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水耕營養液調配與管理

水耕營養液調配與管理
高德錚
台中區農業改良場
 
一、前言
植物生長過程中必需由空氣中獲得二氧化碳、氧氣及水及由土壤中吸收必需元素如氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、錳、鋅、銅、硼、鉬、氯等以維持其基本之生命能量。因之,若將植物生長中所需之必需元素或無機化合物之方式溶解於水溶液中,之後,再提供水耕植物吸收利用,此溶液即稱為營養液。在進行水耕栽培時營養液之調配及例行管理與用於調製營養液時之用水水質和化學原料之純度、營養液配方及栽培過程營養液之酸鹼度、電導度和化學組成分之變化都與水耕植物可否正常生育有決定性;以下將一一述明之。
 
二、用水特性
在進行養液調配時,首先需考慮之要件為使用來調製營養液的水知水質良好否。所謂「用水之水質」係泛指供為水質中化學成分含量的多寡,即用水水質中之酸鹼度(pH),電導度(EC, electric conductivity)和氨態氮(NH4-N)、鉀(K+)、鈣(Ca+2)、鈉(Na+)、鐵(Fe+3)、錳(Mn+2)、硼(B+5)等陽離子及硝酸態氮(NO3-N)、磷酸根(PO4-P)、硫酸根(SO4=)、碳酸根(CO3=)、及氯(Cl-)等陰離子含量和有機質(organic matter)、溶氧量(DO, dissolved oxygen)及生物性需氧量(BOD, biological oxygen demand)之多寡,為評鑑此用水是否可供為養液調配之基準。
用水水質良好否之檢測限值如表1所示,其EC值需在0.5mS/㎝以下,pH值需在8.0以下,硝酸態氮(NO3-N)、氨態氮(NH4-N)、硫酸根(SO4-S)、磷酸根(PO4-P)、及鉀(K)等離子含量需在5ppm以下,調配碳酸根(CO3=)需在10ppm以下,鈣離子需在40ppm以下,鎂離子(Mg)需在20ppm以下,鐵離子(Fe)需在1ppm以下,硼離子(B)需在0.3ppm以下,Zn(鋅)、銅(Cu)、錳(Mn)等離子需在0.5ppm以下、氯(Cl)及鈉(Na)離子需在30ppm以下,有機質在5ppm以下、溶氧量在5ppm以上。
 
三、用水來源
一般而言,進行水耕栽培用水之可使用雨水、河川水、地下水、井水、湧泉、自來水,唯使用前需先檢定或經水質處理後始得運用。表2顯示臺灣各種用水之水質,若以pH 及EC為度量標準,則以雨水及自來水之水質較為穩定而河川水及地下水之水質較差。再者,由近年來農家送檢之水質分析結果顯示,電導度值在1.2~0.3mS/㎝間及pH值在7.3~8.9間,且離子含量以鈣離子超過50 ppm (120~55ppm)、鎂離子超過40 ppm (43~ 73ppm)、鐵離子超過10ppm (3~12ppm)、鈉離子超過5ppm (20~50ppm)及氯離子超過30 ppm (30~50 ppm) 居多。究明其原因,以用水之水源水質不良居多,其次為經「樹脂處理」再生後之過濾水中過多量之鈉離子及氯離子所致。用水之水質經測定後,若其EC值在0.5mS/㎝以上時,此水樣之水質不良,不宜供為調製養液;解決之道需另覓水源或進行水質改善,或進行水質改善。一般水質改善之方法,主要以理化方法為主,例如利用樹脂過濾法,去除水中過多之「鈣」、「鎂」離子,或利用氧化還原法去除水中過多之「鐵」離子。唯以樹脂法過濾用水後,在進行「再生」時會產生過多之鈉及氯離子。究明其原因係一般在進行樹脂法過濾用水之過多的鈣、鎂離子時,一旦樹脂過濾效率下降時,需立即行「再生」處理。一般行再生處理時大致以氯化鈉(NaCl)水溶液清洗。因之,清洗過程中之過濾水不可用來調配營養液,否則會因過濾水中含有過多之氯離子及鈉離子而降低了肥效。當用水之酸檢度超過7.5以上時,在調配養液過程會發生沉澱現象。因之,在用水之酸鹼度超過7.5時,宜以每1000公升用水量置入20毫生之95﹪濃硫酸為準,將用水之酸鹼度下降至7.0以下。總之,用於調配養液之用水其電導度需在0.5mS/㎝以下及酸鹼度在5.5 -7.5間。
 
