《豆科植物与根瘤菌共生》空气中存在着大量的分子态氮，它们约占空气成分的百分之八十。估计在整个大气层中，约有四千多吨的分子态氮。然而，绝大多数的植物只能从土壤中吸收结合态氮，用来合成自身的含氮化合物，如蛋白质等。土壤中的含氮化合物，不是土壤本身固有的，而是在生物生命活动过程中逐渐积累起来的，其中很大一部分来自微生物的生物固氮。据估计，地球表面上每年生物固氮的总量约为一百吨，其中豆科植物体内根瘤菌的固氮量约为五十五屯，占生物固氮总量的百分之五十五左右。在植物根系上生长的特殊的瘤，因寄生组织中建成共生的固氮细菌而形成。用来合成自身的含氮化合物。根瘤菌在皮层细胞中迅速分裂繁殖，同时皮层细胞因根瘤侵入的刺激，也迅速分裂和生长，而使根的局部体积膨大，形成瘤状突起，就是根瘤。豆科植物能肥田，是由于根瘤菌的固氮作用。豆科植物与根瘤菌的共生因得到氮素而获高产；同时由于根瘤的脱落，具有根瘤的根系或残株遗留在土壤中，能增加土壤的肥力。根瘤菌从根瘤细胞中摄取它们生活所需要的水分和养料，它能固定游离氮、合成含氮化合物，为豆科植物所利用。
一天早晨，我看见妈妈在给花浇水，就问妈妈：“妈妈，你浇水了，那些花就会生长，这是为什么呢？”“孩子，这是因为植物根茎在给花输送养料呀！” 可是，听了妈妈的话，我还是不太明白，妈妈看见我还是不懂，就跟我说：“没关系，我给你做个一小实验，怎么样？”一听到做实验，我就高兴得手舞足蹈，大声叫道：“好！太棒了！我最喜欢做实验了！” 我们准备了蓝墨水、橡皮泥、一棵带根开白花的植物、滴管、记号笔、杯子还有水。妈妈对我说：“千万要小心，不要打碎杯子！”“一定！”我保证地说，实验开始了，妈妈先把水到入杯子里，我又用滴管吸了红墨水，滴入装了水的杯子，妈妈然后把那棵带根开白花的植物浸入水中，顿时，根的底部开始变红了，我用橡皮泥把杯口“封”住，妈妈最后在杯外用记号笔做上记号，就Ok了！ 妈妈又说：“记住要在一个星期后再观察。”“Yes!”我叫道。我真是太期待了！连做梦都在做有关于这个实验的故事。 时间如流水，一个星期马上就过了，今天，要真相大白了！我太高兴了，我们一走到那个做实验的杯子，立刻就看见花已经变红了，杯子里的水也都少去了，最后一步，就是切开茎，于是，妈妈拿着小刀小心翼翼地切开植物的茎，哇！茎突然变红了，根也随之变红了！太奇妙了！妈妈说：“之所以花变红了，是因为植物的茎会输送水分和养料，植物的根会吸收水分和养料，” 就是这句话使我懂得了那些花会生长，是茎和根的作用，还有水的作用，现在我彻底得懂了，不知道在坐的懂了没？
水葫芦等水生植物对污水净化影响的研究1 问题的提出和设想在我国华南各地水域里及长江流域，常常可以看到盖满水面的水葫芦。它是来自委内瑞拉的水生植物，学名叫做风眼莲。由于水葫芦含有大量蛋白质、脂肪和纤维素，而且繁殖能力强，容易成活，本世纪50年代，粮食极度短缺的中国从南美引进水葫芦，将水葫芦广泛放养于南方乡村河塘。由于水葫芦蔓延的速度极快，它们覆盖了很多南方许多河流、湖泊。浓密的水葫芦降低了光线对水体的穿透能力，影响水底生物的生长，并增加水中二氧化碳的浓度，堵塞河道，在我们珠江三角洲水域特别是河涌都存在水葫芦泛滥成灾的问题。近几年来有科学家实验时意外发现，水葫芦等水生植物的根茎能吸收和分散水体中铅、镉、汞、铜、锶等重金属离子，工业废水中含有大量重金属离子，城市生活污水中含有大量氮和磷，工业废水和城市生活污水排放到河流中，增大水体重金属离子、氮磷化合物含量，使水体富营养化，造成水体污染，由此我们设想，利用水生植物吸收氮和磷、重金属离子的特性，探讨水葫芦、浮萍、金鱼藻等水生植物净化污水是否有帮助？效果如何？结合高中学生研究性学习，指导我校高一级学生张銮坤等参阅了有关资料，设计了实验和统计的方法并付诸实践。 2 实施的内容和过程2．1活动准备：2．1．1 买3个60×85×50cm 塑料水箱用于放养水生植物2．1．2到水塘采集水葫芦、浮萍和金鱼藻三种水生植物2．2活动的实施2．2．1取样：4月14日到新城区苏岗村的河涌取生活污水，用于测定数据以及放养水生生物，进行实验对比。2．2．2为取得水样中所含氮、磷及各种金属离子的准确含量，将所取水样送顺德区环境监测站进行放养水生植物前定量测定，并记录数据。2．2．3 在送检同时，将三种不同水生植物（水葫芦、浮萍和金鱼藻）分别放入1、2、3号水箱中（有等量河涌污水）进行放养，并做好放养期间的纪录工作。2．2．4 放养水生植物一段时间（5天）之后，分别从1、2、3号水箱取水样1000ml，送顺德区环境监测站进行进行放养水生植物后的定量测定，并记录数据。2．2．5 将放养水生植物前的水样与此同时放养水生植物后的水样中所含氮、磷及各种金属离子含量进行对比分析，探讨水生植物对污水净化的影响。3 结果统计与分析3．1结果统计放养水生植物前、后水样中氮、磷和重金属铜离子含量统计表 单位： mg/L放养水生植物前水样 放养水生植物后水样 水葫芦 浮萍 金鱼藻 氨氮 1.449 0.503 0.523 0.546 磷 0.175 0.076 0.097 0.119 Cu2+ 0.012 0.005 0.006 0.006注：本表所有各项目数据均由顺德区环境监测站测定3．2结果分析顺德地处珠江三角洲腹地，位于西、北江中下游的河网地区，河涌纵横交错，四通八达，水资源丰富。主要河道5条，内河涌1394条。根据2001年市（区）环境保护监测站监测的水环境数据分析，顺德境内河道和内河涌的主要污染源为生活污水，并造成水体富营养化。从我们对放养水生植物前、后污水水样中氮、磷和重金属铜离子含量测试，结果表明：3．2．1在新城区苏岗河涌污水水样放养水葫芦等水生植物5天后，水样中氨氮的平均含量降低了64.98%；磷的平均含量降低了44.57%；重金属铜的平均含量降低了52.78%；3．2．2三种水生植物中，吸收氨氮、磷、重金属铜能力最强的是水葫芦（65.29%、56.52% 、 58.33%）；其次是浮萍（63.91%、44.57%、50.00%）；第三是金鱼藻（62.32%、32.00% 、 50.00%）3．2．3三种水生植物中，吸收重金属铜能力比吸收磷要强。从我们的实验得出：水葫芦、浮萍、金鱼藻等植物，有很好的净化污水能力，特别是对富营养化水质，对改善我区河涌水质有重要的作用。科学家们总结了许多研究成果后认为，水葫芦等在生长过程中需要大量的氮、磷等营养物质，并对重金属离子、农药等有极强的富集能力。水葫芦的吸污能力在所有的水草中是最强的。在适宜条件下，一公顷水葫芦能将800人排放的氮、磷元素当天吸收掉，水葫芦还能从污水中除去镉、铅、汞、铜、银、钴、锶等重金属元素。 4 建议尽管水葫芦等水生植物在温暖、向阳及富含有机质的水域（特别是在富营养化水体）中生长旺盛，泛滥成灾，堵塞河道，影响航运，阻碍排灌。但适量的水葫芦等水生植物生长对水质的净化是有利的，关键是科学管理和转化利用。水体富营养化的主要成因是生活污水，对其治理，必须除去生活污水中的氮、磷等营养元素。在污水处理厂净化污水除氮、磷等营养元素时，主要用硝化法即用活性污泥进行处理，速度较快，但有大量的污泥沉淀，难以处理。据此学生提出以下建议：4．1利用水生植物对水中氮、磷等营养元素和污染物的吸收及分解作用，通过选择不同的水生植物及其组合来适应不同的受污染水体，通过控制水生植物的数量来调控净化能力的大小，以修复受污染水体和保持水质。 4．2 将按照易种植、生长快、去污能力强等标准，筛选若干种水生植物，在污水处理厂和河涌将种植的水生植物群落局限在特定范围内，防止其随波逐流任意扩散。4．3 由于水葫芦等水生植物在富营养化的水体中生长旺盛，为防止其二次污染水体，要及时打捞，利用水葫芦等水生植物中含有大量氮磷钾的特点，制作有机、无机复合肥；将水葫芦的枯叶干枝掩埋，作为多种植物的绿肥等综合利用。5 收获与体会5．1 通过这次的实践活动，使学生更加清楚认识到河涌在生态环境方面所起的重要作用。净化污水，去除富营养化，改善了我区水域的生态环境，提高了我区水环境的生态效益。5．2 在这次研究活动中，使学生初步掌握了进行科学探究问题的一些基本方法；促进了学生对理论知识的掌握，提高了信息资料搜集和利用的能力、分析和解决问题的能力以及合作交流的能力。5．3 研究活动的开展，对学生在情感、态度和价值观取向方面起到了教育引导作用，并初步形成了主动参与社会决策的意识。5．4 通过这次活动，使学生认识到我区提出“青、碧、蓝”工程，是一项高瞻远瞩、造福当代、福荫后代的重要决定，它既维护了生态环境，又在环境方面支持社会经济的可持续发展。对顺德建成花园式河港城市将发挥重要的作用。
水污染控制技术论文篇二 水污染控制生态技术研究 【摘要】水环境是人类赖以生存和健康发展最重要的基本生态环境之一。上一世纪我国经济高速发展但也付出了惨痛的代价，其根源就是水环境遭到严重破坏。本文将以水生植物净水法为例对水污染控制生态技术进行研究。 【关键词】水污染控制生态技术研究 中图分类号：S891+.5 文献标识码：A 文章编号： 一、水生植物的净化机理 1、植物自身的性状和抗性能力 水生植物由于长期生活在一种缺氧、弱光的环境中，本身的形态解剖结构上形成特殊性状。根、茎、叶形成完整的通气组织，保证器官和组织对02的需要;叶片呈肉质，如香蒲表皮有厚角质层，栅栏组织发达，污染点处的根、茎、叶表皮细胞排列紧密等结构能抵抗因污染受害而引起的同化功能下降、水分过分蒸腾，增强了香蒲植物的耐污性和抵抗力。 2、植物的吸收、富集作用 水生植物根系发达，利于吸收水中物质。如凤眼莲长莲过程需要大量的N、P营养物，对于净化富营养化水体效果明显;香蒲植物吸收废水中的重金属时，吸收能力大小依次是根>地下茎>叶，并且按照一定的比例从生境中吸取各种元素，形成新的动态平衡，但要防止对某元素吸收过多而引起毒害。植物吸收污染物后，尤其是重金属离子、农药和其他人工合成有机物等，便富集、固定在体内或土壤中，减少水体中污染物含量。研究表明，Pb、Zn进入香蒲体内，主要积聚在皮层细胞的细胞壁上，只有少量进入原生质，可见细胞壁对重金属有较高的亲和力。 3、净化塘的沉降、吸附和过滤作用 净化塘里水生植物生长旺盛，根系发达，与水体接触面积大，形成密集的过滤层。如香蒲，它的地下茎和根形成纵横交错的地下茎网，水流缓慢时重金属和悬浮颗粒被阻隔而沉降，防止其随水流失。同时又在其表面进行离子交换、螫合、吸附、沉淀等，不溶性胶体为根系黏附和吸附，凝集的菌胶团把悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来。 4、生化作用 植物净化污水过程中生化作用也起到很大作用，这方面已有大量的研究。光合作用产生的02和大气中的02直接输送到植株各处，并向水中扩散，一方面根系通过释放O2，氧化分解根系周围的沉降物：另一方面使水体底部和基质土壤形成许多厌氧和好氧小区，为微生物活动创造条件，进而形成“根际区”。这样，植物代谢产物和残体及溶解的有机碳给湿地中的菌落提供了食物源;同时，大量微生物在基质表面形成灰色生物膜，增加了微生物的数量和分解代谢的面积，使植物根部的污染物(富集或沉降下来的)被微生物分解利用或经生物代谢降解过程而去除。富营养化水体中，也可依靠水生植物根茎上的微生物使反硝化菌、氨化菌等加速NH3～N向N02一N和N03一N的转化过程，便于水生植物的吸收与利用，减少底泥向水体中的营养盐释放。 5、对浮游藻类的竞争抑制作用 富营养化严重的水体中，藻类疯长，水质恶化。栽种水生植物后，与浮游藻竞争营养物质以及所需的光热条件，同时分泌出抑藻物质，破坏藻类正常的生理代谢功能，迫使藻类死亡，以防止其带来的毒素。这样可以提高水体透明度，改善水中的Do(溶解氧)含量，促进沉水植物与共生菌的生长，进一步净化水质。 如下图所示，是各水声植物的净水能力情况详解： 二、水生植物对水污染控制的影响因素 1、植物类型和群落构成 在提高植物处理效果研究方面，一个重要的研究内容是如何选择合适的植物种类和确定不同植物的组合。漂浮植物是人工湿地中常用的一类植物，就去除效果而言，凤眼莲的净化效果最好。挺水植物芦苇、香蒲的使用频率最高。很显然，不同的物种或同一物种在不同湿地环境中的净化效果都会有较大的差异性。 水生生态系统逐步恢复，关键取决于其自身的自净能力和环境容量，而自净能力和环境容量又取决于稳定的和优化的水生植物群落的形成。沉水植物群落的是建立草海优化生态系统的基础，草海历史上长期以来，沉水植物就是湖泊中最主要的生产者。 2、植物的覆盖度、污水浓度 菹草对水体和底泥中的N、P、Pb、Zn、Cu、As 等有较强的吸收、富集作用[l3]。吸收能力的大小与其生物量和群体的覆盖度有关，当菹草的保持覆盖度为50%时，生物量最大，净化效率也达到最大。有关专家研究了不同磷浓度对睡莲和菱叶片生理活性的影响，研究结果表明，随着磷营养盐水平的提高，叶内无机磷的含量也逐渐增加，而叶绿素则随磷含量的增加而降低。综合考虑磷对两种植物各指标的影响，认为菱的最适宜的浓度为0. lmmol/ L，睡莲为0.5mmOI / L，超过或低于该浓度，都会对其生理活性产生不利影响。该研究结果间接反映了不同植物对磷的吸收作用，为去磷植物的选择提供了参考。 