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观点|灌溉水质是如何影响生产的?

 缘何此生只爱书 2021-07-22

以下文章来源于欧陆科技集团农业科学分析

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Water Quality Analysis

#欧陆农科#

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灌溉水的质量会影响营养液的配比,因此在水培系统中尤为重要。在土壤中,根可以从较大的根际环境中获取养分,而对于水培系统,由于根系生长受到基质尺寸的限制,因此一旦营养液不能满足植株需求,其生长就会立即受到限制。

用于配制营养液的灌溉水可能含有矿物质和/或残留盐分,pH值或钠含量较高。因此在计算营养液配方时,必须减去灌溉水中已有的养分,以确保营养液浓度不超过实际所需水平。

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对于水培系统,强烈建议使用雨水,因为雨水通常具有优良的品质且不含铁。温室屋顶的径流是收集雨水的一种简单方法。

#01

钠和氯

根据钠和氯化物的含量,水可以分为三个质量等级,如表1所示。

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表1 水质等级

灌溉水中的盐含量——尤其是钠浓度是至关重要的。钠通常存在于水中,但只有少量被植物吸收。钠的过量会引起盐分问题。如果根区钠浓度过高,对农作物有害。如果钠累积高于根区最高可接受钠浓度(表2),为了防止产量下降或产品品质下降,种植者必须排放一小部分循环的营养液。排放会导致不必要的养分和水损失以及环境污染。

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表2 为了防止产量降低或品质下降,作物根区可接受的最高钠浓度

循环营养液中钠积累的主要来源是灌溉水中的盐分。肥料中的钠到循环营养液中是很低的,不太可能造成盐分的积累。通常,钠浓度高于1.5 mmol/L的灌溉水不适合在水培系统中循环利用,因为循环利用会增加钠的含量。


氯化物也可能存在于许多水源中。氯化物含量高对作物生长有害,只有低浓度的氯化物是作物可接受的。作物根区中可接受的最高的氯浓度为比钠的高 0.2-0.5 mmol/L。

高含量的钠和氯化物不会直接破坏农作物,但会导致生产潜力下降,如图所示。

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图 盐度(钠,氯 所有养分)导致生产潜力的损失

#02

pH、碳酸钙和硬度

暂时硬度是由于溶解的碳酸盐矿物(碳酸钙和碳酸镁)的存在而引起的一种水硬度。溶解后,这些矿物质会释放钙和镁阳离子以及碳酸根和碳酸氢根阴离子。水培的最佳pH值为5.5。如果灌溉水中含有大量的碳酸盐和碳酸氢盐,那么水的pH值会很高。当使用井水时通常是这种情况。因此,应使用酸处理水以中和碳酸氢根并降低营养液的pH值。酸的加入量由碳酸氢根的量决定。

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当向水中加入酸时,碳酸氢盐会被酸的质子中和,溶液的pH值会降低。钙(或镁)仍可供植物吸收,而酸的阴离子仍会溶解在水中。

硝酸通常用于此目的,但磷酸及其衍生物(如磷酸脲)也可以如此使用。随着添加更多的酸,溶液中和酸关联的阴离子的浓度,例如硝酸盐和磷酸盐,会增加。但是,这些量不应超过植物的实际所需浓度。由于营养液中这些阴离子的浓度会限制可以添加的酸量,所以可以被中和的碳酸氢根的量是有限的。因此,灌溉水中碳酸氢根的初始浓度是主要的质量问题。

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用酸处理碳酸氢盐会释放出二氧化碳和水。必须保证二氧化碳从营养液中逸出,否则,溶液的pH值不会降低,并且会波动。这意味着酸和碳酸氢盐的反应应在开放系统中进行,例如在一个开放式混合罐中。

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#03

根据水泵出的土层不同,水里可能会存在大量铁。铁在厌氧井水中以二价铁离子(Fe2 )的形式存在。一旦接触空气中的氧气,这些离子与氧气发生反应变成三价铁离子(Fe3 ),迅速沉淀成各种不溶性铁盐(氢氧化铁,氧化铁和羟基氧化铁)。在温室生产中,这种情况发生在水流过喷嘴或滴箭的那一刻,因为那一刻水会突然与空气接触。这意味着这些铁都不能被作物利用,因为它们在到达作物之前就已经沉淀了。尽管可以根据灌溉水中已有的养分量来调整施肥策略,但不需考虑水中的铁。相反地,应该计算出根部可以吸收的螯合铁的剂量而非水中已经存在的铁。

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喷灌系统铁含量的接受度

由于喷嘴不会像滴箭那样容易堵塞,因此灌溉水中允许含有一定量的铁,但会导致作物叶片和温室玻璃由于铁的沉淀而变成褐色。从Fe2 到Fe3 再到铁沉淀是H 形成的过程,换言之,pH会下降。

铁含量的可接受度取决于水中碳酸氢盐的量,因为碳酸氢盐是pH缓冲剂。不含碳酸氢盐的水(软水),铁含量不应超过100μmol/L (5 ppm);铁含量过高的话,可能会导致通气后,低pH状态下作物叶片受损。对于硬水,只要不使用顶喷系统,数百μmol/L 的铁仍然可以接受。但这两种情况,都会引起一定程度的褐变。如果需要保持农作物的品相不变,初始铁含量不应超过25-50μmol/L (1-2.5ppm)。需要记住,这些铁都不可被作物吸收利用。

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滴灌系统对铁的接受度

避免滴箭堵塞是获得最佳产量的关键。因此,灌溉水中唯一可接受的铁含量为0μmol/L。如果井水中确实含有铁,则必须首先对水通气以沉淀铁。通常通过大砾石层或过滤器给水通气。

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水中含有有机物时例外,由于铁会吸附到有机物上,因此10-20μmol/L (0.5-1ppm)的浓度是可以接受的。在这种情况下,水流出滴箭以后,可能发生沉淀。

#04

微量营养元素

灌溉水可能含有多种微量元素,比如

可能存在于地表水中,也天然存在于火山区如安第斯山脉。作物可耐受的硼上限浓度在30 µmol/L左右,但因种类而异,表现为营养液中硼的浓度不同。

灌溉水中的存在与灌溉设备中含铜部件(如水龙头、管道和水泵)的释放有关。

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可能天然存在于井水或地下水中。灌溉水中锰浓度应低于10 µmol /L。

当温室屋顶的雨水通过镀锌钢水槽收集时,灌溉水中的含量可能会很高。特别是雨季过后,建议检测灌溉水中锌的浓度。

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