1 調製水耕營養液適用之水質特性
化學成分別
     
電導度(EC)
酸鹼度(pH)
有機質(OM)
溶氧量(DO)
硝酸態氮(NO3-N)
氨態氮(NH4-N)
鈣離子(Ca ion)
鎂離子(Mg ion)
(K ion)
硫酸根(SO4-S)
磷酸根(PO4-P)
碳酸根(CO3=)
鈉離子(Na ion)
氯離子(Cl ion)
鐵離子(Fe ion)
錳離子(Mn ion)
硼離子(B ion)
鋅離子(Zn ion)
銅離子(Cu ion)
<00.5mS/cm
5~8
<5ppm
5ppm
微量
微量
<4ppm
<20ppm
<5ppm
<5ppm
<5ppm
<10ppm
<30ppm
      <30ppm~40ppm
<1ppm
<0.5ppm
<0.3ppm
<0.5ppm
<0.5ppm
 
2 台灣不同水源之水質特性
用水別
pH          EC (mS/cm)
地下水
井水
湧泉
雨水
河川水
自來水
5-8         0.3-1.4
5-8         0.1-0.8
6-7         0.1-0.6
3.5-7.8      0.05-0.3
5.9-8.2     0.2-1.2
6.4-7.4     0.2-0.4
四、 營養液之化學組成分
行養液栽培之目的係利用液體方式提供植物生長所需之營養元素,植物生長所需之必需元素有十六種,分別為碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、硼(B)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉬(Mo)及氯(Cl)等,前9種因植物需求較多稱之鉅量元素,後7種植物需要量較少,稱之微量元素。因之,所謂營養液者,即將十六種生長之必需元素以化合物方式,完全溶解於水中來供給植物之根或葉片吸收者。作物養液栽培之配方依作物種類別及季節別而異,如表3所示,為筆者開發供為栽培蔬果用之配方。
 
表3 筆者開發之蔬果用配方 (公克/1000公升)
組成分
葉菜
萵苣
芥藍
番茄
硝酸鈣
118
94
165
1,180~1,776
硝酸鉀
606
484
848
606~909
磷酸一銨
77
62
107
77~116
硫酸鎂
492
394
689
492~738
磷酸一鈣
84
67
118
84~126
鉗形鐵
20
20
20
20
硼酸
1.2
1.2
1.2
1.2
氯化錳
0.72
0.72
0.72
0.72
硫酸鋅
0.09
0.09
0.09
0.09
硫酸銅
0.04
0.04
0.04
0.04
鉬酸鈉
0.01
0.01
0.01
0.01
pH
6.0
6.0
6.0
6.0
EC(mS/cm)
1.4
1.1
2.0
1.4~2.1
 
五、養液管理基準
植物土長過程中,根部會分泌些許物質,且由營養液中吸收各種成分。因之,營養液組成分之濃度及酸鹼度會逐漸變化,根據筆者之研究成果顯示,營養液之濃度及酸鹼度之變化不能超過配方量之20%,否則水耕植物生育不正常。一般而言,營養液濃度之測量單位為mS/cm,即以電導度計(electrical conductivity meter, EC meter, 詳如圖一)來度量之,而營養液酸鹼度之測量單位為pH,即以酸鹼度計(pH meter 如圖二)來度量之,一般市售之酸鹼度計可分成單點校正式及雙點校正式兩種,其度量值由1~14,7為中性,1為強酸,14為強鹼。使用酸鹼度計去度量水質或營養液時,需先以pH=4.0及pH=7.0標準液校正之,否則所度量之測量值不準確。因之,以單點校正式酸鹼度計去度量之測量質較不準確。    酸鹼度為一種度量固體肥料調配成營養液後或用水中氫離子濃度之多寡,一般以其濃度之指數來表示,稱為pH,即1公升的溶液中含有氫離子克數之倒數的常用對數值:
   pH=-log[H+]=1÷log[H+]或[H+]=10-PH
  若溶液中[H+]較[OH]大時,此溶液即為酸性,反之即鹼性。因之,(1)[H+]=[OH-]時pH=7,(2)[H+]>[OH-]時pH≒1~7,及(3)[H+]<[OH-]時pH≒7~14。
    在栽培過程,養液之濃度及pH值,會隨栽種蔬菜之種類及外界氣候環境而變。因之,必需定期檢驗其成分而調整之。
圖一 電導度計(EC mete ) ,右圖為電導度
計之電級區及左圖為白金桿和溫度感應桿
 
