2019南农丰源真题解析
无土育苗的概念
无土育苗是以土壤以外的固体物质为基质，浇入营养液，或采用水培或雾培，不加任何基质的方法，称为无土育苗。根据是否使用基质，可分为基质育苗和营养液育苗。前者采用蛭石、珍珠岩、岩棉等基质，浇灌营养液幼苗；后者不使用任何底物，只使用一些支持物和营养液。
无土育苗的优势
苗长势快，苗龄短，根系发达，苗壮整齐，栽后缓苗时间短，易成活。无论是基质育苗还是营养液育苗，都能保证充足的水分和养分供应以及良好的基质通风。同时无土育苗便于科学规范管理。
无土育苗的必要性
无土栽培是利用无土基质，供应营养液或充分利用营养液，要求最佳根际环境的栽培技术。无土育苗培育的苗木种植后容易成活，因为根系发达，根际环境适合无土栽培，种植后根系不受损伤，一般不会出现缓苗期。同时无土育苗还可以避免土壤育苗带来的土传病害和线状虫害。因此，无土栽培必须采用无土育苗。
无土栽培中，采用人工配制的培养液来满足植物矿质营养的需要(见表)。表中列出了几种常用的营养液配方。为使植株直立，可用石英砂、蛭石、泥炭、锯末、塑料等作为支撑介质，并保持根系通风。多年的实践证明，大豆、芸豆、豌豆、小麦、水稻、燕麦、甜菜、马铃薯、白菜、生菜、番茄、黄瓜等作物的产量高于土培。
因为植物对养分的需求因物种和生长发育阶段而异，所以配方也要相应改变。比如叶菜需要更多的氮(N)，可以促进叶片的生长；西红柿和黄瓜比叶菜需要更多的磷、钾和钙，但比叶菜需要更少的氮。植物在不同的生长发育阶段需要不同的养分。苗期番茄培养液中的氮、磷、钾等元素可以少一些；当你长大后，你必须增加它的供给。夏季日照长，光照强度大，温度高，番茄比秋季和初冬需要更多的N。生长在秋季和初冬的西红柿需要更多的钾来提高它们的品质。为了培养同一种植物，培养液的配方应该在其整个生命周期中不断修改。
无土栽培中使用的培养液可以循环使用。植物选择性吸收离子后，某些离子的浓度下降速度比其他离子快，各元素的比例和pH值发生变化，逐渐变得不适合植物生长。所以每隔一段时间就要用NaOH或HCI来调节培养液的pH值，多加入一些浓度降低的元素。由于pH值和某些离子的浓度可以通过选择性电极连续测定，所以加入的酸、碱或辅助元素的量可以自动控制。但这种回收不可能无限期持续下去。用固体惰性培养基和培养液培养时，也要定时排出营养液，或滴加培养液，给植物根部供应足够的氧气。植物蒸腾作用强时，培养液浓度增加，需要补充一些水分。无土栽培成功的关键是管理好所用的培养液，使其满足最佳营养状态的需要。
无土栽培营养液成分容易控制。而且可以随时调节，只要有一定的淡水供应，就可以在光照、温度适宜，没有土壤的地方进行，如沙漠、海滩、荒岛等。无土栽培也可以用于大都市的郊区和家庭种植蔬菜和花卉。
无土栽培和常规栽培的区别在于，直接用营养液栽培植物，不需要土壤。为了固定植物和增加空气含量，大多使用砾石、沙子、泥炭、蛭石、珍珠岩、岩棉和锯末作为固定基质。其优点可以有效控制花卉在生长发育过程中对温度、水分、光照、养分和空气的最佳要求。因为无土栽培花卉不使用土壤，可以扩大种植范围，加速花卉生长，提高花卉质量，省肥节水，省人工操作，节省人工和费用。缺点是一次性投入大，需要增加设备。如果营养源被污染，很容易扩散，营养液的配制需要技术知识。
无土栽培的方法有很多。目前生产上常用的有水培、雾(气)培和基质培。
(1)水培法
水培是指植物根系在没有基质的情况下直接接触营养液的栽培方式。最早的水培是将植物根系浸泡在营养液中生长，会导致缺氧，影响根系呼吸，甚至导致根系死亡。为了解决O2的供应问题，英国库珀在1973中提出了一种被称为“营养膜技术”的水培方法。它的原理是让一层薄薄的营养液(0.5-1cm)在作物根部不断循环，既保证了对作物水分和养分的持续供应，又为根部提供了新鲜的O2。NFT法可以大大简化灌溉技术，不需要每天计算作物需水量，使营养元素得到均衡供应。根系与土壤隔离，可避免各种土传病害，无需土壤消毒。
这种方法栽培的植物直接从溶液中吸收养分，相应的根系发达，主根比露地栽培的明显退化。比如黄瓜无限生长，主蔓可达10-15m。主根系45CM。
(2)雾(气)文化
