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4.4 植物生理学

· Aquaponics Food Production Systems
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#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。

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** 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。

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** 图 4.7** 离子间营养物质的协同作用和对抗。 根据箭头的方向，连接离子呈现协同或拮抗关系

钾 (K) _ 钾是细胞分裂和扩展、蛋白质合成、酶活化和光合作用的基础，同时也作为其他元素和碳水化合物通过细胞膜的转运体。 它在保持细胞的渗透潜力平衡和调节气孔开口方面具有重要作用。 缺乏的第一个迹象表现为黄色斑点的形式，非常迅速坏死的边缘的老叶。 缺钾植物更容易受到突然温度下降、水分胁迫和真菌发作的影响（Wang 等人，2013 年）。

_ 磷 (P) _ 磷刺激根系发育，花蕾和花量的快速生长。 P 非常容易吸收，并且可以积累而不损害植物。 其根本作用是与植物新陈代谢所需的高能化合物 (ATP) 的形成有关。 工厂所要求的平均数量相当有限 (N 和 K 需求的 10-15%) (Le Bot 等人, 1998 年)。 然而，与土壤中发生的情况不同，P 在无土作物中容易浸出。 P 的吸收似乎由于基底温度低（\ 13 ℃）或 pH 值增加（\ 6.5）而降低，这可能导致缺乏症状（Vance 等人，2003 年）。 在这些条件下，温度升高和/或 pH 值降低比磷肥的额外添加剂更有效。 P 过量可能会减少或阻止某些其他营养物质（例如 K、铜、铁）的吸收（图 4.7）。 缺磷表现为老叶片的绿紫色，除了植物顶部生长发育不良之外，还可能会发生氯化和坏死。 然而，这些症状并非特异性，因此难以识别 P 缺乏症（内田 2000 年）。

_ 钙 (Ca) _ 钙涉及细胞壁的形成、膜渗透性、细胞分裂和扩展。 良好的可用性使植物能够对真菌发作和细菌感染产生更大的抵抗力（Liu 等人，2014 年）。 吸收与根部和空中部分之间的水流非常密切相关。 它的运动通过木质，因此尤其受到根层低温、供水减少（干旱或溶液盐度）或空气相对湿度过高的影响。 由于 Ca 在工厂内不具有移动性，因此缺陷源于最近成型的部件（亚当斯 1991 年；亚当斯和何 1992 年；Ho 等人，1993 年）。 主要症状是植物生长发育迟缓、年幼叶边缘变形、新组织淡绿色或有时含氯染色以及根系发育不良且根系不良。 缺陷以不同的方式显示，例如番茄的顶腐烂和/或生菜叶子的边缘褐变。

_ 镁 (Mg) _ 镁参与叶绿素分子的构成。 它固定在 pH 值低于 5.5，并与 K 和 Ca 的吸收进入竞争中（图 4.7）。 缺乏症状是叶静脉和基底叶的内部氯化之间发黄。 由于 Mg 可以很容易地调动，缺镁的植物会首先分解老叶片中的叶绿素，然后将 Mg 输送到年轻的叶片上。 因此，镁缺乏症的第一个迹象是老叶片中的静脉间氯化症，与缺铁相反，最年轻的叶片中首次出现静脉叶片间氯化症（Sonneveld 和 Voogt 2009）。

工厂所需的硫 (S) _ 硫的数量与磷相当，为了优化其吸收，它必须以 1:10 的比例与氮（McCutchan 等人，2003 年）。 它被吸收为硫酸盐。 缺乏症并不容易发现，因为这些症状可能与缺氮的症状相混淆，只是氮缺乏开始从较长的叶片中表现出来，而最年轻的树叶则表现出硫磺（Schnug 和 Haneklaus，2005 年）。 S 营养在减轻由铁缺乏造成的光合器械损害方面起着重要作用（Muneer 等人，2014 年）。

_ 铁 (Fe) _ 铁是最重要的微营养素之一，因为它是许多生物过程中的关键，例如光合作用 (Briat 等人, 2015; Heuvelink 和基尔克尔斯 2016)。 为了提高其吸收率，营养液 pH 值应在 5.5—6.0 左右，并且不应允许 Mn 含量过高，因为这两种元素随后进入竞争中（图 4.7）。 对于大多数作物而言，Fe — Mn 的最佳比例约为 2:1（索内维尔德和 Voogt 2009）。 在低温下，同化效率降低。 缺乏症状的特点是从幼叶到较老的基底叶的静脉间氯化症，以及根系生长减少。 缺乏症状并不总是由于营养溶液中的铁存在较低，但往往是由于 Fe 不可用于植物。 螯合剂的使用可确保工厂持续获得 Fe。