圖二常用之酸鹼度計,單點校正式(左)及
雙點校正式(右)
 
六、 營養液調配作業
依栽種作物別、季節別及及表9之基本配方中成分,各組成分化學藥劑可向坊間化工原料行購買,巨量元素以選購食品級或工業級為宜,微量元素則以分析級最佳,購買時需了解各成品之有效成分(濃度),及不純物之種類和成分量,否則一旦含過量之重金屬時將危害到消費者之健康。表4為臺灣坊間水耕用固體肥料之化學特性及參考價格。
調配養液可依下列步驟進行:(1)選擇適當之養液配方(如表3),(2)估算預調配之配方量,(3)估算配方中之各肥料量,(4)在了解各肥料之純度後(如表4)稱取正確之肥料量,(5)依各肥料特性個別溶解之,(6)依肥料間之相容性依序溶入用水中,(7)度量養液之酸鹼度再依表5、表6之校正表將養液調整至7.0-6.0間,(8)測量電導度。
 
 
 
 
 
4 臺灣坊間水耕栽培用肥料之特性
肥 料 名 稱
純度(%)
溶解度20℃
公克/公升
參考價格
(元/公斤)
硝酸鈣[Ca(NO3) 2.4H2O]
硝酸鉀(KNO3)
磷酸一銨(NH4H2PO4)
磷酸一鈣[Ca(H2PO4) 2.H2O]
硫酸鎂(MgSO4.7H2O)
鉗形鐵(Fe.EDTA)
硼酸(H3BO3)
硫酸銅(CuSO4.5H2O)
硫酸鋅(ZnSO4.7H2O)
氯化錳(MnCl2.4H2O)
鉬酸鈉(Na2MoO4.2H2O)
70~80
90~95
95~98
20~30
45~50
95
99
99
99
99
99
1,270
315
368
18
356
421
46
366
168
735
100
40~50
25~30
65~80
50~60
10~20
300~500
55~60
30~40
35~45
45~55
850~1,400
 
以台中區農業改良場葉菜配方為準,來調配3,000公升之養液,倘若用水之pH值為7.8,EC值為0.35 mS/㎝,因之,調配作業步驟如下:
步驟一:3,000公升水溶液中加入95﹪濃硫酸60毫升(20毫升/1000公升×3),使水溶液pH值降至6.7。
 
步驟二:估算配方中各肥料需求量並考慮到各肥料之純度後,精算各肥料之正確量(如表6-5)
步驟三:將表五中之個別各肥料之實際用量一一以清水完全溶解後,分別倒入3 ,000公升之用水中,再傾倒肥料時,3,000公升之用水需以攪拌機將用水充分攪拌。各肥料之傾倒順序分別為硝酸鉀、硫酸鎂、磷酸一銨、硝酸鈣、蟹合鐵、硼酸、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸錳及鉬酸銨。
步驟四:3,000公升之養液經充分攪拌後,以酸鹼度測定酸檢度值,若數值在7.0以上則先以每3,000公升養液先加入毫升95﹪硫酸將之降至7.0左右,再依表6-6之參考值添加9.5﹪硫酸1165.8毫升(368.6毫升×3),或6.5﹪硝酸11.7毫升(933.9毫升×3)或8.5﹪磷酸2.1毫升(940.7毫升×3),將養液之酸鹼度降至6.0左右備用。反之,若養液太酸時,可依表6-7之參考值將之調昇到6.0。
步驟五:依電導度計測定養液之電導度值,依台中區農業改良場之配方值為1.4mS/㎝,用水之電導度值在0.3 ms/㎝,因之,該養液之電導度值應落在1.7 mS/㎝(1.4+0.3)左右。
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