一種根與根莖類藥用植物的設施半水培栽培裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種設施條件下根和根莖類藥用植物半水培栽培裝置及方法。通過營養(yǎng)液槽和栽培槽把栽培基質(zhì)與營養(yǎng)液分開，栽培槽下部浸入營養(yǎng)液中并設有使營養(yǎng)液進入的吸液孔，營養(yǎng)液在基質(zhì)下面流動，通過控制營養(yǎng)液槽內(nèi)的營養(yǎng)液的液面、供液時間和頻率，可限制通過吸液孔和基質(zhì)的向上吸水吸肥作用將營養(yǎng)液供給植物。本發(fā)明的突出優(yōu)勢是可通過控制不同生長發(fā)育階段營養(yǎng)液的供給液面控制藥用植物根系獲得的養(yǎng)分和水分數(shù)量，基質(zhì)含水量可始終處于適宜膨大根形成的水平，達到通過水肥誘導根系下扎，促進根系膨大形成膨大根，實現(xiàn)提高中草藥產(chǎn)量和質(zhì)量的效果。
【專利說明】一種根與根莖類藥用植物的設施半水培栽培裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于設施農(nóng)業(yè)無土栽培【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種根及根莖類藥用植物設施條件下半水培無土栽培的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]過去幾十年，國內(nèi)外市場對中藥材需求量不斷增加，但野生藥用植物資源枯竭程度狀況日益嚴重，無法滿足商業(yè)需要，因此藥用植物開始人工大規(guī)模的大田栽培生產(chǎn)。但是，藥用植物大田栽培過程中存在著許多問題，生產(chǎn)的可持續(xù)性難以保證。首先，過量施用化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用化學品導致中藥材中農(nóng)藥、重金屬超標，藥用成分含量下降等問題，嚴重影響了中藥材的質(zhì)量。同時，多數(shù)藥用植物對土壤條件要求嚴格，長期種植易發(fā)生連作障礙問題，需要倒茬種植，從而限制了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)藥材的生產(chǎn)規(guī)模，中藥材供給矛盾仍難以解決。為了解決藥用植物大田栽培存在的病蟲害頻發(fā)，施肥施藥過多，中藥材質(zhì)量下降等問題，提高我國中藥材品質(zhì)和有效供給，研發(fā)在設施可控環(huán)境下無土栽培藥用植物的方法與技術(shù)取代土壤露地栽培十分有必要，具有十分重要的意義。
[0003]與大田栽培相比，設施內(nèi)無土栽培栽培藥用植物具有眾多優(yōu)勢。首先，設施環(huán)境因子可控，藥用植物養(yǎng)分供給可控。設施內(nèi)的溫度、濕度、光照，CO2濃度等條件，可以根據(jù)藥用植物的需求進行而適當調(diào)控；而且，設施藥用植物無土栽培可根據(jù)作物生長供給養(yǎng)分，提高作物的養(yǎng)分吸收率，減少因施肥過多而引起的環(huán)境污染、品質(zhì)下降和資源浪費。(2)設施藥用植物無土栽培可杜絕或減少連作障礙的發(fā)生，減少農(nóng)藥的施用。設施內(nèi)無土栽培采用基質(zhì)或營養(yǎng)液栽培，栽培基質(zhì)經(jīng)過消毒后可二次使用，可減少因連作而引起的各種土傳病害，減少農(nóng)藥的使用。(3)設施藥用植物無土栽培可人為調(diào)控提高中藥材的質(zhì)量。栽培過程中可通過溫度、光照等環(huán)境因子和水肥供給的控制，促進植物的生長和產(chǎn)量，提高藥用部位藥用成分的累積，提高中草藥的質(zhì)量。