是否应该在您的营养罐中注入空气？

Geary Coogler, BSc Horticulture

水的基本化学成分

普通水不仅包含水分子 (H2O)，还包含可溶解的固体，这些固体不仅包含对植物有益的物质（如钙和铁）还包含不太好的物质（如钠和铅）。水中还含有溶解的气体，例如氧气和二氧化碳。溶解的气体量受温度的影响——水越暖，它保留的这些气体就越少——还受溶解固体的浓度影响——溶解的固体越多，保留的气体就越少。

当晃动水或搅拌水使其与空气接触时，溶解气体的量将保持在一个相当稳定的水平。然而，当水静止不动时，这些气体开始离开水，通过水柱上升，因此，在较低水平面缺乏溶解的空气，但溶解的空气含量朝向顶部逐渐增加。这个过程被称为停滞，这可能是种植者想要给灌溉水充气的主要原因。

碳酸盐的形成

这些气体存在于水中，会影响包括水中元素的物理和离子状态以及水的 pH 值在内的许多因素。当二氧化碳 (CO2) 在水柱中移动时，它会与钙等离子发生反应，形成碳酸盐， pH 值也随之提高。

大多数公共饮用水供应都利用了这种机制，通过在水中添加碳酸钙作为 pH 缓冲剂，既可以提供口感更好的水，又可以保护管道免受极端过高或过低 pH 值的影响。在水中形成酸性化合物或形成碱性化合物时， pH 值可能会发生变化，缓冲剂抵消了这种变化，确保在水在储存以及输送给消费者的过程中pH 值保持恒定。

水中的其他气体（包括氧气）也可能发生额外的反应。氧气是一种氧化剂，会与水中的离子结合形成新的化合物。这些新化合物可能会从溶液中析出或无法供植物使用，如果这些气体存在用于给植物施肥的富含离子的灌溉水中时，这一点就变得非常重要。

图 1：将空气注入营养罐中的决定取决于许多变量。但是，只有当植物能够适应根部可用的较低浓度的氧气并且仍然能够很好地为顶部提供氧气时，将空气注入营养罐中才会起作用。

为什么溶解空气很重要

大气由许多不同的气体组成，其中一些会溶解在水中。 溶解在水中的空气很重要，因为它既可以维持生命，也可以抑制生命。 在这种情况下，重要的气体是氧气（双原子形式 O2）和二氧化碳（CO2）。

氧气必须处于其双原子 (O2) 形式才能对生命有用。O2- 形式的氧气，也称为自由基的反应形式，对所有基于碳的生命形式都是有害的，因为它正在寻找与之结合的东西，而碳是最佳伙伴。 O2 形态的氧气是水生生物（植物和动物）的氧气来源。过氧化物的作用则不同，因为其释放的氧是活性自由基（H2O2 转化为 H2O + O2-）。二氧化碳不是根系所需要的，但它需要通过减慢这些波动来影响 pH 值。

没有氧气的话，厌氧生物将开始生长，这些厌氧生物可能带来停滞以及相关气味，也可能释放毒素并且带来一些疾病。

水生植物的根部仍然需要适当水平的氧气才能正常生长，根和有益的微生物都需要氧气才能生存和繁衍。但是，它们所需的氧气水平可能与陆生植物不同。 尽管陆地植物根部很少直接接触到环境空气浓度（因为空气必须首先通过土壤的多孔结构扩散），但它们呼吸的氧气远高于通常情况下水中的氧气水平。

值得注意的是，不同的气体以不同的速率溶解在水中，因此溶解在水中的比例与空气中的比例不同。例如，二氧化碳很容易溶解在水中，但氧气和氮气在水中则不太容易溶解。

水只能容纳一定量的溶解气体，这意味着随着更多二氧化碳的溶解，氧气和氮气等其他气体会被排出。此外，在较高的温度或较高的盐度水平下，较难溶解的气体会比较易溶解的气体（如 二氧化碳）更快地从溶液中排出。

