第四章水培技术
4.5 再循环营养液消毒
为了尽量减少土壤传播病原体的风险，需要对循环营养液进行消毒（Postma 等人，2008 年）。 热处理 (Runia 等人, 1988 年) 是第一种方法. Van Os (2009 年) 概述了最重要的方法，摘要如下。 营养液的再循环为节省水和肥料创造了可能性（Van Os 1999）。 营养液再循环的最大缺点是将根传病原体扩散到整个生产系统的风险增加。 为了最大限度地减少这种风险，应先处理该解决方案，然后再使 由于并非所有此类病原体都能获得有效的杀虫剂，而且如果有的话，可能会出现抗药性，环境立法限制将含有杀虫剂（和营养物质）的水排放到环境中（欧洲议会和欧洲理事会2000 年. 此外，在 AP 系统中，使用杀虫剂会对鱼类健康产生负面影响，即使系统的水培和 AP 部分位于不同的房间内，也无法进行，因为喷洒化学品可能通过冷凝水或直接喷洒在基底上进入营养液板。 有鉴于此，可以采用生物控制方法来管理虫害疾病，可以通过欧盟 Aquaponics 中心概况介绍（欧盟 Aquaponics 中心）查阅。 与此同时，在使用与植物循环不兼容的兽药处理鱼类时，也可以观察到类似的问题。 4.5.1 消毒方法说明 循环营养溶液的消毒应持续进行。 所有返回的排水量（白天 10—12 小时）必须在 24 小时内处理，对于在基材种植中（石棉、尾叶、珍珠岩）的 1000 msup2/sup 的温室，每天消毒能力约为 1—3 msup3 msup3/sup 以消毒，估计需要剩余的滴灌水量为 30%灌溉番茄植物在 24 小时期间在夏季条件。 由于排水回收率各不相同，因此需要一个足够大的排放水的集水箱，在将水泵送到消毒装置之前将其储存在内。 消毒后，需要另一个水箱储存清洁的水，然后调整 EC 和 pH 值，并与新的水混合，以供给植物。 这两种罐体的平均尺寸为每 1000 毫安/苏克/苏克。 在营养膜系统（NFT）中，每天大约需要 10 msup3/sup 每日消毒。 人们普遍认为，这种能力消毒是不经济的（Ruijs，1994 年）。 DFT 需要类似的治疗。 这是 NFT 和 DFT 生产单位通常不会对营养液进行消毒的主要原因。 消毒是通过非化学或化学方法进行的，如下所示：
· Aquaponics Food Production Systems4.4 植物生理学
#4.4.1 吸收机制 在植物营养所涉及的主要机制中，最重要的是吸收，对于大多数营养物质来说，这种吸收在营养液中溶解盐后以离子形式进行。 活性根是参与营养吸收的植物的主要器官。 阴离子和阳离子从营养液中吸收，一旦植物内部，它们就会导致质子（HSUP+/SUP）或羟基（OHSUP /SUP）退出，从而保持电荷之间的平衡（海恩斯，1990 年）。 这一过程在保持离子平衡的同时，可能会导致溶液的 pH 值相对于吸收的营养物质的数量和质量发生变化（图 4.6）。 这一过程对园艺师的实际影响有两个方面：为营养溶液提供足够的缓冲能力（如果需要添加碳酸氢盐），并在选择肥料时引起轻微的 pH 值变化。 肥料对 pH 值的影响涉及所用化合物的不同化学形式。 ！ 图片-3 ** 图 4.6** 植物根系吸收离子 例如，在 N 的情况下，最常用的形式是硝氮（NOSuB3/SuP-/SUP），但当 pH 值降低时，氮可以作为铵氮（NHSub4/SubP+/SUP）供应。 吸收后，这种形式会引起 HSUP+/SUP 的释放，从而导致培养基的酸化。 气候条件，特别是空气和基底温度以及相对湿度，对营养物质的吸收产生重大影响（普雷吉策和国王 2005 年；马斯克劳斯-道布雷斯等人，2010 年；马施纳 2012 年；科尔泰拉等人，2014 年）。 一般来说，最好的生长发生在基材和空气温度之间的差异很小的地方。 然而，根系统中持续的高温水平会产生负面影响。 次优化温度会降低 N 的吸收（Dong 等人，2001 年）。 虽然 NHSub4/SubP+/SUP 可在最佳温度下有效使用，但在低温下，细菌氧化减少，导致植物内积累，从而产生毒性症状，并对根系和空中生物量造成损害。 根层的低温也抑制了 K 和 P 的同化，以及 P 转位。 