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2005年5月29日 作者:ctnyzn [返回]
番茄营养液深液流无限生长型栽培(Ⅳ)--营养液动态液位法栽培番茄的试验研究

作物根系是吸收养分、水分的重要器官,其呼吸作用的强弱直接影响到根系对养分、水分吸收的能量,而呼吸作用需要消耗氧气。如果根系环境通气不良,则生长不良,养分和水分的吸收量减少,直接影响到上部的产量。另外,处于缺氧胁迫下的根系抗逆性较差,容易成为微生物和病原菌侵染的目标而感染病害。在水培作物时,无论是深液流水培(如DFT)还者是浅液流水培(如NFT),创造条件以确保作物根系氧气的充足供应是取得种植成功的关键技术。水培作物所需的氧气相当一部分是依靠生长在营养液中的根系直接吸收溶解在营养液中的氧气来获得的,另外有部分是依靠裸露于液面的根系直接吸收空气中的氧气获得。只不过液面的深浅和营养液中溶解氧的含量不同,以及裸露于空气中根系数量的多少不同而有差异。一般地,营养液中的溶解氧含量越高,裸露于空气的根系所占的比例越大,作物根系的生长就越好。
   在水培特别是深液流栽培中,改善根系的通气状况对促使植物生长良好和产量的提高有着重要的作用。
1 动态液位法的原理
   经过对目前国内外水培技术(如NFT、DFT、FCH等)的总结和分析,特别是各自独具特色的增氧技术和方法,提出了营养液深液流栽培时的增氧方法一动态液位法。
   动态液位法的原理是:在水泵开启时,营养液池中的营养液在水泵的作用下,经进液管道流入栽培槽中,在供给植株养分和水分后,经回液套管进入回液管,然后由回液管道流回营养液池(如图1 a);在定时器的控制下,水泵工作一定时间后,停止工作,这时,栽培槽中位于回液管上回流孔上部的营养液在水压作用下,经回液孔、回液管道流回营养液池。随着液面的不断下降,原来沉浸在营养液中的植株根系便暴露在潮湿的空气当中,可以吸收空气中的氧气(如图1 b)。当水泵再次开启时,营养液又逐渐将暴露在空气当中的根系淹没,此时,这一部分根系又可以吸收营养液中的养分和溶解氧。随着定时器不断将水泵开启和关闭,栽培槽中营养液的液位在不断地升降,液位处于动态变化之中,所以称这种方法为动态液位法(DSSmDynamic Solution Surface)。
   在上述系统中,有以下几个地方在对营养液进行增氧:(1)在水泵出液口,将一部分营养液直接回流到营养液池中;(2)在进液管进入栽培槽时,进液管出口与栽培槽液面有一定的高度差;(3)回液管道出口距营养液池液面有一定的高度差;这3处营养液流由于空气的阻力,分裂成很多细小的水滴或雾滴,大大增加了空气与水的接触面积,可以提高营养液池和栽培槽中的营养液溶氧量。


   植株生长的中后期,尤其是营养体非常茂盛的时候, 由于营养液的液位变动,使得植株的根系通过吸收空气中的氧气来满足生长的需求,是动态液位法的核心。
   动态液位法,利用了以下几方面增氧的原理和方法:滴液法、液流法、露根法、湿气根法等。
   由于在定时器的控制下,水泵处于间歇开、闭状态,相对于水泵连续运转,要节约1/3~1/2的电能;同时,由于不再需要空气压缩机来供氧,使得设备成本和运转费得到节约。
2 试验方法与条件
   为了验证动态液位法的增氧效果及其对作物生长发育的影响,于2001年12月一2002年6月,在中国农业大学西校区科学园玻璃试验温室内进行了栽培试验。所种作物为番茄,品种为中杂9号,定植在6个60 cm x 40 cm x 22 cm的栽培槽中,每个栽培槽定植6株。3个栽培槽中的营养液采用动态液位法,另外3个的营养液液位不变动。营养液由自吸式水泵从营养液池中抽取,循环使用。用清华同方生产的温湿度自记仪自动测量和记录番茄冠层温湿度、营养液栽培槽液温以及栽培盖板以下、营养液面以上空间的温度与相对湿度。定期对番茄取样,烘干后分别测定其根、茎、叶、果的干重,并进行比较。