什么时候应该给水注入空气以及如何给水注入充气？

空气进入水中有两种基本途径：

• 它可以在常压下从大气中溶解到水中，
• 它可以被人为地强制注入水中（氧气扩散）。

虽然一些鱼类和水生植物可以在氧气含量 5%左右的浓度提取足够的氧气生存，但陆生植物却不能。当在水中生长时，陆生植物将需要额外的氧气。但是，需要区分植物是在水中生长（深水培养或鱼菜共生），还是偶尔暴露在水中（其他方法）。

图 2：当养分储存罐中的水保持静止时，溶解的气体开始通过水柱上升，因此，在较低水平面缺乏溶解空气，但溶解空气含量朝向顶部逐渐增加。

当深水培养或水培陆生植物时，溶解氧的水平必须提高到超出通常通过简单搅拌水所能吸收的水平。根据水温和盐度水平，这可能是一项艰巨的任务，并且需要氧气扩散。该系统存在一些风险，特别是如果植物是来自富含二氧化碳的环境。

pH值的波动

这将导致 pH 值波动，通常随着二氧化碳与钙的结合而上升。此外，由于二氧化碳 容易溶解并置换氧气，因此溶解的氧气较少。因此，重要的是从外部空气中吸取空气并密切关注 pH 值。它会波动，营养包越多，这些波动就会越快、越明显。

在所有其他包括使用粘土卵石、岩棉、沙子、土壤、泥炭、椰子或任何其他根部不活跃在水中的系统中，加水，然后在排水时停止供应水，充氧曝气不需要像鱼菜共生系统那样密集。

对于自然溶解在水中的空气，在营养罐准备工作中进行一些搅拌可能会很好。这将有助于避免停滞，保持适合生命的氧气水平，并防止 pH 值不受控制地波动，尤其是在储罐位于富含二氧化碳的大气中的情况下。

根系健康可能不需要额外的氧气，因为排水作用会将空气吸入培养基的孔隙中，并在根部表面的水膜中提供足够水平的氧气。水中的大部分氧气不会被使用，因为它不会停留足够长的时间，除非从根表面的溶液中吸收。更何况，不是一直没在水里的根跟生活在水里的根是不一样的；周轮的厚度等方面存在差异，它控制着进入植物的水量。没有在水下生长超过 20 分钟的根系会被淹没。

在潮与流（洪水与排水）的混合系统中，将水抽到台面上，然后让它流回储水槽，这样就足以在系统中保持足够的溶解气体。 在高水平的添加二氧化碳的环境中，大于正常水平的二氧化碳可以溶解到水中，这是与空气注入类似的结果。然而，这远没有空气在溶液中物理起泡那么快。有必要密切关注 pH 值问题，并且需要比非补充房间更频繁地更换营养罐。

因此，在不涉及始终将根部浸入水中的系统中，包括将一些水保持在培养基抵抗重力但远离根部的系统，最好限制空气泵和注入系统。这是因为这些系统中的氧气主要来自灌溉后在培养基中的扩散：每小时简单搅拌水箱中的水几分钟就足以满足系统的需要。

这可以像水箱泵中的分流管一样简单，它将少量泵送的水引回水箱。其他设备可能包括机械搅拌设备，例如在建筑行业中用于喷涂以及其他混合功能的设备。

图 3：气泵。

在几乎不含水的惰性培养基的真正水培系统中，例如粘土卵石或营养膜技术 (NFT)，需要 40%或以上的氧气浓度，或者最好接近 60 %，实现这一点可能需要溶解更多的空气，并且必须密切监测氧气水平。但是，空气不必来自扩散器。对于鱼菜共生系统，由于水的体积不利于自然产生适当的氧气水平，因此使用的溶液必须用氧气 扩散。

监管至关重要

空气当然是灌溉水的重要组成部分，但监管是至关重要的，以避免破坏系统的平衡。真正的问题是，将空气扩散到水中的额外工作是否真的有必要，或者它是否弊大于利。

给你的答案

种植者需要了解需要什么、可预期的结果是什么以及真正的成本是多少。对于除根完全淹没之外的任何系统，如果即便使用更简单的技术，停滞对种植者来说也是一个问题，那么答案很可能是一个更小、更频繁更新的储水罐。