本发明涉及农业无土栽培领域。具体地说，涉及一种无土栽培营养液及其制备方法与应用。
背景技术：
无土栽培是以人工制备的营养液或固体基质加营养液代替土壤进行作物栽培，它利于标准化生产、机械化作业和信息化管理，具有省水、省肥、省地、省力等优点，是实现设施蔬菜安全优质、高产高效生产的重要栽培模式。无土栽培摆脱了土壤的限制，同样失去了自然土壤的水肥“恩赐”，作物生长发育所需水肥主要依赖于营养液，营养液的养分特征和管理是无土栽培的核心。
营养液的养分特征与营养液配方及其制备方法密切相关。根据作物生长发育的养分需求特征和生理平衡原理，选择某些含有作物必需营养元素的化合物，确定各化合物比例和用量，以获得作物无土栽培的营养液配方。目前在我国应用较广泛的营养液配方有hoagland配方、山崎配方及华南农业大学的专用型配方等。现有的商品化营养液配方中养分多以简单配位化合物的形式进行供应，如硝酸钙和硫酸镁，在制备过程中容易产生难溶化合物，从而影响养分的有效性，导致营养液组分失衡。因此，通常将配方中相互作用不会发生作用的化合物放置一起溶解稀释，如硝酸钙和硝酸钾，磷酸二氢钾或磷酸二氢铵与硫酸镁一起溶解，或制备成以钙盐为中心的a母液、以磷酸盐为中心的b母液和微量元素的c母液。然而，营养液制备工序繁琐，费工费时，且在生产一线往往不具备营养液肥料的精量称取的条件，故在营养液配置操作中，易发生钙盐、磷酸盐和硫酸盐等变性，使营养液中ca、p和s等养分元素有效性下降、营养组分失衡且ph升高，不仅难以满足作物的养分需求，还易引起离子毒害，且变性物质的生成还易造成灌溉系统堵塞，损害电子元器件等问题。而采用营养液配制设备虽然可以简化工序，提高劳动效率，但需要安装多通道注肥装置，以避免高浓度肥液的混合，进而增加了现代水肥一体化智能管控设备的成本。
因此，需要对当前的营养液配方进行进一步优化，简化营养液制备工序，避免营养液制备过程中营养液养分有效性受到影响，为营养液栽培技术的大规模应用创造条件。
技术实现要素：
本发明的目的之一是针对无土栽培营养液制备和管理过程中遇到的养分离子变性引起的营养液养分元素有效性下降、离子组分失衡，且营养液制备费工费时等问题，根据作物的养分实际需求，提供一种(生菜)无土栽培营养液配方。
为了实现本发明该目的，本发明的技术方案如下：
一种无土栽培营养液，包含以下浓度的组分：硝酸钾300-305mg/l、硝酸铵158-162mg/l、磷酸二氢钾66-70mg/l、七水硫酸镁244-248mg/l、有机螯合钙200-400mg/l、乙二胺四乙酸二钠铁20-40mg/l、硼酸2.6-3.0mg/l、四水硫酸锰2.0-2.2mg/l、七水硫酸锌0.20-0.24mg/l、五水硫酸铜0.075-0.085mg/l、四水钼酸铵0.015-0.025mg/l。
本发明对无土栽培营养液的组成和各组分用量进行了合理优化配比，使得各组分可稳定存在、不易变性，保证了离子组分的平衡和组分对养分的需求。
本发明中，所述营养液包含以下浓度的组分：硝酸钾303.5mg/l、硝酸铵160mg/l、磷酸二氢钾68.04mg/l、七水硫酸镁246.48mg/l、有机螯合钙200-400mg/l、乙二胺四乙酸二钠铁20-40mg/l、硼酸2.86mg/l、四水硫酸锰2.13mg/l、七水硫酸锌0.22mg/l、五水硫酸铜0.08mg/l、四水钼酸铵0.02mg/l。
本发明中，所述有机螯合钙为氨基酸螯合钙(ca[hcooch(nh2)ch2coo]2)，所述氨基酸螯合钙的有效钙含量为10±0.5％，以利于植株的吸收利用。
本发明中，所述营养液还包括ph调节剂，所述ph调节剂为磷酸或柠檬酸。
本发明中，所述营养液的ph值为5.5-6.5。
本发明中，可根据栽培作物种类，用磷酸或柠檬酸调ph值为5.5-6.5，以满足不同作物的需求。
本发明的另一目的在于提供一种制备上述营养液的方法，包括以下步骤：
