水培法 - 您需要知道的一切
水培法 - 您需要知道的一切
水培法是一种在水中而不是土壤中种植植物的栽培方法。它是更广泛的“无土”栽培方法的一部分，其中包括鱼菜共生和气培法。水培法市场规模增长至5 年将达到近 2023 亿美元，预计到 12.4 年复合年增长率将达到 2030%。
什么是水培法
水培法是一种在水中而不是土壤中种植植物的栽培方法。它是更广泛的“无土”栽培方法的一部分，其中包括鱼菜共生和气培法。
大多数时候，栽培是在植物根部浸入水中的情况下进行的，但有时也可以在其他基质中进行，例如凝胶或珍珠岩、砾石等惰性介质。
由于没有土壤，植物中的矿物元素营养是通过将其溶解在水中来完成的。很多情况下，水培栽培相当于室内栽培，由人工闪电提供光照。然而，水培法也可以在室外进行，因为它提供“免费”阳光，但代价是污染风险增加（见下文）。
水培市场规模增长至5 年将达到近 2023 亿美元，预计到 12.4 年复合年增长率将达到 2030%.
水培科学
虽然大多数植物可以通过水培系统生长，但有些植物需要基质来固定其根部。这就是为什么使用椰子壳纤维、蛭石（一种硅酸盐岩石）和珍珠岩（一种无定形火山玻璃）等惰性基材的原因。
磷酸盐、钾和氮 ("NPK") 以及微量营养素等营养素溶解在水中，使肥料的使用效率几乎达到 100%。
水培法可以分为两种不同类型的设计：开放式系统和封闭式系统。
- 开放系统：需要富含营养物质的水从水库流到生长室。
- 封闭系统：将根直接浸入营养液中，因此不需要泵。
与主动系统相反，被动系统是水培系统，不需要泵、通风、人造灯和计时器等电气组件。
水培可以种植什么
水培法用于种植许多不同的高价值、敏感作物。最常见的依次为：西红柿、香草、生菜、黄瓜。
水培法的另一种记录较少但重要的用途是中小型大麻种植。虽然这种做法在大多数国家仍然是非法的，但越来越多的国家允许在商业环境中获得适当许可的情况下种植这种作物——加拿大就是最好的例子之一。
在大麻种植合法的美国各州经营的许多商业大麻农场都倾向于在温室中种植。在这里，使用水培方法可以产生比土壤更一致的结果。
水培法的优点
系统
水培法的主要优点是该技术提供的控制水平。与在土壤甚至温室中种植相比，与室内种植相结合时尤其如此。这转化为商业种植的多重优势。
它可以产生更一致的结果。例如，大麻植物的确切化学成分，稍后将用于生产药品。这使得研发工作能够找到完美的条件，从而产生最高质量的产品。
它还可以更好地控制生长时间，以获得非常一致和稳定的生产。这对于需求相对稳定但田间季节性产量激增的产品（例如西红柿或浆果）非常有价值。
结合每种功能，所实现的控制水平可用于优化最终植物产品的生长速度、味道、气味或方面，这可能会带来溢价。
最后，它还可以用于监测作物并及早发现任何问题。
太空
得益于最佳条件，每平方米可以种植比其他条件更多的作物。正如我们的文章中所讨论的，这使其成为城市农业的一个不错的选择“扩大都市农业带来诸多好处”。这可以让食物在当地种植，而不是数百或数千英里外进口，即使当地的土地和空间更昂贵。
对于未来月球或火星基地等不利环境来说，这将是一种极其有价值的耕作方法，在这些环境中，昂贵的运输成本将使当地种植的粮食供应变得极其有价值。
养分需求和浪费
如上所述，因为营养物质在水中并且水保留在生长室和/或水库中，所以系统中不存在营养物质的损失，除非植物在生长过程中有效吸收了营养物质。
