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  1960年,植物首次在兩個不同的任務Sputnik 4和Discoverer 17進入地球軌道。在前項任務中,將小麥,豌豆,玉米,洋蔥種子運送到太空中,後者的任務是將蛋白核小球藻細胞帶入軌道。後來在各種孟加拉、中國和蘇聯聯合任務下進行植物實驗,包括生物衛星II(生物衛星方案)、天空實驗室3號、天空實驗室4號、阿波羅-聯盟測試計劃、史普尼克1號、東方計劃和探測器號。  一些最早的研究結果顯示了低重力對根和枝條取向的影響。隨後的研究繼續研究了低重力對植物的生物,細胞和亞細胞水平的影響。在有機體水平上,例如松果、燕麥、綠豆、萵苣、豆科、水芹、擬南芥等多種物種在低重力作用下表現出幼苗,根和苗的生長減少,而萵苣在宇宙上種植顯示出空間增長的相反效應。礦物攝入似乎也受到在太空生長的植物的影響。例如:在太空中生長的豌豆表現出磷和鉀的水平增加,並且二價陽離子鈣,鎂,錳,鋅和鐵的含量降低。

  1996年,美國太空總署(NASA)贊助斯通納公司研究的天然液體生物防治技術,被稱為ODC(有機疾病控制),可以啟動植物生長而不需要農藥作為控制閉環培養系統中病原體的手段。  到1997年,斯通納的生物控制實驗由美國航空航天局進行。BioServe Space Technologies的GAP技術(微型生長室)將ODC解決方案交付給豆類種子。 美國太空總署的實驗登上和平號太空站和太空梭證實,當在一個封閉的環境,適用於豆類ODC增加引起的發芽率,發芽較好,增加生長和天然植物疾病機制。ODC現在是農藥標準 - 自由氣培生長和有機農業。ODC符合有機農場的USDA NOP標準。

  摘要:研究目的是確定和展示各種重力環境中高效植物生長的技術。  例如,一個低重力環境,帶來了有效把水和其他營養物質帶入植物的問題,影響廢水回收。空間低重力環境中的食品生產提供了進一步的挑戰,例如儘可能減少用水量,處理水量和系統重量。月球或火星等行星體上的食物生產也需要處理低重力 由於這些各種重力環境對流體動力學的影響,養分輸送系統一直是植物生長系統優化的重點。

  水耕農民必須做出的最明顯的決定之一是他們應該使用哪種基材。不同的基材適合不同的種植技術。

  烘焙粘土顆粒適用於水耕系統,其中所有營養素都在水溶液中小心控制。粘土顆粒是惰性的,pH中性,不含任何營養價值。  將粘土製成圓形顆粒,並在中在迴轉窯中燒製。這使得粘土像爆米花一樣膨脹,變得多孔。它重量輕,並且不會隨著時間的推移而緊湊。根據品牌和製造工藝,單個顆粒的形狀可以是不規則的或均勻的。製造商認為膨脹粘土是一種生態可持續和可重複使用的生長介質,因為它具有清潔和消毒的能力,通常使用白醋、氯漂白劑或過氧化氫溶液中洗滌,並完全沖洗。  另一種觀點認為,在作物顯示出這種增長後,粘土鵝卵石最好不要重複使用,即使它們被清潔,因為根部生長可能會穿進基材。在作物顯示出這種增長後 。

  Growstones由玻璃廢料製成,比珍珠岩和泥炭具有更多的空氣和水保留空間。這種骨料比煮熟的稻殼儲存更多的水。 Growstones 按體積計由0.5至5%碳酸鈣組成。 – for a standard 5.1 kg bag of Growstones that corresponds to 25.8 to 258 grams of calcium carbonate. The remainder is soda-lime glass.

  椰子纖維,椰子纖維是從椰子的最外層(墊子)中除去纖維後的剩餘材料。椰子纖維是一種100%純天然生長和開花培養基。椰子纖維被木黴菌定植,保護根和刺激根生長。由於其完美的空氣、水比例,植物根系在這種環境中茁壯成長,因此過度澆水椰殼極其困難。椰子纖維具有較高的離子交換能力,這意味著它可以儲存未使用的礦物質,以便在需要時將其釋放到植物中。椰子纖維有多種形式,最常見的是椰子泥炭,它具有土壤的外觀和質地,但不含礦物質。

  稻殼是農業副產品否則幾乎沒有使用。但是它們會隨著時間的推移而腐爛,方便排水, 甚至比生長石保留更少的水。

  珍珠岩是一種火山岩,已經過度加熱成非常輕質的膨脹玻璃鵝卵石。它是鬆散的或浸在水中的塑料套管使用。它還用於灌封土壤混合物以降低土壤密度。珍珠岩具有類似的性質並且用於蛭石但是,通常,保持更多的空氣和更少的水並且是浮力的。

  像珍珠岩一樣,蛭石是一種過熱的礦物,直到它變成淺卵石。蛭石比珍珠岩含有更多的水,並具有天然的“芯吸”特性,可以在被動的水耕系統中吸取水分和養分。如果植物根部周圍有太多水和空氣不足,則可以通過混合增加量的珍珠岩逐漸降低基材的保水能力。

