气雾栽培
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2019年3月13日 作者:xwz2367609 [返回]
引领垂直农业的主导技术---气雾栽培(3)

四、具有线性生长的规律

蔬菜植物的生长常常会因为阶段性的发育与环境因子的影响而表显明确的曲线生长特性,而气雾培的生长更趋线性,这是其强大的生理代谢机理所决定的。在土壤中因气候的变化和土壤旱情肥力的影响,使植物的生长形成了生长的周期性与阶段性变化,而气雾栽培因为根域环境的最优化调节,可以减除肥水气等因子造成的生长波动。一些木本植物在气雾环境中可以形成假年轮现象,这就是它快速生长发育在细胞分裂及组织器官形成上的具体反应,栽培五年生的树木相当于二十年的生物量,而且在年轮上也得以相应的增加,说明它在一年中有多次生长高峰的出现。蔬菜植物也然,当它发达的根构形成后,它的生长速度可以表现为加速度的增长,一直到收获,从而使一些番茄类植物的单株整体生长量上百倍地超越于土壤栽培,这也是它生长潜能得以发挥的具体表现。在气雾环境中随着氧气环境的优化,植株体内影响生长的各种氧自由基减少,植株的组织器官或者细胞出现老化衰亡的就少,于是植株始终可以保持活力与快速的增长。在富氧的根域环境下,气孔的开度大大提高,吸收二氧化碳的速度也得以加快,表现为光合积累增加,生物量的形成加快,对生产来说意义重大。

五、气雾栽培植物的抗性生理

所谓抗性生理就是植物面对外界气候因子或者病虫危害等不利影响所作出的抗性反应,其中包括形态上的反应与生理的应答反应。气雾栽培的植物具有更强的呼吸作用与光合作用,其中光合是能量的转换与合成,呼吸作用是物质的分解与能量的释放,两者成为植物生长的最重要两大代谢,在气雾培的环境下,这两者都得以的了强化,这是它形成较强抗性的主要原因。在外界因子的不良作用下,气雾培植物具有更强的适应性与最快速的应答反应性,为抗性体系的形成提供了生理基础。

在高温气候的胁迫下,土壤栽培的植株往往适应性的域值较窄,通常植物当环境温度超过35度以上高温时,就会对光合效率及营养的吸收造成影响,而在气雾栽培的环境下,它的高温极限明显往上漂移。番茄的枝叶在近40度的情况下还能正常生长,表现为枝展叶茂,而土壤栽培或者水培,就会出现气孔关闭,叶片下茸失水,生长缓慢甚至停滞。对根域环境的影响也然,在高达38度的气雾环境中,根系生长还能正常进行,而水培的植物,一旦根域水温超过28度就会出现生长缓慢或者停止,严重的会出现根系老化与烂根,而气雾栽培的植物根域温度以30-32度为快速生长温度,这说明它的适宜的整体温度的域值也往上扩展。那么面对低温刺激也然,水培或者土壤栽培,一旦温度低于10度,就会对根系与植株的生长造成较大影响,而且过低还有寒害现象的发生,而气雾培能适应更低的温度刺激,这说明它的抗寒性也得到同样的提高。2006年的冬季与2007年的早春,当气温低于番茄生长域值时,在同样营养液的供应下,气雾培的植株明显表现出更强的抗寒性,在冬季低温影响下,水培番茄有冻寒发生,而气雾培依然枝繁叶茂,茎壮叶厚,没有任何的影响。究其原因也在于气雾培的根系有更强的呼吸作用,在呼吸过程中的生物放热可以保持根域微环境的温度,这是它比水培土壤栽培有更强抗寒性的原因所在。对于高温的应答与抗性反应也然,因栽培模式不同导致根系形态与特性的不同,以及生理代谢与地上生长调控机制也有所不同,当根系与枝叶受到高温刺激时,气雾培能迅速作出应答反应,关闭气孔或者加速水份的运输,而且是高效快速地进行,对高温速来的影响与生理反馈能快速作了生理调节反应,从而使它的高温耐性提高。当高温气候来临,许多土壤与水培的植株,很快会出现叶片膨压降低,叶柄与叶片出现暂时性萎蔫,而气雾培植物少有这种现象的发生,它总是能快速地调节水份,快速地作出抗高温的生理应答,所以高温的生理伤害自然就减少。