3、环境因子 影响水生植物去除率的因素有光照、水温、溶解氧、pH、营养盐和风浪等因素有关，不同生活型的水生植物对这些因素的敏感性不同。所有水生植物都有其适合生长的季节和适宜的温度，水体的透明度则成为沉水植物的限定因子。大量的研究结果表明，在水体的一定深度存在光补偿点和补偿深度，只有在光补偿(点)深度以上，沉水植物才能进行正常的光合作用和呼吸作用，植物才能生长。 三、水污染生态修复技术 1、物种筛选及群落配置 物种筛选首先通过对污染区水生植物历史与现状分布情况进行分析研究，并根据其现有生境条件，以能满足自然环境特征，耐污能力强，净化效果好，抗逆性强及景观美化作用明显等为条件来确定水生植物物种。 2、引种方法 收集滇池及周边河流、坝塘的挺水、浮叶、沉水植物，尤其是引种受污染环境下生长健壮的植物和长期生活在水中的挺水植物，采用整株移植或扦插移植的方法，先种植于种苗基地中。相对而言，挺水植物和浮叶植物对水污染的耐受力高于沉水植物，因此在引种中挺水植物和浮叶植物遵循生物多样性的原则，沉水植物的引种遵循适应性的原则。 3、植物繁殖 植物的繁殖决定于充足、健康、适应性强的种苗供应，适宜的自然条件、丰富的营养供应和科学的管理。种苗的繁殖目前有三种措施，一是籽种收集与种植，另一是无性繁殖，此外是组织培养。由于籽种收集种植太慢，组织培养成本过高，水生植物的恢复种苗来源主要在种苗基地采用无性繁殖的方法，即利用自然分蘖和扦插繁殖获得，同时随滇池生态恢复的逐步实施，也可从先期已恢复的滇池周边天然湿地中获得更多的水生植物种苗。 4、栽培技术 (1)挺水植物栽培技术，每年3-6月下调水位(使种植区水位不超过0.2 m)，种苗基地取苗去稍后连根带土移植到目标水域，待植物发芽后逐步提高水位。 2)沉水及浮叶植物栽培技术，在每年3—6月调水位，从种苗基地起苗，将带育苗载体的活苗及成苗直接种植在目标水域，水位较浅水域可采用扦插法种植。 3)浮叶植物栽培技术基本同沉水植物种植方法。 总之，该生态工程主要在以本地特有水生植物制成的基质上培育水生植物，形成水面植物浮岛，利用植物及植物根系栖息的水生动物和微生物群落的综合作用实现其净化水体、提高生物多样性及改善自然生态景观等生态功能。 【参考文献】 [1]温美丽.方国祥. 陈朝辉 .李鑫华 深圳石岩水库污染状况及综合防治对策[期刊论文]-热带地理 2009(1) [2] 帖靖玺 .蒋蒙宾 .刘海员黄河水源水中藻类的去除措施[期刊论文]-华北水利水电学院学报 2009(5) [3] 秦雁芳 水生植物滤床净化太湖入湖河水的研究[学位论文]硕士 2006 [4]李涛天 津泰达 人工生态河道水质保持生态调控技术[学位论文]硕士 2006 [5]钱大富.马静颖.洪小平水体富营养化及其防治技术研究进展[期刊论文]-青海大学学报(自然科学版)2002,20(1) [6] 李先明.王建安 城市水体富营养化的防治对策探讨[期刊论文]-河南水产2010(4) 看了“水污染控制技术论文”的人还看： 1. 关于水处理技术论文 2. 节约用水科技论文 3. 城市污水处理技术论文 4. 环境保护科技论文 5. 水污染与人类健康影响的论文(2)
本文主要分析研究了水生植物在不同水环境中的生长状况,并根据实际试验数据分析讨论了产生这种状况的原因,以及一些建议和解决办法.浩瀚的水域―――水的分布覆盖整个地球,从严冰覆盖的极地到烈日炎炎的赤道,从学校周围的小溪到奇妙无边的海洋,从表层水域到水的深处―――栖息着大量的生物.在表层水的光合作用下,制造出原始有机物,然后他们逐级形成食物链.水生植物与周围的水环境联系密切,他们从水中汲取生长 程中很多所需的养料.众所周知,矿质营养条件是影响水中浮游植物发育的有利因素之一.显然由于满江红所需要的矿质营养是多种多样的化学元素,所以这些元素的作用是不可能相同的.所以总结不同水体对水生植物生长影响的基本规律是很有实际意义的.我们选取原样水(采集地水样),矿泉水(现市面上有售),营养液(根据植物生长所需营养配制),蒸馏水,四种水体,对植物的生长状况进行观察,记录,分析,这可以帮助我们更好的了解满江红这种水生植物,希望可以对有关部门水生植物的培植提供一些参考.也可以为种植者对水体的选择提出依据,具有一定的现实意义.摘 要水生植物的生长离不开周围的水生环境,植物需要周围水体提供养料,支持自身的生长发育.我们以易于存活,效果明显的满江红为例,人工配置了多种水生环境,对其成长的效果做了周期性观察,并测定了满江红在不同水体中生长后所含叶绿素状况.本文从多方面对实验结果进行了系统研究,总结和归纳,希望能对这方面的专业研究工作提供一些参考本文共分三章:第一章 材料与方法.材料包括设置不同水环境所需水样,以及对满江红的基本介绍.方法主要是对整个试验过程中所用到的实验方法作一下交待,如对测定叶绿素的方法的介绍.第二章 结果与讨论. 这一部分对试验所产生的结果做了较详尽的介绍,并与预期结果做了比较,并尝试讨论产生此结果的原因.第三章 感想与体会. 我们作为高中一年级的学生,这次选题试验均为我们第一次在生物这门学科上较长时间的观察试验,这一章主要陈述通过这次试验我们获得的新知识以及整个研究过程多方面的感受与体会.一,材料与方法采集地点:北京圆明园公园水域植物介绍:满江红,学名azolla imbricata蕨类植物,属满江红科,叶状体倒卵形,椭圆形或近圆形,两面平滑,排列为两行,春季为绿色,夏季转为红褐色,根丛生,漂浮于水面,行动主要借助于水流或风的带动,在水面平静的地方(如池塘和湖湾)常有大量分布,繁殖很快,是优良的绿肥,还可入药.
三叶青你有没有写过？网上（植物学研究）里的吧，还有其它相关植物的，我只记得我看到过介绍三叶青的
此题无法解释!!"最"是相对而言的!!!任何植物,都有其"最"值得研究的价值!!!是否是"最值得"去研究,关键得看研究的方面.比如银杏叶的药用价值。到目前为止已知其化学成分的银杏叶提取物多达160余种。主要有黄酮类、萜类、酚类、生物碱、聚异戊烯、奎宁酸、亚油酸、蟒草酸、抗坏血酸、a-已烯醛、白果醇、白果酮等。含羞草的药用价值:清热利尿，化痰止咳，安神止痛、解毒、散瘀、止血、收敛等功效。用于感冒，小儿高热，急性结膜炎，支气管炎，胃炎，肠炎，泌尿系结石，疟疾，神经衰弱；外用治跌打肿痛，疮疡肿毒、咯血、带状疱疹。
藻 类 藻类植物是地球上最重要的初级生产者，它们光合同化生产有机碳的总量约为高等植物的7倍，同时固氮藻类（和固氮细菌）每年约能固定1.7亿t的氮素。因此，藻类不仅是人类和动物极其重要的食物源，而且它们光合作用中放出的氧也是大气中氧的最重要的来源。不言而喻，它们对自然生态系统的物质循环及环境质量有着深刻的影响。 藻类植物广泛地分布在海洋和各种内陆水体中（包括湖泊、水库、江河、溪水、沼泽、池塘、泉水、冰雪等）以及潮湿地表，其中生长在内陆淡水水体中的为淡水藻，分布于海洋和内陆咸水水体中的为咸水藻。中国的藻类包括有：原核生物中的蓝藻门；原生生物的硅藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、隐藻门、裸藻门以及属于植物界的红藻门、褐藻门、绿藻门和轮藻门，其中海藻已记录的共2458种（详细情况将在海洋一节中讨论），这里仅讨论中国淡水藻类的多样性及其所受威胁。 1、中国淡水藻类的多样性 由于中国幅员辽阔，自然环境复杂多样，使得中国淡水藻类资源也十分丰富而多样。近一个世纪的调查研究表明，淡水藻类中的各个门类在中国都有发现，而且种类都非常丰富。已知全世界藻类植物约有40000种，其中淡水藻类有25000种左右，而中国已发现的（包括已报道的和已鉴定但未报道的）淡水藻类约9000种。但是，由于国内尚有不少地区未进行过藻类调查，即使已进行藻类调查的有些地区，也并不十分全面，加之多数门类的淡水藻类在中国的调查研究还缺乏深度和广度，因此中国淡水藻类的物种数应远远超过9000种，估计约有12000至15000种（按占世界淡水藻类种数的50％～60％计）。 淡水红藻和褐藻，它们是海陆演变过程中残留在淡水中的孑遗生物，几乎都生长在清洁、温度偏低、且较稳定的水体环境中，如泉水、井水、溪水中（特别是泉水环境），其分布区相当狭窄，而且具有一定的封闭性。它们在这些环境中长期适应的结果，形成了不少珍稀特有的种类，这对研究地球环境的变化及生物自身的演变具有较高的学术价值。它们在世界各地的淡水中均分布得较稀少，在中国，半个世纪以来对这些藻类的采集研究，发现有些种类仅记录到一次。这样的藻类共有12种，包括淡水褐藻类的层状石皮藻（Lithoderma zonatum），以及淡水红藻类的绞纽串珠藻（Batrachospermum intortum）、中华串珠藻（B. sinense）、中华链珠藻（Sirodotia sinica）、中华鱼子菜(Lemanea sinica)和鹧鸪菜窄变种（Caloglossa leprieurii var. angusta）等，它们应该列入珍稀物种。 2、中国淡水藻类资源受威胁的状况 （1）物种受威胁的状况 虽然中国的淡水藻类资源非常丰富，但是由于自然环境的变化和人类的活动（特别是工业和城市的发展），有些罕见的种已遭受灭绝或处于濒临灭绝的境地，其中受威胁最严重的是淡水红藻和褐藻。近几十年来，中国北方许多地区由于气候干旱或工业发展而过量抽采地下水，引起地下水位下降，使一些著名泉区的水源枯竭或濒临枯竭。泉城济南、山西晋祠和娘子关的泉源就是著名的例子。泉水枯竭，使那些依赖泉水环境生长的特有藻类（特别是淡水红藻）面临厄运，有些已荡然无存。淡水褐藻更为珍稀，中国仅在40年代初于四川重庆嘉陵江中发现过，几十年来由于环境的演变，也已消失。 最近10多年来，中国经济高速发展，不少泉水资源得到了开发利用，但是由于人们对泉水环境缺乏保护意识，因而造成生长在其中的淡水红藻和其他泉水生物面临濒危，有的甚至灭绝。南京浦口珍珠泉，过去生长有十分丰富的淡水红藻：外界串珠藻（Batrachos-permum ectocarpum）和美芒藻（Compsopogon spp.）。但是随着旅游区的开发，如今那里的红藻几乎绝迹。山西太原晋祠也有外果串珠藻生长，1994年去调查时尚有部分存在。1995年由于泉水枯竭，已经消亡。可以设想那些正在进行开发的泉源（旅游或饮料），如果不注意对泉源环境的保护，那么藻类和其他泉水生物也可能面临同样的厄运。 在其他生长大型淡水藻类的水体中，也往往由于人类活动引起环境变化，招致大型淡水藻类的消失，如江苏阳澄湖，湖中大型轮藻植物出现成片死亡。又如武汉东湖中的原来主要藻类——鼓藻类（desmids），它们主要生长在清洁的水体中，但自70年代以来由于富营养化过程的加剧，逐渐被蓝藻、绿球藻等耐污藻类所取代。类似的情况，已是十分常见。 （2）物种多样性结构受破坏的状况 在正常情况下，一个生态系统（特别是水生生态系统）中，藻类群落的物种结构保持着良好的多样性状态，即种类多，但每个种的个体不多，这时藻类群落发挥出良好的生态效益——保持水质良好状态，且水产丰富。但是当水生生态系统发生逆向转化——受重金属污染或高度富营养化时，藻类群落物种结构的多样性被破坏，某些物种超常生长而导致有害的赤潮（海洋中）或水华（淡水中）发生，并造成管道阻塞，水质恶化，危及渔业生产，甚至出现鱼类中毒现象。随着工业化和城市化进程的加快，这种严重的环境问题已屡见不鲜。中国常见的能形成有害水华的藻类有：蓝藻，常有毒，其中主要的是微囊藻（Microcystis），还有鱼腥藻(Anabaena)、项圈藻（Anabaenopsis）、颤藻（Oscillatoria）、束丝藻(Aphanizomenon)等，它们在中国许多地方都有大面积的发生，危害很大；小定鞭藻（Prymnesium parvum），属定鞭藻类，有毒，它们的水华已引起多起养殖鱼类的中毒事件；硅藻，也偶有大面积发生，其中以1991年冬春之交，湖北省汉江发生的约200km范围的硅藻水华——梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）最为典型，这次水华造成很大危害，严重地影响了武汉市和沿江地区的工业生产和居民生活。 3、中国淡水藻类的保护 从上述可知，中国淡水藻类资源虽很丰富，但目前已受到严重的威胁，如不及时采取措施进行保护，许多珍稀种类可能很快灭绝。特别应该指出的是，当前人们对生物多样性保护的注意力主要放在大型动、植物上，对像藻类这样的微型生物很少注意，这一情况必须改变。在保护大型动、植物的同时，应加强对小型植物的保护。 地 衣 1、中国地衣的多样性 地衣是一群特殊的真菌，这群特殊真菌通常只是与藻类或蓝细菌处于互惠共生的生态系统中才能生存于自然界。因此，地衣本身也是共生生态系统多样性的体现。全世界迄今已知的地衣物种约20000种，而中国还不到2000种。就在这2000种中约200种为中国所特有。然而，无论是全世界或中国实际存在的地衣物种远不止这个数字。尤其是中国地衣物种多样性的调查研究才刚刚起步。 2、中国珍稀濒危地衣及其受威胁状况 由于大气污染和森林采伐，中国许多地方地衣多样性面临威胁。