气雾栽培
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2015年7月4日 作者:xwz2367609 [返回]
气雾栽培技术今后研究方向

气雾栽培技术与其它无土栽培技术相比,虽然技术简单实用。但作为一门新生的实用技术,还有太多的东西需要研究观察试验探究,不管是理论上还是实践操作上都有太多需要改进与提升的空间。现就当前气雾栽培存在的问题及未来发展愿景方向作些简要的说明。
1、 根雾环境的深入研究
根系环境的改变是气雾栽培区别于其它栽培模式的核心与关键,通过根系环境优化达到生长发育增益的目的。植物需要较为稳定的根系温度,这是长期进化过程中所形成的生态适应性表现。如何创建更稳定的根温还需深入研究,气雾栽培与其它栽培相比,不足之处就是对环境缓冲性差,根区温度波动较大,盛夏时甚至高达40多度,寒冬时根区结冰。在这方面破突,还得研究节能技术,实现营养液温度的最节能化调控,通过养液温度的调节来实现根区温度环境优化。若构建更为高效的生产系统,未来营养液降温与升温技术及装备的配置估计还是必须的。
再一技术思路就是提高作物对温度波动的适应性,让温度变化所产生生长制限的幅度变大。在水培与土壤栽培中作物的根温适宜温度的变幅范围为±2-5℃,而气雾培的适宜变幅会更大,这与其根表面积大根系发达有关,因为气雾培作物根系表面发育更多的根毛细胞。如根毛直径5-17μ,长度延伸0.8-1.5mm,它的表面积约成为60倍,在直径0.5mm长2cm的根着生的根毛有效面积为19cm2。这是让气雾培根区适宜温度变幅增大的原因所在,那么如何让气雾培产生更多的根毛,则成为技术的关键。而当前生产运用大多采用弥雾的方式供液,其液滴的大小就直接影响根毛数量,雾越细则根毛越多,如达到超声波级的雾,其根毛的发育就变得极为发达。但超声波雾化技术其单位时间供水量往往小,在温室气候波动较大的生产条件下难以适应大蒸腾作物对水分的需求,另外成本也较高。所以在喷头质量的改进上,或者超细雾微喷技术的运用上,有待改进与提升。通过研究,根毛越多,其适应根区温度变幅范围就会越大。其间的原因在于根毛发达后根系获取养分、水分、氧气的表面积增大相关。气雾栽培的根系为水气根并存型,雾滴大则水根多,雾滴小则气生根发达,根毛就相应发达。当根系培育出发达的根毛根系后,可以让根温的适宜变幅范围提高至+15℃或-10℃。大大提高了根系对环境稳度变化的缓冲性,由此根温变化对生长造成的障碍就得以解除。另外气雾栽培虽然根系摄氧充足,但如果喷水过多与水滴过大,再加上根温高,同样会出现根系的缺氧腐烂问题。所以未来雾培的改进上,是否要于养液池中增加纳米增氧技术,还有待进一步研究。
除了上述根雾的物理环境外,还要对根系的微生态环境进行研究,气雾培根系上滋生的细菌、真菌、藻等构建起根系的微生态环境。如何采用益生菌或者根区有机营养环境调节来达到更佳的根系微生态环境,也是未来要深入研究的重要课题。
2、 温室环境调控技术的研究
开发适合作物周年无休生产的温室一直是环境调控技术研究的重点方向。一是温室结构的研究,采用什么样的温室结构更利于节能化调控,目前虽然开发了具节能效果的球形的鸟巢温室及具锥形结构效应的金字塔温室,但在相关调控设备的结合运用上研究还较少。比如早年研究的肥皂泡保温降温技术,在具体运用上还得深入试验研究,让其变得更加实用。当前也有温室采用相变材料,但其成本较高,缺乏实用性,如何降低成本也是未来研究课题;采用地下水进行环境调控一直都有偿试性运用,但如何构建科学实用高效的体系,还有较多的技术有待完善;在加温燃料上如何采用可持续的生物质燃料,已有绿藻培养及榨油燃烧的技术思路,可距离实用还有很多技术环节得完善。
除了温光气热气候环境的调节控制外,未来温室还得有效结合声、波、电、场、纳米等物理技术,如何构建空间电场,用于除雾杀菌及促长,如何利用声波震动促进光合作用及气孔的叶面吸收,如何运用电磁技术促进养分水分吸收等物理手段,虽然理论与实验上已成功,但实际的结合运用上还要长期的不断试验,才让理论体系变为实用的生产技术体系。