也称为气增或雾培。它将营养液压缩成气雾，直接喷洒在作物的根系上，根系悬浮在容器的空间内。通常用聚丙烯泡沫塑料板在一定距离钻孔，在孔内种植农作物。两块泡沫板倾斜成三角形形成一个空间，供液管道穿过三角形空间喷洒在挂根上。一般每隔2-3分钟喷几秒钟，让营养液循环使用，同时保证作物根系有充足的氧气。但是这种方法的设备成本太高，需要消耗大量电能，没有缓冲的余地。目前只限于科研应用，没有进行大规模生产，最好不要用这种方法。这种方法栽培植物的机理与水培相同，所以根系条件与水培相同。
(3)基质栽培
基质栽培是无土栽培中最常用的方法之一。它将作物的根固定在有机或无机基质中，并通过滴灌或滴灌向作物提供营养液。栽培基质可装在塑料袋中或撒在栽培沟或槽中。基质栽培的营养液是不循环的，称为开路系统，通过营养液的循环可以避免疾病的传播。
基质栽培缓冲能力强，水、养分、O2供应不矛盾，设备比水培、雾培简单，甚至不需要动力，投资少，成本低，在生产中应用广泛。从我国的现状来看，基质栽培是最实用的方法。
在欧洲许多国家广泛使用的岩棉是由60%辉绿岩、20%石灰石和20%焦炭混合，经1600℃高温煅烧熔化，然后喷成直径为0.005 mm的纤维，再经冷却压制成板状或各种形状。岩棉的优势在于可以形成系列产品(岩棉塞、块、板等。)，使用携带方便，消毒后可多次使用。但使用数年后无法再利用，废弃的岩棉难以处理，在拥有岩棉种植面积最大的荷兰已成为公害。所以现在日本有人提倡开发利用有机基质，可以变成土壤当肥料，不污染环境。由于基质的参与，实际操作中主根的长度可能比普通无土栽培的长，但从黄瓜性能来看，主根一般小于60CM。
无土栽培技术要点
无论采用什么类型的无土栽培，都必须掌握几个基本环节。无土栽培中，营养液必须溶于水，然后供给植物根部。在基质栽培中，营养液被倒入基质中，然后被作物根系吸收。所以需要了解水质、营养液、所用基质的理化性质。
(1)水质与营养液的配制密切相关。水质标准的主要指标是电导率(EC)、pH值和有害物质含量是否超标。
电导率(EC)是溶液中盐浓度的指标，通常用毫西门子(mS)表示。各种作物的耐盐性不同，耐盐性强(EC=10mS)的是甜菜、菠菜和甘蓝。中度耐盐(EC=4mS)，如黄瓜、芸豆、甜椒。无土栽培对水质要求严格，尤其是水培。因为它不像土培那样有缓冲能力，很多元素低于土培的允许浓度标准，否则会中毒。有些农田水可能不适合无土栽培。收集雨水进行无土栽培是一个很好的方法。无土栽培水的pH值不能太高也不能太低，因为一般作物对营养液pH值的要求应该是中性的。如果水本身pH值低，就要用酸或碱来调节，既浪费药又费时。
(2)营养液营养液是无土栽培的关键，不同的作物需要不同的营养液配方。目前国际上公布的公式很多，但都大同小异，因为最初的公式源于对土壤提取液化学成分的分析。营养液配方中，最大的区别是氮钾比例。
配制营养液要考虑化学试剂的纯度和成本，生产中可以使用化肥降低成本。制备方法是先制备母液(原源)，再稀释，可以节省容器，便于储存。含钙物质需要单独放在容器里。使用时将母液稀释后与含钙物质的稀释液混合，尽量避免沉淀。测定后，营养液的pH值必须调整到适合作物生长的范围，加水时要特别注意PH值的调整，以免中毒。
(三)基质的理化性质无土栽培用的基质有很多种。根据基质的当地来源，可以因地制宜，选择原料丰富易得、价格低廉、理化性能好的材料作为无土栽培的基质。
无土栽培对基质的要求是:
1.具有一定尺寸的固体物质。这将影响基体是否具有良好的物理性能。基质颗粒的大小会影响容量。孔隙度、空气和水含量。按颗粒大小可分为五个等级，即:1mm；1-5毫米；5-10毫米；10-20mm；20-50 mm，可根据栽培作物的种类、根系生长特点和当地资源情况选择。
2.它具有良好的物理性能。基质必须疏松、保水保肥、透气。南京农业大学的吴志兴和其他研究人员认为，蔬菜作物的理想基质是粒径为0.5-10 mm，总孔隙率>:55%，堆积密度为0.1-0.8g？Cm-3，风量25-30%，基质水气比为1: 4。
3.化学性质稳定，不含有害成分，不改变营养液。基质的化学性质主要指以下几个方面:pH值:反映基质的PH值非常重要。会影响营养液的pH值和成分变化。PH = 6-7被认为是理想的底物。
电导率(EC):反映离子化盐溶液的浓度，直接影响营养液的组成和作物根系对各种元素的吸收。缓冲能力:反映基质快速改变肥料pH值的缓冲能力，缓冲能力越强越好。
