邁向成功的水耕栽培

導讀

水耕栽培 (Hydroponics) 的英文名稱是由 Gericke (1937) 首創，其中，Hydro 代表水，ponics 代表工作方式。水耕栽培是一種將肥料溶解於水中，讓植物根系直接吸收養分的系統，該系統不使用天然土壤，可使用營養液直接栽培或使用非土基質諸如無機岩綿、海綿或有機樹皮、椰殼/椰纖、水草、泥炭土和蛭石等進行栽培並澆灌營養液的栽培方式，因此，水耕栽培又可稱為營養液栽培。與土壤栽培相比，水耕栽培優點為:1）避免植物受到土壤微生物、重金屬等的影響；2）避免連作障礙；3）高效利用肥料； 4）促進植物快速生長；5）獲得潔淨安全的農產品等。

在發展的早期，水耕栽培僅代表完全不用土壤，根系局部接觸 (如營養液膜技術，Nutrient Film Technique，NFT，圖 1 ) 或者是完全浸泡 (如深液流技術， Deep Flow Technique，DFT，圖 2)於營養液中的一種栽培方式。隨著技術的發展，其涵蓋範圍也得以擴展，涵蓋了使用泥炭土、樹皮、椰殼/椰纖等有機非土基質或者海棉、岩棉等無機非土基質的栽培方式，養分供應方式一般為滴灌 (drip irrigation) 或潮汐灌溉 (Ebb and Flood/Flow)，也可以包括根系懸於空氣中的氣霧培(Aeroponics)的栽培方式。

近年來，設施園藝中營養液栽培所涉及的軟硬體技術不斷進步，設施也由簡易塑膠拱棚、環境因子得到精確調控的溫室，發展到完全密閉式的人工光植物工廠；日新月異的栽培系統與高效率的操作模式為現代農業開創了嶄新的篇章。雖然，設施很少會用來種植糧食作物，主要是基於糧食作物的售價偏低，經濟效益低的考慮，但是水耕栽培中的滴灌技術卻早已應用於糧食作物的大田栽培，如根莖類作物和山坡地的果樹栽培等。

早期，少數消費者可能還會對水耕栽培所使用的化學肥料是否會對健康造成影響存在疑慮，對人工光植物工廠中使用人工光源代替太陽光也存有質疑。但隨著全球營養液栽培面積每年以數千公頃的漲幅持續增加，人工光植物工廠亦如雨後春筍般在全球生根發芽。近些年，人們對水耕栽培和植物工廠產品安全性的質疑和顧慮也隨之減少，目前考慮最多的還是生產的經濟性問題。

不管是哪種水耕栽培方式，植物的根系都要局限在一個較小的栽培空間內，局部或全部的根系長期浸泡在營養液中，營養液的濃度、組成、溶氧量、pH值和液溫等根際環境，都會直接影響根系的生長發育。營養液液位越低，植物受環境影響越大，例如，受環境影響程度NFT系統大於DFT系統，液位10公分的DFT系統大於液位80公分的DFT系統，影響大即表示緩衝能力差。相比之下，傳統的土耕對根際環境具有較大的緩衝能力。可知，水耕栽培液位較低時，只要根際環境中出現某一不適於生長的條件時，就會引起根部相應生理機能的變化，致使整株植物生長不良。 因此，水耕栽培要維持根部的健康生長，就必須經常保持適宜的根際環境，在日常管理要求上，要比土耕更加嚴格。

水耕栽培條件下，溶於營養液的每一種肥料成分，在營養液迴圈時都能與根系充分接觸，從而大大增加肥料的吸收利用效率，果菜類的水耕栽培尤為明顯，其莖葉顯得特別繁茂，與土耕的生長狀況相比有顯著的差異。區別於傳統土耕，水耕栽培的根際環境可根據需要隨時進行調整，不會對根系造成任何生理性傷害。

本文主要包括兩大部分系統介紹營養液栽培相關技術：第一部分首先介紹水耕栽培相關基礎知識，並嘗試解釋入門者可能面臨的疑惑點，其次說明如何應用這些基礎常識，針對實際生產中可能會面臨的一些問題，介紹可行的解決對策。第二部分則首先重點介紹果菜類、葉菜類、香料類等作物的經典營養液配方，其次介紹近期功能性蔬菜研究成果與產業發展動向。

應該知道的早知道

高等植物生長所必需的16 種元素，包括碳(C)、氫(H)、氧(O) ，氮(N)、磷(P)、鉀(K) 、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S) 9種巨量元素和鐵(Fe)、錳(Mn)、硼(B)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉬(Mo)、氯 (Cl) 7種微量元素，其中碳(C)、氫(H)、氧(O)來自水和空氣，水中如有有機碳，亦可被根系吸收。此外矽(Si)、鎳(Ni)、鈉(Na) 三種特殊元素也需要注意。 表 1 出示了19種元素的原子量、原子價、有效型態與當量重。

水耕栽培對原水水質的要求

水質與營養液的配製關係密切。水質檢測主要指標有電導度、酸鹼度和有害物質含量等。調配營養液使用的原水，通常來自回收的雨水、井水、湖水和自來水，其要求與符合衛生規範的飲用水相當。硬度不宜過高，酸鹼度在6.5 - 8.5之間，氯化鈉含量需小於2 mmol/L，重金屬如汞、鎘、鉛等對人體健康有害的元素或有機污染物含量不可超標。

