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水培的简史、下一代农业和无土农业

如今,水培有许多应用。它在全球范围内被用于在没有土壤的土地或水中种植植物,适用于商业和家庭使用。植物的根部不接触生长介质或土壤,而是位于含有植物生长所需所有营养物质的溶液中。

水培植物生长的环境条件可以被控制,以创造最佳的生长环境。水培被用于全年种植温室作物,并以经济的方式生产健康食品。

这一方法是在第二次世界大战期间由加利福尼亚大学的农业科学家W. F. Gericke开发的,他设计并建造了一个用于水下种植番茄的浮动系统。第一个工作模型由一个木框架组成,框架上有钩子,可以放置陶土花盆;Gericke称他的发明为“无土栽培”。

“水培”一词源于希腊语,“hydro"意为水,“ponos"意为劳动。

现代商业操作使用由NASA推进的生物农业技术,用于生产支持外太空生命的植物。没有土壤,宇航员将无法种植蔬菜和水果。

来自NASA生物农业部门的图片 (来自NASA生物农业部门的图片)

水培系统有两种不同的风格:

被动水培系统

被动系统利用环境作为生长介质,通常采用某种导水机制将水和营养物质引入植物的根区。被动系统通常比主动系统便宜,但无法精确调节。

主动水培系统

主动系统用于控制植物生长的环境,提供精确的水和营养物质水平。主动系统的建造成本较高,但提供了更好的植物生长和更高的产量。

主动水培系统分为两类:

潮汐系统

潮汐系统用富含营养的水淹没作物,然后将溶液排回储水池。这允许使用大量的生长介质,同时仍然为根部提供良好的通气。大约一半的商业水培种植者使用潮汐系统,这些系统通常被称为NFT或淹没/排水系统。

营养膜技术

营养膜技术系统使用浅水层和流动阻力低的生长介质。营养物质在压力下通过水层泵送,为根部提供良好的通气。营养溶液不断循环,确保水中营养物质的浓度均匀。

在水培中,植物所需的空间比土壤种植的植物少,因为缺少大孔隙基质,取而代之的是惰性材料(岩棉、珍珠岩)或营养溶液。通过这种方式,水培在与传统农业相比时,可以在减少多达30%的土地上种植植物。

水培系统中的营养物质溶解在水中;大多数商业水培系统循环使用恒定的营养溶液供应。营养水平被仔细维持,通常在植物根部健康生长所需的最佳量的几个百分点之内。水培中的受控环境允许对pH值和水温进行比传统农业更大的控制。

水培种植植物通常比土壤种植更昂贵,因为所需设备(灯光、气候控制系统等)的成本较高,且设置成本更高。然而,由于其能够在较小预算下运行,水培系统在小规模家庭和市场园艺师中越来越受欢迎。

然而,一旦设备的初始成本得到偿还,如果考虑到土壤替代费用、土壤管理所需的技能以及水培环境中所需的劳动力缺乏,水培就会比传统农业便宜。

简史

植物主要需要氧气和水才能生存的概念已经被人们知道了数千年。泰奥弗拉斯图斯(约公元前372–287年)在他的书《植物探究》中提到过这一点。爱德华·布莱斯是第一个提到商业水培园艺的人,他在1870年《印度农业学会杂志》上发表了一篇16页的文章,标题为《水生植物栽培》。

1886年,博丁顿和菲利普斯获得了“无土人工植物栽培”的专利,该系统将管道连接到水培果树。第一个商业实施是由朱利乌斯·亨塞尔在德国进行的,他在1920年代开始销售温室使用的系统。1930年,利伯提·海德·贝利和埃默森发表了《热床、冷框和庇护所对番茄植物生长的影响》。

1937年,美国农业部发布了两份通告:通告318——佛罗里达州番茄种植日期,以及通告404——增加番茄可销售产量的建议。这些出版物描述了至今仍在使用的水培技术,但使用了更大的花盆和商业肥料。

在1940年代,威廉·F·特雷西博士扩展了他对植物营养的研究,最初局限于沙土中植物的生长,纳入了营养溶液,发表了一篇题为《在合成介质中栽培菊花》的论文。

在1950年代到1960年代,水培研究经历了一段低迷期。太空竞赛和将人类送上月球的推动使美国政府将资金投入到其他领域,如半导体,而不是水培食品生产系统。

水培被电影制片人和发明家弗拉克斯·达文波特重新发现。他还是“国际有机农业运动协会”(ISOM)的创始人,并于1991年在加利福尼亚州奥克兰的家中组织了第一次有机城市农业会议。

1977年,B.C.(“巴德”)沃尔夫出版了《栽培混合土》一书,标志着一个突破的到来。

这本书在水培兴趣重新燃起之际出版,包含了重建简单营养膜技术(NFT)系统所需的所有信息。然而,直到1986年沃尔夫在《替代农业》这本贸易杂志上发表了《我如何喂养我的植物:NFT的外行指南》一文,才产生了较大的影响。

第一个商业水产养殖系统是由丹尼斯·霍格兰德在威斯康星大学麦迪逊分校的渔业与野生动物系工作时开发的,称为霍格兰德水培或威斯康星系统。“威斯康星系统”由一个循环再氧化系统组成,同时为植物和藻类提供养分。它的设计旨在低成本、自给自足并具备现场养分回收功能,且模块化。该设计已在威斯康星大学麦迪逊分校的生物系统管理系的罗伯特·A·伯格伦博士的实验室中得到广泛验证。这是用于NASA资助项目的相同技术,该项目由伯格伦博士设计,用于在地球和微重力环境中(使用NASA的减重飞机)种植蔬菜。威斯康星系统已被全球超过50家公司许可,并商业化为快速根系和快速床水培种植系统。

当前对水培的兴趣是由加利福尼亚大学戴维斯分校的植物营养研究后开发的被动下灌溉(PSI)系统的第一个原型推动的。随后,许多人对不同的介质、营养物质和生长配置进行了实验。一本名为《水文化》的贸易杂志于1983年创办,但五年后停止出版。

在1990年代初,荷兰科学家耶罗恩·范登·博斯开发了一种基于PSI的水培系统,称为筏栽培或浮动生长床。该床由放置在水面上的塑料或竹筏组成。植物在悬挂在筏子之间的生长介质中生长,根部延伸到下面的水中,氧气在水中溶解。由于可以使用当地建筑材料构建,这种被动水培系统在爱好者中变得非常受欢迎。

水培生产已被一些,但并非所有专业种植者采用。它是水培农民在温室和高隧道等受控环境中使用的几种新技术之一。水培是一种高效的作物种植系统,因为它允许种植者控制提供给植物的营养物质以及植物接受的光照和水量。营养溶液可以在一段时间内(通常是几周)重复使用,这减少了与传统土壤农业相比的环境影响。

它继续在农业界发挥作用,值得投资。查看一些资源以开始。