(4)設施藥用植物無土栽培可實現(xiàn)周年生產(chǎn)，生產(chǎn)效益成倍提高。因設施內(nèi)環(huán)境可控，`藥用植物的設施栽培可周年進行，提高藥用植物的栽培效率?？傊O施無土栽培藥用植物將大幅度提高中藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量，有效減少中藥材病蟲害及重金屬含量超標等問題，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)約耕地資源等功能。
[0004]在藥用植物中，以根和根莖入藥的藥用植物占很大比例，商業(yè)化價值很高，占有重要地位。然而，根和根莖類藥用植物是以根或根莖作為藥材入藥的，其根莖的產(chǎn)量和質(zhì)量直接決定著藥用植物生產(chǎn)的效益。為了實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，必須為根莖藥用植物的地下部提供適宜的生長環(huán)境，以利于其膨大和藥用成分的累積。因此，傳統(tǒng)的無土栽培方法(如NFT、DFT和基質(zhì)栽培技術(shù))無法滿足根莖類藥用植物生長的根區(qū)環(huán)境的需求。首先，水培條件下，植物的根系無法膨大形成膨大根，并且缺乏溶解氧供給；其次，傳統(tǒng)基質(zhì)栽培條件下，基質(zhì)層薄，基質(zhì)的溫度和濕度條件容易受設施溫濕度條件的影響，發(fā)生大幅度的晝夜波動，所以基質(zhì)環(huán)境不易控制，導致植物的根系的膨大難以調(diào)控；最后，單純的基質(zhì)栽培只能從基質(zhì)層上部滴灌營養(yǎng)液，基于植物喜水肥的生物學特性，常導致植物根系較淺，限制根系膨大和深扎，嚴重限制根莖類藥用植物的生長和中藥材的品相。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種設施條件下根和根莖類藥用植物半水培栽培裝置及其栽培方法，通過栽培裝置，即營養(yǎng)液槽和栽培槽將栽培基質(zhì)與營養(yǎng)液分開，營養(yǎng)液在營養(yǎng)液槽內(nèi)流動，裝有基質(zhì)的栽培槽嵌套在營養(yǎng)液槽內(nèi)，營養(yǎng)液通過吸液孔由營養(yǎng)液槽進入栽培槽，并通過基質(zhì)的向上吸水吸肥作用將營養(yǎng)液供給植物吸收，滿足其水肥需求，同時避免基質(zhì)一直浸泡在營養(yǎng)液中，可增加基質(zhì)中的溶解氧的含量，利于根部生長。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種根與根莖類藥用植物的設施半水培栽培裝置，包括營養(yǎng)液槽和栽培槽，其內(nèi)分別裝有營養(yǎng)液和栽培基質(zhì)，栽培槽嵌套于營養(yǎng)液槽內(nèi)，栽培槽下部浸入營養(yǎng)液中并設有使營養(yǎng)液進入的吸液孔。
[0008]進一步地，所述吸液孔可以是各種形狀，比如圓孔、方孔、長條形、柵狀等，優(yōu)選采用呈水平多行排列的多孔狀的吸液孔。
[0009]進一步地，所述營養(yǎng)液槽為方形、圓形等形狀，所述栽培槽采用與其相匹配的形狀。優(yōu)選地，營養(yǎng)液槽為長方體形；栽培槽的上部為長方體形，下部為倒梯形，該倒梯形與營養(yǎng)液槽同高，所述吸液孔設于該倒梯形的兩個斜面上。
[0010]一種適用于上述裝置的栽培基質(zhì)，有利于藥用植物的生長，該栽培基質(zhì)包括蛭石、草炭和珍珠巖，按照1: (I~2): (0.5~I)的質(zhì)量比例混合而成。
[0011]優(yōu)選地，所述蛭石、草炭和珍珠巖的質(zhì)量比例為1:2:1。