依存于森林树皮附生的中国及东亚特有种，如黄袋衣（Hypogymnia hypotrypa）、粉黄袋衣（H. hypotrypella）、霜袋衣(H. pruinosa)、蜡光袋衣（H. laccata）、横断山袋衣（H. hengduanensis）以及云南石耳（Umbilicaria yunnana）等种类的生存都面临着威胁。因为，它们的兴衰存亡与森林生态系统多样性的兴衰存亡息息相关。如产于云南丽江和台湾阿里山松林中的中国特有附生种中华疱脐衣（Lasallia mayebarae）在系统演化上具有重要意义。然而，在云南丽江，这种世界珍稀物种已被森林火灾所吞噬。随着旅游业的大规模发展，特产于华山岩石上的世界珍奇地衣华脐鳞（Rhizoplaca huashanensis）的生存也面临威胁。此外，在抗癌和抗艾滋病毒方面具有潜力的东亚食用地衣美味石耳(U. esculenta)也因无节制的采收与买卖而在中国庐山等地濒临绝迹。若不采取必要的保护措施，在日用香料工业中颇受青睐的扁枝衣（Evernia mesomorpha）和丛枝树花（Ramalina fastigiata），与抗前列腺炎药物有关的戴氏石蕊（Cladonia delavayi）以及在降血压方面有效的地茶（Thamnolia vermicularis）和雪地茶(Th. subuliformis)等地衣的生存也逃不脱因无节制采收与开发所带来的厄运。 3、对地衣的保护 由于人类对地衣本质的认识经历了一个漫长的过程，在开发利用方面，地衣尚处于“未开垦的处女地”状态。因而，它是一个潜力很大的生物资源宝库。此外，地衣在自然界生长极为缓慢，加强对地衣的保护以便可持续利用已是我们所面临的迫切任务。 保护地衣多样性除了必须保护它赖以生存的森林生态系统多样性以外，应注意以下保护和可持续利用的措施： （1）对于日用化工香料、药用和食用地衣资源应采取分区、按年、有计划、有节制地轮换采收。 （2）对于在科学上有重要意义的世界珍稀物种，如陕西华山的华脐鳞，云南丽江的中华疱脐衣，以及庐山的美味石耳等中国和东亚特有种，应选择合适地段，建立珍稀地衣保护小区加以保护。 （3）对上述一些重要地衣同时还应采取菌、藻分离真培养，进行室内保存。对地衣物种进行多层次的系列保护措施是地衣物种多样性保护和可持续利用的重要方向。 （4）加强对中国地衣物种多样性的调查、采集、分离、培养和研究，以便在地衣多样性遭受破坏之前使之受到保护，研究和可持续利用。苔 藓 1、苔藓植物的多样性 中国的苔藓植物十分丰富。全世界有苔藓植物23000种，中国有2200种，占全世界的9.1%。 中国苔藓植物的特点是： （1）特有类群丰富。根据近几十年调查的结果，仅见于中国的特有苔藓属和主要分布于亚洲东部（仅少数涉及邻近地区）的东亚特有苔藓属共35个，占中国苔藓植物属数的7.09％。它们共含有48个种、亚种或变种，占中国苔藓植物种总数的2.2％（表1）。这些特有属、种在中国西南部横断山区、长江流域中游山区和东南沿海山区存在3个分布中心（表2）； （2）在系统发生上居关键位置的类群多，如原始类型藻苔目（Takakiales）藻苔科（Takakiaceae）藻苔属（Takakia）的两个种；藻苔（T. lepidozioides）和角叶藻苔（T. ceratophylla）在中国西藏地区的察隅、波密及米林县的高寒山地都有发现； （3）热带、亚热带成分占优势。 3、苔藓植物的保护 苔藓植物除了科学价值外，还有很重要的经济价值。在药用方面，苔藓作为“清热解毒”的中草药已有数百年历史。明朝李时珍在《本草纲目》中就记载了金发藓（Polytrichum commune）和暖地大叶藓（Rhodobryum giganteum）等，暖地大叶藓长期以来在中国西南地区被称作“茴心草”，用来治疗心血管病。 传统上，泥炭藓属（Sphagnum）植物或泥炭一直是花卉、苗木栽培或移植的重要包扎材料和园艺肥料，迄今尚无更佳的替代物。 中国历来是世界上五倍子出口的主要国家之一。经过近半个世纪的研究，中国科学家发现，在五倍子生产周期中，苔藓植物作为五倍子蚜虫的冬寄主是五倍子增产不可缺少的一个环节。迄今为止，至少已发现有约20种苔藓植物可作为五倍子蚜虫的冬寄主植物。 此外，苔藓还是监测环境污染的良好指示植物。苔藓与地衣对大气中的SO2，CO和HF反应极为敏感。在中国，钟帽藓（Venturiella sinensis）、高领藓（Glyphomitrium humilli-mum）和兜瓣耳叶苔（Frullania muscicola）等均系常见的树干附生种类，它们对大气污染有较强的敏感性，可在环境监测方面加以利用。 总之，苔藓植物与人类的生存有密切的关系，对它们的保护我们必须给以高度的注意。蕨类植物 1、中国蕨类植物的多样性 全世界有蕨类植物10 000～12 000种，中国有2 200～2 600种，占世界种数的22％。由于中国地域广大，自然条件复杂多样，除了热带少数科属外，中国拥有的科属数几乎占世界的95％，这说明中国的蕨类植物有极高的多样性。 中国分布有在探讨物种进化系统问题上十分重要的种类，如原始类群裸蕨纲的松叶蕨（Psilotum mudum）、天星蕨（Christensenia）。有些属如光叶蕨（Cystoathyrium）、中国蕨(Sinopteris)，其分布区狭小，为中国特有，它们的发现对研究该科中属的演化关系有一定意义。而在四川东部长江沿岸发现的圆肾铁线蕨（Adiantum reniforme），其原产地在大西洋的Madeira群岛。中国变种荷叶铁线蕨（Adiantum reniforme var. sinense）的出现，为研究间断分布及中国和非洲蕨类种的关系提供了很好的材料。能生长在海拔4350m高山寒冻荒漠的严酷环境中的玉龙蕨（Sorolepidium glaciale）是研究蕨类形态和生态条件关系的重要属种。仅产中国西南的湖南石灰岩壁的荚囊蕨（Struthiopteris eburnea）是典型的石灰岩钙质土的重要种属。 根据不完全统计，中国特有的蕨类植物有500～600种，占已知中国蕨类植物的25％左右，重要特有属及代表种见表1。 2、蕨类植物受威胁和濒危状况 随各地区植物考察的深入，不断有蕨类植物新种被发现，但与此同时也有一些种由于环境改变或人为破坏而消失或濒临灭绝（表2）。除上面提到的特有和濒危属种（表1和表2）外。还有些种类虽然不限产中国，但在中国仅局部地区有分布，如鹿角蕨（Platycerium wallichii）仅产靠近缅甸边境的盈江，而埃及苹（Marsilea aegyptica）仅产新疆的局部水域。像这些种类的个体数量不多，分布区狭窄，如不保护，很易绝灭。类似的濒危种类还有很多，估计约占中国蕨类总数的30％左右，其中重要的有101种（表3）。 导致蕨类植物濒危有以下多种原因： （1）森林破坏，造成空气湿度降低，以及地下水位下降，使原有生态环境改变，影响植物种的生存和繁殖，如1963年在四川二郎山团牛坪海拔2450m处林下发现的光叶蕨，1984年专程前往该地，发现森林消失，气候干燥，只在灌丛中找到一株。 （2）工农业建设事业的发展使局部地区一些植物种消失，如中华水韭，荷叶铁线蕨。 （3）由于对一些药用及观赏植物只宣传其价值，而不强调保护的重要，使一些蕨类植物遭受毁灭性的摧残，如鹿角蕨近年已难见到。 （4）旅游区对一些小型稀少植物不加保护，致使其遭践踏而无法生长，如瓶儿小草（Ophioglossum thermale）。 3、加强对蕨类植物的保护 蕨类植物与人们的生活有密切关系，它们之中很多种是传统的中药和民间草药，约占全部种类的10％。如贯众（Cyrtomium fortunei）、海金沙(Lygodium japonica)、骨碎补(Davallia barometz)能够健骨补肾，还有绵马鳞毛蕨（Dryopteris crassirhizoma）和石韦(Pyrrosia)等。又如金毛狗脊蕨（Cibotium baronetz）具有补肝肾，强腰膝的功效，近年来出口需求量很大，每年超过百吨。虽然这个种分布较广，也不能不限量出口加以保护。蕨类植物多为阴生，叶质坚厚，宜作观叶植物及插花的切叶材料。还有少数种类如菜蕨（Cal-lipteris esculenta）、蕨（Pteridium aquilinum var. Latiusculum）、荚果蕨（Matteuccia struthiopteris）等的拳卷叶芽，加工后可作蔬菜并出口；满江红（Azolla imbricata）的叶下具有和蓝藻中的念珠藻共生结构，可固定空气中的氮，是水稻的优良绿肥。总之，蕨类植物与其他绿色植物一道共同创造了地球表面人类生存所必需的环境条件。因此，加强对蕨类植物的保护是我们不可推卸的责任。首先，对急需保护的一些稀有濒危种类应建立专门的保护区，如贵州赤水的桫椤自然保护区。其次，对某些特殊植物因建设需要不能保证在原地生存，如长江三峡工程的启动，受威胁的荷叶铁线蕨需要在相同或相近的气候土壤环境条件的安全地点建立试验场，促使其能在野生条件下易地繁衍。同时加强宣传，提高广大群众和干部对生物多样性保护的认识，禁止对某些有经济价值蕨类植物的滥采乱挖也很重要。裸子植物 裸子植物是原始的种子植物，其发生发展历史悠久。最初的裸子植物出现在古生代，在中生代至新生代它们是遍布各大陆的主要植物。现代生存的裸子植物有不少种类出现于第三纪，后又经过冰川时期而保留下来，并繁衍至今的。据统计，目前全世界生存的裸子植物约有850种，隶属于79属和15科，其种数虽仅为被子植物种数的0.36%，但却分布于世界各地，特别是在北半球的寒温带和亚热带的中山至高山带常组成大面积的各类针叶林。 1、中国裸子植物的多样性 中国疆域辽阔，气候和地貌类型复杂。在中生代至新生代第三纪一直是温暖的气候，第四纪冰期时又没有直接受到北方大陆冰盖的破坏，基本上保持了第三纪以来比较稳定的气候，致使中国的裸子植物区系具有种类丰富，起源古老，多古残遗和孑遗成分，特有成分繁多和针叶林类型多样等特征。 据统计，中国的裸子植物有10科34属约250种，分别为世界现存裸子植物科、属、种总数的66.6％、41.5％和29.4％，是世界上裸子植物最丰富的国家。在中国的裸子植物中有许多是北半球其他地区早已灭绝的古残遗种或孑遗种，并常为特有的单型属或少型属。如特有单种科——银杏科（Ginkgoaceae)；特有单型属有水杉（Metasequoia)、水松（Glyptostrobus）、银杉（Cathaya）、金钱松（Pseudolarix）和白豆杉（Pseudotaxus）；半特有单型属和少型属有台湾杉(Taiwania)、杉木（Cunninghamia）、福建柏（Fokienia）、侧柏（Platy-cladus）、穗花杉（Amentotaxus）和油杉（Keteleeria），以及残遗种，如多种苏铁（Cycas spp.）、冷杉(Abies spp.)等。 中国的裸子植物虽仅为被子植物种数的0.8%，但其所形成的针叶林面积却略高于阔叶林面积，约占森林总面积的52％。在中国东北、华北及西北地区的针叶林中裸子植物物种较少，在西南地区针叶林中则有丰富的裸子植物物种。在华南、华中及华东地区除原生针叶林外，更常见的是大面积人工杉木林、马尾松林和柏木林。 2、中国裸子植物面临的威胁及其保护问题 虽然中国具有极为丰富的裸子植物物种及森林资源，但由于多数裸子植物树干端直、材质优良和出材率高，所以其所组成的针叶林常作为优先采伐的对象，使利该资源正在受到强烈的人类活动的威胁和破坏。如50年代中国最大的针叶林区——东北大、小兴安岭及长白山区的天然林被不同程度地开发利用，60年代至70年代另一大针叶林区——西南横断山区的天然林又相继被强烈采伐，仅在交通不便的深山和河谷深切的山坡陡壁，以及自然保护区内尚有天然针叶林保存。华中、华东和华南地区，因人口密集和经济发展的需求，中山地带的各类天然针叶林多被砍伐，代之而起的是人工马尾松林、杉木林和柏木林。随着各类天然针叶林采伐和破坏，原有生态环境发生改变，加快了林下生物消失和濒危的速度。同时，具有重要观赏价值和经济价值的裸子植物亦破坏严重，如攀枝花苏铁（Cycas panzhihuaensis）、贵州苏铁（C. guizhouensis）、多歧苏铁(C. multipinnata)和叉叶苏铁(C. micholitzii)均在新发表或新的分布点发现后就遭到大肆破坏。三尖杉（粗榧）属（Cephalotaxus）和红豆杉（紫杉）属（Taxus）植物自60年代和80年代末至90年代初发现为新型抗癌药用植物后，就立即遭到大规模采伐破坏，使资源急剧减少。 中国有平均海拔4500m以上的巨大青藏高原，也有广阔的平原低地，山岭重叠、河川纵横、气候多样、地质古老，这些是决定中国生物多样性丰富多彩的主要因素，在被子植物方面表现最为清楚，中国被子植物多样性至少有以下三个特点， （1）生态类型齐备 各种生活型的植物从乔木、半乔木(如梭梭属(Haloxylon))、灌木、半灌木(如沙拐枣属(Calligonum))、小半灌木(如蒿属(Artemisia))、直到多年生草和一年生草，无不具有。