碱基置换:指pH = 7时测得的可置换阳离子的含量。一般来说，有许多可替代的物质，如树皮，锯末和泥炭。蛭石在无机基质中有许多可替代物质，而在其他惰性基质中几乎没有可替代物质。
4.该基质需要容易获得、可广泛获得并且价格低廉。
无土栽培中，基质的作用是固定和支撑作物；吸附营养液；增强根系的渗透性。基质是非常重要的材料，直接关系到栽培的成败。基质栽培必须根据以上几个方面严格选择。北京农业大学园艺系进行了1986-1987的实验研究。黄瓜基质栽培过程中，营养液和基质之间存在显著的相互作用，相互影响，相互补充。因此，水培营养液的配方，尤其是使用有机基质时，会受到基质本身的元素含量、取代度等因素的影响，从而改变配方的栽培效果。这是应该考虑的问题，不能生搬硬套。
(4)供液系统无土栽培的供液方式有多种，包括NFT灌溉法、漫灌法、双壁管灌溉系统、滴灌系统、虹吸法、喷雾法、人工灌溉等。总结起来，可以分为循环水(闭式系统)和非循环水(开式系统)两大类。目前生产上广泛采用营养液膜和滴灌。
1.营养液膜法(网)
(1)准备三个母液储罐(罐)。一个含有硝酸钙母液，一个含有其他营养成分的母液，另一个含有磷酸或硝酸来调节营养液的pH值。
(2)储液罐。储存稀释的营养液，从培养床的高端泵送溶液，并从低端回流。液体罐的大小与栽培面积有关。一般1000平米要求储液罐的容量为4-5吨。储液罐的另一个作用是回收从回流管道回流的营养液。
(3)过滤装置。营养液的进水口和出水口都要求安装过滤器，保证营养液干净，不会堵塞供液系统。
2.滴灌系统的灌溉方式
(1)准备两个浓缩营养液罐储存母液。一个罐子里有钙，另一个罐子里有不含钙的其他元素。
(2)浓酸罐。通过行业调节营养液的PH值。
(3)储液罐。用于保存按要求稀释的营养液。一般面积在300-400平米，储液罐容积为1-1.5吨。储液罐的高度与供液距离有关。只要高于1米，就能提供30-40米的距离。如果使用泵送，液体储罐的高度不受限制。甚至可以设置在地下。
(4)管道系统。用各种直径的黑色塑料管代替白色，避免藻类滋生。
(5)滴头。固定在作物根际附近的液体供应装置通常与孔口发射器和线性毛管一起使用。低压供液系统中的孔板滴头流量不均匀，但毛管相对均匀。但同样的问题是容易被堵塞，所以必须在储液箱的进出口安装过滤器，过滤掉杂质。
无土栽培的前景
历史上，农业文明的标志是人类对作物生长发育的干预和控制程度。实践证明，在常规土培条件下，控制作物地上部分的环境条件是容易的，而控制地下部分(控根)是困难的。无土栽培技术的出现，使人类获得了精确控制作物生长的所有环境条件，包括无机营养条件的能力，从而使农业生产完全摆脱自然条件的束缚，完全按照人类的意愿向自动化、机械化、工厂化生产发展成为可能。这将使农作物的产量增加几倍、几十倍甚至几百倍。
从资源的角度看，耕地是极其宝贵的不可再生资源。由于无土栽培可以开发利用许多未开垦的土地，不可再生的耕地资源得到了扩大和补充，对于缓解和解决地球上日益严重的耕地问题具有深远的意义。无土栽培不仅可以把地球上的许多沙漠变成绿洲，在不久的将来，海洋和太空也将成为开发利用的新领域。美国将无土栽培列为本世纪国家要发展的十大高科技交流会之一。是太空植物栽培的研究报告，只能无土栽培。所以无土栽培技术在日本已经被很多科学家作为研究“宇宙农场”的有力手段，人们称之为太空时代的农业也不再是一个不可思议的问题。
水资源问题也是一个日益威胁世界人类生存和发展的大问题。不仅在干旱地区，在发达、人口密集的城市，水资源短缺问题也越来越突出。随着人口的不断增长，各种水资源被过度开发，一些地区几乎枯竭。因此，控制农业用水是节水措施之一，无土栽培避免了大量水的渗漏和流失，使再生水资源难以得到补偿。必将成为节水农业和旱区农业的必由之路。
诚然，无土栽培技术走向实用的过程中也存在很多问题。突出问题是成本高，一次性投入大；同时也要求管理水平高，管理者必须具备一定的科学知识，这不是哪里都能做到的。
从理论上讲，进一步研究矿物质营养状况的生理指标，减少管理中的盲目性，也是一个亟待解决的问题。此外，无土栽培病虫害的防治，基质和营养液的消毒，废弃基质的处理等。，还需要进一步的研究和解决。但是，随着科技的发展和完善，更重要的是，这种新技术的固有优势向人们展示了无限广阔的发展前景。