(1)分别称取各组分并混合均匀，形成复合固体肥；
(2)将所述复合固体肥与水混合配制得母液，所述母液中各组分浓度均为所述营养液中各组分浓度的50-250倍；
(3)将所述母液与水混合，制得所述营养液。
本发明的营养液配方中各组分可在同一体系中稳定存在，不易产生组分变性，无需将各组分分类配置为多种母液，简化了制备过程，避免了营养液制备过程中营养液养分有效性易受影响的问题，适于大规模生产。
本发明的方法中，还包括步骤(4)：将所述营养液的ph值调节至5.5-6.5。
本发明的一种上述营养液的制备方法，按照所述营养液的配方，分别称取制备单位体积营养液的所需用量的各化合物，混合均匀，形成单位体积营养液所需的复合型固体肥。生产中，根据实际需要配置的营养液体积计算并称取所述复合型固体肥量，溶解于水中，再倒入营养液储液池，加清水定容，搅拌均匀，形成所述营养液；或称取定量的所述复合型固体肥，在容器中加清水溶解，制备成营养液母液，灌溉时在现代水肥一体化设备管控下，与清水定量、均匀混合，形成所述营养液。
本发明的另一种上述营养液的制备方法，分别称取配方量数倍的各化合物，在容器中用清水溶解，定容并搅拌均匀，制备成浓缩数倍的营养液母液(营养液浓缩液，即高浓度营养液)。生产中，根据实际需要配置的营养液体积和所述营养液母液的浓缩倍数，量取所述营养液母液，倒入营养液储液池，加清水定容，搅拌均匀，形成所述营养液；或灌溉时，在现代水肥一体化设备管控下，与清水定量、均匀混合，形成所述营养液(混合配置是生产中灌溉的一个部分，是一个动态过程)。
本发明中，所述灌溉时的现代水肥一体化设备，配备单套注肥装置即可。
本发明中，单位体积营养液所需的复合型固体肥可由生产园区/基地专人(技术员)在室内配置或工厂化生产形成商品，复合型固体肥溶解制备所述营养液在营养液灌溉管理区进行。
本发明的再一目的在于提供一种上述营养液或上述方法在生菜无土栽培中的应用。
本发明的应用中，所述应用包括将生菜定植于基质中，并提供所述营养液的步骤。
本发明的应用中，所述基质包括质量比为2:1:1的草炭、蛭石和珍珠岩。
本发明的有益效果至少在于：
与现有技术相比，本发明提出的复合营养液配方，与常规营养液配方相比，更能保证营养液配置和管理过程中各养分元素有效性、均衡性及ph稳定性，且提高了营养液利用效率，可确保作物的产量和品质。本发明制备该营养液的方法简便、高效，无需分别配置a、b、c母液，降低了现代水肥一体化设备的成本，具有较好的推广价值。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明所用化合物硝酸钾、硝酸铵、磷酸二氢钾、七水硫酸镁、有机螯合钙、乙二胺四乙酸二钠铁、硼酸、四水硫酸锰、七水硫酸锌、五水硫酸铜、四水钼酸铵均为商品型产品。
本发明具体实施方式中所用有机螯合钙若无特殊说明，均为氨基酸螯合钙(ca[hcooch(nh2)ch2coo]2)，有效钙含量为10±0.5％。
实施例1
本实施例提供一种无土栽培营养液，具体配方为：1l营养液中含有硝酸钾303.5mg、硝酸铵160mg、磷酸二氢钾68.04mg、七水硫酸镁246.48mg、有机螯合钙300mg、乙二胺四乙酸二钠铁20mg、硼酸2.86mg、四水硫酸锰2.13mg、七水硫酸锌0.22mg、五水硫酸铜0.08mg、四水钼酸铵0.02mg。
按照以下步骤制备无土栽培营养液：
(1)按配方称取的各化合物，即硝酸钾303.5g、硝酸铵160g、磷酸二氢钾68.04g、七水硫酸镁246.48g、有机螯合钙300g、乙二胺四乙酸二钠铁20g、硼酸2.86g、四水硫酸锰2.13g、七水硫酸锌0.22g、五水硫酸铜0.08g、四水钼酸铵0.02g，混合均匀，得到复合型固体肥；
(2)以水为溶剂，将复合型固体肥完全溶解，加入10l容器中，注清水定容，搅拌均匀，制备成浓缩倍数为100倍的营养液母液10l；