生态类群方面，从高山冻原植物(如多瓣木(Dryas octopetala)、松毛翠(Phyllodoce caerulea))到热带雨林种类；从超旱生荒漠植物到潮湿低地的湿生、水生种类；从高寒风大环境的青藏高原垫状植物到华南热带海滨的红树林，各种类型都有代表。 各个气候带都有大量代表科属，例如，桦木科(Betulaceae)、壳斗科栎属(Quercus)的落叶树种，以及杨柳科(Salicaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、小檗科(Berberidaceae)等是温带的代表；樟科(Lauraceae)、木兰科(Magnoliaceae)、山茶科(Theaceae)、壳斗科的常绿树种，金缕梅科(Hamamelidaceae)以及冬青科(Aquifoliaceae)、五加科(Araliaceae)、蓝果树科(Nyssaceae)，还有单种的连香树科(Cercidiphyllaceae)和水青树科(Tetracentraceae)等是亚热带的代表；至于中国热带森林中包含的科就更多了，常见的科有龙脑香科(Dipterocarpaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、橄榄科(Burseraceae)、山榄科(Sapotaceae)、楝科(Melisceae)、藤黄科(Guttiferae)、使君子科(Combretaceae)、天料木科(Samydaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)和四数木科(Datiscaceae)等。 （2）原始古老成分很多 在植物系统学研究中，被认为是比较原始的或早期发生的被子植物类群，在中国分布不少，有些仅仅分布于中国。中国的木兰科(Magnoliaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、水青树科、连香树科、三白草科(Saururaceae)、金粟兰科(Chloranthaceae)、金缕梅科和木通科(Lardizabalaceae)等科的植物，在研究被子植物的起源和系统发育方面的重要性，早已为中外学者所公认。近年来，中国在被子植物化石的发现和研究方面取得了丰硕的成果，这些成果对于揭示被于植物的物种多样性，以及揭示被子植物的系统发育，都有十分重要的意义。 （3）特有类型极其丰富 中国被子植物有极其多种多样的分布区类型，其中特有类型所占比重极大。到目前为止，统计中国被子植物持有属共有246个，特有种约17000种。古老孑遗种伯乐树(Bretschneidera sinensis)、连香树(Cercidiphyllum japonicum)、领春木(Euptelea pleiospermum)、昆栏树(Trochodendron aralioides)、银缕梅(单氏木)(Shaniodendron subaequalum)、水青树(Tetracentron sinensis)、半日花(Helianthe-mum songoricum)、四合木(Tetracena mongolica)、鹅掌楸(Liriodendron chinensis)和珙桐(Davidia involucrata)等都是中国特有的例子。这些植物的研究对于认识中国乃至世界被子植物的系统发育和物种多样性形成的历史过程都是极为重要的。 中国被子植物特有属、种主要分布于秦岭－大别山一线以南，横断山脉以东的东南部地区，其中又有三个特有属、种分布相对集中的待有现象中心：(i)川东－鄂西－湘西北中心，这里的被子植物特有木本属几乎均为落叶乔木或灌木，具有温带性质；(ii)川西－滇西北中心，即横断山脉南段，这里的草本属在全部属中占的比例较高，被子植物的木本属几乎全为落叶乔木或灌木，青藏高原的快速和强烈隆升使本区产生大量新特有种，大大丰富了中国被子植物的多样性；(iii)滇东南－桂西中心，由于地理位置偏南，处于北回归线附近，居泛北极植物区和古热带植物区的分界线上，其乔木持有屑中几乎一半为常绿植物， 特有藤本届全部为木质藤本植物，它们所隶屑的科均为热带分布的科，显示出明显的热带性。 3、大力加强对中国被子植物的保护 被子植物在大型植物中数量最多，而且与人类的衣、食、医药、工业原料等关系最为密切。被子植物大量灭绝无疑会对人类造成很大的威胁，因而我们必须格外重视对被子植物的保护。为了有效保护它们，必须研究它们受威胁的方式、程度和灭绝过程，从而制定合理的保护策略。在这方面，进行种群存活力的分析(PVA)，确定最小能存活种群(MVP)是核心内容。 在目前尚无条件对每一个种进行深入的PVA分析的情况下，把保护的范围适当扩大是有必要的，否则，一个种灭绝以后，就再也不能挽回了。
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随着人们绿化意识的增强和绿化观念的更新，传统花卉种植方式因存在诸多弊端，已不符合人们审美情趣的要求。例如，鲜切花缺少了一个从种植到开花结果的实践过程，且保鲜时间短；一般盆花常用土壤栽培，养护必须凭经验，不易管理，易患病虫害，与现代居室环境不和谐。花卉立柱式无土栽培!以下简称花卉立柱)是把工艺化塑料盆钵垒叠成一定高度，在其上栽植花卉，并用营养液自动循环浇灌来满足花卉生长对水、气、肥的需求而进行的栽培方式，集立体栽培、无土栽培、设施栽培于一身，具有技术新、工艺化、节水环保、绿化容量大、美观和易管理等优点，能最大程度满足人们种花养花的情趣。花卉立柱在城市公园、街道、庭院、居室、屋顶、阳台的美化绿化以及都市农业中具有广阔的应用前景。花卉立柱是插花、盆景以外的一种新型花卉生产模式和艺术形式，有望成为一种时尚的产业。1 花卉立柱系统结构根据应用场所和循环系统可将花卉立柱分为常规型和家庭型2类。1.1 常规型花卉立柱系统通常采用水培法，进行较大面积的群体栽培主要应用于都市农业，城市公园街道，庭院屋顶绿化等。1.1.1 立柱装置基本结构每667m2安装立柱600根，每根立柱由底座、中心轴和柱体构成。柱体的外壳是由白色工程塑料(ABS)浇注成的盆钵，一根立柱垒叠10～12个盆钵，高160～200cm，直径15cm，每个盆钵上设有5个栽培孔，花卉苗木即生长在栽培孔上。立柱成行状排列，柱体套在中心轴并立于下端的底盘上，便于旋转，也能随中心轴自由搬动。通过旋转使花卉苗木受光均匀。1.1.2 营养液循环系统由贮液池、输液管道、滴淋头和回流沟组成。盆钵上的花卉苗木生长所需的养分，是由潜水泵把贮液池中的营养液送上输液管道，然后通过立柱顶端的滴淋头注入盆钵内的，当上一个盆钵内的营养液超过一一定水位后，即自动向下一个盆钵注入，直至营养液溢出栽培槽的出口，最后通过回流沟流至贮液池中。营养液可定时自动浇灌，循环利用。1.2 家庭型花卉立柱系统有水培、基质培、混合培3种栽培方式。室内花卉单体栽培主要应用于居室、办公室、阳台绿化等。1.2.1 立柱装置基本结构每套装置由底盆、中心柱、盆钵、微型泵和定时器构成。家庭型立柱一般垒叠3～6个盆钵，高50～100cm底盆采用圆柱体，体积约为6L用于贮藏和回收营养液。1.2.2 营养液自动循环系统家庭型立柱底盆中的营养液由微型泵泵入，然后通过软管、淋头、盆钵，再回收到底盆，重复利用，通过24h程控定时器实现自动循环浇灌。2 栽培技术要点2.1 品种选择常规型花卉立柱主要考虑其观赏性，品种选择以草本花卉为主，适栽品种有孔雀草、长春花、洋凤仙、万寿菊、百日草、千日红、杂交石竹、凤尾鸡冠花、三色荃、四季海棠、雁来红、彩叶草、观赏番茄、金盏菊、翠菊、矮牵牛、一串红、矮向日葵、吊竹梅等；家庭型花卉立柱考虑室内环境条件的特殊性，品种选择以耐荫观叶植物为主，适栽品种有万年青、合果芋、绿萝、常春藤、龟背竹、文竹、银皇后、绿宝石、小斑马、百合竹、袖珍椰子、富贵竹、朱蕉、鹅掌木、肾藏、白掌、虎尾兰、吊兰、君子兰、一叶兰、条纹竹芋、孔雀竹芋等。2.2 无土育苗技术2.2.1 草花无土育苗一般采用种子播种繁殖，也有通过扦插繁殖的，如万寿菊、孔雀草、四季海棠、长春花等。种子繁殖以穴盘无土育苗效果最好，出苗整齐而茁壮。相对于常规露地无土育苗来说，受地下害虫为害轻，育苗移栽时伤根少，缓苗期短。育苗基质为珍珠岩、泥炭与蘑菇废料的复合基质(体积比1:1:1)。育苗容器采用宁夏圣宝工贸有限公司生产的圣宝重型128育苗穴盘(8×16穴，穴大小3cm×3cm)。草花种子播种前用40%福尔马林100倍液浸泡15min进行消毒，不易发芽的草花品种用温水浸种和催芽。播种发芽后，当草花幼苗长至2叶(对)期后，每天喷浇稀营养液1次。当幼苗达到一定苗龄形态指标要及时移栽，一般移栽期为4～5叶(对)期。2.2.2 耐荫观叶植物无土育苗通常采用分株或扦插繁殖，有许多观叶植物2种方法均可繁殖。分株繁殖较简单，当母株分化出的子株已长有根系，就可分离母株进行单独培育。方法是将母株挖起，去除基质，清除老根和烂根，然后找出根系自然分歧处，用手册开或用刀切开，要求分离出来的子株带有细根、枝条(叶片)和芽。扦插繁殖基质为珍珠岩。扦插用的插条剪成8～12cm长，去除插条基部的叶片，下部剪口要平滑，呈45°斜面，用50×10-6的吲哚乙酸浸渍剪口12h，促进发根。插后做好保湿工作，防止插条失水萎蔫。当根长出2～3cm即可移栽，移栽时尽量减少伤根。2.3 养液管理2.3.1 营养液pH值测定与调整笔者用的营养配方肥料由杭州龙山化工厂生产提供。花卉用营养液的pH值适宜范围为5.5～6.5，一般稳定在6.0左右为最好。在营养液配制和使用过程中，可用手持式汉拿酸碱度测试笔定期进行pH值的测定。测试后，若发现营养液的pH偏高，用硫酸、磷酸或硝酸调整；若pH偏低，则用NaOH调整。2.3.2 营养液EC值测定与调整花卉用营养液的适宜离子浓度(以EC值表示)，因花卉不同生育期、不同栽培季节而有所差异，一般苗期略低，生育盛期略高；冬季略高，夏季略低。幼苗期适宜的EC值为0.6～1.2ms/cm，开花期或成苗期(耐荫植物)适宜的EC值为1.2～1.8ms/cm。一般可用DDS-11A型电导率仪定期测定营养液的EC值，若发现EC值过高加水稀释，过低则通过加配方肥料进行调整。2.3.3 营养液含氧量的补充通过每天多次的营养液循环浇灌来补充营养液中的含氧量，从而满足花卉根系生长对氧气的需求。2.3.4 供液时间与次数采取间歇定时供液的办法，通过定时器进行控制，一般每天供液2～4次，每次15～20min。供液在白天进行，夜间不供液；晴天供液次数多些，阴雨天少些；气温高光线强时供液次数多些，温度低光线弱时供液少些。2.3.5 营养液的更换家庭型花卉立柱底盆容积小，每盆营养液使用期为1～2个月，即夏天1个月更换1次，冬天2个月更换1次。常规型花卉立柱因贮液池容积大，营养液使用期可延长至4～6个月。若发生污染，应及时更换。2.4 病虫害防治据笔者观察，家庭型花卉立柱在室内摆放期间，一般很少有病虫害发生。花卉立柱大棚生产期间，各种病虫害均会发生。主要病虫害有:灰霉病、霜霉病、炭疽病、白粉病、叶斑病、叶螨、蚜虫、青虫、夜蛾等。应采取“以防为主，综合防治”的策略综合防治:(1)及时摘除枯枝败叶，清理病虫株；(2)物理防治，用-诱虫胶板诱杀害虫；(3)用一熏灵、利得烟熏剂等熏烟；(4)药剂防治禁用剧毒农药，选用低、中残毒农药，并做到对症下药；杀虫杀螨剂有7051杀虫素、万灵、一遍净、抑太保、吡虫啉等，杀菌剂有达科宁、多菌灵、大生、雷多米尔、杀毒矾等。3 应用前景探讨通过不同品种、不同花色的搭配、不同高度花柱的组合，可设计出富有不同艺术情趣的花卉立柱组合模式，表达不同的文化内涵。3.1 在园林绿化上的应用花卉立柱组合景观可为城市公园增辉，也可作为移动花坛应用，在绿化死角具有与盆花相似的应用效果。3.2 在都市农业中的应用花卉立柱组合可提升都市农业品位，增添现代园艺科技气息。3.3 在街道绿化上的应用花卉立柱成行竖立于街道两旁，能明显增加街道的节日文化气氛，给人耳目一新的感觉。3.4 屋顶花园花卉立柱节水环保，不积水，避免了屋顶土壤栽培的积水易渗漏等缺点。3.5 在室内绿化中的应用家庭型花卉立柱，绿化容量大，美观易管理，是家庭居室、办公室美化绿化的理想选择。花卉立柱式无土栽培模式及其应用前景:
