連棟溫室果蔬菜氣霧栽培的可行性報(bào)告(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系的發(fā)端，形成了如須狀的不定根根系，而且不定根根系的數(shù)量極多，大多以基生為主，到后期隨著初生根的老化會(huì)形成簡(jiǎn)單的分叉，但這分叉方式也是在初次根長(zhǎng)形成大量不定根的方式進(jìn)行發(fā)育，一些種子播種具有主根 的品種，也是大量不定根的方式進(jìn)行根的構(gòu)型（如圖）。為什么會(huì)形成不定根根系為主的根構(gòu)型呢？其實(shí)這也是生態(tài)適應(yīng)性的表現(xiàn)，根系在氣霧環(huán)境中，不需克服土壤的阻力，也不需通過(guò)根系的漸級(jí)輸送獲取水與養(yǎng)分，根系于濕霧中可以最直接最有效最快速地獲取，只要增加基生根數(shù)量提高根系表面積可以達(dá)到吸收更多水份與營(yíng)養(yǎng)的目的，所以植物的自組織行為選擇了須根根構(gòu)的方式，為自已創(chuàng)造最佳的生理與形態(tài)基礎(chǔ)，這就是高效直接的不定根根系。這種根系在氣霧環(huán)境下，表現(xiàn)為潔白柔嫩，因?yàn)樗且员”诩?xì)胞為主所構(gòu)成的組織，如果環(huán)境溫度適合，可以較長(zhǎng)的時(shí)間保持 富有活力的潔白狀態(tài)，這是根系活力的像征，在土壤中常因各種外界不適因子的影響根系較易老化氧化與褐化，所以通常有色素沉積使陸生根有著較深的色澤。氣霧環(huán)境為根系創(chuàng)造了毫無(wú)阻遏的環(huán)境，根系的發(fā)育均勻潔白整齊，這些根具有極高的吸收效率，也具有最大化的吸收表面積，特別是不定根末端形成的根毛根，絨絨得像纖毛（如圖），這種根呼吸作用強(qiáng)，是一種吸收效率極高的根系，特別是采用超聲波霧化供液時(shí)，這種類型的根就特別的發(fā)達(dá)，所以超聲波 霧化培通常比常規(guī)的噴霧栽培又有更高的效率與更快的生長(zhǎng)。以優(yōu)化根系環(huán)境，培育發(fā)達(dá)而有活力的氣生根根系 是霧培管理的關(guān)鍵，只有在適合的人造生態(tài)環(huán)境下，才能形成氣根毛根發(fā)達(dá)而且潔白的根系，這是植株生長(zhǎng)潛能得以激發(fā)的關(guān)鍵，在生產(chǎn)上只要觀察根系的根構(gòu)及類型與發(fā)達(dá)程度就可以斷定生長(zhǎng)是否良好。要使根構(gòu)型更趨氣生根的特性，很重要的一個(gè)方面，就是霧化的霧滴大小有關(guān)，當(dāng)霧化程度好霧液細(xì)小時(shí)，氣生根長(zhǎng)就會(huì)形成大量由根皮細(xì)胞發(fā)育而成的毛根，這種根表面只極大，能發(fā)揮最佳的吸收功能。如果霧沒(méi)大，霧液中氧氣少，形成的根系大多有很大部份為水生根系，少有毛根特征，生長(zhǎng)自然也稍慢，霧滴越細(xì)，液霧所含的氧氣就越充足，就利于毛根的發(fā)育，有利于高 效率根構(gòu)型的形成。所以氣霧培技術(shù)中霧化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，是根域環(huán)境優(yōu)化的最重要技術(shù)。 二．器官形態(tài)的變化： 除了根構(gòu)型及形態(tài)變化以外，其它的枝葉花果同樣也會(huì)發(fā)生變化，這是生理變化在形態(tài)上的具體表現(xiàn)。在蔬菜栽培中常因外界因子的不良影響，而使許多已經(jīng)完成分裂的細(xì)胞，未能充分的膨大與伸長(zhǎng)，所以在生物產(chǎn)量的形成上就受到影響。特別是瓜果類，許多瓜果當(dāng)它完成第一膨大高峰期時(shí)，它的細(xì)胞數(shù)量就基本已確定，而它最終的大小則由每個(gè)細(xì)胞及液泡的發(fā)育所決定。