氯 (Cl) _ 氯最近被认为是一种微营养素，即使其在植物中的含量（0.2—2.0% dw）相当高。 它很容易被植物吸收，并且在其中非常移动。 它涉及到光合过程和气孔开口的调节。 缺陷，这些缺陷相当少见，伴随着叶片干燥的典型症状，特别是在边缘。 更为普遍的是由于 Cl 过量造成的损害，导致植物明显收缩，这与不同物种的不同敏感性有关。 为了避免作物损害，建议始终检查用于制备营养液的水中的 Cl 含量，并选择合适的肥料（例如 KSub2/Sub4/Sub 而不是 kCl）。

_钠 (Na) _ 钠，如果过量，对植物有害，因为它有毒并干扰其他离子的吸收。 例如，与 K 的拮抗（图 4.7）并不总是有害的，因为在某些物种（例如西红柿），它可以改善水果的味道，而在其他物种（例如豆类），它可以减少植物的生长。 类似于 Cl，重要的是要知道用于制备营养溶液的水中的浓度（Sonneveld 和 Voogt 2009）。

锰 (Mn) _ 锰构成许多辅酶的一部分，参与根细胞的扩展及其对病原体的抗性。 其可用性由营养液的 pH 值和与其他营养物质的竞争来控制（图 4.7）。 缺乏症状与铁的症状相似，除了在静脉间区域出现轻微沉没的区域（内田 2000）。 可以通过添加 MnSOUB4/Sub 或降低营养液的 pH 值来进行校正。

硼 (B) _ 硼对于果实和种子发育至关重要。 吸收方法与已经描述的 Ca 相似，它可以与之竞争。 营养溶液的 pH 值必须低于 6.0，最佳水平似乎在 4.5 和 5.5 之间。 缺乏症状可以检测到在新的结构，出现深绿色，年轻的叶子大大增加了它们的厚度和具有革质的一致性。 随后，它们可能会出现氯化，然后坏死，带有生锈的着色。

_ 锌 (Zn) _ 锌在某些酶反应中起着重要作用。 其吸收受到营养液的 pH 值和 P 供应的强烈影响。pH 值在 5.5 到 6.5 之间促进锌的吸收。 低温和高 P 水平降低了植物吸收的锌量。 锌缺乏症很少出现，其表现为叶片的静脉间区域的叶片叶片、非常短的节间、叶片末梢和生长不良（吉布森，2007 年）。

_ 铜 (Cu) _ 铜涉及呼吸和光合过程。 在 pH 值高于 6.5 时，其吸收率会降低，而低于 5.5 的 pH 值可能导致毒性效应（鲁尼等人，2006 年）。 高含量的铵和磷与铜相互作用，减少了后者的可用性。 Cu 的过度存在干扰铁、Mn 和 Mo 的吸收。 缺陷表现为静脉间氯化症，导致叶片组织的崩溃，看起来像干燥（吉布森，2007 年）。

_钼 (Mo) _ 钼对蛋白质合成和氮代谢至关重要。 与其他微量营养素相反，它在中性 pH 值下更好地获得。 缺乏症状始于老叶主肋的氯化和坏死，而幼叶则出现变形（吉布森，2007 年）。

#4.4.3 营养物质管理与植物要求的关系

自 1970 年代发展无土园艺系统（Verwer 1978 年；Cooper 1979 年）以来，根据种植者的喜好开发和调整了不同的营养解决方案（表 4.4；De Kreij 等人，1999 年）。 所有混合物均遵循所有元素的过量可用性原则，以防止（双价）阳离子之间的缺陷和平衡，避免阳离子在植物营养摄取中的竞争（霍格兰和阿农 1950 年；施泰纳 1961 年；施泰纳 1984 年；索内韦尔德和 Voogt 2009 年）。 通常情况下，EC 允许在根区上升到有限的程度。 例如，在西红柿中，营养溶液通常具有约 3 dS msup-1/sup 的 EC 值，而在石棉板的根区，EC 可能会上升到 4—5 dS msup-1/sup。 然而，在北欧国家，对于在生产周期开始时第一次灌溉新的石棉板，营养液可能具有高达 5 dS msup-1/sup 的 EC，使石棉基材饱和到 10 dS msup-1/sup 的离子，随后将进行冲洗2 个星期后。 为了提供足够的根区冲洗，在典型的滴灌石棉板系统中，大约 20—50% 的剂量水被收集为排水水。 然后，排水水再循环、过滤、与淡水混合，再加上营养成分，供下一个循环使用（Van Os 1994）。