这使得农作物生长的肥料使用量尽可能接近最佳状态。在更传统的农业方法中，在露天田地过度使用肥料会导致多种问题。这些延伸到包括土壤生态系统遭到破坏 至有毒藻华乃至淡水体富营养化。因此，减少肥料渗入环境中的量是一个重要且经常被忽视的生态问题。
用水量
与表面相反，水培法比传统栽培方法使用的水要少得多。无论是在露天田地还是温室中，都是如此。
这是因为由于表面与空气的接触最少，水的蒸发保持在最低限度，并且不会泄漏到土壤中。本质上，水留在封闭系统内。
因此，水培法可以使用尽可能少的用水量仅为传统大田作物浇水方法的 1/10。因此，这使其成为缺水地区和/或特别缺水的作物（如绿叶蔬菜）的绝佳选择。
劳动强度
由于这些植物是在受控和定制设计的环境中生长的，因此它们的设计也可以优化劳动力成本。自动化可以取代大部分更危险的传统农活，而已经在没有土壤的盆中生长的植物可以节省收获、清洁和包装的时间。
水培法的缺点
成本
水培法的主要限制是其成本。由于它需要专用设施，并且通常需要水泵、通风设备等，因此其建设成本比传统耕作方法要昂贵得多。在寒冷的气候下，这种情况会进一步加剧，需要额外的硬件，如气候控制和人造光——每一项都只会增加种植操作的能源成本。
由于这一限制，大多数依赖水培的商业农场都专注于高价值作物，如水果、浆果、绿叶蔬菜、大麻等，以最大限度地提高投资回报。
迄今为止，这个问题阻碍了垂直农业的更广泛采用，不仅包括水培法，还包括鱼菜共生法和气培法。
弹性
从设计上来说，水培系统比露天作物更加人工。这意味着它们依赖于以下每件事的顺利运行：
- 零部件供应链。
- 电力供应。
- 用于高度自动化和先进操作的电子连接系统。
- 熟练的劳动力能够有效地执行所需的监控和维护。
虽然有一些方法可以减轻这些风险，例如通过系统冗余或更大的库存（这会增加设置成本），或通过可再生发电进行局部能源供应，但水培法永远不会像露天的雨水浇灌作物那样有弹性。场地。
水生疾病和藻类污染
致病菌
去除土壤显然消除了与土壤传播疾病相关的所有风险，但这也意味着去除了预防植物病害的有益微生物的整个生态系统。与此同时，不断循环的水可能成为传播其他病原体的载体，这意味着不良事件可能是毁灭性的，并且在水培系统中发生得更快。
引起水培疾病的两种最常见的生物是腐霉属和疫霉属，均为真菌病害。腐霉可以侵袭所有植物，而疫霉则主要影响花卉作物。
为了解决这些问题，农民通常定期雇用 清洁和卫生习惯以及过滤器的使用，可显着降低水生植物病原体的风险。在此基础上，定期检测和监测对于发现早期污染迹象同样有益。
还建议大型装置使用多个并行且不连接的水培系统，以避免大范围污染。控制水的 pH 值有助于减少真菌生长。
藻类
另一种可能影响水培系统的污染物是藻类。虽然水中含有促进植物生长的完美营养混合物，但同样的混合物同时也是单细胞藻类的完美环境。如果存在，藻类会在表面形成一层粘稠且难以清洁的层，甚至会堵塞水过滤器或小管。
虽然水培系统不需要像田间那样担心杂草，但藻类基本上是相同的。与杂草一样，藻类会剥夺农作物的营养，从而降低生长和植物健康。
另外，藻类会降低水中的氧气浓度。第一个影响是它会损害植物的根部及其生长。第二个问题是它有助于真菌病害的生长，例如腐霉。
控制藻类生长的方法有多种，从使用过滤器清洁流入的水，到将水暴露在紫外线下杀死藻类（紫外线灯通常用于杀死公共事业中的微生物以制备饮用水).