  與珍珠岩一樣,浮石是一種輕質,開採的火山岩,可用於水耕。

  沙子價格便宜且容易買到。但是,它很重,不能很好的保留水分。

  水族箱中使用的相同型別,但可以使用任何小礫石,只要先將其清洗乾淨即可。實際上,在典型的傳統礫石過濾床中生長的植物,使用電動動力泵迴圈的水,實際上是使用礫石水栽法生長的。礫石便宜,易於保持清潔,排水良好,不會淹水。然而,它也很重,並且,如果系統不提供連續的水,植物根部可能會變幹。

  木纖維,由木材經過化學處理、機械法加工得到產生,是用於水栽法的非常有效的有機基質。它的優點是它可以保持很長時間的結構。自早期水耕研究就開始使用。

  羊毛是一種很少使用但很有前景的可再生生長基材。在一項比較羊毛與泥炭板、椰子纖維板、珍珠岩和岩棉板生長黃瓜植物的研究中,羊毛的空氣容量增加了70%,隨著使用量減少了43%,水容量增加了23%。使用率為%至44%。 使用綿羊毛導致測試底物的產量最高,而施用由腐殖酸,乳酸和枯草芽孢桿菌組成的生物刺激劑提高了所有底物的產量。

  岩棉是水耕中使用最廣泛的介質。岩棉是一種惰性基質,適用於執行廢物和再迴圈系統。岩棉由熔融岩石,玄武岩或“爐渣”製成,紡成單束纖維束,並粘合到能夠產生毛細管作用的介質中,實際上可以防止大多數常見的微生物降解。岩棉通常僅用於幼苗階段,或者用於新移植的植物,可以在植物基礎上保留其壽命。  岩棉具有許多優點和一些缺點。優點包括其作為商業水耕基質的已證實的效率和有效性。缺點處理時可能造成面板上的刺激。  岩棉產品可以設計成容納大量的水和空氣,有助於根[和[水栽]]的根系生長和養分吸收,它們的纖維性質也提供了良好的機械結構,使植物保持穩定。  岩棉的天然高pH使它們最初不適合植物生長,需要搭配具有適當穩定pH的羊毛。

  

  水溶液的配方是植物營養的應用,其營養缺乏症狀與傳統土壤農業中發現的相反。然而,水耕溶液的潛在化學性質可以通過許多重要方式與土壤養分不同。重要的區別包括:  與傳統農業一樣,應調整營養素以滿足每種特定植物品種的 萊比錫最少量律。然而,通常可接受的營養液濃度存在,大多數植物的最小和最大濃度範圍有些相似。大多數營養液混合濃度為1,000至2,500 ppm。各個營養離子的可接受濃度(包括總ppm數字)總結在下表中。對於必需營養素,低於這些範圍的濃度通常會導致營養素缺乏,而超過這些範圍會導致植物出現毒害症狀。植物品種的最佳營養濃度可通過經驗或植物組織試驗找到。

  有機肥可用於補充或完全替代常規水培溶液中使用的無機化合物。然而,使用有機肥料引入了許多難以解決的挑戰。 例子包括:  然而,如果採取預防措施,有機肥料可以成功地用於水栽法。

  合適的材料的例項,其平均營養含量以乾燥質量百分比表示,列於下表中。

  微量營養素也可以來自有機肥料。例如:堆肥針葉樹皮錳含量高,有時用於滿足水耕溶液中的礦物質需求。

  除螯合鐵外,還可加入腐植酸以增加營養攝取。

  

  將營養濃度和pH值管理在可接受的範圍內對於成功的水耕園藝至關重要。  用於管理水耕解決方案的常用工具包括:

  先進的裝置也可用於執行營養液的準確化學分析。例子包括::  使用先進的水耕溶液裝置對任何背景的種植者都有益,因為營養液通常是可重複使用的。因為營養液幾乎從未完全耗盡,並且永遠不應該由於不可接受的低滲透壓造成的,舊的解決方案用新營養素重新強化可以節省種植者的錢並且可以控制點源汙染。

  雖然預先混合的濃縮營養液通常由水培愛好者和小型商業種植者從商業營養品製造商處購買,但是存在若干工具來幫助任何人在沒有廣泛的化學知識的情況下製備他們自己的解決方案。  水耕營養配方計算器可以通過簡單的JavaScript介面使用。

  通常使用個人混合溶液培養液對於業餘愛好者或小規模商業種植者來說是不切實際的,因為商業產品可以合理的價格獲得。  這些產品通常作為三部分配方購買,強調某些營養作用。  例如,營養生長(即高氮),開花(即高鉀和磷)和微量營養素溶液(即微量礦物質)的溶液很受歡迎。這些多部分肥料的時間和應用應與植物的生長階段相吻合。例如,在一年生植物 生物生命週期結束時,應限制植物高氮肥。在大多數植物中,氮限制抑制營養生長並有助於誘導開花。
水耕栽培(英文:英語:Hydroponics,簡稱為水培),是一種不使用土壤種植植物的技術,只透過水攜帶供植物生長所需的營養成分,或是兼使用支撐植物根部的材質,例如:珍珠岩、礫石、木質纖維、砂粒、泡棉。由於不需用土壤,故又稱無土栽培。