  试验装置如图2、图3所示。试验时,在定时器的控制下,水泵以停止30min、运转60min的周期自动进行间歇式供液。
3 试验结果与分析
3.1 干物质的生产用一定阶段番茄的相对生长率(Rw)作为衡量、比较和评价的指标。相对生长率(Rw)为一定时期内,单位干物重所增加的干物重。

从表1可以看出,在试验的3月19日一4月27日期间,采用动态液位法栽培的番茄,相对生长率从0.029 g/g d上升到0.237 g/g d,而液位不变动栽培的番茄,相对生长率Rw只从0.0065 g\g d上升到0.197 g/g d。说明采用动态液位法栽培后.番茄的生长得到增强。

3.2 节点和叶片数
   从番茄节点和叶片数的生长发育(见表2)可以看出,在番茄生长初期(3/19— 4/2),动态液位法与液位不变动栽培的效果差别不大。但从4月9日开始,采用动态液位法栽培的番茄,无论叶片数还是节点数,都要比液位不变动栽培的高。到5月22日,两者节点数相差为4个,叶片数相差3个叶片。由此可以看出,采用液位变动法,番茄的生长速率得到提高。

3.3 根的生长、发育
   以根干重相对于植株总干重为指标,比较动态液位和液位不变动两种栽培条件下,番茄根的生长发育的差异。
   从表3可以看出,从3月19日到4月27日的生长期内,在动态液位法栽培条件下,根干重从0.354 g增加到2.77 g,而液位不变动的根干重从0.281g增加到2.23 g;从相对于植株总干重的比例来看,总是动态液位法的比液位不变动的要高。无论从绝对值还是相对值,在动态液位法栽培条件下的番茄植株的根系都比液位不变动的根系显示出具有较强的生长势。由于外界环境条件和番茄的管理在两种栽培时没有差别,可以认为动态液位法由于提供给了植株可以吸收到氧气更多的机会,使得番茄根系的活力更强,根系的生长发育更旺盛。
4 结论
   营养液深液流栽培由于栽培设施中营养液总量多,因此营养液的组成和浓度稳定,短时间的停水停电不会对作物生长造成影响;同时,养分利用率高,可达90% 一95% ,由于营养液循环使用,不会对环境造成污染。

但由于栽培槽中的营养液层较深。植株大部分根系位于营养液的液面以下,存在着根系缺氧的问题。经过对国内外水培技术的总结和分析,特别是各自独具特色的增氧技术和方法,提出了在营养液深液流栽培时的动态液位增氧法(DSs)。DSS利用了滴液法、液流法、露根法、湿气根法等几方面增氧的原理和方法。
   通过利用动态液位法进行番茄栽培试验,得出以下几点结论:
4.1 动态液位法。可以使番茄的上层根系间歇地暴露在栽培盖板下面潮湿的空气中,充分进行氧气的吸收,以弥补营养液中溶解氧的不足,下层根系仍然在营养液中进行养分、水分和氧气的吸收;在液位不变动栽培下的番茄根系,只能吸收营养液中的溶解氧,而溶解氧经常处于不饱和状态,不能满足根系的呼吸需求。
4.2 栽培盖板下面的温度较低而且相对湿度较高,在这种环境下,番茄根系可以分化成具有一定形态差异和专化生理功能的根群。这一部分湿气根短而粗壮,主要进行氧气的吸收。湿气根所吸收的一部分氧气可以通过根的疏松组织,扩散到浸泡在
营养液中的根群,供它们使用,改善了番茄根系的供氧状况。
4.3 应用动态液位法可以提高番茄的相对生长率、加快叶片和节点的生长、增强根系的活力、促进根系的生长发育。

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