[0012]一種適用于上述裝置的富鉀營養(yǎng)液，可促進要用植物的生長發(fā)育、根系膨大，提高中藥材產(chǎn)量，該營養(yǎng)液的組成為(mmol/L):(2.5~3.5) Ca(NO3)2, (0.5~0.9) K2SO4,(0.4 ~0.6)KH2P04, (0.08 `~0.12)KC1，(0.52 ~0.78)MgS04, (0.8xl(T3 ~1.2xl(T3)H3B03，(0.8χ10_3 ~1.2xl0_3) MnSO4, (0.8χ10_4 ~1.2χ10_4) CuSO4, (0.8χ10_3 ~1.2χ10_3) ZnSO4,(4χ10-6 ~6xl(T6) (NH4)6Μο7024，(0.08 ~0.12) EDTA-Fe。
[0013]優(yōu)選地，所述營養(yǎng)液的組成為2.5Ca (NO3)2,0.75K2S04，0.5ΚΗ2Ρ04，0.IKCl，
0.65MgS04,1.0χ10-3Η3Β03，1.0xKT3MnSO4,1.0xIO-4CuSO4, 1.0xl0_3ZnS04, 5xl0_6 (NH4) 6Mo7024,
0.1EDTA-Fe。
[0014]優(yōu)選地，營養(yǎng)液的pH為6-7，EC為1.2ms。
[0015]一種采用上述裝置進行根與根莖類藥用植物的設施半水培栽培的方法，其步驟包括:
[0016]I)在育苗盤上培育藥材植物的幼苗，待長出4~6片真葉后移植到上述裝置的栽培槽中；
[0017]2)在栽培過程中控制主根區(qū)基質(zhì)中水分含量，水肥一體均由底部營養(yǎng)液槽加入，通過基質(zhì)的向上吸水吸肥作用將營養(yǎng)液供給植物；幼苗期需水量大，保證基質(zhì)內(nèi)水分充足；營養(yǎng)生長期控制水分用量，增加養(yǎng)分量，同時保證營養(yǎng)液在基質(zhì)中的藥材須根部分，以誘導藥材主根向下生長，增加產(chǎn)量；開花后增加營養(yǎng)液中鉀元素的含量，以促進根部膨大。
[0018]上述步驟I)中，移栽前將栽培槽上的孔用紗布或無紡布包裹，將基質(zhì)混勻后填入并適當壓實，填入的基質(zhì)量在距離栽培槽頂部5-lOcm處；移栽兩天后將裝置中的基質(zhì)澆透水，移植過程中不要傷害植物的根系，最好連同穴盤基質(zhì)一起移栽。在基質(zhì)上挖栽培孔，孔的大小與植株根系的大小一致以同時保證移植后植物根系在基質(zhì)中的伸展與成活，移栽完成后用噴壺撒少量水，移栽完成三天內(nèi)不要澆水，同時適當遮陰，避免陽光暴曬，緩苗后置于陽光或人工光下生長；移栽過程中盡量不要單株移栽，每次移栽4-8株,栽于一個栽培孔內(nèi)，隨幼苗的生長間苗，成活后每孔留一株即可。
[0019]本發(fā)明提供了一種半水培的根莖類藥用植物的設施無土栽培裝置和栽培方法，以及適用于該裝置的栽培基質(zhì)和營養(yǎng)液。該裝置的功能在于可把栽培基質(zhì)與營養(yǎng)液分開，營養(yǎng)液在基質(zhì)下面流動，通過控制營養(yǎng)液槽內(nèi)的營養(yǎng)液的液面、供液時間和頻率，可限制通過吸液孔和基質(zhì)的向上吸水吸肥作用將營養(yǎng)液供給植物，其突出優(yōu)勢是可通過控制不同生長發(fā)育階段營養(yǎng)液的供給液面控制藥用植物根系獲得的養(yǎng)分和水分數(shù)量，基質(zhì)含水量可始終處于適宜膨大根形成的水平，達到通過水肥誘導根系下扎，促進根系膨大形成膨大根，實現(xiàn)提高中草藥產(chǎn)量和質(zhì)量的效果。本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0020]I)既能滿足根系水肥需要，又能調(diào)控水肥供給，也能滿足其溶解氧需求，基質(zhì)不需經(jīng)常性處于營養(yǎng)液浸泡狀態(tài)，可為根系生長和膨大根形成提供一個良好的環(huán)境；