虽然关于低温对吸收微量营养素的影响的现有资料不那么清楚，但看来，汞、锌、铜和钼的吸收受影响最大（Tindall 等人，1990 年；Fageria 等人，2002 年）。 #4.4.2 基本营养素及其作用和可能的对抗 植物营养的适当管理必须基于基本方面，这些方面受到宏观和微量营养素的吸收和使用影响（Sonneveld 和 Voogt，2009 年）。 需要相对较大量的宏观营养素，而微量营养素或微量元素则需要少量。 此外，在无土系统的情况下，植物的养分可获得性或多或少呈现协同作用和拮抗现象（图 4.7）。 _ 氮 (N) _ 氮被植物吸收，产生氨基酸、蛋白质、酶和叶绿素。 植物施肥中最常用的氮形式是硝酸盐和铵。 硝酸盐迅速被根部吸收，在植物内部具有高度可移动性，并且可以储存而不会产生毒性影响。 铵只能少量被植物吸收，而且不能大量储存，因为它会产生毒性作用。 含量高于 10 mg LSUP-1/SUP 抑制植物钙和铜的摄取，与根茎生长相比增长增长，并导致叶片呈现强烈的绿色。 氨浓度的进一步过度会导致植物毒性作用，例如沿叶片边缘发生氯化。 过量的氮气供应会导致高营养生长、延长作物周期、绿叶颜色强烈、果实低、组织中含水量高、组织木质化低和组织硝酸盐积累率高。 通常情况下，缺氮的特点是老叶片呈淡绿色（氯化症）、生长减少和衰老推进。
· Aquaponics Food Production Systems4.3 水培系统的种类，根据水分/养分分布
##4.3.1 深流技术 深流技术（DFT），也称为深水技术，是在装满 10—20 厘米营养液的容器中培养浮动或悬挂支撑（木筏、板、板）的植物（Van Os 等人，2008 年）（图 4.3）。 在 AP 中，这可以达到 30 厘米。 有不同的应用形式，可以区分主要通过溶液的深度和体积，以及再循环和氧合的方法。 ！ 图 4.3 具有浮动面板的 DFT 系统的图示 其中一个最简单的系统包括 20—30 厘米深的罐体，可以采用不同材料制造，并用聚乙烯薄膜进行防水处理。 水槽配备了浮筏（供应商提供多种类型），用于支撑水上的植物，同时植物的根部渗透到水中。 该系统特别令人感兴趣，因为它最大限度地减少了成本和管理。 例如，对养分溶液控制和校正的自动化需求有限，特别是在生菜等短期作物中，因为在这种情况下，相对较大的溶液只有在每个周期结束时才有利于补充营养溶液，而且只有氧含量需要定期监测。 氧水平应高于 4—5 毫克 LSUP-1/SUP；否则，由于根系统吸收性能低，可能会出现营养缺乏。 溶液循环通常会增加氧气，或者可以添加文丘里系统，从而大大增加空气进入系统。 当水温高于 23 ℃ 时，这一点尤其重要，因为这种高温可能会刺激生菜螺栓。 #4.3.2 营养膜技术 NFT 技术无处不在，可被认为是经典的水培培养系统，营养液在水槽中流动和循环，水层为 1—2 厘米（库珀 1979；詹森和柯林斯 1985；Van Os 等人，2008）（图 4.4）。 营养液的再循环和没有基质是 NFT 系统的主要优势之一。 另一个优势是，它具有巨大的自动化潜力，可以节省劳动力成本（种植和收获），以及在作物周期中管理最佳植物密度的机会。 另一方面，由于缺乏基材和低水位，NFT 容易受到泵故障的影响，例如电源堵塞或故障。 营养液中的温度波动会导致植物压力，随后导致疾病。 ！ 图片-4 ** 图 4.4** 由西班牙新成长系统 (NGS) 开发和销售的 NFT 系统（左图）和多层 NFT 槽的图示（右图） 根系的发展是一个主要制约因素，因为它阻碍了长周期作物的生产（4 至 5 个月以上），其中一部分仍然悬浮在空气中，而且暴露在早期老化和功能丧失的情况下。 由于该系统很容易受温度变化的影响，因此不适用于辐照和温度高的种植环境 (例如地中海盆地南部地区)。 然而，为了应对这些挑战，我们设计了一个多层 NFT 槽，可实现更长的生产周期而不会出现堵塞问题 (NGS)。 它是由一系列相互连接的层组成的，所以即使在强大的生根植物种（如西红柿）中，营养溶液仍然会通过一个较低的定位层绕过根部堵塞层来找到它的方式。