对强光的反应也是同样道理,气雾培的进行光合效率更高,这也是它快速生长的原因所在,在各种生理活性与代谢都得以加强后,植物耐强光的能力也同样得以增强,可以让光饱和点提高,同样耐弱光的光补偿点也会相应地下降,这样就使光照强度域值范围增大,从而可以避开或者减缓强弱光对生长的不良影响。在特别强光及高温的影响下,气繁培的植物还会迅速作出形态上的适应性变化,比如西葫芦在气雾环境下,当外界强光的强度持续超过一定域值时,它很快会在叶片表面表成一层白色的保护层,以么射强光对叶片造成的光灼伤与光抑制,在瓜果类及蔬菜上常可以看到这种适应机制所导致的形态变异。所以在强光与高温的地区,选择气雾栽培是最好的方法,特别适合于非洲一些国家的栽培发展。

对病虫危害的抗性同样也得到增强,特别是它旺盛的生长势为受害植株或器官提供了快速修复与反应的保障。植物的器官在受到病虫危害时,也会通过信号物质的传递,来加快受害部位的修复与增生。或者快速分泌一些抗性物质,提高局部的抗病虫性或者病害的隔绝保护体系形成,这些都是植物的高抗性体现。有些植物受虫啃咬后,会在伤口处分泌一些伤素,以抑制虫的继续危害,或者会产生一些物质影响虫的正常发育。除此之外,快速生长的气雾培植物,它的器官与组织除了巨大化表现外,表层保护细胞或者分泌的衍生物更多,有些表现为蜡质层或粉的增加,或释放更多趋虫或抑虫物质,以提高综合的抗病虫能力。

总的来说,气雾栽培的植物或者蔬菜,具有更强的抗性,也更易激发诱导性抗体的形成,是一种最适合保健型栽培的模式。

六、根系的微生态发生变化

根系的微生态环境,包括水肥环境及微生物环境等,其中的水肥环境导致水分生理与吸收代谢生理的改变。在土壤中的根系常常有大量束缚水的环绕,而气雾栽培大多是自由水的存在,这与它的根系生理变化有关。在土壤或者水培环境下,因为根系常处于缺氧环境或者非充分的富氧环境,根系一旦出现无氧呼吸就会分泌大量的中间代谢物,从而使它对水分子的束缚力增强。另外,根系为了穿行有一定阻力的土壤或者石砾,根系会分泌一些糖与有机酸类物质以起到润滑与加快分解的作用。这些有机物的外泌又会导致微生物的繁殖,使根与微生物间形成互作,以促进对土壤中营养的矿化离子化,起到促进吸收的作用,这也是土壤施用有机肥更为有效的原因所在,通过微生物的共生互作以提高根系对肥及水的固着及吸收能力。