氣霧培的環(huán)境下能為細(xì)胞的繼續(xù)發(fā)育提供最充足的水份與營(yíng)養(yǎng)，這是它生產(chǎn)出果型大 而均勻產(chǎn)品的關(guān)鍵。所以在氣霧環(huán)境下栽培的瓜果，一般發(fā)育均勻少有大小果，這除了水份充足外，氣霧栽培的植株因?yàn)楦档母咝张c快速運(yùn)輸，少有營(yíng)養(yǎng)水份脅迫現(xiàn)象之發(fā)生，所以每個(gè)果實(shí)所獲的水與營(yíng)養(yǎng)就得以保障，于是形成的果實(shí)大小也較均勻。蔬菜瓜果的主要組成就是以水為主的產(chǎn)品，它的含水量達(dá) 90 以上，栽培管理過(guò)程中水份是不是充足是至關(guān)重要，在土壤耕作中水份的尺度難以把握，水多則氣少會(huì)淹了作物，水少氣多但又會(huì)旱害，在前面已經(jīng)述及到土壤栽培的局限性，而氣霧中可以讓水與氣都達(dá)到最充分的供給，這是它導(dǎo)致器官變異的關(guān)鍵。葉與花器也然 ，通過(guò)多年的研究與生產(chǎn)表明，特別是葉菜類品種，有些可以達(dá)到超過(guò)土壤栽培數(shù)倍的葉型，這對(duì)于生產(chǎn)葉菜是至關(guān)重要的，其增加的部份包括細(xì)胞的伸長(zhǎng)與膨大以及液泡的充分吸水。蔬菜植物生長(zhǎng)在礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)及水份最大化供應(yīng)的前提下，不會(huì)出現(xiàn)水與肥的脅迫，所以在快速生長(zhǎng)期不會(huì)因環(huán)境影響而抑制細(xì)胞與器官的發(fā)育，在培育南瓜王時(shí)，可達(dá)到驚人的膨脹速度，一株結(jié) 5 個(gè)瓜的巨型南瓜品種，在快速膨大期平均每個(gè)瓜日增重可達(dá) 10 斤以上，這種快速生長(zhǎng)機(jī)制必須建立在沒(méi)有水份脅迫的前提下。另外，番茄王氣霧培也同樣表現(xiàn)出快速的生長(zhǎng)模式，對(duì)番加生長(zhǎng)量測(cè)定，在番 茄整個(gè)生長(zhǎng)期中，平均每天日伸展速度可達(dá) 7080cm/日。蕃薯的種植也同樣表現(xiàn)出地下根莖的超常速發(fā)揮，一株氣霧的蕃薯可達(dá) 2030 平方的枝蔓占地面積，收獲的薯塊產(chǎn)量可達(dá) 100200 公斤 /株。就是常規(guī)極為普通的空氣菜，采用桶式氣霧培，單株占地也可達(dá) 20 平方米以上。以上這些營(yíng)養(yǎng)器官的快速形成主要源于充足的肥水氣條件，除了生物量的快速積累轉(zhuǎn)換外，其枝葉的形態(tài)特性也發(fā)生了明顯變化，如南瓜葉，在氣霧環(huán)境下達(dá)葉徑 50cm 以上，如荷葉般的大小，葉柄也可長(zhǎng)達(dá) 50cm 以上，在野生蔬菜敗醬的栽培中，它的葉片大小可以達(dá)到土壤自然生長(zhǎng)的 35 倍以上，常規(guī)的青菜也然，都有明顯增大的趨勢(shì)，而且發(fā)育的時(shí)間大大縮短，如葉菜類大多數(shù)可以縮短 1/31/2 時(shí)間，這對(duì)于栽培來(lái)說(shuō)，就可以大大提高設(shè)施利用率與生產(chǎn)周轉(zhuǎn)率，也可以大大降低成本，比如生菜在氣霧環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)足月生產(chǎn)，也就是每個(gè)月可以出產(chǎn)一批。