无土栽培是在植物矿质营养学研究的基础上发展起来的一门新兴科学技术.它不用天然土壤,完全用化学溶液(营养液)栽培植物。 一、无土栽培的发展简史 人类对植物矿质营养的探索，可以追溯到公元前600年亚里斯多德的时代，但是目前比较公认的，有关植物矿质营养研究的最早科学报告是1600年Belgion Jan Van Helmant发表的著名的柳树实验。19世纪中叶（1842） Wiegmen 和 Polsloff第一次用重蒸馏水和盐类成功地培养植物，并证明了水中溶解的盐类是植物生长的必需物质。但这一时期的最杰出的代表人物，应当认为是 Van Liebig（1803－1873），他证明了植物体中的碳来自空气中的CO2，H和O来自NH3、NO3－，其它一些矿质元素均来自土壤环境。他的工作彻底否定了当时流行的腐殖质营养理论，建立了矿质营养理论的雏型，他的理论也是现代”营养耕作”理论的先导。 1838年德国科学家斯鲁兰格尔，鉴定出来植物生长发育需要15种营养元素。1859年德国著名科学家Sachs和Knop，建立了直到今天还沿用的、用溶液培养来植物矿质营养的方法。在此基础上，逐步演变和发展而成为今天的无土栽培实用科学技术。 1920营养液的制备达到标准化，但这些都是在实验室内进行的试验，尚未应用于生产。1929年美国加利福尼亚大学的W.F.Gericke 教授，利用营养液成功地培育出一株高7.5米的番茄，采收果实14公斤，引起人们极大的关注。被认为是无土栽培技术由试验转向实用化的开端。 1935年一些蔬菜和花卉种植者，在Gericke的指导下，进行了大规模的生产实践。首次把无土栽培发展到商业规模，面积最大的有0.8公顷。同时美国中西部发展了一些砂培和砾培的技术，水培技术也很快传到欧洲、印度和日本等地。Gericke教授并把无土栽培定义为”Hydroponics ”（hydor是”水”的意思，ponics意为”放置”）。 第二次世界大战期间，水培在生产上起了相当作用。在Gericke教授指导下，泛美航空公司在太平洋中部荒芜的威克岛上种植蔬菜，用无土栽培技术，解决了航班乘客和部队服务人员吃新鲜蔬菜问题。以后英国农业部也对水培发生兴趣，1945年伦敦英国空军部队在伊拉克的哈巴尼亚和波斯湾的巴林群岛开始进行无土栽培，解决了吃菜靠飞机由巴勒斯坦空运的问题。以后在圭亚那、西印度群岛、中亚的不毛沙地上，科威特石油公司等单位，都运用无土栽培为他们的雇员生产新鲜蔬菜。 由于无土栽培在世界范围内的不断发展，1955年9月，在荷兰成立了国际无土栽培学会。当时只有一个工作组、成员12人。而到了1980年召开的第五届国际无土栽培会议时，会员人数已发展到45个国家的300人。据不完全统计，全世界目前关于无土栽培的研究机构，大约在130个以上。栽培面积也不断扩大，在新西兰，50％的番茄靠无土栽培生产。在意大利的园艺生产中，无土栽培占有20％的比重。在日本无土栽培生产的草莓占总产量的66％、青椒占52％、黄瓜占37％、番茄占27％、总面积已达500公顷。荷兰是无土栽培面积最大的国家，1986年统计已有2500公顷。目前无土栽培技术，已在全世界100多个国家应用发展。 我国无土栽培技术在研究应用起步较晚，但较原始的无土栽培技术却有悠久历史。生豆芽、种水仙早有记载（至晚在宋代就有），但较正规的科学研究和生产试验，则是近十几年的事。山东农业大学于1975年开始用蛭石栽培西瓜、黄瓜、番茄等，均获成功，1987年在胜利油田推广面积达6000平方米。无土育苗技术已在我国广泛运用，北京市朝阳区1987年，无土育苗的数量，已占总育苗数量的33.5％。1985年在河北省农科院蔬菜研究所，召开了全国会议，成立了中国的无土栽培学组，并于1986、1987、召开了全国性的学术讨论会，出席者多达百人。1988年5月，中国首次出席了在荷兰召开的第七届国际无土栽培学会的年会，并在会上发表了论文，引起了很多国家的重视。 二、无土栽培的优点 无土栽培之所以能迅速在全世界范围内发展，是因为这种新的栽培技术与常规土壤比较有许多优点。 （一）产量高、品质好 无土栽培能充分发挥作物的生产潜力，与土壤栽培相比，产量可以成倍或几十倍地提高，如4-4-1所示。 上表说明土壤栽培不仅产量低，而且消耗水分很多。 北京农业大学园艺系在北京地区秋季进行大棚黄瓜无土栽培试验，自7月30日播种至9月14日，共计46天，浇水（营养液）共21.7立方米。若进行土培，46天中至少浇水5－6次，需用50－60立方米的水，统计结果，节水率为50-66.7％。节水效果非常明显，是发展节水型农业的有效措施之一。 无土栽培不但省水，而且省肥，一般统计认为土栽培养分损失比率约50％左右，我国农村由于科学施肥技术水分低，肥料利用率更低，仅30－40％，一半多的养分都损失了，在土壤中肥料溶解和被植物吸收利的过程很复杂，不仅有很多损失，而且各种营养元素的损失不同，使土壤溶液中各元素间很难维持平衡。而无土栽培中，作物所需要的各种营养元素，是人为配制成营养液施用的，不仅不会损失，而且保持平衡，根据作物种类以及同一作物的不同生育阶段，科学地供应养分，所以作物生长发育健壮，生长势强，增产潜力可充分发挥出来。 （三）清洁卫生 无土栽培施用的是无机肥料，没有臭味，也不需要堆肥场地。土栽培施有机肥，肥料分解发酵，产生臭味污染环境，还会使很多害虫的卵孳生，危害作物，无土栽培则不存在这些问题。尤其室内种花，更要求清洁卫生，一些高级旅馆或宾馆，过去施用有机花肥，污染环境，是个难以解决的问题，无土养花便迎刃而解。 （四）省力省工、易于管理 无土栽培不需要中耕、翻地、锄草等作业，省力省工。浇水追肥同时解决，由供液系统定时定量供给，管理十分方便。土培浇水时，要一个个地开和堵畦口，是一项劳动强度很大的作业，无土栽培则只需开启和关闭供液系统的阀门，大大减轻了劳动强度。一些发达国家，已进入微电脑控制时代，供液及营养液成分的调控，完全用计算机控制，几乎与工业生产的方式相似。 （五）避免土壤连作障碍 设施栽培中，土壤极少受自然雨水的淋溶，水分养分运动方向是自下而上。土壤水分蒸发和作物蒸腾，使土壤中的矿质元素由土壤下层移向表层，常年累月、年复一年，土壤表层积聚了很多盐分，对作物有危害作用。尤其是设施栽培中的温室栽培，一经建设好，就不易搬动，土壤盐分积聚后，以及多年栽培相同作物，造成土壤养分平衡，发生连作障碍，一直是个难以解决的问题。在万不得已情况下，只能用耗工费力的”客土”方法解决。而应用无土栽培后，特别是采用水培，则从根本上解决了此问题。土传病害也是设施栽培的难点，土壤消毒，不仅困难而且消耗大量能源，成本可观，且难以消毒彻底。若用药剂消毒既缺乏高效药品，同时药剂有害成分的残留还危害健康，污染环境。无土栽培则是避免或从根本上杜绝土传病害的有效方法。 （六）不受地区限制、充分利用空间 无土栽培使作物彻底脱离了土壤环境，因而也就摆脱了土地的约束。耕地被认为是有限的、最宝贵的、又是不可再生的自然资源，尤其对一些耕地缺乏的地区和国家，无土栽培就更有特殊意义。无土栽培进入生领域后，地球上许多沙漠、荒原或难以耕种的地区，都可采用无土栽培方法加以利用。例如在中东和墨西哥，人们在海滨沙滩上建立起了很多塑料温室，与海水淡化系统相结合，采用无土栽培技术，生产新鲜蔬菜，成为沙漠中的绿洲，这为解决地球上许多贫瘠地区人民生活的困难，带来了福音。 此外，无土栽培还不受空间限制，可以利用城市楼房的平面屋顶种菜种花，无形中扩大了栽培面积。据1986年的卫星测定，北京市就有平面屋顶16000多亩，如果充分利用起来，可以产生很大的经济效益和社会效益。 （七）有利于实现农业现代化 无土栽培使农业生产摆脱了自然环境的制约，可以按照人的意志进行生产，所以是一种受控农业的生产方式。较大程度地按数量化指标进行耕作，有利于实现机械化、自动化，从而逐步走向工业化的生产方式。目前在奥地利、荷兰、苏联、美国、日本等都有水培”工厂”，是现代化农业的标志。我国航空工业进出口公司，曾在1986年引进了日本的无土栽培设备，也建立了一座小型的水增工厂，参观学习的人络绎不绝，反映出人们对这一新技术的兴趣。 三、无土栽培的类型和方式 无土栽培的方式方法多种多样，不同国家、不同地区由于科学技术发达水平不同，当地资源条件不同，自然环境也千差万别，所以采用的无土栽培类型和方式方法各异。 目前比较普遍的分类方法，是根据作物根系的固定方法来区分。大体上可以分为无基质（也称介质）栽培和有基质栽培两大类（表4－4－3）。 （一）水培 水培是指植物根系直接与营养液接触，不用基质的栽培方法。最早的水培是将植物根系浸入营养液中生长，这种方式会出现缺O2现象，影响根系呼吸，严重时造成料根死亡。为了解决供O2 问题，英国Cooper在1973年提出了营养液膜法的水培方式，简称”NFT”(Nutrient Film Technique)。它的原理是使一层很薄的营养液（0.5－1厘米）层，不断循环流经作物根系，既保证不断供给作物水分和养分，又不断供给根系新鲜O2。NFT法栽培作物，灌溉技术大大简化，不必每天计算作物需水量，营养元素均衡供给。根系与土壤隔离，可避免各种土传病害，也无需进行土壤消毒。 （二）雾（气）培 又称气增或雾气培。它是将营养液压缩成气雾状而直接喷到作物的根系上，根系悬挂于容器的空间内部。通常是用聚丙烯泡沫塑料板，其上按一定距离钻孔，于孔中栽培作物。两块泡沫板斜搭成三角形，形成空间，供液管道在三角形空间内通过，向悬垂下来的根系上喷雾。一般每间隔2－3分钟喷雾几秒钟，营养液循环利用，同时保证作物根系有充足的氧气。但此方法设备费用太高，需要消耗大量电能，且不能停电，没有缓冲的余地，目前还只限于科学研究应用，未进行大面积生产。 （三）基质栽培 基质栽培是无土栽培中推广面积最大的一种方式。它是将作物的根系固定在有机或无机的基质中，通过滴灌或细流灌溉的方法，供给作物营养液。栽培基质可以装入塑料袋内，或铺于栽培沟或槽内。基质栽培的营养液是不循环的，称为开路系统，这可以避免病害通过营养液的循环而传播。 基质栽培缓冲能力强，不存在水分、养分与供O2之间的矛盾，且设备较水增和雾培简单，甚至可不需要动力，所以投资少、成本低，生产中普遍采用。从我国现状出发，基质栽培是最有现实意义的一种方式。 欧洲许多国家目前应用较多的基质是岩棉（rockwool），它是由60％的辉绿岩，20％石灰石和20％的焦碳混合后，在1600℃的高温下煅烧熔化，再喷成直径为0.005毫米的纤维，而后冷却压成板块或各种形状。岩棉的优点是可形成系列产品（岩棉栓、块、板等），使用搬运方便，并可进行消毒后多次使用。但是使用几年后就不能再利用，废岩棉的处理比较困难，在使用岩棉栽培面积最大的荷兰，已形成公害。所以，日本现在有些人主张开发利用有机基质，使用后可翻入土壤中做肥料而不污染环境。 四、无土栽培技术要点 不论采用何种类型的无土栽培，几个最基本的环节必须掌握，无土栽培时营养液必须溶解在水中，然后供给植物根系。基质栽培时，营养液浇在基质中，而后被作物根系吸收。所以对水质、营养液和所用的基质的理化性状，必须有所了解。 （一）水质 水质与营养液的配制有密切关系。水质标准的主要指标是电导度（EC），pH值和有害物质含量是否超标。 电导度（EC）是溶液含盐浓度的指标，通常用毫西门子（mS）表示。各种作物耐盐性不同，耐盐性强的(EC=10mS)如甜菜、菠菜、甘蓝类。耐盐中等(EC=4mS)，如黄瓜、菜豆、甜椒等。无土栽培对水质要求严格，尤其是水培，因为它不象土栽培具有缓冲能力，所以许多元素含量都比土壤栽培允许的浓度标准低，否则就会发生毒害，一些农田用水不一定适合无土栽培，收集雨水做无土栽培，是很好的方法。无土栽培的水，pH值不要太高或太低，因为一般作物对营养液pH值的要求从中性为好，如果水质本身pH值偏低，就要用酸或碱进行调整，既浪费药品又费时费工。 （二）营养液 营养液是无土栽培的关键，不同作物要求不同的营养液配方。目前世界上发表的配方很多，但大同小异，因为最初的配方本源于对土壤浸提液的化学成分分析。营养液配方中，差别最大的是其中氮和钾的比例。表4-4-4介绍了从50年代到80年代不同科学家所采用的配方，可供参考。 配制营养液要考虑到化学试剂的纯度和成本，生产上可以使用化肥以降低成本。配制的方法是先配出母液（原源），再进行稀释，可以节省容器便于保存。需将含钙的物质单独盛在一容器内，使用时将母液稀释后再与含钙物质的稀释液相混合，尽量避免形成沉淀。营养液的pH值要经过测定，必须调整到适于作物生育的PH值范围，水增时尤其要注意pH值的调整，以免发生毒害。 （三）基质的理化性状 用于无土栽培的基质种类很多，已在表4-4-3中列举，可供参考。可根据当地基质来源，因地制宜地加以选择，尽量选用原料丰富易得、价格低廉、理化性状好的材料做为无土栽培的基质。无土栽培对基质的要求是： 1．具有一定大小的固形物质。这会影响基质是否具有良好的物理性状。基质颗粒大小会影响容量。孔隙度、空气和水的含量。按着粒径大小可分为五级、即：1毫米；1－5毫米；5－10毫米；10－20毫米；20－50毫米。可以根据栽培作物种类、根系生长特点、当地资状况加以选择。 2．具有良好的物理性质。基质必须疏松，保水保肥又透气。南京农业大学吴志行等研究认为，对蔬菜作物比较理想的基质，其粒径最好以0.5-10毫米，总孔隙度>55％，容重为0.1-0.8克•厘米－3，空气容积为25－30％，基质的水气比为1：4。 3．具有稳定的化学性状，本身不含有害成分，不使营养液发生变化。基质的化学性状主要指以下几方面： PH值：反应基质的酸碱度，非常重要。它会影响营养液的pH值及成分变化。PH＝6－7被认为是理想的基质。 电导度(EC)：反映已经电离的盐类溶液浓度，直接影响营养液的成分和作物根系对各种元素的吸收。 缓冲能力：反映基对肥料迅速改变pH值的缓冲能力，要求缓冲能力越强越好。 盐基代换量：是指在pH＝7时测定的可替换的阳离子含量。一般有机机质如树皮、锯未、草炭等可代换的物质多；无机基质中蛭石可代换物质较多，而其它惰性基质则可代换物质就很少。 4．