水培创新
LED照明
LED 灯是水培中的一项关键技术，使整个实践在商业规模上变得可行。这是因为这种灯比传统光源消耗的能量少得多，持续时间更长，散发的热量也少得多。
此外，并不是所有的可见光谱都对植物的光合作用有帮助，因此可以使用不带绿光的专用LED来进一步减少人工闪电所消耗的电力。
物联网和基于传感器的自动化
传感器和电子设备成本的下降使得连续监测温度、湿度、光照、pH 值和养分含量成为可能。
虽然更先进，但这种基于传感器的农业有助于实时跟踪和调整生长条件，以确保最佳作物产量，从而提高种植者的利润。
基于人工智能的技术
如前所述，水培法需要对水系统、疾病、营养水平等进行严格监控。为此，人工智能越来越多地被用来帮助优化现有的环境条件，包括光照水平、湿度和营养水平。
人工智能还通过为每种植物类型制定个性化的生长计划来帮助优化投资并降低成本。
它还可以使用机器视觉或生化测试来警告病原体的存在，比人类更早发出警告。
最后，随着自主农业机器人的兴起，我们可以设想一种水培系统，其中种植、修剪、收割和更换植物可以全自动方式完成。
新农业创新
水培种植可以以传统农业不可能的方式直接控制植物。这为探索新方法的实验之门打开了大门，除了增加光或养分的获取之外，还可以提高作物生产力。
例如，我们在文章中探讨了这样一个选项“电力将促进水培作物的生长”。研究人员使用了一种定制的人造基质，或“导电土壤/eSoil”，由纤维素（纸张的主要成分）与导电聚合物混合制成，称为 PEDOT（聚（3,4-乙撑二氧噻吩）).
通过这种方式，他们可以将幼苗暴露在持续的低电压下，从而使生长速度提高 50%。
这是水培系统如何通过提高控制水平来显着提高生产力的一个例子。
建造水培装置
当计划建造水培装置时，第一个问题应该是——为什么选择水培而不是其他栽培方法？原因可能有很多：
- 节约用水或减少污染。
- 能够尝试新的栽培方法。
- 小规模家庭消费或教学工具。
- 大规模种植高品质、高价值的农作物。
根据答案，可以选择不同的水培系统。
- 商业运作必须平衡可用资源与启动成本，同时寻求最大限度地降低运营成本。考虑当地市场和利润对于作物选择极 为重要。还应考虑自动化水平和所使用技术的成熟度。
- 自制的小型系统必须根据其构建者和用户的技术技能进行定制，因为“优化”但过于复杂的设计可能效果不佳。在这种情况下，现成的组件可能是更好的选择。
- 专门用于解决特定问题的系统与水资源短缺一样，需要关注这个指标，特别是如果它使其他元素的优化程度降低。
- 水培作为更大系统的一部分与水产养殖（鱼菜共生）相结合一样，在设计时需要考虑其他步骤和组件。
结语
水培法是一种强大的栽培系统方法，可以对生长条件进行卓越的控制。这些通常是非常高效的系统，优化了肥料和水的使用。这使其成为难以种植的作物或高价值产品的理想商业规模种植方法，其中完美的时机、口味、成分、方面或其他定性指标可以证明更高的价格是合理的。
由于其密度和高生产率，它也是家庭规模粮食生产或城市农业的良好系统，而空间往往是一个限制。
然而，它是一个比传统农业或园艺复杂得多的系统。这使得其成本更高，安装和维护技术性更强，并且更容易出现藻类污染和水源性疾病等独特问题，必须通过专用解决方案进行管理。在某些情况下，对于缺乏技术能力来应对这些相关内部挑战的个人或公司来说，这同样具有挑战性。
总体而言，虽然水培法不太可能像在露天田地中以低价批量种植农作物那样具有成本效益，但它可以成为解决特定问题的良好方法或种植高质量本地产品的好方法。