[0021]2)可實現(xiàn)營養(yǎng)液的自動化管理，適合在設施條件下(特別是在人工光條件下)規(guī)?；耘嗨幱弥参锸褂茫欣谕ㄟ^水肥調(diào)控提高中藥材產(chǎn)量和質(zhì)量；
[0022]3)實現(xiàn)了根系下部供給營養(yǎng)液，根系的向水向肥性可誘導根系下扎，增加膨大根系的長度，提聞中藥材的品相和商品價值；
[0023]4)該裝置的尺寸大小可按照人工光源來設計制造，可用于完全人工光栽培。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是實施例中營養(yǎng)液槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是實施例中栽培槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是實施例中營養(yǎng)液槽安裝于栽培槽中的示意圖。
[0027]圖4是實施例中生成的桔梗根的照片。
[0028]圖5是本發(fā)明的半水培裝置栽培與盆栽條件的單位面積產(chǎn)量對比圖。
【具體實施方式】
[0029]下面通過具體實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步說明。
[0030]本實施例的半水培無土栽培裝置，由營養(yǎng)液槽1、栽培槽2兩部分組成，分別如圖1、圖2所示。其中圖1的營養(yǎng)液槽I為無蓋的長方體槽，供營養(yǎng)液流動；圖2為栽培槽，有底無蓋，其上部為長方體形，下部為倒梯形，倒梯形的兩個斜面上開有多個圓孔。
[0031]圖3為將栽培槽2裝入營養(yǎng)液槽I的示意圖。營養(yǎng)液槽I內(nèi)裝有營養(yǎng)液，栽培槽2內(nèi)裝有栽培基質(zhì)。栽培槽2在裝入營養(yǎng)液槽I前，在四周用無紡布包裹并固定，以防止栽培基質(zhì)進入營養(yǎng)液槽中的營養(yǎng)液里，也可以采用其它能夠透過營養(yǎng)液又能防止栽培基質(zhì)進入營養(yǎng)液槽中的材料。
[0032]本裝置中，外部的營養(yǎng)液槽長60cm，寬40cm，高20cm。內(nèi)部的栽培槽上部長方體長50cm,寬30cm,高30cm ,下部倒梯形體與外部槽體等高或基本等高,倒梯形的上部與長方體同寬，下部寬10cm。梯形體兩側(cè)的斜面上開3行直徑2cm的小孔，供植物根系吸收營養(yǎng)液。
[0033]本裝置中使用的栽培基質(zhì)為蛭石、草炭、珍珠巖按照1:2:1的比例混合而成。[0034]本裝置中使用的營養(yǎng)液組成為(mmol/L):2.5Ca(NO3)2,0.75K2S04,0.5KH2P04,
0.1KC1, 0.65MgS04, 1.0xKT3H3BO3, 1.0xKT3MnSO4, 1.0xKT4CuSO4, 1.0xlO-3ZnSO4,5χ10-6(NH4)6Mo7024，0.1EDTA-Fe0營養(yǎng)液的pH為6-7, EC為1.2ms。營養(yǎng)液由底部槽灌入，可誘導根系向下生長，同時在藥用植物根部膨大期營養(yǎng)液中適量添加鉀元素，以促進藥材根部膨大。
[0035]本裝置的栽培方式為育苗移栽，即在育苗盤上培育藥材幼苗，待長出4片真葉后移植到本裝置的栽培槽中。移植過程中需要注意不要損害幼苗的根系及幼苗的株行距，幼苗的株行距為12*12cm。