要求基质取材方便，来源广泛，价格低廉。浙江农科院园艺研究所选用南方农村广 为存在的砻糠灰（农村家庭饭用的燃料废渣），做无土栽培基质，栽培番茄，效果良好，大幅度降低了成本。 在无土栽培中，基质的作用是固定和支持作物；吸附营养液；增强根系的透气性。基质是十分重要的材料，直接关系栽培的成败。基质栽培时，一定要按上述几个方面严格选择。北京农业大学园艺系通过1986－1987年的试验研究，在黄瓜基质栽培时，营养液与基质之间存在着显著的交互作用，互为影响又互相补充。所以水培时的营养液配方，在基质栽培时，特别是使用有机基质时，会受基质本身元素成分含量、可代换程度等等因素的影响，而使配方的栽培效果发生变化，这是应当加以考虑的问题，不能生搬硬套。 （四）供液系统 无土栽培供液方式很多，有营养液膜（NFT）灌溉法、漫灌法、双壁管式灌溉系统、滴灌系统、虹吸法、喷雾法和人工浇灌等。归纳起来可以分为循环水（闭路系统）和非循环水（开路系统）两大类。目前生产中应用较多的是营养液膜法和滴灌法。 1． 营养液膜法（NET） （1）备三个母液贮液灌（槽）。一个盛硝酸钙母液，一个盛其它营养元素的母液，另一个盛磷酸或硝酸，用以调节营养液的pH。 （2）贮液槽。贮存稀释后的营养液，用泵将其液由栽培床高的一端的送入，由低的一端回流。液槽大小与栽培面积有关，一般1000平方米要求贮液槽容量为4－5吨。贮液槽的另一个作用就是回收由回流管路流回的营养液。 （3）过滤装置。在营养液的进水口和出水口要求安装过滤器，以保证营养液清洁，不会造成供液系统堵塞。 2． 滴灌系统的灌溉方法 （1）备两个浓缩的营养液罐，存放母液。一个液罐中含有钙元素，另一个是不含钙的其它元素。 （2）浓酸罐。用业调节营养液的PH。 （3）贮液槽。用来盛按要求稀释好的营养液。一般300－400平方米的面积，贮液槽的容积1－1.5吨即可。贮液槽的高度与供液距离有关，只要高于1米，就可供30－40米的距离。如果用泵抽，则贮液槽高度不受限制。甚至可在地下设置。 （4）管路系统。用各种直径的黑色塑料管，不能用白色，以避免藻类的孳生。 （5）滴头。固定在作物根际附近的供液装置，常用的有孔口式滴头和线性发丝管。孔口式滴头在低压供液系统中流量不太均匀，发丝管比较均匀。但共同的问题是易堵塞，所以在贮液槽的进出口处，也必须安装过滤器，滤出杂质。 五、无土栽培前景展望 从历史上来看，农业文明标志，就是人类对作物生长发育的干预和控制程度。实践证明，对作物地上部分的环境条件的控制，比较容易做到，但对地下部分的控制（根系的控制），在常规土培条件下很困难的。无土栽培技术的出现，使人类获得了包括无机营养条件在内的，对作物生长全部环境条件进行精密控制的能力，从而使得农业生产有可能彻底摆脱自然条件的制约，完全按照人的愿望，向着自动化、机械化和工厂化的生产方式发展。这将会使农作物的产量得以几倍、几十倍甚至成百倍地增长。 从资源的角度看，耕地是一种极为宝贵的、不可再生的资源。由于无土栽培可以将许多不可耕地加以开发利用，所以使得不能再生的耕地资源得到了扩展和补充，这对于缓和及解决地球上日益严重的耕地问题，有着深远的意义。无土栽培不但可使地球上许多荒漠变成绿洲，而且在不久的将来，海洋、太空也将成为新的开发利用领域。美国已将无土栽培列为国该国本世纪要发展的十大高技术交流会上，就是关于宇宙空间植物栽培的研究报告，那只能是无土栽培。因而无土栽培技术在日本，已被许多科学家做为研究”宇宙农场”的有力手段，人们称为太空时代的农业，已经不再是不可思议的问题。 水资源的问题，也是世界上日益严重地威胁人类的生存发展的大问题。不仅在干旱地区，就是在发达的人口稠密的大城市，水资源紧缺也越来越突出。随着人口的不断增长，各种水资源被超量开采，某些地区已近枯竭。所以控制农业用水是节水的措施之一，而无土栽培，避免了水分大量的渗漏和流失，使得难以再生的水资源得到补偿。它必将成为节水型农业、旱区农业的必由之路。 诚然，无土栽培技术在走向实用化的进程中也存在不少问题。突出的问题是成本高、一次性投资大；同时还要求较高的管理水平，管理人员必须具备一定的科学知识，这也不是任何地方都能做到的。 从理论上讲，进一步研究矿质营养状况的生理指标，减少管理上的盲目性，也是有待解决的问题。此外，无土栽培中的病虫防治，基质和营养液的消毒，废弃基质的处理等等，也需进一步研究解决。
研究动机： 我这次会选「光对植物的影响」这个题目的原因是：世界上到处都是植物，而且我知道植物在生长的过程中，一定需要适度的阳光，所以我想要了解光的强弱对植物的生长是否有影响；不同的光对植物的生长是否有影响；不同颜色的光对植物的生长是否有影响。研究目的： （一）光的强弱，对植物生长的影响？（二）不同颜色的光，对植物生长的影响？（三）光的强弱，对植物生产养分的影响？研究结论与建议：实验一、光的强弱，对植物生长的影响 从这个实验中，发现 (一)25W下的植物长的最快，平均每天长0.53cm，因为25W的光最强，所以植物有足够的光线可以使自己快速生长。 (二)8W下的植物长的最慢，平均每天长0.27cm，因为8W的光线最弱，所以植物没有足够的光线可以使自己生长。实验二、不同颜色的光，对植物生长的影响从这个实验中，发现（一）在8W的叶子加上碘液，发现颜色稍淡，可能是因为8W的灯光不够强，无法使植物大量的制造养分，因此颜色较淡。（二）在25W的叶子加上碘液，发现两个的颜色都差不多，颜色较深，可能是因为25W的光线已足够植物制造养分，所以在25W灯光下的植物，养分较多。实验三、光的强弱，对植物生产养分的影响从这个实验中，发现（一）在8W的叶子加上碘液，发现颜色稍淡，可能是因为8W的灯光不够强，无法使植物大量的制造养分，因此颜色较淡。（二）在25W的叶子加上碘液，发现两个的颜色都差不多，颜色较深，可能是因为25W的光线已足够植物制造养分，所以在25W灯光下的植物，养分较多。一、光的强弱，对植物生长的影响？（一）从实验中发现，绿豆的茎都长的特别高，可能是因为给植物光照的时间不够，导致植物的叶子特别少，而茎却特别高，所以在实验中，植物高度的差异性很小，在下次实验的时候，光的瓦数差异要更大，光照的时间要很久，才能做出差异性较显著的实验。（二）当初，是把为发芽的绿豆埋进去，但是，每颗绿豆发芽的时间都不一样，导致实验有误差，下次做实验，应该把一样高的芽放在一起，才能减少实验的误差。二、光的颜色，对植物生长的影响？ 我们发现不同波长的光对植物生长发育有不同的影响。植物在行光合作用过程中，并不是所有波长的光能都可利用，光线中的红光与蓝光(红色光的波长范围为640-740nm，蓝色光为420-490nm)是被植物吸收最多的，并能促进叶绿素的形成，具有最大的光合活性(行光合作用的能力)。绿光容易被绿色叶子反射和透射，因此很少被吸收利用。但是在本次的实验中观察到照射紫光的绿豆长的最高,其次才是照射蓝光与红光的绿豆,是否还有其他的重要因素影响本次的实验，导致实验结果不如预期，是一个值得探讨的好问题。 三、光的强弱，对植物生产养分的影响 ？ 从实验中发现，植物滴上碘液以後，并没有明显的差距，可能是因为光照的时间不够久，导致叶子的养分都被拿来使用。在摘下来以後，都处於阴暗处，导致养分拿来供给叶子，使得实验并没有明显的差距，在下次的实验中，让植物照光时，照得久一点，并且放置在有阳光的地方，才能避免养分的流失。
无土栽培 无土栽培是在植物矿质营养学研究的基础上发展起来的一门新兴科学技术.它不用天然土壤,完全用化学溶液(营养液)栽培植物。 一、无土栽培的发展简史 人类对植物矿质营养的探索，可以追溯到公元前600年亚里斯多德的时代，但是目前比较公认的，有关植物矿质营养研究的最早科学报告是1600年Belgion Jan Van Helmant发表的著名的柳树实验。19世纪中叶（1842） Wiegmen 和 Polsloff第一次用重蒸馏水和盐类成功地培养植物，并证明了水中溶解的盐类是植物生长的必需物质。但这一时期的最杰出的代表人物，应当认为是 Van Liebig（1803－1873），他证明了植物体中的碳来自空气中的CO2，H和O来自NH3、NO3－，其它一些矿质元素均来自土壤环境。他的工作彻底否定了当时流行的腐殖质营养理论，建立了矿质营养理论的雏型，他的理论也是现代”营养耕作”理论的先导。 1838年德国科学家斯鲁兰格尔，鉴定出来植物生长发育需要15种营养元素。1859年德国著名科学家Sachs和Knop，建立了直到今天还沿用的、用溶液培养来植物矿质营养的方法。在此基础上，逐步演变和发展而成为今天的无土栽培实用科学技术。 1920营养液的制备达到标准化，但这些都是在实验室内进行的试验，尚未应用于生产。1929年美国加利福尼亚大学的W.F.Gericke 教授，利用营养液成功地培育出一株高7.5米的番茄，采收果实14公斤，引起人们极大的关注。被认为是无土栽培技术由试验转向实用化的开端。 1935年一些蔬菜和花卉种植者，在Gericke的指导下，进行了大规模的生产实践。首次把无土栽培发展到商业规模，面积最大的有0.8公顷。同时美国中西部发展了一些砂培和砾培的技术，水培技术也很快传到欧洲、印度和日本等地。Gericke教授并把无土栽培定义为”Hydroponics ”（hydor是”水”的意思，ponics意为”放置”）。 第二次世界大战期间，水培在生产上起了相当作用。在Gericke教授指导下，泛美航空公司在太平洋中部荒芜的威克岛上种植蔬菜，用无土栽培技术，解决了航班乘客和部队服务人员吃新鲜蔬菜问题。以后英国农业部也对水培发生兴趣，1945年伦敦英国空军部队在伊拉克的哈巴尼亚和波斯湾的巴林群岛开始进行无土栽培，解决了吃菜靠飞机由巴勒斯坦空运的问题。以后在圭亚那、西印度群岛、中亚的不毛沙地上，科威特石油公司等单位，都运用无土栽培为他们的雇员生产新鲜蔬菜。 由于无土栽培在世界范围内的不断发展，1955年9月，在荷兰成立了国际无土栽培学会。当时只有一个工作组、成员12人。而到了1980年召开的第五届国际无土栽培会议时，会员人数已发展到45个国家的300人。据不完全统计，全世界目前关于无土栽培的研究机构，大约在130个以上。栽培面积也不断扩大，在新西兰，50％的番茄靠无土栽培生产。在意大利的园艺生产中，无土栽培占有20％的比重。在日本无土栽培生产的草莓占总产量的66％、青椒占52％、黄瓜占37％、番茄占27％、总面积已达500公顷。荷兰是无土栽培面积最大的国家，1986年统计已有2500公顷。目前无土栽培技术，已在全世界100多个国家应用发展。 我国无土栽培技术在研究应用起步较晚，但较原始的无土栽培技术却有悠久历史。生豆芽、种水仙早有记载（至晚在宋代就有），但较正规的科学研究和生产试验，则是近十几年的事。山东农业大学于1975年开始用蛭石栽培西瓜、黄瓜、番茄等，均获成功，1987年在胜利油田推广面积达6000平方米。无土育苗技术已在我国广泛运用，北京市朝阳区1987年，无土育苗的数量，已占总育苗数量的33.5％。1985年在河北省农科院蔬菜研究所，召开了全国会议，成立了中国的无土栽培学组，并于1986、1987、召开了全国性的学术讨论会，出席者多达百人。1988年5月，中国首次出席了在荷兰召开的第七届国际无土栽培学会的年会，并在会上发表了论文，引起了很多国家的重视。 二、无土栽培的优点 无土栽培之所以能迅速在全世界范围内发展，是因为这种新的栽培技术与常规土壤比较有许多优点。 （一）产量高、品质好 无土栽培能充分发挥作物的生产潜力，与土壤栽培相比，产量可以成倍或几十倍地提高，如4-4-1所示。 上表说明土壤栽培不仅产量低，而且消耗水分很多。 北京农业大学园艺系在北京地区秋季进行大棚黄瓜无土栽培试验，自7月30日播种至9月14日，共计46天，浇水（营养液）共21.7立方米。若进行土培，46天中至少浇水5－6次，需用50－60立方米的水，统计结果，节水率为50-66.7％。节水效果非常明显，是发展节水型农业的有效措施之一。 无土栽培不但省水，而且省肥，一般统计认为土栽培养分损失比率约50％左右，我国农村由于科学施肥技术水分低，肥料利用率更低，仅30－40％，一半多的养分都损失了，在土壤中肥料溶解和被植物吸收利的过程很复杂，不仅有很多损失，而且各种营养元素的损失不同，使土壤溶液中各元素间很难维持平衡。而无土栽培中，作物所需要的各种营养元素，是人为配制成营养液施用的，不仅不会损失，而且保持平衡，根据作物种类以及同一作物的不同生育阶段，科学地供应养分，所以作物生长发育健壮，生长势强，增产潜力可充分发挥出来。 （三）清洁卫生 无土栽培施用的是无机肥料，没有臭味，也不需要堆肥场地。土栽培施有机肥，肥料分解发酵，产生臭味污染环境，还会使很多害虫的卵孳生，危害作物，无土栽培则不存在这些问题。尤其室内种花，更要求清洁卫生，一些高级旅馆或宾馆，过去施用有机花肥，污染环境，是个难以解决的问题，无土养花便迎刃而解。 （四）省力省工、易于管理 无土栽培不需要中耕、翻地、锄草等作业，省力省工。浇水追肥同时解决，由供液系统定时定量供给，管理十分方便。土培浇水时，要一个个地开和堵畦口，是一项劳动强度很大的作业，无土栽培则只需开启和关闭供液系统的阀门，大大减轻了劳动强度。