气雾栽培的植物,根系完全悬长于空中,不需穿透土壤,也不需要通过分泌来加快营养的矿化过程,更不需通过中间代谢物来推进根系的穿行伸展。所以在气雾环境下的根系,根表皮的粘滑有机物分泌较少,而且在没有土壤机械阻力的作用下,根的伸长区特长,一些生长旺盛的植物,如番薯、玉米、番茄等,根伸长区甚至达到10cm以上,这是根系活力的像往,也是根形态在气雾下的应答性发育。由于根系束缚水的减少,使根系对水的敏感性也加强,在土壤遇旱时,根系因为微生物包缚与束缚水的保护,往往对失水的反应有较强的缓冲性,而气雾根系则无,一旦对根系失去水的供给,很快就会表现出生理性萎蔫。根系微生物群落的形成不仅是是植物生长发育的需要,其实也是保持土壤活力的需要,在土壤栽培中这方面表现为特别的重要。而气雾栽培中,根系获取肥水变得直接高效,根本无需通过微生物的间接作用获取水与营养,自然就让根的分泌功能衰退。但是如果对根系进行接种刺激,也可以激发产生更多的分泌物,利用这原理进行分泌物的收集与研究,在生理研究上有重要意义。同样也可以对根域的微环境进行微生物接种,当然生产要以接种有益微生物种群,这种没有任何基质的环培下,接种的效果极佳而且非常的快速,因为根系具有比其它栽培更大的表面积,采用喷菌接种法,微生物很快就可以附着于根系表面,而且如果是菌根植物的菌根接种,效率更高,速度更快,在土壤或水中常因环境之制限而难以达到这么快速与高效的效果,所以生产上利用这原理进行固氮菌、VA菌根、有益微生物种群的接种,以达到促进生长提高抗性目的。接种后的微生物在好氧的环境下比土培或水培有更强大的繁殖优势,所以生产上有时为了生产菌种就是以气雾培的根为原料进行活体感染,然后取下根系作为生产上的商业菌种销售,这是一种最为生态的菌种生产与接种方法。

 

七、根系的再生生理

在最适的气雾环境下,对于根系的发育来说,是最为优越的条件,植物的根系在气雾中比在土壤或水中都有更强大的生理活性的生长潜力,所以在受到外部的刺激与损伤时能发挥出最为强大的修复能力,而且是快速地进行再生生长。这与根原基的发育需要充足的氧气有关,一个完整的根系系统在受到外界的损伤刺激时,残留的根表皮细胞就会快速地被启动,形成大量的根原基,以进行再生修复,弥补失去的部份,这是植物器官补偿生理在根系发育上的表现。

受到修剪或损伤时,切口部位的呼吸作用会得到加强,从枝叶下送的营养与激素会往切口部位富集,再加上充足的氧气供给,根皮层细胞就很快恢复分生分化能力,形成大量的根原基进行根系的分化。另外,地上部与地下部分的全息相关,也会让植株表现出强大的修复生长以保持上下器官的平衡。虽然在土壤环境下也同样有修复补偿生长现象,人们也利用该特性进行中耕断根以促发更多发达的根系形成,但土壤环境因受水肥气及机械阻力的影响,根原基的形成没有气雾环境那么顺畅而快速。根据这特性,人们把它用于生产,进行根系的修剪与采收,起到了生理调控与提高根产量的目的,或者进行分批采收,发挥最大的根系采收量。

根系强大的再生生理,在生产运用上意义重大,特别是一些药草类或块根茎类植物,都是以地下根为主要的经济收获产量,运用根系修剪或采摘技术,可以让生物量最大化地转化为经济产量,或者可以通过根系与地上的全息性关系,进行根系的计划性修剪来调节地上部份的生长与代谢方向。在紫锥菊或牛膀的生产中,人们可以对根系进行阶段性的分批修剪采收,但最好每次的采收量不宜超过总根量的1/3,否则对地上部份会造成较大的抑制。而且药用植物的根系采用修剪采收法,不仅仅可以实现多次采收,不需像土壤栽培那样进行一次性的翻耕采收,产量可以提高数倍,根产品洁净利于药材的加工利用。以块根茎为为收获物的如农作物中的毛芋、生姜、马铃薯、红薯等,还有经济作物的人参、山药等,采用分批采摘,把符合商品要求的先采,小的没达商品率的继续培养,可以收获到均一整齐的产品,而且地下采收所造成的补偿生长与光合营养下运的刺激,会把地上枝叶的积累营养最大化地下运根系转化为经济产量。可以让枝叶的营养损耗降到最低,在土壤中的一次性采收,其实还没有完全发挥地上积累营养的最大化回流根系,就白白地浪费,成为没有经济价值的生物量,在生产上来说是一大浪费,而分批采收或者采摘,可以激发更多的地上营养往根系输送。也可以减缓因地上营养积累过多而产生的光抑制现象。也就是能植株地上光合作用的营养最大化地下送转化为人们所需的根系收获物,是一种高效率的生物量利用法。