葉型的變大，及莖節(jié)間的伸長(zhǎng)，形成了特有的氣霧蔬菜特點(diǎn)，如果是果實(shí)類，色澤會(huì)更加鮮艷，糖度積累更多口味更好，這些都與植株的活力增強(qiáng)有關(guān)，在氣霧環(huán)境下，各種代謝加強(qiáng)，與色澤有關(guān)的花青素形成也加快，所以果實(shí)更艷麗，同樣，氣霧栽培在沒(méi)有任何根域環(huán)境的脅迫下， 少有環(huán)境脅迫的產(chǎn)生，光合效率一直處于高效狀態(tài)，能為果實(shí)甜度的積累提供更多的碳水化合物，所以能使口味大大改善，另外，栽培果實(shí)類植物時(shí)，采用氣霧栽培，可以在臨近成熟期對(duì)根域水份進(jìn)行控制，達(dá)到增進(jìn)糖度的目的，而土壤栽培較難實(shí)現(xiàn)， 雖然也進(jìn)行了控水管理，但因土壤的緩沖性，植株的應(yīng)答速度較慢，而氣霧培可以輕松地實(shí)現(xiàn)，日本國(guó)就是利用氣霧培的原理進(jìn)行了大面積高糖度水果番茄的栽培。采用氣霧栽培技術(shù)，可以讓植株巨大化，可以讓營(yíng)養(yǎng)及生殖器官發(fā)育巨大化，可以培育出基因沒(méi)有改變的超常規(guī)巨型植物。在氣霧環(huán)境下，甘蔗可達(dá) 6 米多高，水稻 可達(dá) 2 米，網(wǎng)紋甜菜瓜最多可對(duì) 80 多個(gè)瓜，西紅柿可達(dá)萬(wàn)果的產(chǎn)量，小黃瓜單株可結(jié) 3000 多根，巨型南瓜可單株結(jié)5 瓜，每個(gè)都可達(dá) 200 斤以上（如圖）。而且采用氣霧培后，因植株的巨大化發(fā)育，又會(huì)使常規(guī)瓜果蔬菜的根莖木質(zhì)化，特別是南瓜番茄黃瓜辣椒之類的，所以利用氣霧培技術(shù)可以栽培出各種蔬菜樹，對(duì)觀光農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)更具利用觀賞價(jià)值。而且在氣霧環(huán)境下一些平常不會(huì)表現(xiàn)的特性也有可能會(huì)得以體現(xiàn)，比如不定芽的形成，以及返祖發(fā)育的產(chǎn)生，這些都與代謝的旺盛的關(guān)，如番茄葉采用氣霧培后不僅葉片碩大，而且受傷的葉片上極易誘導(dǎo)不定芽繼爾形成小苗 ，在毛竹氣霧培時(shí)，會(huì)要?dú)馍闲纬深愃朴谒竞堂缫粯拥奶禺惙底婷?，甚至還地出現(xiàn)較多的葉上花、與花上葉現(xiàn)象，這些奇異性與環(huán)境優(yōu)化后，原本一些常規(guī)難以啟到或表達(dá)的基因在特別適合的環(huán)境下就會(huì)表達(dá)顯現(xiàn)。氣霧培是利用氣霧根系龐大高效的吸收能力為植株的器官發(fā)育形態(tài)構(gòu)建提供最大化的水份營(yíng)養(yǎng)，從而使各器官的發(fā)育表現(xiàn)為超常規(guī)，這對(duì)于提高產(chǎn)量與質(zhì)量來(lái)說(shuō)極為重要，它的增產(chǎn)效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于良種選育的增產(chǎn)效率。所以說(shuō)，生產(chǎn)上選擇氣霧培淋漓盡致地發(fā)揮品種潛在的基因特性，比一味地追求品種選育更顯的重要，在基因型不變的情況下，可以培育出超常規(guī) 的產(chǎn)量與質(zhì)量。 三．環(huán)境應(yīng)答速度加快： 氣霧栽培在沒(méi)有任何基質(zhì)緩沖的空氣中生長(zhǎng)，再加上它高效快速的吸收功能，使植株對(duì)環(huán)境的應(yīng)答反應(yīng)變得靈敏，這對(duì)于生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)有利也有弊。首先氣霧栽培的根構(gòu)為不定狀的須根根系為主，它對(duì)肥水的吸收就如高速公路般的直接快速，不會(huì)如土壤栽培陸生根的遠(yuǎn)距離逐級(jí)輸送吸收，而是在少有分枝的根構(gòu)模式下快速吸收，于是吸收過(guò)程中所耗的生物能量也比陸生栽培要少得多，這也是它生長(zhǎng)更為快速的主要原因，快速的吸收與代謝同時(shí)也導(dǎo)致它快速應(yīng)答環(huán)境因子生理機(jī)制的形成。