在番茄生产中，增加 EC 可用于提高番茄红素的合成（促进果实的鲜红色色）、总可溶性固体（TSS）和果糖和葡萄糖含量（Fanasca 等人，2006 年；Wu 和 Kubota 2008）。 此外，番茄植物对 N、P、Ca 和 Mg 的吸收率较高，在早期（营养）阶段对钾的吸收率较低。 一旦植物开始开发水果，叶片产量就会减慢，导致氮和钙的需求量减少，而钾的需求量则增加（例如 Zekki 等人，1996 年；Silber，Bar-Tal，2008 年）。 另一方面，在生菜中，增加 EC 可能会在炎热生长条件下促进尖烧病。 Huett（1994 年）显示，每株有尖端烧伤病的叶片数量显著减少，当 EC 从 3.6 滴降至 0.4dS msup-1/ 水，以及当营养配方 K/Ca 从 3. 5:1 降至 1. 25:1 时，每株植物的叶片数量显著减少。 在 AP，营养物质的管理比水培学要困难，因为它们主要取决于鱼类种群密度、饲料类型和喂养速度。

#4.4.4 营养溶液特性

磷是一种以强烈依赖于环境 pH 值的形式发生的元素。 在根区中，这种元素可以被发现为 POSuB4/SuUP、HPOSUB4/SuP2-/SUP 和 HSub2/SUP 离子，其中最后两个离子是植物接收的 P 的主要形式。 因此，当 pH 值略有酸性（pH 值 5—6）时，在营养溶液中呈现最大量的 P（De Rijck 和 Schrevens 1997）。

钾、钙和镁可供植物使用，pH 范围广泛。 然而，其他离子的存在可能会干扰其植物的可用性，因为形成具有不同等级的溶解度的化合物。 在 pH 值高于 8.3 时，Casup2+/SUP 和 MgSup2+/SUP 离子通过与 COSub3/SuP2-/SUP 的反应很容易沉淀为碳酸盐。 还硫酸盐形成相对强大的复合物与 Casup2+/SUP 和 MgSUP2+/SUP (德里克和施雷文斯 1998). 随着 pH 值从 2 增加到 9，形成 MgSUP2+/SUP 的可溶性配合物的含量也会增加（德里克和施雷文斯，1999 年）。 一般来说，pH 值高于 7 时的植物摄取营养可用性可能会受到限制，因为由于不溶性和不可用盐而导致硼、FEUP2+/SUP、MgSup2+/SUP、SUP 和 MgSup2+/SUP 降水。 最合适的 pH 值的营养溶液，用于作物的发展是 5.5 和 6.5 之间（索内韦尔德和沃格特 2009 年）。

#4.4.5 水质和营养物质

供水的质量在水培和 AP 系统中极为重要。 对于长期再循环，化学成分应当是众所周知的，并经常监测，以避免营养素供应不平衡，同时也避免某些元素的积累，导致毒性。 De Kreij 等人 (1999 年) 概述了水培系统对水质的化学要求.

在开始之前，必须对供水的宏观元素和微量元素进行分析。 在分析的基础上，可以制定一个营养溶液方案。 例如，如果使用雨水，在通过未经处理的排水沟进行收集时，必须特别注意 Zn。 在自来水中，钠、钙、镁、SOUB4/Sub 和 HCOSub3/Sub 可能出现问题。 此外，可以使用表面和孔洞水，其中可能含有 Na、Cl、K、Ca、Mg、SOSuB4/Sub 和 Fe，但也含有锰、锌、B 和铜等微量元素。 需要注意的是，所有阀门和管道都应由 PVC 和 PE 等合成材料制成，不含镍或铜部件。

经常发生供水中含有一定量的 Ca 和 Mg；因此，必须从营养液中的含量中减去含量，以避免这些离子的积累。 HCOSub3/Sub 必须最好用硝酸补偿，约 0.5 毫摩尔 LSUP-1/SUP 可作为营养液中的 pH 缓冲液保持。 磷酸和硫酸也可以用于补偿 pH 值，但两者都会迅速在营养液中产生剩余的 HSuB2/sub4/Subsu-/SUP 或 SOUP。 在 AP 系统中，硝酸（HNOSub3/Sub）和氢氧化钾（KOH）也可用于调节 pH 值，同时在系统中供应大量营养素（喷嘴等人，2018）。