保持根系的活力,让植株始终保持洁白健康的状态,运用它强大的修复生长能力,进行阶段性的根系修剪,人为地促成衰老根系的更新,以保持根系时时都有强大的吸收代谢能力,这在生产上也是极具意义的一项技术操作。可以根系根老化的程度进行分批的修剪更新,对地上部份的健康生长是一大促进。

八、气雾培的矿质营养吸收生理

作物的栽培营养与水的管理是关键,无土栽培的营养主要是矿质元素或者是矿化的有机营养液,这些营养元素的组成成份配方以及浓度都会影响到作物的生长,在环境因子一定的情况下,配方与浓度的管理是关键,它直接关系的生长发育与开花结果。但是气雾栽培与水培等其它无土栽培技术相比,在营液的配方及浓度管理上,可伸缩的范围较大,不必像传统水培那般严格管理。这与气雾培植物的矿质吸收机理有关,分析植物吸收营养的远程,是根系有氧呼吸创造了电位差,或者说根域环境的二氧化碳形成微酸化的碳酸氢根离子,以碳酸氢根离子参予离子有吸收与交换,所以从某种角度来说,有氧呼吸作用越强,吸收交换的速度就越快,在气雾环境的富氧环境下,它的吸收速率是普通栽培的数倍,致使吸收交换的速率大大提高,这是它生长快速的关键所在,另外,直接喷洒到根系周围的营养液比在土壤中有更大的接触表面积,而且是最为充分的直接接触,元素不需进行移动,也少有土壤的固定,所以它对肥的要求相对较低,对营养液的浓度要求也更广,在栽培豆科植物的试验过程中,就是利用栽培番茄后的废液也能让蚕豆的植株正常的生长,而不表面缺素症状,这说明根系的吸收效率得以大大提高。

在相同的营养液配方情况下,水培植株常会因缺氧或高温而表现出缺铁黄化之症状,而气雾培没有发生。另外,就是采用高EC值的营养液栽培也不太会产生盐害与生理障碍,就是高达EC值为4的高浓度营养液植株也还能正常生长;对低浓度养液的反应也然,不会像水培那么严格,可以比水培植物有更宽的营养液域值范围,这对于简化养液管理来说是极为重要的,所以气雾培的营养液不管在液温还是浓度上都可以适应粗放管理的要求,而且营养液的控制成本也将大大降低。在高温或低温条件下,水培植物的适应性就差,需要进行养液温度的调节,而气雾栽培不需进行养液的温度控制。除了这些为气雾培带来方便外,养液的用量上也可以大大减少,可以让废液外排量降到最低值。水培因栽培床大量的养液蓄存于苗床,导致养液管理的繁琐性,而气雾培可以做到最低的回排量与最少的养液蓄存,是一种最为经济的养液管理方法,就是可以进行少液量少回排少外排的管理,是资源节约环境友好型的技术。

以上是气雾栽培植物的常见生理与形态异化,在生产科研中因不同的植物种类与类型也会出现一些个性化的生理反应与形态特征,这些方面人们可以在生产科研中加强认识与总结,因为气雾栽培技术目前来说还是一项新生的产业化项目,许多新问题新现象还得在生产科研中不断完善。虽然植物的基本生理与形态是大同小异,但传统的研究都是以土壤为环境的栽培研究,就如水生与陆生植物有许多特性与生理是不同的一样,气生植物也将会有更多的生理与形态是有区别于陆生,所以我们可以只能作些鉴借,不能把陆生的土壤栽培技术与生理认识全搬到气雾技术当中,这样才能让气雾栽培不管从理论还是从实践上形成新的理论与技术体系。

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