外界溫光氣熱肥水等因子的刺激都會(huì)產(chǎn)生信號(hào)激素 ，而這種信號(hào)激素的傳遞也同樣比土壤栽培要來(lái)得快速，所以它具有快速應(yīng)答環(huán)境變化而作出自我生理調(diào)節(jié)的本能。這種快速傳送網(wǎng)絡(luò)的形成，是它潛能發(fā)揮最大化的關(guān)鍵所在，同時(shí)也是它具有快速反應(yīng)生理的原因所在。比如土壤遇旱，首先由根系產(chǎn)生大量的脫落酸，脫落酸會(huì)隨著徑流進(jìn)入植株的其它器官與枝葉，葉片氣孔在脫落酸信號(hào)的作用下，很快就會(huì)作出關(guān)閉氣孔或調(diào)節(jié)開度的反應(yīng)，這種反應(yīng)對(duì)于脅迫環(huán)境下的適應(yīng)是非常重要的，可以免招不利氣候或環(huán)境因子對(duì)蔬菜植物造成的不利影響。人們可以利用快速應(yīng)答機(jī)理開發(fā)生理傳感器，并可直接用于環(huán)境的控制，大多生理 傳感器都是用于實(shí)驗(yàn)室的研究，在生產(chǎn)上的應(yīng)用常因反饋的不同步性而未能采用。而氣霧栽培的植物在受到環(huán)境脅迫時(shí)很快就會(huì)在生理及形態(tài)上作出相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，比如利用它對(duì)水分快速應(yīng)答特性，可以利用微位移傳感器或者激光傳感器（ 分辨率 2μm），通過(guò)莖徑或葉片厚度的微小變化來(lái)控制彌霧的頻率，達(dá)到按照作物生長(zhǎng)生理或者生產(chǎn)需求來(lái)控制的目的，這種控制比基于環(huán)境專家系統(tǒng)的控制更為準(zhǔn)確，特別是在瓜果類栽培時(shí)，需要進(jìn)行后期的制水管理，利用它就可以達(dá)到精準(zhǔn)控制的目的?？刂茣r(shí)通常以目標(biāo)值作為線性參數(shù)，以實(shí)測(cè)值作為回歸反饋參數(shù)，以兩者的偏差值來(lái) 調(diào)控噴霧的量與頻率，比單一的以溫度及光照為參量的控制更為精確，番茄的生長(zhǎng)也會(huì)更快，比如 9 葉期的番茄一般以 ，再按照一天中不同氣候所測(cè)的不同莖徑的變化進(jìn)行反饋控制，實(shí)現(xiàn)因生長(zhǎng)生理需要的最佳值進(jìn)行調(diào)控，更符合番茄生長(zhǎng)的生理要求，是一種較為精確的控制方法。在實(shí)際的運(yùn)用中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以按照前期生長(zhǎng)速度的記錄值進(jìn)行推理運(yùn)算，智能化地確定某階段植物生長(zhǎng)的最適目標(biāo)值，爾后再按日標(biāo)值進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到因生理變化而進(jìn)行的精確控制的目的，這是日后環(huán)境控制的趨勢(shì)，因生理變化而進(jìn)行的控制才是最適合最科學(xué) 的控制，這在土壤栽培上相對(duì)較難實(shí)現(xiàn)，就是因?yàn)閷?duì)環(huán)境應(yīng)答速度較慢的原因。那么其它因子的控制如光照、濕度、二氧化碳等，其實(shí)也可以根據(jù)該原理進(jìn)行控制的開發(fā)。氣霧栽培的快速應(yīng)答機(jī)制還可以運(yùn)用于研究，比如營(yíng)養(yǎng)的脅迫，它也同樣存在快速應(yīng)答的機(jī)制，可以讓人們快速地準(zhǔn)確地進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)代謝的研究，再加上氣霧的閉鎖循環(huán)，沒(méi)有任何營(yíng)養(yǎng)源的外滲與損失，對(duì)于精確化地研究植物營(yíng)養(yǎng)來(lái)說(shuō)是一種較好的