無土栽培營養液的組成
營養液的組成直接影響到植物對養分的吸收和生長，涉及到栽培成本。根據植物種類、水源、肥源和氣候條件等具體情況，有針對性地確定和調整營養液的組成成分，能更加發揮營養液的使用功效。
－、營養液的組成原則
1．營養元素齊全 現已明確的高等植物必需的營養元素有16種，其中碳、氫、氧由空氣和水提供，其餘13種由根部從根際環境中吸收。因此，所配製的營養液要含有這13種營養元素。因為在水源、固體基質或肥料中已含有植物所需的某些微量元素的數量，因此配製營養液時不需另外加入。
2．營養元素可以被植物吸收 即配製營養液的肥料在水中要有良好的溶解性，呈離子態，並能有效地被作物吸收利用。通常都是無機鹽類，也有一些有機螯合物。某些基質培營養液也選用一些其他的有機化合物，例如用醯胺態氮-尿素作為氮素組成。不能被植物直接吸收利用的有機肥不宜作為營養液的肥源。
3．營養元素均衡 營養液中各營養元素的數量比例應是符合植物生長發育要求的、生理均衡的，可保證各種營養元素有效性的充分發揮和植物吸收的平衡。在確定營養液組成時，一般在保證植物必需營養元素品種齊全的前提下，所用肥料種類儘可能地少，以防止化合物帶入植物不需要和引起過剩的離子或其他有害雜質(表2-2)。
表2－2 營養液中各元素濃度範圍
4．總鹽度適宜 營養液中總濃度(鹽分濃度)應適宜植物正常生長要求(表2－4)。
5．營養元素有效期長 營養液中的各種營養元素在栽培過程中應長時間地保持其有效態。其有效性不因營養空氣的氧化、根的吸收以及離子間的相互作用而在短時間內降低。
6．酸鹼度適宜 營養液的酸鹼度及其總體表現出來的生理酸鹼反應應是較為平穩的，且適宜植物正常生長要求。
二、營養液組成的確定方法
營養液配方，是作物能在營養液中正常生長發育、有較高產量的情況下，對植株進行營養分析，了解各種大量元素和微量元素的吸收量，據此利用不同元素的總離子濃度及離子間的不同比率而配製的。同時又根據作物栽培的結果，再對營養液的組成進行修正和完善。
(一)確定營養液組成的理論依據
由於科學家使用方法的不同，因而提出的營養液組成的理論也不同。目前，世界上主要有三派配方理論，即日本園藝試驗場提出的園試標準配方、山畸配方和斯泰納配方。
1.園試標準配方是日本園藝試驗場經過多年的研究而提出的，其根據是從分析植株對不同元素的吸收量，來決定營養液配方的組成。
2.山崎配方是日本植物生理學家山崎肯哉以園試標準配方為基礎，以果菜類為材料研究提出的。他根據作物吸收元素量與吸水量之比，即表觀吸收成分組成濃度（n／w值）來決定營養液配方的組成。
3.斯泰納配方是荷蘭科學家斯泰納依據作物對離子的吸收具有選擇性而提出的。斯泰納營養液是以陽離子（Ca2+、Mg2+、K +）之摩爾和與相近的陰離子（NO3-、PO43-、SO42-）之摩爾和相等為前提，而各陽、陰離子之間的比值，則是根據植株分析得出的結果而制訂的。根據斯泰納試驗結果，陽離子之比值為：K +： Ca2+： Mg2+ ＝ 45：35：20，陰離子比值為：NO3－：PO43-： SO42- ＝60：5：35時為最恰當。
(二)營養液的總鹽度的確定
首先，根據不同作物種類、不同品種、不同生育時期在不同氣候條件下對營養液含鹽量的要求，來大體確定營養液的總鹽分濃度。一般情況，營養液的總鹽分濃度控制在0.4～0.5％以下，對大多數作物來說都可以較正常地生長；當營養液的總鹽分濃度超過0.5％以上，很多蔬菜、花卉植物就會表現出不同程度的鹽害。不同作物對營養液總鹽分濃度的要求差異較大，例如番茄、甘藍、康乃馨對營養液的總鹽分濃度要求為0.2～0.3％，薺菜、草莓、鬱金香對營養液的總鹽分濃度要求為0.15～0.2％，顯然前者比後者較耐鹽。因此，在確定營養液的鹽分總濃度時要考慮到植物的耐鹽程度。營養液總鹽分濃度列表2－4，以供參考。
表2-4 營養液總濃度範圍
(三)營養液中各種營養元素的用量和比例的確定