[0036]移栽前將栽培槽上的孔用紗布或無紡布包裹，將基質(zhì)混勻后填入并壓實，填入的基質(zhì)量在距離栽培槽頂部5-lOcm處；移栽兩天后將裝置中的基質(zhì)澆透水，移植過程中不要傷害植物的根系，在基質(zhì)上挖栽培孔，孔的大小與植株根系的大小一致以同時保證移植后植物根系在基質(zhì)中的伸展與成活，移栽完成后用噴壺撒少量水，移栽完成三天內(nèi)不要澆水，同時適當遮陰，避免陽光暴曬，緩苗后置于陽光或人工光下生長；移栽過程中盡量不要單株移栽，每次移栽4-8株，栽于一個栽培孔內(nèi)，隨幼苗的生長間苗，成活后每孔留一株即可。
[0037]在栽培過程中控制主根區(qū)基質(zhì)中水分含量，水肥一體均由底部營養(yǎng)液槽加入，通過基質(zhì)的向上吸水吸肥作用將營養(yǎng)液供給植物。幼苗期需水量大，保證基質(zhì)內(nèi)水分充足?’營養(yǎng)生長期控制水分用量，增加養(yǎng)分量，同時保證營養(yǎng)液在基質(zhì)中的藥材須根部分，以誘導藥材主根向下生長，增加產(chǎn)量；桔梗開花后增加營養(yǎng)液中鉀元素的含量，以促進根部膨大。
[0038]本發(fā)明所用的栽培基質(zhì)，在其它實施例中也可以是其它比例，其中蛭石、草炭和珍珠巖的質(zhì)量比例范圍以1: (I~2): (0.5~I)為宜，這樣有利于藥用植物的生長，
[0039]本發(fā)明所用的營養(yǎng)液，在其它實施例中也可以是其它比例，具體組成(mmol/L)以下面的范圍為宜，可促進要用植物的生長發(fā)育、根系膨大，提高中藥材產(chǎn)量:(2.5~3.5)Ca(NO3)2, (0.5 ~0.9)K2S0`4, (0.4 ~0.6)KH2P04, (0.08 ~0.12)KC1，(0.52 ~0.78)MgS04,(0.8xl(T3 ~1.2xl(T3) H3BO3, (0.8xl(T3 ~1.2xl(T3) MnSO4, (0.8xl(T4 ~1.2xl(T4) CuSO4,(0.8χ10-3 ~1.2xl(T3) ZnSO4, (4χ10-6 ~6xl(T6) (NH4)6Μο7024, (0.08 ~0.12) EDTA-Fe0
[0040]本發(fā)明的裝置和方法適用于根與根莖類藥用植物，如桔梗、黃芪、防風、白術(shù)等。
[0041]下面提供基質(zhì)比例和營養(yǎng)液濃度的篩選試驗數(shù)據(jù)；
[0042]I)無土栽培桔梗基質(zhì)組成的篩選
[0043]試驗設計:設置6種不同的基質(zhì)組合，即各處理下蛭石、草炭和珍珠巖的比例分別是 1:1 (Tl) ,1:1:1 (Τ2) ,1:2:1 (Τ3) ,1:2:0.5 (Τ4) ,2:1:1 (Τ5) ,2:1:0.5 (Τ6)，每個處理重復3次。栽培盆直徑20cm，高23cm，每盆裝基質(zhì)7.5L，每盆種植3株。收獲后測定桔梗的干鮮重及根體積。
[0044]試驗結(jié)果:如表1所示，T2、T3、T4處理下的桔梗產(chǎn)量優(yōu)于其它3個處理，生成的桔梗根如圖4所示，圖中由左到右依次為Tl、Τ2、Τ3、Τ4、Τ5、Τ6。根據(jù)試驗前期觀察，選擇蛭石、草炭、珍珠巖的質(zhì)量比例1:2:1為栽培桔梗的最優(yōu)基質(zhì)組合。
[0045]表1.不同基質(zhì)處理下桔梗產(chǎn)量(單位:g/pot)
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種根與根莖類藥用植物的設施半水培栽培裝置，其特征在于，包括營養(yǎng)液槽和栽培槽，其內(nèi)分別裝有營養(yǎng)液和栽培基質(zhì)，栽培槽嵌套于營養(yǎng)液槽內(nèi)，栽培槽下部浸入營養(yǎng)液中并設有使營養(yǎng)液進入的吸液孔。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述營養(yǎng)液槽為長方體形；所述栽培槽的上部為長方體形，下部為倒梯形；所述吸液孔為呈水平多行排列的多孔狀開口，設于所述倒梯形的兩個斜面上。