的危害,虽然在开放环境下安置的系统空气加温难以实现,但高温的降温还是可以通过弥雾方式得到有效控制的,因弥雾的水滴会带走大量的热量,从而使叶片的微环境(叶片表面的环境,不是指大气环境)温度得到了有效的控制.而置天小型温室内的系统或农业生产上大棚内的系统则可实现空气加温,现在的管道化栽培已开始大量运用于农业生产上栽培蔬菜与瓜果,如结合大棚反季节栽培效益更高,所以在大棚内装上加温系统还是很有必要的,这样就可实现周年生产.目前用于大棚加温的有空气加热线与热风炉两种,这两种都可与微控制器联接实现自动控制。
     1.1.2.7 二氧化碳的控制
     二氧化碳是植物光合作用的初始原料,没有它就不可能进行光合作用,植物就像失去粮食的喂养一样,变得瘦黄而无生机,但二氧化碳主要存于大气中,对于室内系统难以实施气肥的补充,因为会影响人居环境,而如果农业生产上的大棚栽培则可通过对大棚内施放二氧化碳气肥来提高光合作用效率促进生长.在小温室内的阳台或屋顶系统也可.它主要是通过二氧化碳传感器来实现的,一般植物空气中的二氧化碳浓度达1000PPM最适,施用气肥可大大提高光合效率.当环境空气中的二氧化碳浓度过低时,会自动打开供气系统进行气肥的补充.达到设定值时则自动停止.但随着对植物研究的深入,发现植物的根系也能吸收二氧化碳,能发挥与叶片吸收相同的作用,所以对于家庭室内系统可于液槽中安装一个电解式的二氧化碳发生器,通过水解再与碳片反应产生二氧化碳,并与水结合成为碳酸水,经循环可供系统上的每一个植株.这些都可通过微处理芯片实施自动化的控制与管理。
     1.1.3 栽培系统的功能
     栽培系统即用于形成系统骨架的管道、容器、或箱、盒、槽、漂浮板及定植杯、基质等,栽培系统的功能除了形成循环系统及固定栽培植株外,作为家庭系统,还融合美学因素,因为它除了栽培植物外,更重要的是装饰与观赏,所以栽培系统的选材色彩,构造就必须符合美学的设计要求。它的功能是营养液循环与栽培植株的载体,也是实现多种栽培方式的科学化构架。
     栽培系统是在循环系统确定的情况下,再按设计的要求进行科学的构架,配置相关的材料与附件,也可按家居设计的要求先确定构架造型,再按栽培原理勾画出一个最为合适的循环系统,还可因栽培的植物不同设计不同的系统方案,再按方案来构架栽培系统。按栽培系统的不同分为以下几种类型。
     纯管道构架的系统,这种大多用于NFT水培与DFT水培,以NFT上运用最多,栽培构架就是由不同口径的PVC管及贮液箱及支架组成。栽培植株的固定方式就是在管道上打孔,并于定植孔内按上定植杯即可。

     2.3.3.1 管道容器复合的栽培系统
     以大容器为固定栽培空间,以各种管道为养液循环供给系统组成的栽培系统,主要用于DIT循环系统。选择容量较大的塑料容器为定植杯,选择口径相对较小的PVC管为养液供应回流管,而上述纯管道型是以管道为根系的定植空间,这系统是以较大的容器为主体的栽培空间。营养液结合容器滴灌的方式供给。
     2.3.3.2 由大容器为主体的系统
     这种主要用于陶粒培,再结合营养液毛管的自动供给,以滴灌方式为主要循环方式。这种方式主要用于叠加式系统、DIT系统,或容器套栽系统、苗床式潮汐系统,单容器喷射系统等

     2.3.3.3 苗床式栽培系统
     由容量较大的床式营养液栽培槽组成,管道只是起毛管输送这作用,甚至贮液池也改成床式,这种系统,可用于潮汐式;滴灌式;或水耕式;超声波气雾培等。

     2.3.3.4  由大容器与漂浮板组成的水耕式系统
     以大容器为栽培床与贮液池,实现床内营养液的内循环或曝气增氧,植株栽于似容器盖的漂浮板或定植板上。

     2.3.3.5 柱式系统
     由超大口径的管道为栽植与养液载体,植株立体式地栽培柱的四周,在空间造景栽培上运用较多,有内填基质栽培的,也有内装超场波雾化装置进行空气栽培的。它的主体就是大口径的栽培柱,放于室内极具立体的景观效果。

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