基本介紹
- 中文名：生態水培
- 外文名：eco-hydroponic system (EHS)
- 特點：根區增氧
- 技術領域：作物和藻互作生產領域
技術背景,技術方案,技術具體實例,實例1,實例2,技術優點,發展前景,
技術背景
水培技術是全球範圍內用於生鮮作物生產的重要現代農業技術。目前的水培生產系統主要有以下六種類型 ：
（1）霧培aeroponic system
（2）滴灌drip system
（3）水循環營養平衡再利用系統ebb and flow system
（4）營養液膜系統nutrient film technique
（5）深液流技術water culture system
（6）燈芯系統wick system。
每種水培生產系統各有各自的優缺點，都有比較大量的實際生產套用。每種方式又有一些變種，但大都萬變不離其宗。目前國際上水培生產系統的主要問題是操作成本高及廢棄營養液排放對環境的污染。營養液中的氧氣含量是影響水培能否成功的決定性因素，所以，現有的水培系統中必須有人工增氧的設備，如水泵，管道等。
技術方案
生態水培EHS的目的通過以下技術方案來實現，步驟流程如下 ：
（1）在栽培容器中配製營養液：以水為溶劑，其中，KNO3的濃度約為0.6-0.7g/L ；Ca(NO3)2·4H2O的濃度為0.7-0.8g/L ；NH4H2PO4的濃度為0.1-0.2g/L；K2HPO4的濃度約為0.1-0.2g/L；KCl的濃度約為0.02-0.04g/L；H3BO3的濃度約為0.01-0.02g/L；MnSO4·H2O的濃度為0.003-0.004g/L；ZnSO4·7H2O的濃度約為 0.005-0.006g/L；CuSO4·5H2O的濃度約為0.001-0.002g/L；(NH4)2MoO4的濃度約為0.0001-0.001g/L；NaFe-EDTA的濃度為0.001-0.003g/L；
（2）作物定植：用海綿條將幼苗固定在栽培板上，並將栽培板置入栽培容器中；
（3）接種一定起始藻至營養液中；
（4）在合適的環境（光照、溫度、濕度）條件下進行培養；每當營養液的電導率降至1000µS/cm時，更換營養液；直至收穫。
（5）注意事項：栽培容器須為可透光的容器。
技術具體實例
實例1
本實施實例為生態水培系統生產生菜。
（1）在兩組栽培容器（每組為3個，培養容器容量為4L，為透明容器）中配製營養液：以水為溶劑，其中，KNO3的濃度為0.60g/L；Ca(NO3)2·4H2O的濃度為0.70g/L；NH4H2PO4的濃度為0.10g/L；K2HPO4的濃度為0.10g/L；KCl的濃度為0.020g/L；H3BO3的濃度為0.010g/L；MnSO4·H2O的濃度為0.0030g/L；ZnSO4·7H2O的濃度為0.0050g/L；CuSO4·5H2O的濃度為0.0010g/L；(NH4)2MoO4的濃度為0.00010g/L；NaFe-EDTA的濃度為0.0010g/L。
（2）作物定植：用海綿條將6株處於四葉期的生菜幼苗固定在栽培板上，並將栽培板置入栽培容器中，每容器種植一株幼苗；
（3）接種綠藻：從廢水中篩選的綠藻，將綠藻以0.125g/L的濃度接種到實驗組的3個栽培容器中，對照組不加綠藻；
（4）將兩組栽培容器均置於光照180μmol m-2s-1，平均溫度為27.6°C，相對濕度24.5–85.1%的條件下進行培養，營養液的更換標準為電導率降至1000µS/cm。換液後，在相同條件下繼續培養 ；培養23天后，收穫生菜。如圖1所示，實驗組的生菜（右圖）明顯比對照組（左圖）的個頭大，進檢測後，實驗組3個生菜的鮮產量平均值為48.7±8.3g/L營養液，乾藻的產量平均值為0.50±0.02g/L營養液，作為對照的常規水培，其生菜的鮮產量平均值為28.9±4.9g/L營養液。
實例2
本實施實例為生態水培系統生產番薯。
在兩組栽培容器（每組5個，培養容器容量為4L，為透明容器）中配製營養液：以水為溶質，其中，KNO3的濃度為 0.70g/L ；Ca(NO3)2·4H2O的濃度為0.80g/L；NH4H2PO4 的濃度為0.20g/L；K2HPO4的濃度為0.20g/L；KCl的濃度為0.040g/L；H3BO3的濃度為0.020g/ L；MnSO4·H2O的濃度為0.0040g/L；ZnSO4·7H2O的濃度為0.0060g/L；CuSO4·5H2O的濃度為0.0020g/L；(NH4)2MoO4的濃度為0.0010g/L；NaFe-EDTA的濃度為0.0030g/L。將已生根的番薯插條（長約10公分）進行移栽，每容器種植一株幼苗，藻的接種濃度為每升營養液0.25g鮮綠藻，培養光照190μmol m-2s-1，平均溫度為28.9°C，相對濕度25.6–85.6%，經過59天左右的培養，如圖3所示，番薯的鮮產量為44.2±3.9g/L營養液，乾藻的產量0.86±0.52g/L營養液，作為對照的常規水培，其番薯的鮮產量為14.9±8.0（n=5）g/L營養液，藻產量為 0。
由實施例1和2可知，生態水培基於藻和作物的物種互恵作用，將藻和作物在同一體系中進行培養，兩者相互促進，有效簡化了水培系統的構成和運行管理，降低了水培生產的成本，並提高了作物的產量；且在收穫作物的同時額外收穫綠藻，產出高，經濟效益高。
技術優點
基於藻和作物的物種互恵作用，將藻和作物在同一體系中進行培養，作物根系呼吸釋放的二氧化碳促進藻的生長和光合作用，而藻的光合作用持續釋放的氧氣促進作物根系發育、養分和水分的吸收及作物的生長，從根本上增加營養液中的氧氣含量，增氧效果比人工充氣更好，植物和藻因生物刺激效用而相互促進生長。
生態水培EHS具有以下有益效果 ：
（1）簡化了水培系統的構成和運行管理，降低了水培生產的成本，並提高了作物的產量 ；
（2）在收穫作物的同時額外收穫綠藻，產出高，經濟效益高 ；
（3）廢棄營養液中氮磷等含量低，降低了水培生產對環境的污染。
發展前景
生態水培系統是利用透光容器栽培植物並在營養液中接種藻，利用藻與作物間互惠作用實現高生物量積累和高營養元素利用率的新型農業水培系統，可以達到減成本增效益利環保的目的。
水培系統目前仍未大面積推廣的原因主要在於水培技術專業性強和前期設備投入成本高兩方面。生態水培系統在單一水培系統的基礎上進行改良，達到了低投入高產出、高營養利用率低發病率的目的，對水培系統最佳化具有一定參考意義，是符合經濟規律和環境友好型農業生產要求的農業生產模式。
生態水培在廢水修複利用方面有良好的套用前景。在廢水條件下，植物、藻和微生物之間產生多種相互作用，污染物和病原菌可快速去除，並用極低的成本生產作物和藻。
另外，生態水培也可套用於園藝觀賞植物，擺放在室內，即可觀賞植株，也可觀賞水中藻體，為人們所喜愛。 
左：生態水培番茄植株右：普通水培
左：生態水培番茄植株右：普通水培