AQu @teach: 水培
Aqu @teach：植物解剖学、生理学和生长要求
#植物解剖 植物解剖学描述了细胞、组织和植物器官的结构和组织关系到它们的发育和功能。 开花植物由三个植物器官组成：(一) 根系，主要用于提供锚固、水和营养物质，以及储存糖和淀粉；(二) 提供支撑的茎；(三) 通过光合作用产生有机物质的叶子。 根部生长下来响应重力。 一般来说，幼苗会产生直接向下生长的原始根，并产生次生侧根。 它们可能产生第三级根源，而后者又可能分枝，这一过程几乎无限期地持续下去。 生长发生在根尖或顶点，这是由根盖保护。 根不断生长和分支，在他们寻找矿物质和水。 根作为吸收器官的效率取决于其吸收表面积相对于其体积，这是由根毛和复杂的分支系统创建的。 图 7 显示了植物的基本解剖结构。 下 cotyl 是茎的一部分，它在其基部与根部联系。 在茎的另一端是终端芽，或者顶芽，这是生长点。 茎通常分为节点和节点间。 节点保持一个或多个叶子，叶柄附着在茎上，以及可以生长成树叶或花的树枝的芽。 节点间距离一个节点与另一个节点的距离。 茎及其树枝可以安排叶片，以最大限度地暴露在阳光下，并安排花朵以最好地吸引授粉者。 分支产生于顶端和腋窝芽的活动。 顶点主导地位发生时，拍摄顶点抑制横向芽的生长，使植物可以垂直生长。 芽，其中包含叶子，鲜花和水果，向光源生长。 叶片通常含有颜料，是光合作用的位置（见 4.3.2.1）。 叶子还含有气孔、毛孔，水出口和气体交换（二氧化碳进入和氧气排出）。 ！ 图片-3 图 7：植物的解剖 射击系统 2. 根系统 3. 下 cotyl. 4. 终端芽 5. 叶片. 6. 节点间 7. 腋窝芽 8. 节点 9 干. 10. 叶蒂奥尔 11 轻点 “根目录”。 根毛 13. 根提示 14. 根帽 https://en.wikipedia.org/wiki/Plant_anatomy#/media/File:Plant_Anatomy.svg #植物生理学系 植物生理学是一个广泛的课题，涵盖基本过程，如光合作用，呼吸，植物营养，植物激素功能，补充性，摄影，光发生，昼夜节律，环境应激生理学，种子萌发，休眠，气孔功能和蒸腾。 在这里，我们将专注于最重要的生理过程，以及它们如何受到生长条件的影响。 光合作用 所有绿色植物产生自己的食物使用光合作用。 光合作用是植物能够通过固定 CO 2 来产生能量和碳水化合物的过程：
· Aqu@teachAQu @teach：一般栽培实践
交错种植可以持续收获和移植蔬菜。 最好有过量的植物准备进入系统，因为等待幼苗准备移植是生产延迟的一个来源。 第 7 章 更详细地介绍了作物计划。 从种子移植 从种植植物中收集种子是一个重要的节约成本和可持续的战略，除非在种植 F1 混合植物时（见下文）。 种子应该只收集从成熟的植物，因为年轻的植物种子不会发芽，老植物将已经分散他们的种子。 从一些不同的植物收集种子将有助于保留遗传多样性和健康的植物。 有两大类种子：干种子豆荚和湿种子豆荚。 干种子豆荚包括罗勒、生菜和西兰花。 罗勒的种子可以在整个生长季节收获，而生菜和西兰花只有在植物完全成熟后才能收获，不再作为蔬菜使用。 种子头应从植物中切割，并将其存放在一个大的纸袋中 3-5 天，在阴凉、黑暗的地方，然后轻轻摇动以释放种子。 将袋子的内容物通过筛子后，应将种子放在纸袋中进行存放（萨默维尔 * 等人 * 2014a）。 湿种子豆荚包括黄瓜、西红柿和辣椒。 