一些发达国家，已进入微电脑控制时代，供液及营养液成分的调控，完全用计算机控制，几乎与工业生产的方式相似。 （五）避免土壤连作障碍 设施栽培中，土壤极少受自然雨水的淋溶，水分养分运动方向是自下而上。土壤水分蒸发和作物蒸腾，使土壤中的矿质元素由土壤下层移向表层，常年累月、年复一年，土壤表层积聚了很多盐分，对作物有危害作用。尤其是设施栽培中的温室栽培，一经建设好，就不易搬动，土壤盐分积聚后，以及多年栽培相同作物，造成土壤养分平衡，发生连作障碍，一直是个难以解决的问题。在万不得已情况下，只能用耗工费力的”客土”方法解决。而应用无土栽培后，特别是采用水培，则从根本上解决了此问题。土传病害也是设施栽培的难点，土壤消毒，不仅困难而且消耗大量能源，成本可观，且难以消毒彻底。若用药剂消毒既缺乏高效药品，同时药剂有害成分的残留还危害健康，污染环境。无土栽培则是避免或从根本上杜绝土传病害的有效方法。 （六）不受地区限制、充分利用空间 无土栽培使作物彻底脱离了土壤环境，因而也就摆脱了土地的约束。耕地被认为是有限的、最宝贵的、又是不可再生的自然资源，尤其对一些耕地缺乏的地区和国家，无土栽培就更有特殊意义。无土栽培进入生领域后，地球上许多沙漠、荒原或难以耕种的地区，都可采用无土栽培方法加以利用。例如在中东和墨西哥，人们在海滨沙滩上建立起了很多塑料温室，与海水淡化系统相结合，采用无土栽培技术，生产新鲜蔬菜，成为沙漠中的绿洲，这为解决地球上许多贫瘠地区人民生活的困难，带来了福音。 此外，无土栽培还不受空间限制，可以利用城市楼房的平面屋顶种菜种花，无形中扩大了栽培面积。据1986年的卫星测定，北京市就有平面屋顶16000多亩，如果充分利用起来，可以产生很大的经济效益和社会效益。 （七）有利于实现农业现代化 无土栽培使农业生产摆脱了自然环境的制约，可以按照人的意志进行生产，所以是一种受控农业的生产方式。较大程度地按数量化指标进行耕作，有利于实现机械化、自动化，从而逐步走向工业化的生产方式。目前在奥地利、荷兰、苏联、美国、日本等都有水培”工厂”，是现代化农业的标志。我国航空工业进出口公司，曾在1986年引进了日本的无土栽培设备，也建立了一座小型的水增工厂，参观学习的人络绎不绝，反映出人们对这一新技术的兴趣。 三、无土栽培的类型和方式 无土栽培的方式方法多种多样，不同国家、不同地区由于科学技术发达水平不同，当地资源条件不同，自然环境也千差万别，所以采用的无土栽培类型和方式方法各异。 目前比较普遍的分类方法，是根据作物根系的固定方法来区分。大体上可以分为无基质（也称介质）栽培和有基质栽培两大类（表4－4－3）。 （一）水培 水培是指植物根系直接与营养液接触，不用基质的栽培方法。最早的水培是将植物根系浸入营养液中生长，这种方式会出现缺O2现象，影响根系呼吸，严重时造成料根死亡。为了解决供O2 问题，英国Cooper在1973年提出了营养液膜法的水培方式，简称”NFT”(Nutrient Film Technique)。它的原理是使一层很薄的营养液（0.5－1厘米）层，不断循环流经作物根系，既保证不断供给作物水分和养分，又不断供给根系新鲜O2。NFT法栽培作物，灌溉技术大大简化，不必每天计算作物需水量，营养元素均衡供给。根系与土壤隔离，可避免各种土传病害，也无需进行土壤消毒。 （二）雾（气）培 又称气增或雾气培。它是将营养液压缩成气雾状而直接喷到作物的根系上，根系悬挂于容器的空间内部。通常是用聚丙烯泡沫塑料板，其上按一定距离钻孔，于孔中栽培作物。两块泡沫板斜搭成三角形，形成空间，供液管道在三角形空间内通过，向悬垂下来的根系上喷雾。一般每间隔2－3分钟喷雾几秒钟，营养液循环利用，同时保证作物根系有充足的氧气。但此方法设备费用太高，需要消耗大量电能，且不能停电，没有缓冲的余地，目前还只限于科学研究应用，未进行大面积生产。 （三）基质栽培 基质栽培是无土栽培中推广面积最大的一种方式。它是将作物的根系固定在有机或无机的基质中，通过滴灌或细流灌溉的方法，供给作物营养液。栽培基质可以装入塑料袋内，或铺于栽培沟或槽内。基质栽培的营养液是不循环的，称为开路系统，这可以避免病害通过营养液的循环而传播。 基质栽培缓冲能力强，不存在水分、养分与供O2之间的矛盾，且设备较水增和雾培简单，甚至可不需要动力，所以投资少、成本低，生产中普遍采用。从我国现状出发，基质栽培是最有现实意义的一种方式。 欧洲许多国家目前应用较多的基质是岩棉（rockwool），它是由60％的辉绿岩，20％石灰石和20％的焦碳混合后，在1600℃的高温下煅烧熔化，再喷成直径为0.005毫米的纤维，而后冷却压成板块或各种形状。岩棉的优点是可形成系列产品（岩棉栓、块、板等），使用搬运方便，并可进行消毒后多次使用。但是使用几年后就不能再利用，废岩棉的处理比较困难，在使用岩棉栽培面积最大的荷兰，已形成公害。所以，日本现在有些人主张开发利用有机基质，使用后可翻入土壤中做肥料而不污染环境。 四、无土栽培技术要点 不论采用何种类型的无土栽培，几个最基本的环节必须掌握，无土栽培时营养液必须溶解在水中，然后供给植物根系。基质栽培时，营养液浇在基质中，而后被作物根系吸收。所以对水质、营养液和所用的基质的理化性状，必须有所了解。 （一）水质 水质与营养液的配制有密切关系。水质标准的主要指标是电导度（EC），pH值和有害物质含量是否超标。 电导度（EC）是溶液含盐浓度的指标，通常用毫西门子（mS）表示。各种作物耐盐性不同，耐盐性强的(EC=10mS)如甜菜、菠菜、甘蓝类。耐盐中等(EC=4mS)，如黄瓜、菜豆、甜椒等。无土栽培对水质要求严格，尤其是水培，因为它不象土栽培具有缓冲能力，所以许多元素含量都比土壤栽培允许的浓度标准低，否则就会发生毒害，一些农田用水不一定适合无土栽培，收集雨水做无土栽培，是很好的方法。无土栽培的水，pH值不要太高或太低，因为一般作物对营养液pH值的要求从中性为好，如果水质本身pH值偏低，就要用酸或碱进行调整，既浪费药品又费时费工。 （二）营养液 营养液是无土栽培的关键，不同作物要求不同的营养液配方。目前世界上发表的配方很多，但大同小异，因为最初的配方本源于对土壤浸提液的化学成分分析。营养液配方中，差别最大的是其中氮和钾的比例。表4-4-4介绍了从50年代到80年代不同科学家所采用的配方，可供参考。 配制营养液要考虑到化学试剂的纯度和成本，生产上可以使用化肥以降低成本。配制的方法是先配出母液（原源），再进行稀释，可以节省容器便于保存。需将含钙的物质单独盛在一容器内，使用时将母液稀释后再与含钙物质的稀释液相混合，尽量避免形成沉淀。营养液的pH值要经过测定，必须调整到适于作物生育的PH值范围，水增时尤其要注意pH值的调整，以免发生毒害。 （三）基质的理化性状 用于无土栽培的基质种类很多，已在表4-4-3中列举，可供参考。可根据当地基质来源，因地制宜地加以选择，尽量选用原料丰富易得、价格低廉、理化性状好的材料做为无土栽培的基质。无土栽培对基质的要求是： 1．具有一定大小的固形物质。这会影响基质是否具有良好的物理性状。基质颗粒大小会影响容量。孔隙度、空气和水的含量。按着粒径大小可分为五级、即：1毫米；1－5毫米；5－10毫米；10－20毫米；20－50毫米。可以根据栽培作物种类、根系生长特点、当地资状况加以选择。 2．具有良好的物理性质。基质必须疏松，保水保肥又透气。南京农业大学吴志行等研究认为，对蔬菜作物比较理想的基质，其粒径最好以0.5-10毫米，总孔隙度>55％，容重为0.1-0.8克•厘米－3，空气容积为25－30％，基质的水气比为1：4。 3．具有稳定的化学性状，本身不含有害成分，不使营养液发生变化。基质的化学性状主要指以下几方面： PH值：反应基质的酸碱度，非常重要。它会影响营养液的pH值及成分变化。PH＝6－7被认为是理想的基质。 电导度(EC)：反映已经电离的盐类溶液浓度，直接影响营养液的成分和作物根系对各种元素的吸收。 缓冲能力：反映基对肥料迅速改变pH值的缓冲能力，要求缓冲能力越强越好。 盐基代换量：是指在pH＝7时测定的可替换的阳离子含量。一般有机机质如树皮、锯未、草炭等可代换的物质多；无机基质中蛭石可代换物质较多，而其它惰性基质则可代换物质就很少。 4．要求基质取材方便，来源广泛，价格低廉。浙江农科院园艺研究所选用南方农村广 为存在的砻糠灰（农村家庭饭用的燃料废渣），做无土栽培基质，栽培番茄，效果良好，大幅度降低了成本。 在无土栽培中，基质的作用是固定和支持作物；吸附营养液；增强根系的透气性。基质是十分重要的材料，直接关系栽培的成败。基质栽培时，一定要按上述几个方面严格选择。北京农业大学园艺系通过1986－1987年的试验研究，在黄瓜基质栽培时，营养液与基质之间存在着显著的交互作用，互为影响又互相补充。所以水培时的营养液配方，在基质栽培时，特别是使用有机基质时，会受基质本身元素成分含量、可代换程度等等因素的影响，而使配方的栽培效果发生变化，这是应当加以考虑的问题，不能生搬硬套。 （四）供液系统 无土栽培供液方式很多，有营养液膜（NFT）灌溉法、漫灌法、双壁管式灌溉系统、滴灌系统、虹吸法、喷雾法和人工浇灌等。归纳起来可以分为循环水（闭路系统）和非循环水（开路系统）两大类。目前生产中应用较多的是营养液膜法和滴灌法。 1． 营养液膜法（NET） （1）备三个母液贮液灌（槽）。一个盛硝酸钙母液，一个盛其它营养元素的母液，另一个盛磷酸或硝酸，用以调节营养液的pH。 （2）贮液槽。贮存稀释后的营养液，用泵将其液由栽培床高的一端的送入，由低的一端回流。液槽大小与栽培面积有关，一般1000平方米要求贮液槽容量为4－5吨。贮液槽的另一个作用就是回收由回流管路流回的营养液。 （3）过滤装置。在营养液的进水口和出水口要求安装过滤器，以保证营养液清洁，不会造成供液系统堵塞。 2． 滴灌系统的灌溉方法 （1）备两个浓缩的营养液罐，存放母液。一个液罐中含有钙元素，另一个是不含钙的其它元素。 （2）浓酸罐。用业调节营养液的PH。 （3）贮液槽。用来盛按要求稀释好的营养液。一般300－400平方米的面积，贮液槽的容积1－1.5吨即可。贮液槽的高度与供液距离有关，只要高于1米，就可供30－40米的距离。如果用泵抽，则贮液槽高度不受限制。甚至可在地下设置。 （4）管路系统。用各种直径的黑色塑料管，不能用白色，以避免藻类的孳生。 （5）滴头。固定在作物根际附近的供液装置，常用的有孔口式滴头和线性发丝管。孔口式滴头在低压供液系统中流量不太均匀，发丝管比较均匀。但共同的问题是易堵塞，所以在贮液槽的进出口处，也必须安装过滤器，滤出杂质。 五、无土栽培前景展望 从历史上来看，农业文明标志，就是人类对作物生长发育的干预和控制程度。实践证明，对作物地上部分的环境条件的控制，比较容易做到，但对地下部分的控制（根系的控制），在常规土培条件下很困难的。无土栽培技术的出现，使人类获得了包括无机营养条件在内的，对作物生长全部环境条件进行精密控制的能力，从而使得农业生产有可能彻底摆脱自然条件的制约，完全按照人的愿望，向着自动化、机械化和工厂化的生产方式发展。这将会使农作物的产量得以几倍、几十倍甚至成百倍地增长。 从资源的角度看，耕地是一种极为宝贵的、不可再生的资源。由于无土栽培可以将许多不可耕地加以开发利用，所以使得不能再生的耕地资源得到了扩展和补充，这对于缓和及解决地球上日益严重的耕地问题，有着深远的意义。无土栽培不但可使地球上许多荒漠变成绿洲，而且在不久的将来，海洋、太空也将成为新的开发利用领域。美国已将无土栽培列为国该国本世纪要发展的十大高技术交流会上，就是关于宇宙空间植物栽培的研究报告，那只能是无土栽培。因而无土栽培技术在日本，已被许多科学家做为研究”宇宙农场”的有力手段，人们称为太空时代的农业，已经不再是不可思议的问题。 水资源的问题，也是世界上日益严重地威胁人类的生存发展的大问题。不仅在干旱地区，就是在发达的人口稠密的大城市，水资源紧缺也越来越突出。随着人口的不断增长，各种水资源被超量开采，某些地区已近枯竭。所以控制农业用水是节水的措施之一，而无土栽培，避免了水分大量的渗漏和流失，使得难以再生的水资源得到补偿。它必将成为节水型农业、旱区农业的必由之路。 诚然，无土栽培技术在走向实用化的进程中也存在不少问题。突出的问题是成本高、一次性投资大；同时还要求较高的管理水平，管理人员必须具备一定的科学知识，这也不是任何地方都能做到的。 从理论上讲，进一步研究矿质营养状况的生理指标，减少管理上的盲目性，也是有待解决的问题。此外，无土栽培中的病虫防治，基质和营养液的消毒，废弃基质的处理等等，也需进一步研究解决。 无土栽培在我国刚刚起步，还未广泛用于生产，特别是设施条件，供液系统工程本身，还未形成专门生产行业。由于种种因素限制，使得栽培技术与农业工程技术还不能协调同步，致使无土栽培技术在我国发展的速度，不如发达国家那样迅速。但是随着科学技术的发展、提高，更重要的是这项新技术本身固有的种种优越性，已向人们显示了无限广阔的发展前景。
