簡介
　　本校在2002年成立無土栽培社團(tuán)，建設(shè)了近60平方米的無土栽培實驗基地，主要開展水培黃瓜、番茄和青椒的研究。水培黃瓜產(chǎn)量高、生長周期短，且省水、沒有污染或污染很小，種植方法簡單，省錢省力，受到普遍的好評和認(rèn)可。黃瓜生長必需的元素有16種，其中大量元素氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(ca)對黃瓜的生長成熟起到了關(guān)鍵的作用。由于黃瓜在不同生長期對營養(yǎng)液中大量元素鉀、鈣、氮、磷的需求是不同的，單純使用同一種配方的營養(yǎng)液會給黃瓜的生長發(fā)育帶來養(yǎng)分過?；虿蛔愕奈：ΑＮ覍λ帱S瓜栽種過程中的營養(yǎng)液成分的需求進(jìn)行了研究。
　　營養(yǎng)液是營養(yǎng)液栽培生產(chǎn)方式中植物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，也可以稱之為營養(yǎng)液栽培的核心。營養(yǎng)液的組成、濃度直接影響栽培植物生長發(fā)育的速率，關(guān)系到作物的產(chǎn)量、品質(zhì)。因此，營養(yǎng)液管理是營養(yǎng)液栽培管理的核心環(huán)節(jié)。我在連續(xù)2年的實驗中，對黃瓜在不同生長期對營養(yǎng)液中大量元素氮、磷、鉀、鈣的不同需求，做了詳細(xì)的檢測和記錄，并發(fā)現(xiàn)和找到了黃瓜生長過程中對這些元素的需求變化。該發(fā)現(xiàn)將有利于更合理地掌控和使用不同成分和比例的營養(yǎng)液，有效地提高水培黃瓜的單株產(chǎn)量。2010年初，我又重新栽培了此類黃瓜與土類黃瓜進(jìn)行了產(chǎn)量及品質(zhì)的對比，并進(jìn)行了試食實驗。
　　
　　實驗準(zhǔn)備
　　實驗地點：占地約60平方米左右的無土栽培實驗基地
　　實驗設(shè)備：水培槽、水循環(huán)系統(tǒng)
　　實驗對象：荷蘭黃瓜苗100株、××牌營養(yǎng)液(500克×20包)
　　實驗時間：2008年3月5日～2009年10月25日
　　實驗室溫度：15～30℃
　　測試方法：采樣并送區(qū)疾控中心測試元素含量
　　
　　實驗方案
　　實驗安排
　　實驗分為四個階段。
　　第一階段：3～14周黃瓜對氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(ca)的吸收情況試驗。
　　第二階段：根據(jù)黃瓜對元素的需求量找到最適合其生長結(jié)瓜的營養(yǎng)液濃度配比。
　　第三階段：水培黃瓜使用固定營養(yǎng)液和調(diào)配后營養(yǎng)液的單株產(chǎn)量對比試驗。
　　第四階段：水培黃瓜與土培黃瓜的品質(zhì)對比。
　　采樣和數(shù)據(jù)分析
　　為了研究3～14周黃瓜在生長期對氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(ca)的吸收情況，選擇50株荷蘭黃瓜苗，放入水培養(yǎng)殖槽，每周五在5000升的水槽中放入營養(yǎng)液500克攪拌均勻，每天8時、10時、12時、14時、16時、18時在水培槽中循環(huán)5分鐘。每周四補(bǔ)充水分至相關(guān)刻度線，在16時循環(huán)后采集營養(yǎng)液，并送區(qū)疾控中心對水培養(yǎng)殖槽內(nèi)營養(yǎng)液的氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)元素含量進(jìn)行分析。然后以上周測得的水中含氮、磷、鉀、鈣的數(shù)據(jù)，加上營養(yǎng)液的元素量，減去每周末測得的水中的元素含量，就是黃瓜的吸收量。
　　黃瓜在生長的不同時期對不同元素的需求研究
　　氮元素的需求研究
　　在黃瓜的生長發(fā)育過程中，氮元素是一種必需的大量元素，它的作用主要在于構(gòu)成植物體，并起到新陳代謝的作用。
　　從實驗觀察到，氮元素從第5周開始需求量逐步提高，在第10周吸收含量達(dá)到高峰。其最終的需求量高于初期的需求量。
　　磷元素的需求研究
　　磷是細(xì)胞核和核酸的組成成分，核酸在植物生活和遺傳過程中有特殊作用；磷脂中含有磷，而磷脂是生物膜的重要組成部分；腺三磷成分中有磷酸，而腺三磷是植物體內(nèi)能量的中轉(zhuǎn)站，積極參與能量代謝作用；磷是植物體內(nèi)各項代謝過程的參與者，如參與碳水化合物的運輸，蔗糖、淀粉及多糖類化合物的合成；磷有提高植物抗旱、抗寒等抗逆性和適應(yīng)外界環(huán)境條件的能力。
　　從實驗觀察到，磷元素在黃瓜的生長過程中需求變化不大。
　　鉀元素的需求研究
　　鉀在植物體內(nèi)以無機(jī)的離子狀態(tài)存在。它能使細(xì)胞充水膨脹，有利代謝作用進(jìn)行，減少植物的水分蒸騰。它還能提高光合作用強(qiáng)度，有利糖和淀粉的合成，增加植物的抗旱、抗寒能力等。鉀是光合作用中多種酶的活化劑，能提高酶的活性，因而能促進(jìn)光合作用：鉀能提高植物對氮素的吸收和利用，有利于蛋白質(zhì)的合成；鉀具有控制氣孔開、閉的功能，因此有利于植物經(jīng)濟(jì)用水；鉀能促進(jìn)碳水化合物的代謝，并加速同化產(chǎn)物向貯藏器官中運輸；鉀能增強(qiáng)植物的抗逆性，如抗旱、抗病等。