· Aquaponics Food Production Systems4.2 无土系统
在水培栽培领域进行的深入研究导致了各种种栽培系统的发展 (Hussain 等人, 2014 年)。 实际上，所有这些都可以与水产养殖结合实施；然而，为此，有些比其他人更适合（Maugili 等人，2018 年）。 由于可能使用的系统种类繁多，因此需要对不同的无土系统进行分类（表 4.1）。 ** 表 4.1** 按不同方面划分的水培系统分类 表 海神 tr 类 = “标题” 特性/th Th/th 示例/th /tr /thead Tbody tr 类 = “奇数” td 行跨 = “6” 无土系统 /td td 行跨 = “3” 无底板 /td TDNFT（营养膜技术）/td /tr tr 类 = “偶数” 电子语系统/TD /tr tr 类 = “奇数” TdDFT（深度流动技术）/td /tr tr 类 = “偶数” td 行跨 = “3” 带基板 /td TDD 有机基质（泥炭、椰子纤维、树皮、木纤维等） /td /tr tr 类 = “奇数” td 无机基材（石棉，浮石，沙子，珍珠石，粉丝， 膨胀粘土） /td /tr tr 类 = “偶数” TD-合成基材（聚氨酯、聚苯乙烯）/td /tr tr 类 = “奇数” td 行跨 = “2"打开/关闭系统/td TD开放或运行到废物系统/td td 这些工厂不断用 “新鲜” 的解决方案进行喂养，而不会恢复 从种植模块中排出的解决方案 (图 4.
· Aquaponics Food Production Systems4.1 导言
在园艺作物生产中，无土种植的定义涵盖了在无土条件下提供植物生产的所有系统，在这些系统中，水和矿物质的供应是在有或没有生长介质的营养溶液中（例如石棉、泥炭、珍珠石、浮石、椰子纤维等）。 无土培养系统，通常称为水培系统，可以进一步分为开放式系统，其中多余的营养液不再循环再循环，而封闭系统则收集来自根部的多余养分流量并回收回养殖系统（图 4.1）。 无土培养系统已经发展成为一种可能的解决办法，以避免土壤传播疾病，而这种疾病一直是温室栽培行业的一个问题。 如今，在大多数欧洲国家，无土种植系统在园艺实践中是常见的，尽管并非每个国家都会大规模发生这种情况。 与土壤种植作物相比，无土系统的优势有： -从使用土壤以外的基质和/或更容易控制土壤传播的病原体开始，无病原体。 -生长和产量与耕地的土壤类型/质量无关。 -通过有针对性的营养液供应，更好地控制生长。 -重复利用营养液的潜力，从而最大限度地利用资源。 -通过更好地控制其他环境参数 (温度, 相对湿度) 和害虫, 提高产品质量. ！ 图片上的信息 图 4.1 开放循环 (a) 和闭环系统 (b) 的方案 在大多数情况下，采用开放循环或循环到废物的系统，而不是闭环或再循环系统，尽管在越来越多的欧洲国家，后者是强制性的。 在这些开放系统中，用完和/或多余的养分溶液沉积到地下水体和地表水体中，或用于露天耕作。 然而，关于经济和环境问题，无土系统应尽可能封闭，即在发生养分溶液再循环、重复使用基材和使用更可持续的材料的地方。 封闭系统的优点是： -减少废弃物的数量。 -减少对地下水和地表水的污染。 -更有效地使用水和肥料。 -由于更好的管理选择，产量增加。 -由于节约材料和提高产量，成本降低。 还有一些缺点，例如： -所需的高水质。 -高投资 -循环营养液迅速传播土壤传染病原体的风险。 -在循环营养液中积累潜在的植物毒性代谢物和有机物质。 在商业系统中，通过物理、化学和/或生物过滤技术对水进行消毒来解决病原体分散问题。 然而，阻碍温室作物使用循环营养溶液培养的主要因素之一是灌溉水中盐的积累。 通常情况下，由于离子的积累，导电率 (EC) 稳步增加，这些离子没有被作物完全吸收。 在鱼饲料中含有的氯化钠 (NaCl) 可能会在该系统中积累，这种情况可能尤其如此。 为了修正这个问题，建议增加海水淡化步骤可以改善多循环 AP 系统中的营养平衡（Goddek 和 Keesman 2018）。
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