(3)在现代水肥一体化设备的自动管控下，将浓缩倍数为100倍的本实施例的营养液母液与清水按1：99均匀混合，该过程中现代水肥一体化设备会实时在线检测营养液ph值，并自动吸取磷酸调节营养液的ph值在5.6-6.5范围内，获得本实施例的无土栽培营养液。该营养液放置至少10天时无沉淀产生。
实施例2
本实施例提供一种无土栽培营养液，具体配方为：1l营养液中含有硝酸钾300mg、硝酸铵158mg、磷酸二氢钾66mg、七水硫酸镁244mg、有机螯合钙200mg、乙二胺四乙酸二钠铁20mg、硼酸2.6mg、四水硫酸锰2.0mg、七水硫酸锌0.20mg、五水硫酸铜0.075mg、四水钼酸铵0.015mg。
具体的制备方法为：按照实施例1步骤(1)、(2)相同的方法制备本实施例的营养液母液10l。之后，往营养液储液池(罐)中注入0.4m3清水，将营养液母液加入营养液储液池，再注入清水定容至1m3，搅拌至混合均匀。实时检测并以磷酸调节营养液的ph值为5.5-6.5，制得1m3所述无土栽培营养液。该营养液放置至少10天时无沉淀产生。
实施例3
本实施例提供一种无土栽培营养液，具体配方为：1l营养液中含有硝酸钾305mg、硝酸铵162mg、磷酸二氢钾70mg、七水硫酸镁248mg、有机螯合钙400mg、乙二胺四乙酸二钠铁40mg、硼酸3.0mg、四水硫酸锰2.2mg、七水硫酸锌0.24mg、五水硫酸铜0.085mg、四水钼酸铵0.025mg。
具体的制备方法为：按照实施例1步骤(1)、(2)相同的方法制备本实施例的营养液母液10l。在现代水肥一体化控制系统中设置营养液工作液的电导率(即营养液浓度)为1.2ms.cm-1，利用现代水肥一体化设备自动将所述营养液母液稀释100倍，同时实时检测并用磷酸调节营养液ph值至5.5-6.5，制备成生产中直接用于灌溉的本实施例的无土栽培营养液。该营养液放置至少10天时无沉淀产生。
对比例1
本对比例提供一种无土栽培营养液，具体配方为：1l营养液中含有硝酸钾303.5mg、硝酸钙472mg、硝酸铵160mg、磷酸二氢钾68.04mg、七水硫酸镁246.48mg、乙二胺四乙酸二钠铁20mg、硼酸2.86mg、四水硫酸锰2.13mg、七水硫酸锌0.22mg、五水硫酸铜0.08mg、四水钼酸铵0.02mg。
其无土栽培营养液制备方法与实施例1相同。该营养液放置7-10天时开始有沉淀生成。
实验例1
在北京市农林科学院内多功能温室叶菜实验区进行生菜基质栽培，生菜品种为富兰德里(flandriarz，lactucasativa'flandria')，基质为质量比为2:1:1的草炭：蛭石：珍珠岩。定植前用去离子水充分冲洗基质，并用待测营养液浇灌。具体栽培步骤如下：
(1)将生菜定植于基质中，在基质表面覆盖塑料薄膜以防止基质水分蒸发。
(2)以现代水肥一体化设备基于已嵌入系统程序的灌溉制度自动向基质中注入待测营养液。
(3)按照常规方式进行生菜基质栽培管理。生菜从定植到采收一共持续33天。
分别将实施例1及对比例1的无土栽培营养液以上述栽培步骤在相同条件下进行种植，并对栽培效果进行观察测试。结果如下：
采用实施例1营养液基质栽培的生菜长势良好，待生菜收获后测定实施例1及对比例1的产量、干物质量、维生素c、可溶性糖、硝态氮，结果如表1所示。生菜产量(鲜/干重)测定结果表明，本实施例1单株生菜的平均地上鲜重为203.12g/株，稍低于对比例1(225.73g/株)，而干物质量高于对比例1；分析生菜品质指标，本实施例1生菜的vc、可溶性糖及硝酸盐含量与对比例1之间没有明显差异，说明本实施例1提供的营养液能提供生菜生长所需的养分，确保生菜产量和品质形成。
表1生菜的鲜/干重和vc、可溶性糖及硝态氮含量测试结果
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。