主要根據植物的生理平衡和營養元素的化學平衡來確定各種營養元素的適宜用量和比例。
1.生理平衡 能夠滿足植物按其生長發育要求吸收到一切所需的營養元素，又不會影響到其正常生長發育的營養液，是生理平衡的營養液。影響營養液平衡的因素主要是營養元素間的協助作用或拮抗作用(圖2－1)。目前世界上流行的原則是分析正常生長的植物體中各種營養元素的含量來確定其比例。根據植物體分析結果設計生理平衡配方步驟為：
第一步，對正常生長的植物先進行化學分析，確定每株植物一生中吸收各種營養元素的數量。
第二步，將以g／株表示的各種元素的吸收量轉化成以mmol/L表示，以便設計過程中的計算。
第三步，確定營養液的適宜的總濃度（例如總濃度確定為37mmol/L），然後按比例計算出各種營養元素在總濃度內佔有的份額（mmol/L）。
第四步，選擇適宜的肥料鹽類，按各營養元素應佔的mmol數選配肥料的用量。含某種營養元素的肥料一般有多種化合物形態，選擇哪一
種，要經研究和比較試驗決定。
圖2－1 元素間的相互作用
微量元素的用量和比例，按表2－5直接引用。
表2－5 營養液微量營養元素用量（各配方通用）
第五步，可將以mmol表示的劑量轉化為用g表示的劑量，以方便配製。
2．化學平衡 化學平衡是指營養液配方中的幾種化合物，當其離於濃度高到一定程度時，是否會相互作用而形成難溶性的化合物沉澱，從而使營養液中某些營養元素的有效性降低，以致影響營養液中這些營養元素之間的平衡。營養液是否會形成沉澱根據「溶度積法則」就可推斷出來。
三、營養液配方
在規定體積的營養液中，規定含有各種必需營養元素的鹽類數量稱為營養液配方。配方中列出的規定用量，稱為這個配方的一個劑量(表2-6)。如果使用時將各種鹽類的規定用量都只使用其一半，則稱為用某配方的半劑量或1／2劑量，餘類推。現在世界上已發表了無數的營養液配方(見附錄)。營養液配方根據應用對象不同，分為葉菜類和果菜類營養液配方；根據配方的使用範圍分為通用性(如霍格蘭配方、園試配方)和專用性營養液配方；根據營養液鹽分濃度的高低分為總鹽度較高和總鹽度較低的營養液配方。
表2－6 營養液配方實例
四、營養液的種類
營養液的種類有以下幾種提法：原液、濃縮液、稀釋液、栽培液和工作液。吉山花瑤
(一) 原液
是指按配方配成的一個劑量標準液。
(二) 濃縮液
又稱濃縮貯備液、母液，是為了貯存和方便使用而把原液濃縮多少倍的營養液。
濃縮倍數是根據營養液配方規定的用量、各鹽類在水中的溶解度及貯存需要配製的，以不致過飽和而析出為準。其倍數以配成整數值為好，方便操作。
(三)稀釋液
是將濃縮液按各種作物生長需要加水稀釋後的營養液。一般稀釋液是指稀釋到原液的濃度，如濃縮 100倍的濃縮液，再稀釋 100倍又回到原液，如果只稀釋50倍時，濃度比原液大50％。有時是根據作物種類、生育期所需要的濃度稀釋的稀釋液，所以稀釋液不能認為就是原液。
(四)培養液或工作液
是指直接為作物提供營養的人工營養液，一般用濃縮液稀釋而成。可以說稀釋液就是栽培液，因為稀釋的目的就是為了栽培。
五、營養液濃度的表示方法
營養液濃度的表示方法很多，常用一定體積的溶液中含有多少數量的溶質來表示其濃度。
(一) 化合物重量／升
即每升溶液中含有某化合物的重量數，重量單位可以用克（g）或毫克（mg）表示。例如，KNO3-0.81 g／l是指每升營養液中含有0.81g的硝酸鉀。這種表示法通常稱為工作濃度或操作濃度。就是說具體配製營養液時是按照這種單位來進行操作的。
(二) 元素重量／升
即每升溶液含有某營養元素的重量數，重量單位通常用毫克（mg）表示。例如，N-210mg／l是指每升營養液中含有氮元素210mg。用元素重量表示濃度是科研比較上的需要。但這種用元素重量表示濃度的方法不能用來直接進行操作，實際上不可能稱取多少毫克的氮元素放進溶液中，只能換算為一種實際的化合物重量才能操作。換算方法為：用要轉換成的化合物含該元素的百分數去除該元素的重量。例如，NH4NO3含N為35％，要將氮素175mg轉換成 NH4NO3，則 175／0.35= 500mg，即175mgN相當於500mg的NH4NO3。
