气雾栽培
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2019年3月31日 作者:xwz2367609 [返回]
空间无限利用型的气雾克隆栽培技术

第五节、空间无限利用型的气雾克隆栽培技术

垂直农业从某种角度来说也就是空间利用技术在耕作上的应用,空间由纵向空间与横向空间组成,如高大的乔木就是纵向空间发展模式,而一些棚架的藤本植物则属于横向空间利用模式,这些在垂直农业的生产应用与设计上都显得极为重要。从单株植物来说其生物学特性都具一定的限定性,如树木都有一定的高度限制,不可能无限的往高处生长,横向发展型的植物也同样,具一定的生长半径局限。这里所指的空间无限利用型,就是从理论来说,通过该技术可以实现单株植物的无限生长,利用无限生长特性来充分利用垂向与横向空间,来构造垂直农业的利用效果。以下就空间无限利用型的气雾克隆技术作简要的介绍,让大家对这种新型的技术有所认知。

一、气雾克隆技术的启示

克隆植物是指在自然或人工环境下可以通过自身营养器官分化发育形成遗传上与母株相同的新个体,而且新个体具相对独立的生理功能与形态特征,但与母株间一直保持着生理整合效应的植物,我们称之为克隆植物,自然界生态群落中有很大部份种群都是以克隆植物方式存在,在生态群落中占据重要的生态优势,可以在短时间内获取空间与生态的资源,比非克隆植物有更大的生态优势。
   
克隆型大生物量的植物如毛竹,整片竹林就是一个由地下茎鞭连贯为一体的一个巨大的植株,所以从生存的策略来说,克隆植物在生态群落建设中有强大的竞争力,南方大多竹林生态,其它物种很难成为优势种群,整片由毛竹覆盖。克隆植物的生理整合性就是各代克隆分株之间及与母株或基株之间都有相互的物质能量信息交流交换,当分株处于劣质资源或者环境胁迫时,可以由周边的分株供应营养,所以在竹林系统中,一些很瘠薄的土层照常能长出硕大的笋鞭,这是克隆型植物生理整合功能的体现。克隆植物比非克隆植物有更强的生态适应性,当环境胁迫到一定程度时,克隆植物也会以开花结籽的方式保留后代,通过种子传播逃离劣势生态环境,在新环境建立新的根据地与生态种群,如毛竹如遇连年干旱与贫瘠胁迫就会以开化结籽的方式保存后代。从某种角度来说,克隆植物更是植物进化过程中的早期模式,有性繁殖是进化过程中为适应环境所形成的新模式;克隆植物在自界中占50%或更高的群落优势,大多数的杂草之所以如此旺盛滋长就是其克隆植物的扩张优势体现。
   
克隆植物在水平扩张上是非克隆植物无可比拟的,有些植株绵延至数公顷之广,如果生态环境不受限也可以说是无限的生长。而当前非克隆植物的很多植物其实同样具克隆的特性,无非是环境的不适应,让这种特性没有表达而已,在热带雨林环境,很多植物茎干上长出气生根板根也是克隆性的体现。在农业生产上高压繁殖也是类似自然界克隆植物的人工再造。大多数乔灌木或藤本都具克隆性,如果把该特性用于农业生产,可以实现经济树种类或者瓜果藤蔓类植物的克隆生长模式。
   
自然界的克隆植物的寿命有两个概念,即基株与分株寿命,分株与非克隆植物一样有自已的形态及生理功能,能独立完成生活史,寿命与非克隆植物相似。然而与非克隆植株不同的是,克隆植物的基株,即遗传学个体,实际上具有几乎不死的能力,衰老几乎不是它死亡的原因,这是因为它具有克隆性,在自然条件下通过无性繁殖方式不断复制自已,因此克隆植物的基株可以存活很多年,具有很长的寿命,人类现有关它们寿命的研究数据估计是它们寿命最低估计。克隆植物基株寿命因种而异,有些物种可生存1000年,如柔毛草;有的种则有可达10000年以上寿命,如美洲越桔。
   
克隆植物明显具有比非克隆植株长得多的寿命。克隆植物的克隆性是其基株长寿的直接原因。克隆植物分株的寿命与非克隆植物寿命相当,而基株死亡的前提是所有分株的死亡。在克隆植物的生活史中,一方面,同所有构件生物一样,分生组织在分化形成不同器官的同时,还形成多个新的分生组织,构成许许多多构件,这个过程源源不断;另一方面,这些构件又以一定的规律组合成具有生理独立性、能够独立完成生活史的分株,这个过程同样是源源不断的。伴随着老分株的死亡,新的分株产生。不断产生的新的分株,不断地持续着基株的生长,延续着基株的寿命。
   
虽然分株的寿命小于基株的寿命,但许多分株的寿命也相当长。因此,克隆植物的基株常常能够保有大量的分株,从而具有很大的生物量,很少有人估计过具体克隆植物基株的生物量,但它们无疑是世界上单个遗传学个体生物量最大的生物之一。
   
在农业生产上结合高压繁殖技术或者高压雾化催根技术,在种植的母株上不断的在其分枝上进行间隔性的高压催根,再进行雾化营养供应,构建起类似自然界克隆植物的生理整合代谢模式,可以对种植的母株(基株进行)多级性的延伸克隆,构建起类自然克隆植物的模式,实现小生物量经济植物的巨大化无限级种植,未来可能实现果树种植一亩或者更大面积只栽培一株基株的生产方式,不管在观光及生产上意义重大。当前我们在红薯气雾培空中挂薯及南瓜的挂桶雾化催根上得以应用,是营养接力的方式种植,与自然界克隆植物一样,构建起多级构件间营养互送的生长方式。
   