种子在果实内部发育，通常涂在凝胶囊中，禁止种子萌发。 当果实准备收获，这通常是以强烈和充满活力的颜色表示，应将果实从植物中取出，并用勺子收集的种子。 一旦凝胶用水和光滑的布洗去，种子应该在阴凉处放置，然后偶尔转动，然后再存放在纸袋中（Somerville *等人 * 2014a）。 大多数商业植物移植是由 F1 杂交种子生产的，这种种子是通过对两种基因不同的母植物进行控制授粉的方式生成的。 F1 种子是首选的，因为大多数植物都具有相同的特征，并且产生相同的质量和数量的水果。 F1 种子还生产着更大、更有活力的花卉和果实的植物。 因此，混合动力车更加坚固，能够更好地克服不利的生长条件。 然而，从 F1 杂交植物中保存的种子不会产生符合父类型的植物（罗拉鲍 2015）。 种子可以在聚苯乙烯繁殖托盘中种植，填充了生长的介质，如石棉、萤石或珍珠石。 对于商业种植来说，种子通常是在岩棉或梭叶萌发块中开始的，这些块是两个半厘米的起始块，每个立方体的顶部都有一个小孔，放置种子。 然后，起动方块可以移植成较大的块，这些块有一个 2.5 厘米的孔可供启动立方体放入，从而最大限度地减少根部干扰（Rorabaugh 2015）。 繁殖托盘需要在幼苗之间保持足够的距离，以便有利于良好的生长，而不是对光的竞争。 托盘应放在阴影区域，幼苗应每天浇水。 太多的水会增加真菌感染的威胁。 发芽和发芽后，当第一片叶子出现时，幼苗可以通过将它们放置在日益强烈的阳光下，每天几个小时来硬化。 幼苗需要在第一片叶子出现后至少两个星期的生长，以确保足够的根部生长。 它们可以每周施肥一次，使用高含磷的温和有机肥料，以加强其根源 (萨默维尔 * 等人 * 2014 年 c)。 在实现足够生长和植物足够强大的情况下，应将幼苗移植到系统中。 移植幼苗在一天中间应该避免，因为植物根是非常敏感的阳光直射，叶子可能面临水压力，由于新的生长条件。 建议在黄昏时种植，让幼苗有一个夜晚适应他们的新环境（萨默维尔 *等人 * 2014 年 c）。 ！ [图片-图片-https://cdn.
· Aqu@teachAQu @teach：水培学简介
水培学的原理 水培是一种不使用土壤的作物种植方法，并将营养添加到灌溉水中（所谓的培养）（图 1）。 传统的地面种植技术和无土技术之间的主要区别在于水和肥料的相对使用以及总体生产力. 无土农业通常也是劳动密集程度较低的，支持单一农业比地面农业更好，可用于非耕地 (萨默维尔 et al. 2014c)。 ！ 图片-2 图 1：根据基材或生长培养基的使用情况对无土培养物进行分类。 基材的主要作用（如果所有使用）是作为植物的支撑，并提供水分和曝气 水培的优势 水培技术使农民能够监测、维护和调整植物的生长条件，确保最佳的实时营养平衡、输水、pH 值和温度。 此外，没有竞争从杂草，植物受益于更高的控制害虫和疾病。 据说，使用水栽培法种植的植物使用的水比在土壤中种植同一植物的用水少 90%（萨默维尔 * 等人 * 2014 年 c）。 在水耕中，用水是植物生长所需的最低水分，而地面农业通过从表面蒸发、渗透到底土、径流和杂草生长而失去水分。 因此，水耕技术为水稀缺或昂贵的地区的作物生产提供了巨大的潜力。 由于植物生长所需的营养物质是直接输送到根部的解决方案，因此可以根据植物在特定生长阶段的需求量身定制解决方案。 另一方面，由于土壤中的复杂过程，农民无法完全控制向植物输送养分，有些肥料可能因径流而丧失，这不仅降低了效率，而且还引起环境问题。 