#4.4.5.1 水质管理

对于营养溶液的配方，最好使用简单的肥料（颗粒、粉末或液体）和影响 pH 值的物质（例如酸化合物）。 将营养元素整合到溶液中，考虑到每个元素的数量的最佳值。 这必须根据物种及其品种的要求进行，考虑到物候阶段和基质。 营养补充剂的计算必须考虑到所用水的条件，根据一组 _ 严格的优先事项 _ 进行。 在优先级别上，镁和硫酸盐位于底部，处于同一水平，因为它们的营养重要性较低，植物即使在营养液中存在丰富，也不会造成损害。 这一特征具有有利的实际反馈，因为它允许利用这两个元素，以便平衡营养成分与其他大量营养素的营养成分，这些营养素的缺乏或过量可能对生产造成负面影响。 例如，我们可以考虑一种营养溶液，其中只需要集成钾或仅硝酸盐。 在这种情况下，要使用的盐分别是硫酸钾或硝酸镁。 事实上，如果使用最常见的硝酸钾或硝酸钙，在第一种情况下，硝酸盐和在第二种情况下钙的含量将自动增加。 此外，如果对所用水的分析显示阳离子和阴离子之间存在不平衡，并且为了能够计算与 EC 平衡的营养溶液，则对水值进行校正，以降低镁和/或硫酸盐的含量。

以下几点提供了营养溶液配方的指导方针：

  1. 物种和品种要求的定义。 需要考虑到种植环境和水的特点。 为了满足植物在温暖时期和强烈辐射下的需求，该溶液必须具有较低的 EC 和 K 含量，这与较高的 Ca 量形成鲜明对比。 相反，当温度和亮度达到次理想水平时，建议通过降低 Ca 值来提高 EC 和 K 的值。 重要的是，对于品种来说，由于品种的植物活力不同，特别是 NOSuB3/SubP-/SUP 的值有很大的差异。 对于西红柿，事实上，平均使用 15 毫摩尔 LSUP-1/SUP 的 NOSub3/SUP（表 4.4），在营养活力较低的品种和某些物候阶段（例如第四个桁架的果实设置），采用高达 20 毫米 LSUP-1/SUP 的 NOSuP。 如果某些元素（如 Na）存在于水中，为了减少对某些作物特别负面的影响，有必要增加 NOSuB3/SubU-/SUP 和 Ca 的含量，并可能降低 K，使 EC 保持在同一水平。

** 表 4.4** 荷兰生菜 (DFT) 番茄、胡椒和黄瓜 (石棉板滴灌) 水培养中的营养液 (De Kreiji 等人, 1999 年)

表 海神 tr 类 = “标题” 行跨 = “2”/th thphH/th 特别/th 四、三、三、三、三、三、三 TH/th /th thmg/th //th SUB4/sub/th TH/th THFE/th /th /th 泰铢/次 /th THMO/th /tr tr 类 = “标题” th THD MSUP-1/SU/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th mol LSUP-1/SUP/th /tr /thead Tbody tr 类 = “奇数” 生菜 (瓦赫宁根乌尔) /td TD5.9/td TD1.7/td TD1.0/td TD4.4/td TD4.5/td TD1.8/td TD10.6/td TD1.5/td TD1.5/td TD28.1/td TD1.5/td TD6.4/td TD47.0/td TD1.0/td td0.7/td /tr tr 类 = “偶数” 电子通信/TD TD5.8/td TD1.2/td td0.7/td TD4.8/td TD2.3/td TD0.8/td TD8.9/td TD0.8/td TD1.0/td TD35.1/td TD4.9/td TD3.0/td TD18.4/td td0.5/td td0.5/td /tr tr 类 = “奇数” 电子通信/TD TD5.8/td TD1.2/td TD/td TD3.0/td TD2.5/td TD1.0/td td7.5/td TD1.0/td td0.5/td TD50.0/td TD3.7/td td0.6/td TD4.8/td td0.5/td td0.01/td /tr tr 类 = “偶数” TD番茄一代/td TD5.5/td TD2.6-3.0/td TD1.2/td td13.0/td TD4.2/td TD1.9/td TD15.4/td TD4.7/td TD1.5/td TD15.0/td TD10.0/td TD5.0/td TD30.0/td TD0.8/td td0.5/td /tr tr 类 = “奇数” TD番茄蔬菜/td TD5.5/td TD2.6/td TD1.2/td td8.3/td TD5.7/td TD2.7/td TD15.4/td TD4.7/td TD1.5/td TD15.0/td TD10.0/td TD5.0/td TD30.0/td TD0.8/td td0.5/td /tr tr 类 = “偶数” TD黄瓜/TD TD5.5/td TD3.2/td TD1.2/td TD10.4/td TD6.7/td TD2.0/td td23.3/td TD1.5-2.0/td TD1.5-2.0/td TD15.0/td TD10.0/td TD5.0/td TD25.0/td TD0.8/td td0.5/td /tr tr 类 = “奇数” 辣椒/TD TD5.6/td TD2.5-3.0/td TD1.2/td TD5-7/td TD4-5/td TD2.0/td td17.0/td TD1.8-2.0/td TD1.5-2.5/td TD25.0/td TD10.0/td td7.0/td TD30.0/td TD1.0/td td0.5/td /tr tr 类 = “偶数” TD植物传播/td TD5.5/td TD2.3/td TD1.2/td TD6.8/td TD4.5/td TD3.0/td TD16.8/td TD2.5/td td1.3/td TD25.0/td TD10.0/td TD5.0/td TD35.0/td TD1.0/td td0.5/td /tr /tbody /表格