3、 计算机控制及传感器技术的研究
当前用于气雾栽培的计算机控制系统,是由人为设定参数而进行控制。未来需要研究的方向,除了控制参数多元化与精准化外,生理传感器的结合将是重点的课题。比如控制弥雾频率,当前是通过环境参数的采集来确定弥雾供液的启闭,如果结合叶片厚度变化的微位移传感器,就可以更精准的确定叶片水分之膨压变化,以此作为控制决策的输入就更接近作物的生理需求。再如,可以通过在线的光合同化效率传感器,作为数据输入,再按照每种作物预先建立的专家系统数据库(生长模型)的智能运算,作出调控决策。这种通过生理测定传感所作的控制才是最适的调控方式,但需建立各种作物的生长模型,及开发相应的实用低成本传感器。这方面还有较长的路要走,需要多学科的融合,但也是未来优化控制的必由之路。
在营养液的控制上,目前只对简单的EC、PH、水位、温度、溶氧进行测定与控制,而细化深入的元素测定传感还属空白。未来必须开发氮、磷、钾、钙、镁等传感器,实现对养液元素的实时在线传感控制,让养液组配处于最佳的状态。这方面的研究意义重大,虽然投入大,但可以创造作物生长真正最佳的矿质营养环境,
随着物联网技术的普及,雾培蔬菜工厂有待更深入的结合,得抓紧开发无线传感器、无线智能传感器及云控制技术。不久将来再结合管理作业的智能机器人,完全可以实现数字化、智能化、远程化、精准化的无人化蔬菜工厂。
4、 栽培模式的创新与研究
近十余年,气雾培的研究重点侧重于温室调控环境下各种栽培模式的创新;但对于露天无保护的环境条件下运用研究较少,为了拓宽气雾栽培新耕作体系的运用空间,未来重点得转向露天自然气候及自然地理条件下的气雾种植研究。一旦在该研究方向上形成可操作的技术体系,将会是耕作史上的一大飞跃。
目前已进行露天雾培果园建设、山地立柱雾培蔬菜基地建设、都市的露天阳台、广场、庭院、墙壁等环境下雾培系统构建进行大胆偿试研究,已取得较好的效果。但距离推广与应用还需较长一段时间中试观察,各技术环节还需完善提升。特别是雾培果园与山地雾培蔬菜基地建设的运用,将会彻底改变当前的耕作模式,其运用意义及生产价值极为深远。特别是山地开发上,构建雾培果园,无需平整梯田,只需打洞铺膜装喷头即可完成果树的种植,而且自然植被在不影响光照情况下可以完全保留,没有水土流失,也保持了原生态,充分体现果园生态的多样性,减少病害,减少用工。无需松土、除草、施肥、灌溉等作业,大大降低管理成本。山地雾培蔬菜基地建设也同样道理,目前用于山地雾培蔬菜基地建设的主要模式为立柱式雾培,在原雾培柱基础上增加伞盖及边围防虫或保温膜围扣即可。这种模式栽培蔬菜,可以充分利用山地气候优势,也可以利用原生态优势,生产出品质更佳,而投入更省的高山蔬菜。同时实现只要有空间就可以种果种菜的理想,大大拓宽了耕地的概念,无需担心耕地减少或者土壤的衰退问题,是一种永久的可持续蔬果基地建设模式。

建于露天的避雨式立柱雾培


 
5、 品质及营养提升及改善方面的研究
矿质营养学说主宰了一个多世纪,指导着现代农业施肥技术体系的构建。目前无土栽培技术体系也是建立在该学说基础上,但从哲学角度来说,该理论并非无械可击的完美。大自然的造化绝非人为的化学分析这么简单,就如构建植物体的元素来说,矿质营养学说只限于16-17种;可自然界元素达90种之多,特别是海洋生物因海洋对矿质元素的富集效应,使普通的海带就可以捕获50多种元素,所以人体营养许多微量元素与微微元素需要从海洋产品中获取。如何提升陆地植物综合的营养成分,关键在于开发学说以外的元素。比如采用海洋产品进行发酵提取及矿化,进行叶面追肥或者其它途径的补充,目前一些海藻发酵肥已在生产上运用,表现很好的增产及改善品质的效果。
作为研究方向,未来得突破学说之局限,展开更广泛元素的生理研究及营养改善的品质研究,包括吸收方式作用机理及改善效果等方面。这是雾培技术再次提升的关键,也是雾培技术最终是否能超越所有耕作模式成为主导的核心所在。

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