由于水培植植物的根部直接浸入营养液中，因此它们比在土壤中生长的植物更容易获得所需的东西，所以它们通常具有较小的根系，并且可以将更多的能量转移到叶片和茎的生长中。 因此，水培培养的产量比土壤培养物高出 5-25%（萨默维尔 * 等人 * 2014 年 c）。 水培的缺点 然而，水培系统也有一些局限性。 主要问题是初始设置成本高。 由于系统中的电驱动设备无法在没有电力的情况下提供营养液，因此它们也容易受到停电的影响。 此外，当植物病原体（微生物，如 * 黄萎 、 * 和 * *）污染溶液或作物时，水传播疾病可以迅速蔓延到整个系统。 水培系统操作人员需要专门的技能和知识来生产高产作物；他们必须学习适量的营养物质和照明，处理复杂的营养问题，维持虫害控制，并防止水管系统中生成生物膜。 最后，虽然营养丰富的水培溶液和塑料材料可以重复使用，但水培系统仍然产生大量废物，可能对环境产生负面影响（Lee & Lee 2015）。 版权所有 © Aqu @teach 项目合作伙伴。 Aqu @teach 是伊拉斯穆斯 + 高等教育战略伙伴关系（2017-2020 年），由格林威治大学牵头，与苏黎世应用科学大学（瑞士）、马德里技术大学（西班牙）、卢布尔雅那大学和纳克洛生物技术中心（斯洛文尼亚）合作 。 *
· Aqu@teachAQu @teach：水培系统
有三种主要类型的水培系统（另见模块 1）。 在介质床水培植植物生长在一个基底。 在营养膜技术 (NFT) 系统中，植物的根源在广泛的管道中生长，并提供一流的水。 在深水培养 (DWC) 或浮筏系统中，植物使用浮筏悬浮在水槽上。 每种类型都有其优点和缺点，下面将详细讨论。 就水生系统作物生产的相对效率而言，证据有些矛盾。 伦纳德 和 Leonard (2006) 比较了生菜生产的三个水培子系统，发现砾石介质床产量最高，其次是 DWC 和 NFT。 然而，[潘塔内拉 * 等人 * 2012] 的后续研究 (https://www.was.org/meetings/ShowAbstract.aspx?Id=26225) 发现 NFT 表现与 DWC 一样，而介质床的产量一直低于表现。 关于水培组件的设计对水生系统整体性能和用水量的作用，[Mauperi *等人 2018] 的一份文献回顾（https://www.agronomy.it/index.php/agro/article/view/1012/918）发现，NFT 效率低于培养基床或 DWC 水培，尽管结果并不明确. 水培成分直接影响水质，而水质对养鱼至关重要，也是植物蒸散导致水分流失的主要来源。 因此，水培组件的设计直接影响到整个过程的可持续性，无论是从水消耗和（或）间接的系统管理成本方面。 水培组件的选择也将影响整个系统的设计。 例如，在介质床系统中，基板通常为细菌生长和过滤提供足够的表面积，而在 NFT 通道中，表面积不足，需要安装额外的生物过滤器（[Maucii et al. 2018]（https://www.agronomy.it/index.php/agro/article/view/1012/918))。 #介质床水培学 在培养基床水培中，使用无土生长的培养基或基质来帮助根部支撑植物的重量。 介质床也可作为生物和物理过滤器。 在水培子系统中，介质床具有最有效的生物过滤，因为表面积较大，含有硝化和其他细菌的生物膜可以殖民。 