该领域研究虽然我们刚刚起步,但在未来园艺植物的生产应用上,前景看好,而且在理论与实践上都已有相当成熟的技术手段与经验积累。未来完全可以实现当前许多非克隆植物的克隆化种植,实现基株寿命的延长及克隆生物量的巨大化发育。为垂直农业的空间利用提供技术支撑,未来一高楼的表面就是由一基株培育出的无限克隆体,并且可以生长至无限的高度,数百米的高摩天大楼表面的覆盖可能只需一株植物完成。

二、超级钢构树在气雾克隆栽培上的具体应用

超级钢构树设施主要用于超级植物的栽培,其树冠超乎数倍数十倍甚至数百倍于常规植物,要实现植物的超级生长,必须最大程度满足植物肥水吸收及光合代谢的生理生态需求。但植物巨型化或超级发育后,随着树冠的扩张,不同部位的枝叶果等组织所处的生态位与生理代谢都将发生变化。离根系越远,肥水输送距离也就越远,由叶片蒸发所需的动力因不同的植物品种具一定的生理阈值限定,而由导管内壁产生的阻力也随距离的增大而增大,水分吸收在重力及导管阻力综合的作用下,自然就限定了植物的生长高度或者输送距离。另外随着植物的生长,分枝级数不断增加,离根兜距离也越来越远,而决定植物生长除了肥水光合等营养代谢外,生长激素也是影响生长的重要因子,而根系是生长激素合成的重要器官,离根兜越远输送至冠形末端的激素就越少,所以大多树高大的植物末梢的枝梢其叶片就越发变小。甚至如世界上第一高树--红巨杉(高达112.7米),其树梢顶处的叶片与极端干旱沙漠环境的植物叶片越发相似,就是离根系越远的叶片,叶形越小,甚至退化,一是水分缺乏,二是激素水平降低。研究发现,世界第一高树,在土壤水分既使充足的前提下,水分从地面运输至百米高处的枝叶,需24天。这是自然界树木高度受限的主要原因,所以,地球上的树木高度的极限为122-130米,这是水分传送克服重力及导管阻力的极限,叶片得不到水份就无法进行正常的光合作用。

    另外,植株过高过大后,植株干径的承重负载也是一大限制,就拿一枝能支撑自身重量的树干来说,比如它的长度增加100倍,也直径也增加100倍,此时这植株的体积将增加了100万倍,重量也同样增加100万倍,然而树干截面的面积仅增加1万倍,因此每平方厘米的截面上要增加100倍的承重,而在树干的几何形状始终不变的情况下,显而易见,这株树干能不被自身重量所压跨吗?高大的树木若保持其完整,它的粗细对高度的比就该比低的树木大,但加粗就必然加大树的下部的负载,因此,树木在适应环境的生长过程中,它的高度不能不受到限制,所以树木不能无限长高的道理也就不言而喻了。

    还有,从光合作用所需摄取的二氧化碳来说,二氧化碳的密度比空气密度大,表现为下沉的趋势,过高后二氧化碳浓度降低,也将成为光合作用的制限。

    要构建超级树栽培系统,实现多年生树木或者无限生长型瓜果及多年生草质植物的无限生长,必须克服上述制限,在栽培系统上进行优化与技术处理。

1、变纵向生长为横向生长。采用钢构树支撑架的方式,让植株长至一定高度后就作水平延伸生长,减少植株的承重受限与水分输送的重力制限。

2、优化激素环境,解决生长末端激素水平低问题,对根系环境进行温度控制,常年稳定在一定的温度阈值,调到最适合根系发育与激素合成的环境。大多数植物根温控制于17-21℃,可达到周年生长的效果,而且根系的生理特性来说,只要环境适宜可以无限生长。根系活力的保持是源源不断提供枝梢生长所需生长激素的重要来源。

3、克服导管阻力与重力的另一技术方式,就是采用高压根系的营养液供应,也叫气雾克隆栽培,就是在植株上不断的高压克隆出根,再于诱导的不定根系系处提供根雾环境,就像营养接力赛一样,源源不断往树冠外围及梢顶传送。也就是克隆出更多的肥水供给“源”。就像热带地区的榕树,枝干可以处处出根,而克隆栽培是采用高压引根或者靠接创造辅根的效果。高压引根与辅根都成为植物生长新的营养“源”。解决远距离单处供肥水的制限问题。

4、克隆植物原理的应用,南方典型的克隆植物就是毛竹,一片竹林从生物学角度来说就是一株毛竹,全是采用地下鞭茎生发笋芽发育枝梢,这种地下茎生长的方式植株之间形成营养及水份的协同调控机制,所以毛竹具有强大的种群扩张力。高压或者辅根靠接的方式具类似克隆植物的生理效果,是实现植物无限生长的仿生应用。

在观光科普园及现代高科技农业园区的建设中,克隆式气雾栽培是培育超级植物的重要技术支撑,实现大多数多年生植物或作物的无限生长。未来有望培育出一亩一株树,一亩一株瓜,一亩一株花的观光效果与震撼的科普教材。

三、超级钢构树构建图解

超绍钢构树雾培系统与伞式钢构树雾培构建方法类似,不同之处在于随着植株的生长冠幅的扩大,不断增加克隆的摄食点,所谓摄食点,就是在枝或蔓上进行高压催根,催根后再采用挂雾培桶或管的方式进行气根培育及养液供给。对于高压难生根的木本植物摄食点可以采用小苗靠接植入的方式构建,逐渐发挥多点摄食的生理整合效应。具体见如下(图11-27)。

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