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《激光扫描共聚焦显微镜系统及其在细胞生物学中的应用》 摘要激光扫描共聚焦显微镜是近十年发展起来的医学图象分析仪器，现已广泛应用于荧光定量测量、共焦图象分析、三维图象重建、活细胞动力学参数监测和胞间通讯研究等方面。其性能为普遍光学显微镜质的飞跃，是电子显微镜的一个补充。本文以美国Meridian公司的ACASULTIMA312为例简要介绍了激光扫描共聚显微镜系统的结构，功能和生物学应用前景。 关键词; 激光；共聚焦显微镜；粘附细胞分析与筛选（ACAS） TheLaserScanningConfocalMicroscopySystemanditsBiologicalApplications ChenYaowen,LinJielong,LaiXiaoying,MeiPinchao (ShantouUni.Med.College,CentralLab,ShantouGuangdong515031) AhstractTheLaserScanningConfocalMicroscopyisanewmedicalimageanalysisinstrument,whichisdevelopedinthelastdecade.Nowitiswidelyappliedinsuchfieldsasfluorescentquantitativemeasurement,conpocalimageandlyusis,3-Dreconstruction,Kineticsignalmonitioringoflivingcell,cellcellcommunicationresearches,etc.Inthispaper,ACSAULTIMA312(MeridianCo,USA)istakenasanexampletointroducetheprincipleofconfocalmicroscopy,itsfunetionsandbiologicalapplications. KeywordsLaserConfocalMicroscopyAdherentCellAnalysisandsorting(ACSA) 激光扫描共聚焦显微镜（LaserscanningConfocalMicroscopy，简称LSCM）是近代生物医学图象仪器的最重要发展之一，它是在荧光显微镜成象的基础上加装激光扫描装置，使用紫外光或可见光激发荧光探针，利用计算机进行图象处理，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图象，以及在亚细胞水平上观察诸如Ca2+、pH值、膜电位等生理信号及细胞形态的变化。已广泛应用于细胞生物学、生理学、病理学、解剖学、胚胎学、免疫学和神经生物学等领域[1、2、3]，对生物样品进行定性、定量、定时和定位研究具有很大的优越性，为这些领域新一代强有力的研究工具。 创建于1983年的美国Meridian公司，在90年代推出的“激光扫描共聚焦显微镜”这一项具有划时代的义意的高科技产品，曾获得美国“政府新产品奖”和两次“高科技领先技术奖”，它能达到每秒120幅画面的高速扫描激光共聚焦观察，可提供实时，真彩色的激光共聚焦原色图象。我院最近引起的ACASuLTIMA312是Meridian公司最新的高科技产品，为同类仪器中档次最高、功能最全的精密仪器。现以该仪器为例介绍激光扫描共聚焦显微镜系统及其在细胞生物学中的应用。 1、激光扫描共聚焦显微镜成像原理及组成 有关共聚焦显微镜的某些技术原理，早在1957年就已提出，二十年后由Brandengoff在高数值孔径透镜装置上改装成功具有高清晰度的共聚焦显微镜[5]，1985年WijnaendtsVanResandt发表了第一篇有关激光扫描共聚焦显微镜在生物学中应用的文章，到了1987年，才发展成现在通常意义上的第一代激光扫描共聚焦显微镜。 激光扫描共聚焦显微镜成像原理如图1所示，激光器发出的激光束经过扩束透镜和光束整形镜，变成一束直径较大的平行光束，长通分色反射镜使光束偏转90度，经过物镜会聚在物镜的焦点上，样品中的荧光物质在激光的激发下发射沿各个方向的荧光，一部分荧光经过物镜、长通分色反射镜、聚焦透镜、会聚在聚焦物镜的焦点处，再通过焦点处的针孔，由检测器接收。 从图1中可以看出，只有在物镜的焦平面上发出的荧光才够到达检测器，其它位置发出的光均不能过针孔。由于物镜和会聚透镜的焦点在同一光轴上，因而称这种方式成像的显微镜为共聚焦显微镜为共聚显微镜。在成像过程中针孔起着关键作用，针孔直径的大小不仅决定是以共聚焦扫描方式成像还是以普遍学显微镜扫描方式成像，而且对图像的对比度和分辨率有重要的影响。 ACASULTIMa312采用快速镜扫描或台阶扫描对样品逐点扫描成像，由于样品中不同的扫描点始终在物镜和会聚透镜的光轴上，因而它以相同的信噪比扫描整个样品，扫描精度达0.1μm，扫描面积最大的为10cm×8cm，当激光逐点扫描样品时，针孔后的光电倍增管也逐点获得对应光点的共聚焦图像，并将之转化为数字信号传输至计算机，最终在屏幕上聚合成清晰的整个焦平面的共聚聚焦图像。一个微动步进马达控制栽物台的升降，使焦平面依次位于标本的不同层面上，可以逐层获得标本相应的光学横断面的图像。这称为“光学切片”。再利用计算机的图像处理及三维重建软件。可以得到高清晰度来表现标本的外形剖面，十分灵活、直观地进行形态学观察。 2、激光扫描共聚焦显微镜硬件和软件系统 2.1ACASULTIMa312硬件及参数指标 激光光源：氩离子激光（50mW的紫外光、999mW的可见光），能同时/顺序/分别输出紫外光和可见光，激发波长为351-364nm；488nm；514nm。 计算机系统：80586/133MHzPCI/80MBRAM/2000MBSCSI硬盘/150MBBernoulli盘驱动器/17’’大屏幕显示器。 共聚焦系统：计算机自动控制光路准调节；计算机控制孔径校准；计算机调节孔径大小；自动Z轴调节（最小0.1μm）。 光学探测系统：3个测窗式PMT采集荧光；1个CCD系统；12位的高速A/D转换器。 图像分辨率：图像大小1535×1535；像素最小距离：0.1μm；灰度为4096级。 扫描方式：快速镜扫描DualScan台阶扫描；扫描精度0.1μm；扫描面积最大为10cm×8cm；扫描平面：XY和XZ和独特点、线、面扫描。2.2激光扫描共聚焦显微镜软件系统 ACASULTIMa312系统采用独特设计的软件将激光细胞仪与先进的计算机技术结合，产生快速、高效、灵活的操作系统，完备的数据采集、分析与管理功能。基于生物医学研究有如下的软件。 ImageAnalyze—对于单色、比色和三色标记的二维荧光图像的定量分析，可产生透射光图像重叠，同时AutoImage可多个区域的自动扫描和荧光定量，以及相同区域的时间顺序扫描。 RatioAnalysis和Kinetics—测定细胞内的离子变化，可有点扫描、线扫描及图像扫描三种测定形式，以监测各种速率的生物反应。 Cell–CellCommunicationandFRAP-相邻细胞的FRAP分析。该软件首先用可光淬灭特异的细胞荧光，然后在多个时间点扫描，此扫描可对单一区域或细胞的多个选择区域，可产生透射光图像并与其它图像重叠。 CellList—储存被选择细胞的位置，即可自动对较大样品进行扫描，又可产生较小样品特异部位的网络位置表，以进行自动的测量、筛选和重复测定。 CellSorting—ACAS具备如下四种分选方式： AblationSort:预选定义一个荧光阈值，然后对特定细胞杀伤。②CookieCutterSort在用户定义的中心点四周切割Cookies。③QuickSort：对已定义的细胞表列，用Ablation或CookieCutter作分选。④ManualSort：直接使用鼠标控制载物台位置及激光脉冲，并杀灭和分选细胞，进行细胞显微外科，染色体切割和光隐阱等操作。 ConfocalImaging—共聚焦分析，可实现Z轴定量，三维立体图像分析（包括SFP模拟荧光处理法，DP深度投影法和SP文体投影法），以及视点移动动画。 3激光扫描共聚焦显微镜在细胞生物学中的应用 3.1定量荧光测量 ACAS可进行重复性极佳的低光探测及活细胞荧光定量分析。利用这一功能既可对单个细胞或细胞群的溶酶体，线粒体、DNA、RNA和受体分子含量、成份及分布进行定性及定量测定，还可测定诸如膜电位和配体结合等生化反应程度。此外，还适用于高灵敏度快速的免疫荧光测定，这种定量可以准确监测抗原表达，细胞结合和杀伤及定量的形态学特性，以揭示诸如肿瘤相关抗原表达的准确定位及定量信息。 3.2定量共聚焦图像分析 借助于ACAS激光共焦系统，可以获得生物样品高反差、高分辨率、高灵敏度的二维图像。可得到完整活的或固定的细胞及组织的系列及光切片，从而得到各层面的信息，三维重建后可以揭示亚细胞结构的空间关系。能测定细胞光学切片的物理、生物化学特性的变化，如DNA含量、RNA含量、分子扩散、胞内离子等，亦可以对这些动态变化进行准确的定性、定量、定时及定位分析。 3.3三维重组分析生物结构 ACAS使用SFP进行三维图像重组，SFP将各光学切片的数据组合成一个真实的三维图像，并可从任意角度观察，也可以借助改变照明角度来突出其特征，产生更生动逼真的三维效果。 3.4动态荧光测定 Ca2+、pH及其它细胞内离子测定，利用ACAS能迅速对样品的点，线或二维图像扫描，测量单次、多次单色、双发射和三发射光比率，使用诸如Indo-1、BCECF、Fluo-3等多种荧光探针对各种离子作定量分析。可以直接得到大分子的扩散速率，能定量测定细胞溶液中Ca2+对肿瘤启动因子、生长因子及各种激素等刺激的反应，以及使用双荧光探针Fluo-3和CNARF进行Ca2+和pH的同时测定。 3.5荧光光漂白恢复（FRAP）--活细胞的动力学参数 荧光光漂白恢复技术借助高强度脉冲式激光照射细胞某一区域，从而造成该区域荧光分子的光淬灭，该区域周围的非淬灭荧光分子将以一定速率向受照区域扩散，可通过低强度激光扫描探测此扩散速率。通过ACAS可直接测量分子扩散率、恢复速度，并由此而揭示细胞结构及相关的机制。 3.6胞间通讯研究 动物细胞中由缝隙连接介导的胞间通讯被认为在细胞增殖和分化中起非常重要的作用。ACAS可用于测定相邻植物和动物细胞之间细胞间通讯，测量由细胞缝隙连接介导的分子转移，研究肿瘤启动因子和生长因子对缝隙连接介导的胞间通讯的抑制作用，以及胞内Ca2+,PH和cAMP水平对缝隙连接的调节作用。 3.7细胞膜流动性测定 ACAS设计了专用的软件用于对细胞膜流动性进行定量和定性分析。荧光膜探针受到极化光线激发后，其发射光极性依赖于荧光分子的旋转，而这种有序的运动自由度依赖于荧光分子周围的膜流动性，因此极性测量间接反映细胞膜流动性。这种膜流动性测定在膜的磷脂酸组成分析、药物效应和作用位点，温度反应测定和物种比较等方面有重要作用。 3.8笼锁—解笼锁测定 许多重要的生活物质都有其笼锁化合物，在处于笼锁状态时，其功能被封闭，而一旦被特异波长的瞬间光照射后，光活化解笼锁，使其恢复原有活性和功能，在细胞的增值、分化等生物代谢过程中发挥功能。利用ACAS可以人为控制这种瞬间光的照射波长和时间，从而达到人为控制多种生物活性产物和其它化合物在生物代谢中发挥功能的时间和空间作用。 3.9粘附细胞分选 ACAS是目前唯一能对粘附细胞进行分离筛选的分析细胞学仪器，它对培养皿底的粘附细胞有两种分选方法：（1）Coolie-CutterTM法，它是Meidian公司专利技术，首先将细胞贴壁培养在特制培养皿上，然后用高能量激光的欲选细胞四周切割成八角形几何形状，而非选择细胞则因在八角形之外而被去除，该分选方式特别适用于选择数量较少诸如突变细胞、转移细胞和杂交瘤细胞，即使百万分之一机率的也非常理想。（2）激光消除法，该方法亦基于细胞形态及荧光特性，用高能量激光自动杀灭不需要的细胞，留下完整活细胞亚群继续培养，此方法特别适于对数量较多细胞的选择。 3.10细胞激光显微外科及光陷阱技术 借助ACAS可将激光当作“光子刀”使用，借此来完成诸如细胞膜瞬间穿孔、切除线粒体、溶酶体等细胞器、染色体切割、神经元突起切除等一系列细胞外科手术。通过ACAS光陷阱操作来移动细胞的微小颗粒和结构，该新技术广泛用于染色体、细胞器及细胞骨架的移动。 4、结语 激光扫描共聚焦显微镜是近十年发展起来的医学图像分析仪器，与传统的光学显微镜相比，大大地提高了分辨率，能得到真正具有三维清晰度的原色图象。并可探测某些低对比度或弱荧光样品，通过目镜直接观察各种生物样品的弱自发荧光。能动态测量Ca2+、pH值，Na1+、Mg2+等影响细胞代谢的各种生理指标[9]，对细胞动力学研究有着重要的意义。同时激光扫描共聚显微镜可以处理活的标本，不会对标本造成物理化学特性的破坏，更接近细胞生活状态参数测定。可见激光扫描共聚焦显微镜是普遍显微镜上的质的飞跃，是电子显微镜的一个补充，现已广泛用于荧光定量测量，共焦图像分析，三维图像重建、活细胞动力学参数分析和胞间通讯研究等方面，在整个细胞生物学研究领域有着广阔的应用前景。
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