该基材还可捕获固体和悬浮鱼类废物以及其他浮动有机颗粒，尽管这种物理过滤器的有效性将取决于基材的颗粒和颗粒大小以及水流速率。 随着时间的推移，有机颗粒被生物和物理过程慢慢分解成简单的分子和离子，供植物吸收（萨默维尔 * 等人 * 2014b)。 基材可以是有机的、无机的、天然的或合成的（图 1），并且存放在不同形式的生长容器中。 它需要有足够的表面积，同时保持水和空气渗透性，从而使细菌生长、水流、植物根部能够呼吸。 它必须是无毒的，具有中性的 pH 值，以免影响水质，并且能耐霉菌生长。 它也不能如此轻便，以至于浮动。 保水、曝气和 pH 平衡是根据基材的不同而有所不同的方面。 水保留在颗粒表面和孔隙空间内，因此保水量取决于颗粒的大小、形状和孔隙度。 颗粒越小，它们的包装越接近，表面积和孔隙空间就越大，因此保水量越大。 与光滑的圆形颗粒相比，不规则形状的颗粒具有更大的表面积，因此具有更高的保水性。 多孔材料可以在颗粒内储存水；因此，保水率很高。 虽然基材必须能够良好的保水性，但它也必须能够良好的排水。 因此，必须避免过度精细的材料，以防止过度的水分滞留和基底内缺乏氧气运动。 所有基材都需要定期清洗（瑞士 2013）。
· Aqu@teachAQu @teach：灌溉
培养是使用适当的组合，浓度和 pH 值的肥料。 矿物营养对于最佳植物生长至关重要。 不同植物种类的最佳营养条件可能有所不同，对于同一植物物种在其生命周期的不同时间、同一植物物种在一年中的不同时间以及在不同环境条件下的同一植物物种而言。 即使是平衡的水生系统也会出现营养缺乏症。 鱼类饲料不一定具有适当数量的植物营养物质，通常具有较低的铁、钙和钾值（见 第 5 章）。 因此，可能需要补充植物肥料，特别是在种植果蔬或营养要求高的蔬菜时。 合成肥料往往过于苛刻，可能会破坏平衡的生态系统。 一般来说，铁作为螯合铁添加，以达到约 2 毫克/升的浓度。 将水缓冲至正确的 pH 值时，添加钙和钾。 它们被添加为氢氧化钙或氢氧化钾，或作为碳酸钙和碳酸钾。 缓冲液的选择取决于种植的植物类型：绿叶蔬菜可能需要更多的钙，而结果植物可能需要更多的钾（萨默维尔 *等人 * 2014c）。 任何水培养液都从水开始，因此必须从样品的实验室分析开始。 需要注意的三个主要事项是：碱度、导电率 (EC) 和特定元素的浓度。 碱度是衡量水中和酸能力的一种衡量标准，通常以毫克/升碳酸钙当量（CaCo 3 ）报告。 碱度值可能从接近 0（在非常纯净或反渗透处理的水中）到 300 毫克/升 CCO 3 以上。 水的碱度越大，pH 值就越倾向于在营养溶液中升高。 水源碱度是一个比其 pH 值更重要的数字：pH 值仅仅是水的酸性或碱性的一次性快照，而碱度则衡量其持久 pH 效应。 只有在知道水碱度后，才有可能选择合适的肥料策略。 根据碱度，可能需要选择较大比例的酸性氮形式（铵或尿素）的配方，或添加酸来中和碱度并抑制 pH 值上升（Mattson & Peters 2014）。 EC 是衡量溶解盐的总量，包括基本元素和不需要的污染物（如钠）。 因此，EC 是衡量水源纯度的粗略尺度。 理想情况下，对于封闭系统，EC 应小于 0.25 毫秒/厘米。 实验室水分析还将表明水中有哪些具体的基本元素和污染物。 在准备营养溶液配方时，应考虑基本元素的浓度（见下文）。 自来水通常含有显著含量的钙、镁、S 和 P. 钠和氯化物（食盐）是某些水域的常见污染物；理想情况下，这些污染物应分别小于 50 和 70 毫克/升（马特森和彼得斯 2014）。