采用并修改从维默伦（2016 年，个人通信）

  1. 应通过从上述化学元素中减去水中化学元素的值来计算营养物需求量。 例如，已确定的需要毫克的辣椒 (_ 辣椒 _ SP.) 是 1.5 毫米 LSUP-1/SUP, 具有水在 0.5 毫米半导体/苏普, 和 1.0 毫米的半氨酸-1/SUP 的毫克应该被添加到水 (1.5 要求 — 0.5 供水 = 1.0)。

  2. 选择和计算要使用的肥料和酸。 例如，如果具有提供镁（如上面第 2 点所示），则可以使用 MgSOUB4/Sub 或 Mg（NOSuB3/Sub）亚 2。 将在作出决定时考虑到硫酸盐或硝酸盐的附带贡献。

#4.4.6 水培生产与水生产的比较

在他们的生命周期，植物需要几个基本的宏观和微量元素来定期发育（硼，钙，碳，氯，铜，氢，铁，镁，锰，钼，氮，氧，磷，钾，硫，锌），通常从营养液吸收（Bittsanszky 等他人，2016 年）。 它们之间的营养浓度和比例是能够影响植物摄取的最重要的变量。 在 AP 系统中，鱼类代谢废物含有植物的养分，但必须考虑到，特别是在商业规模上，鱼类在 AP 系统中提供的养分浓度与水培系统相比，大多数营养物质的营养浓度明显低于且不平衡（Nicoletto 等人）。2018 年）。 通常，在 AP 地区，具有适当的鱼类放养率，硝酸盐水平足以促进植物的良好生长，而 K 和 P 的含量一般不足以实现最大的植物生长。 此外，钙和铁也可能受到限制。 这可以降低作物产量和质量，因此应该进行营养素整合，以支持有效的养分再利用。 微生物群落在 AP 系统的营养动态中发挥着至关重要的作用（Schmautz 等人，2017 年），将铵转化为硝酸盐，同时也有助于该系统中颗粒物质和溶解废物的处理（Bittsanszky 等人，2016 年）。 植物对 N 和 P 的摄取仅代表从水中去除量的一小部分（董里和白利度 2014），这表明微生物过程在植物的根区，以及在基质（如果存在）和整个系统中，发挥着重要作用。

鱼类饲料的组成取决于鱼类的类型，这会影响鱼类代谢产量的营养释放。 通常，鱼饲料含有能量来源（碳水化合物和/或脂质）、必需氨基酸、维生素以及其他有机分子，这些是正常的新陈代谢所必需的，但有些鱼的细胞无法合成。 此外，必须考虑到植物的营养需求因物种（喷嘴等人，2018）、品种、生命周期阶段、天长和天气条件而异，最近（父母等人，2013；Baxter 2015），Liebig 定律（植物生长由最稀缺的资源控制）被考虑到各个营养物质之间的相互作用的复杂算法所取代。 这两个方面都无法简单地评估水培或 AP 系统中营养浓度变化的影响。

因此产生的问题是，向 AP 系统添加营养物质是否必要和有效。 据 Bittsanszky 等人 (2016 年) 报告，只有通过持续监测循环水的化学成分，确保营养物质和潜在毒性成分的充分浓度和比例，AP 系统才能有效运行，因此才能成功地运行，铵 添加营养素的必要性取决于植物种类和生长阶段。 通常情况下，虽然鱼类密度是氮供应的最佳选择，但至少应该加入矿物肥料的 P 和 K（Nicoletto 等人，2018 年）。 与此相反，例如，生菜，西红柿需要结果，成熟和成熟，需要补充营养物质。 为了计算这些需求，可以使用一个软件，例如 HydroBuddy 这是一个自由软件（费尔南德斯 2016\），用于计算所需矿物营养补充剂的数量。

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