　　從實驗觀察到，鉀元素的需求量逐步提高，從第8周開始需求量進(jìn)一步放大，到第10周達(dá)到峰值。其后期的需求量高于初期的需求量。
　　鈣元素的需求研究
　　鈣在植物體內(nèi)也有一些調(diào)節(jié)生命活動的特殊功能。
　　從實驗觀察到，鈣元素的變化呈現(xiàn)一個從低到高，然后逐步回落的過程。
　　不同元素在3～14周內(nèi)吸收情況的比較如圖1所示。
　　從圖1可見，黃瓜在不同生長時期對不同元素的吸收情況是不同的。
　　
　　不同濃度營養(yǎng)液的配制
　　黃瓜在不同時期對不同元素的需求
　　據(jù)圖1的數(shù)據(jù)分析，我們把黃瓜的生長情況分為表1中的三個階段，并總結(jié)其在不同階段對元素的吸收情況。
　　不同濃度營養(yǎng)液的配制，確定適合黃瓜生長的濃度
　　國內(nèi)常用的化肥有：硫酸銨[(NH)SO]，碳酸氫銨(NHHCO)，尿素[CO(NH)]，氯化銨(NHC1)，硝酸銨(NHNO)，磷酸銨[NHHPO與(NH)HPO]，硝酸鉀(KNO)，硫酸鉀(KSO)。國外也一般采用硝酸鈣和磷酸鉀作為鈣、氮、磷、鉀的來源。
　　由于磷元素在黃瓜的生長中需求變化不大，為此我們選用了國內(nèi)常見的尿素[CO(NH)]、硝酸鉀(KNO)、硫酸鈣(CaSO)作為補(bǔ)充。在原固定營養(yǎng)液配方的基礎(chǔ)上增加稀釋比例，然后在稀釋的營養(yǎng)液基礎(chǔ)上來補(bǔ)充氨、鉀和鈣的含量，并根據(jù)不同時期的需求設(shè)想了3種營養(yǎng)液方案。
　　在同樣的栽培條件下，對采取不同營養(yǎng)液方案的黃瓜單株產(chǎn)量進(jìn)行比較。單株產(chǎn)量是指一株黃瓜苗累計長出的黃瓜總重量，為了具有可比性，我們以采摘同時開花的黃瓜進(jìn)行比較。實驗表明，營養(yǎng)液的濃度為黃瓜對不同時期元素需求量的130％時較為合適，太低不能滿足營養(yǎng)需求；太高則營養(yǎng)過剩，造成浪費。
　　
　　結(jié)果驗證
　　為了考察自配營養(yǎng)液的實際效果，采用固定營養(yǎng)液以及采用方案2的自配營養(yǎng)液培植黃瓜，采用3株×2的方式在同等條件下進(jìn)行培植和采摘，同樣采用單株產(chǎn)量進(jìn)行對比。
　　由圖2可見，采用調(diào)配營養(yǎng)液的單株產(chǎn)量比固定營養(yǎng)液的單株產(chǎn)品平均提高15.4％。
　　
　　水培黃瓜與土培黃瓜的品質(zhì)對比
　　選取20名年齡不等的人對土培黃瓜及水培黃瓜兩種黃瓜進(jìn)行了無記名的品嘗選擇。
　　其中95％的人由于水培黃瓜的清、脆、甜及水分足等優(yōu)點，認(rèn)為水培黃瓜的口味較為良好。
　　其余5％的人由于土培黃瓜的顏色鮮艷，認(rèn)為土培黃瓜的口味較為良好。
　　
　　結(jié)論
　　實驗得出如下結(jié)論：
　　水培黃瓜在不同時期對氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)的吸收是有變化的；
　　根據(jù)黃瓜在不同時期對元素的吸收情況，由此調(diào)配得最合適濃度的營養(yǎng)液
　　經(jīng)過試驗證明該自配營養(yǎng)液方案可以有效地提高單株產(chǎn)量；
　　經(jīng)過對由兩種種植方式栽培出的黃瓜的品質(zhì)研究得知水培黃瓜更符合消費者的口味偏好。
　　
　　創(chuàng)新點和今后設(shè)想
　　傳統(tǒng)的水培黃瓜種植所使用的營養(yǎng)液一般所含的營養(yǎng)元素其成分比例是不變，但是黃瓜在生長過程的不同階段，對大量元素氮、磷、鉀、鈣的需求變化較大，在生長的特定階段缺少某一元素會影響黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)，而對某些元素的需求減少也會造成這些元素的浪費。我的試驗證明只要發(fā)現(xiàn)和找到黃瓜對一些的元素的在不同時期的需求，就可以很好的配置和調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的成分，節(jié)約種植成本，提高黃瓜的單株產(chǎn)量。
　　黃瓜生長必需的元素有16種：碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬、氯。我想其他幾種微量元素對黃瓜的生長也會產(chǎn)生影響，我今后要對此做進(jìn)一步的研究。
　　該項目獲得第25屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競賽項目中學(xué)組植物學(xué)一等獎。
　　
　　專家評語
　　該項目研究思路清晰，結(jié)果可信，具有很好的創(chuàng)新性。在節(jié)約成本方面提供了有價值的參考依