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述栽培基質(zhì)由蛭石、草炭和珍珠巖混合而成，其質(zhì)量比例為1: (I~2):(0.5~I)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于:所述營養(yǎng)液的組成以mmol/L為單位分別為:(2.5 ~3.5) Ca(NO3)2, (0.5 ~0.9) K2SO4, (0.4 ~0.6) KH2PO4, (0.08 ~0.12) KCl,(0.52 ~0.78)MgS04，(0.8xl(T3 ~1.2xl(T3)H3B03，(0.8xl(T3 ~1.2xl(T3)MnS04, (0.8xl(T4 ~1.2xl(T4)CuS04，(0.8xl(T3 ~1.2xl(T3)ZnS04，(4xl(T6 ~6xl(T6) (NH4) 6Μο7024，(0.08 ~0.12)EDTA-Fe。
5.一種適用于權(quán)利要求1所述裝置的栽培基質(zhì)，其特征在于，包括蛭石、草炭和珍珠巖，其質(zhì)量比例為1: (I~2): (0.5~I)。
6.如權(quán)利要求5所述的栽培基質(zhì)，其特征在于:所述蛭石、草炭和珍珠巖的質(zhì)量比例為1:2:1。
7.一種適用于權(quán)利要求1所述裝置的營養(yǎng)液，其特征在于，其組成以mmol/L為單位分別為:(2.5 ~3.5) Ca (NO3)2, (0.5 ~0.9) K2SO4, (0.4 ~0.6) KH2PO4, (0.08 ~0.12)KC1,(0.52 ~0.78)MgS04，(0.8xl(T3 ~1.2xl(T3)H3B03，(0.8xl(T3 ~1.2xl(T3)MnS04, (0.8xl(T4 ~1.2xl(T4)CuS04，(0.8xl(T3 ~1.2xl(T3)ZnS04，(4xl(T6 ~6xl(T6) (NH4) 6Μο7024，(0.08 ~0.12)EDTA-Fe。`
8.如權(quán)利要求7所述的營養(yǎng)液，其特征在于:其組成以mmol/L為單位分別為:2.5Ca (NO3) 2,0.75K2S04，0.5ΚΗ2Ρ04，0.1KC1，0.65MgS04, 1.0xlO-3H3BO3, 1.0xKT3MnSO4,1.0xKT4CuSO4, 1.0xKT3ZnSO4, 5xl(T6 (NH4) 6Mo7024，0.1EDTA-Fe0
9.一種采用權(quán)利要求1所述裝置進行根與根莖類藥用植物的設施半水培栽培的方法，其步驟包括: 1)在育苗盤上培育藥材植物的幼苗，待長出4~6片真葉后移植到栽培槽中； 2)在栽培過程中控制主根區(qū)基質(zhì)中水肥含量，水肥一體均由底部營養(yǎng)液槽加入，通過栽培基質(zhì)的向上吸水吸肥作用將營養(yǎng)液供給植物。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:在步驟2)的栽培過程中，幼苗期保證基質(zhì)內(nèi)水分充足；營養(yǎng)生長期控制水分用量，增加養(yǎng)分量，同時保證營養(yǎng)液在基質(zhì)中的藥材須根部分，以誘導藥材主根向下生長，增加產(chǎn)量；藥用植物開花后增加營養(yǎng)液中鉀元素的含量，以促進根部膨大。
【文檔編號】A01G31/02GK103843651SQ201410080888
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】劉文科, 趙姣姣, 楊其長 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所