· Aqu@teachAQu @teach: 温室控制系统
控制系统包括照明、加热、冷却、相对湿度和二氧化碳富集的控制系统。 虽然有一个完全控制的环境是有益的，但没有它，或者只有部分参数受到控制，水生养殖也可以蓬勃发展。 #灯光 适当数量和质量（PAR，400-700 nm）的最大光透射对于最佳光合作用、生长和产量至关重要。 如果有太多的光在夏天，遮阳油漆或白色洗涤可以喷洒在温室的外面。 这将在生长季节结束时磨损，或者可以洗掉。 外部织物遮阳布由不同程度的网格尺寸制成，以排除特定光线量（例如 30%、40%、50% 的阴影）可放置在温室外部或悬挂在温室内。 如果冬季光线太少，白色反光地盖可以显著提高植物冠层的光线水平（Rorabaugh 2015）。 人工灯可用于延长冬季生长季节。 温室采用了各种不同的光技术，但最常见的类型是发光二极管 (LED)。 与所有其他人工照明系统不同，LED 不含玻璃或气体组件：所有组件均为固态。 因此，它们比其他类型的灯具更脆弱，并且可以放置在其他灯具可能受损并构成健康和安全风险的地方。 然而，在温室使用 LED 照明的一个潜在的负面影响是，它们产生的辐射热量不足，从而降低了整体能源节约，因为供暖需求增加（Davis 2015）。 LED 现在可提供几乎任何波长介于 200 和 4000 纳米之间的 LED。 LED 的优点是：(i) 与其他照明源相比，其效率高 (光能输出/电能)；(ii) 发射的光是定向的，从而减少杂散光量，并确保最大的光量到达作物；(iii) 整个光谱可以通过改变照明装置中安装的 LED 的数量和颜色来针对不同的应用进行修改。 因此，LED 提供了优化光处理的潜力，从而提高特定植物质量或控制植物形态和开花时间。 为了生产健康的植物，需要红光和蓝光。 红光最有效地用于驱动光合作用，但一般发现植物在光谱中包含一些蓝光时会更有效地生长，因为它有助于促进口腔吸收 二 氧化碳。 然而，气孔对光的反应在不同物种之间确实有所不同，因此并非所有物种都会同样受益于蓝光的增加。 例如，生菜中的生长率随着蓝光的增加而下降 (戴维斯 2015))。 在某些情况下，额外的光线颜色可能会带来额外的好处。 当绿灯取代混合物中的一些蓝光或红光时，加入绿光可以增加生菜植物中的新鲜和干重生物量积累。 绿光也可以深入植物树冠，从而推动更多的光合作用。 远红光对作物整个生命周期的植物发育和性能至关重要。 虽然它可以抑制生菜种子的萌发，但它可以增加叶片面积，有可能提高光捕捉和生长速度。 另一方面，在作物发育的后期阶段，它将导致拉伸和螺栓连接。 远红光可以发挥最大效果的区域是控制开花时间（戴维斯 2015）。 LED 还提供了以非传统方式轻作物的机会。 LED 是冷光源，因此可以放置在靠近农作物或树冠内，而光叶通常很少得到自然光或补充光。 通过向树冠阴影区域的叶片添加光线，植物能够更有效地利用光线。 这意味着，“互通照明” 具有增加产量的潜力，超过在树冠顶部添加的同样量的光线。 在黄瓜植物和西红柿产量方面，相互照明蓝光的效果好坏参半（戴维斯 2015）。 光谱操作也可用于改善色素沉着。 蓝光对于驱动花青素的合成非常重要，花青素是导致红色色素沉着的化合物之一。 光在调节许多化合物的生物合成方面也很重要，这些化合物可直接改变叶子、水果和花卉的味道和香气。 紫外线照射与包括柠檬香脂和罗勒在内的一系列草本植物中的油脂和挥发性含量增加有关（戴维斯 2015 年）。
· Aqu@teach