翻譯自澳洲的Practical Hydroponics & Greenhouses雜誌

http://www.hydroponics.com.au/what-are-the-fundamentals-of-setting-up-an-nft-system/

要為不同種類的作物架設高效的NFT系統時,有那些要素是重要的?

解答:

 養液薄膜技術(Nutrient film technique)是水耕/魚菜共生循環系統常用的栽培方式。營養液由水槽內的馬達抽往最頂端的灌溉口,藉由重力往下流經一組或數組狹長管道所排列組成的栽培空間,再從最尾端的管道流回水槽內不停循環。最簡單基本的架構如下圖所示(注意圖解裡的馬達在水槽上方,這個情況指的是自吸式泵浦。通常會使用這種有主動吸水頭的外部式泵浦,或是直接擺在水槽裡的沉水馬達。)

NFT的首要原則

 植物的根需要呼吸氧氣,在呼吸作用時,植物的細胞吸收氧氣並吐出二氧化碳。如果根無法呼吸(通常是因為它們浸泡在溶氧量過低的水中),植物就會死。

 NFT之所以有別於其他技術的原因就在於管道內的根系是泡在薄淺但不斷流動的營養液當中。這種薄膜式的養分供給有雙重的作用,第一是部份管道內的根系可直接跟空氣接觸,第二是當水中的溶氧被浸泡在養液中的根吸收走時,新的氧氣可以透過廣大的薄膜養液表面積再度進入水中。

 設計良好的NFT系統應該永遠都不會有根系區域缺氧的問題,但若設計不良,最終植物可能都會死於缺氧。

 本質上NFT的基本原則就是"封閉"的循環系統。

起源

 NFT最早發展於1960年代,被植物生理學研究中心的荷蘭研究員H.C.M de Stigter作為研究工具發明出來。這個技術的商業化潛力很快地被英國Glasshouse Crops Research Institute(GCRI)的Allen Cooper博士發覺並加以改良。到了1970年代,一部份的大型商業玻璃溫室農場都全改成用NFT來種植番茄跟萵苣。然而,近年來又都改成介質式的系統,主要使用岩綿或椰纖土。

 如今這個技術已在全世界廣為流傳,尤其是業餘愛好大小的系統。然而在商業系統裡,主要只有種植短期作物如萵苣、香草和亞洲綠葉蔬菜的才會使用NFT。在全世界所有的商業化水耕(無土栽培)農場裡,NFT大約只佔了3%的總種植面積,目前為止最大的NFT系統在澳洲,使用架台式和可移動的管道系統。

管道設計

形狀

 NFT管道的外型基本要求是其橫截面的輪廓要有能讓水流能通過的平坦表面。因此,最差的輪廓就是圓形管;然而也有些栽培者會拿小型的圓管來給萵苣作為育苗階段使用,直到苗株足夠強健時再移植出去。

 另一方面是管道的寬度。寬度要足夠容納成熟植株的根系在當中交織生長(根系會在管道底部交錯成地毯狀)。典型常見的寬度:

100mm(4inch)適合萵苣和香草等短期作物;

150mm(6inch)較小型但生長週期較長的作物,如草莓;

200mm(8inch)以上適合生長週期長且大型的作物,如番茄。

 為了確保幼小的植株根系能與管道內的水接觸,有些特製的管道底部內會設計一些突起物。而大型的管道則會在根系尚未健全的新植株下鋪設狹長的吸水不織布墊。

 

傾角

 GCRI起初建議的管道傾斜角度是1%,後來加到1.5%。在澳洲的架台式NFT系統則是達到2.5%,這取決於你管道本身的材質跟長度,越軟的材質管道中間部分越有可能隨長度增加而變形下沉,此時若傾角不夠時,管道中間的底部水流可能會無法順暢流動造成厭氧區,在設置前一定要試水觀察,注意避免此情形發生。

長度

 如上段所說,長度與傾角有著交互關係,但一般來說2.5%的傾角,管道長度最長建議在12m(40ft)。傾角越平緩的話,管道長度最好別超過6m(20ft)。

 

排法

 在澳洲種植水耕萵苣,香草和亞洲綠葉蔬菜的農場通常會如下圖所示的這樣架高NFT管到及腰好操作的高度。管道寬度100mm,高度50mm,由兩根長6m的管道從兩端往中間的回水管傾斜。依據植株的大小來決定每組架台上應排放的NFT管密度,從5~10管不等。

流速

 使用較寬的NFT管種植番茄這類較大的作物時,流速通常會控制在每管2L/min(每分鐘2公升)。如100mm這種較窄的NFT管流速則會在0.5L/min。管道傾角越大時,流速越要快。為了避免管道水流阻塞,通常最上面的管道會做兩個進水口。

水槽容量

 水槽內盛裝的工作水量(營養液或魚菜共生的系統水)決定了每株植物能使用的營養水量。每株植物能使用的的水量越少,系統就越不穩定。尤其是那些沒有pH、EC、溫度自動監測控制設備的系統,水量不夠的話很容易會因為某一參數的劇烈變化造成嚴重的後果。所以為了省錢選用容量過小的水槽很容易適得其反,種植小型作物的系統建議每株植物配0.5公升或以上的工作水量,而大型作物至少每株要配2公升的工作水量。(以萵苣為例,若種植100株,則水槽容量應至少要100*0.5=50公升)

不良的設計

 舉一個設計不良的NFT系統會發生的狀況:

 一場耗資數百萬美元的NFT草莓栽培系統是這樣設計的:使用100mm寬的萵苣種植管道(最好用150mm的),長度30m(不應該超過12m),完全沒設計傾角採水平排法(至少應該要2.5%)。

 我的診斷是當植物成熟時,尤其是當草莓要開始結果時,根部的需氧量增高,把水中的氧氣用掉,在管道中最後的植株吸收不到足夠的氧氣而窒息而死,一株植物死亡,更加速氧氣的消耗與壞菌的孳生,連帶造成系統內其他草莓死亡。這個結果是完全能預料的,這家公司將原因怪罪於周邊使用除草劑,但真實原因完全就是由於系統設計不良。另一方面的失敗是他們只把NFT管架設到膝蓋的高度,完全與及腰高度的方便操作的設計背道而馳。

PH&G October 2014 / Issue 148

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