(三)摩爾／升（mol／l）
即每升溶液含有某物質的摩爾（mol）數。某物質可以是元素、分子或離子。由於營養液的濃度都是很稀的，因此常用毫摩爾／升（mmol／1）表示濃度。
（四）滲透壓
滲透壓表示在溶液中溶解的物質因分子運動而產生的壓力。單位是帕斯卡（Pa）。可以看出溶解的物質愈多，分子運動產生的壓力愈大。營養液適宜的滲透壓因植物而異，根據斯泰鈉的試驗，當營養液的滲透壓為 507～1621百帕時，對生菜的水培生產無影響，在202～1115百帕時，對番茄的水培生產無影響。滲透壓與電導率一樣，只用以間接表示營養液的總濃度。無土栽培的營養液的滲透壓可用理論公式計算：
P=C×0.0224×（273＋t）/273
式中：P為溶液的滲透壓，以標準大氣壓（atm）為單位；
C為溶液的濃度（以溶液中所有的正負離子的總濃度表示，即正負離子mmol／L為單位）；t為使用時溶液的溫度（℃）；0.0224為範特行甫常數；273為絕對溫度。
（五）電導率(EC)
電導率，又稱電導度，代表營養液的總濃度。常用單位為毫西門子／釐米，符號為ms／cm，一般簡化為ms（毫西）。在一定濃度範圍內，溶液的含鹽量與電導率成正比，含鹽量越高，電導率越大，滲透壓也越大。所以電導率能間接反映營養液的總含鹽量，從而可用電導率值表示營養液的總鹽濃度，但電導率不能反映營養液中某一無機鹽類的單獨濃度。
電導率值用電導率儀測定。其和營養液濃度（g/L）關係，可通過以下方法來求得。在無土栽培生產中為了方便營養液的管理，應根據所選用的營養液配方（這裡選用日本園試配方為例），以該配方的1個劑量（配方規定的標準用鹽量）為基礎濃度S，然後以一定的濃度梯度差（如每相距0.1或0.2個劑量）來配製一系列濃度梯度差的營養液，並用電導率儀測定每一個級差濃度的電導率使（如表2－7）。
由於營養液濃度（S）與電導率（EC）之間存在著正相關的關係，這種正相關的關係可用線性回歸方程來表示：
EC＝a＋ bS（a、b為直線回歸係數）
從表3-6中的數據可以計算出電導率與營養液濃度之間的線性回歸方程為：
EC＝ 0.279＋ 2.12S……（1）（相關係數 r＝ 0.9994）
通過實際測定得到某個營養液配方的電導率與濃度之間的線性回歸方程之後，就可在作物生長過程中，測定出營養液的電導率，並利用此回歸方程來計算出營養液的濃度，依此判斷營養液濃度的高低來決定是否需要補充養分。例如，栽培上確定用日本園試配方的1個劑量濃度的營養液種植番茄，管理上規定營養液的濃度降至0.3個劑量時即要補充養分恢復其濃度至1個劑量。當營養液被作物吸收以後，其濃度已成為未知數，今測得其電導率（EC）為0.72 mS／cm，代入方程（1）得： S= 0．21，小於 0.3，表明營養液濃度已低於規定的限度，需要補充養分。
表2-7 日本園試配方各濃度梯度差的營養液電導率值
營養液濃度與電導率之間的回歸方程，必須根據具體營養液配方和地區測定予以配置專用的線性回歸關係。因為不同的配方所用的鹽類形態不盡相同，各地區的自來水含有的雜質有異，這些都會使溶液的電導率隨之變化。因此，各地要根據選定配方和當地水質的情況，實際配製不同濃度梯度水平的營養液來測定其電導率值，以建立能夠真實反映情況，較為準確的營養液濃度和電導率之間的線性回歸方程。
電導率與滲透壓之間的關係，可用經驗公式： P（Pa）＝0．36×105 ×EC（mS／Cm）來表達。換算係數0.36×105不是一個嚴格的理論值，它是由多次測定不同鹽類溶液的滲透壓與電導率得到許多比值的平均數。因此，它是近似值。但對一般估計溶液的滲透壓或電導率還是可用的。
電導率與總含鹽量的關係，可用經驗公式：營養液的總鹽分（g／L）＝1.0×EC（ms／cm）來表達。換算係數1.0的來源和滲透壓與電導率之間的換算係數來源相同。