自來水的EC值約為0.1～0.2 dS/m，雖然符合使用標準，但是由於自來水常添加氯氣進行消毒，因此，在使用前最好能放置一夜。如果能進行通氣使自來水中的氯氣完全消散，則使用會更安全。配置大量營養液時，可以使用海波(Na₂S₂O₃₅H₂O)進行處理，1噸水中約加入2.5～3克海波。 颱風或大雨過後，水庫的水質通常會因山洪發生而變差，水處理公司會加大氯氣使用濃度，此時的自來水將不合乎原水的水質要求，為了得到理想的自來水，需要採用過濾（含有活性碳）和紫外線滅菌的設備進行制水。若使用地表湖水、江水、或地下水，通常需要過濾之後測量EC值來判斷是否適合作為水耕栽培的原水。

水耕栽培對營養液的要求

營養液是根據植物對礦物質成分的需求，溶解一定數量和比例的無機鹽於水中配製而成的。作為水耕栽培的營養液，必須達到以下要求：

　　• 養分種類齊全：含有植物生長發育所必需的全部營養元素，包括巨量、次量和微量元素。

　　• 養分比例適當：礦物質元素應根據不同植物需要，提供相應量和比例的平衡營養液。

　　• 肥料完全溶解：所配製的無機鹽應該能夠完全溶解於水，且呈離子狀態，才能夠被植物所吸收利用。

　　• 濃度恰當：不含有害或有毒成分，酸鹼度和離子濃度利於養分吸收，適於根系生長。

　　• 經濟性好：取材容易，用量小，成本低。

營養液濃度表示方法

營養液濃度的表示方法可分為直接標記法和間接標記法(表 2)，直接標記法是用一定重量或一定體積的溶液中所含溶質的量來表示溶液的濃度，間接標記法則使用電導度、滲透壓等間接方式反映溶液中的總離子濃度。水耕栽培營養液常用一定體積溶液中含有溶質的量來表示其濃度。主要有四種直接標記法與兩種間接標記法，不同濃度標記法之間也能彼此換算。

無論是用於營養液配方的計算還是實際肥料的稱量，重量標記法都較其他表示方式方便。然而，養分吸收時，最重要的是離子濃度，而不是元素或離子重量。因此，當討論營養液組成時，通常採用以離子數為基礎的毫當量濃度，較有意義。至於微量元素，由於其濃度較低，元素間較不易互相制衡，以ppm (當溶液極低時，mg/L = mg/kg = ppm)表示即可。電導度標記法則因儀器使用方便，在栽培過程的濃度管理中使用較為方便。

通常巨量元素以 me/L(1 升水中的毫克當量數)或 ppm 表示，微量元素以μM 、μmol/L或ppm 表示。當量為元素的原子量除以原子價之值 (克當量)，其 1/1000 即為 毫克當量 (me)。例如，K 的原子量為39.1，原子價為1，1 me = 39.1÷1 = 39.1 mg，Ca 和 Mg 的原子量分別為40和24.3，其原子價皆為2，Ca 的 1 me = 40 ÷ 2 = 20 mg，Mg 的 1 me = 24.3 ÷ 2 = 12.2 mg。因此，39.1 mg 的 K 或 20 mg 的 Ca，12.2 mg 的 Mg 溶解於 1 L 水中，分別各為1 me/L 。ppm 為100 萬分之 1，可以是重量比或容量比等，如果未進行說明則默認為重量比，各元素於1 L水中溶解有 1 mg (1000 L中含 lg)即可表示為1 ppm，因此，K 的1 me/L即含有39.1 ppm，Ca 的1 me/L為20 ppm，單位之間可相互換算。

如前所述當量等於原子量 /原子價，若將當量視為mg/me 則可以更方便的瞭解。 當營養液中元素的濃度以每升的毫克數(mg/L) 或百萬分之一(ppm) 或每升的毫克當量數(me/L) 等不同的形式出現時，可以通過下式進行轉換：

計算範例如表 3。

已知各成分的mg/L (ppm) 濃度，只要有稱重儀器，就可以很方便地進行營養液的調配。已知各成分的me/L濃度，則有利於計算營養液的電導度。

困惑 1. 有些文獻配方列出巨量元素的肥料用量與濃度，但為何沒有 S 的濃度?

如表 4所示，前三列左半部分為四種巨量元素所用肥料及其化學式與分子量，右半部分為六種巨量元素的原子價與原子量。 已知各成分的 me/L 與 ppm 濃度，而不同瓜果 S 的 me/L 濃度未知。

成分濃度，單位 mg/L 的計算

成分濃度，單位 me/L 的計算

將左下角與右上角兩個區域做比較，可以得出更精確的結果，還可以求出開始未知的S 的每升毫克當量數。 現在的問題是完整的配方不能只有巨量元素，而提供微量元素的肥料中有好幾種也包含了S元素，譬如硫酸鋅、硫酸錳、硫酸銅等，所以表2中所計算的S濃度 並不是最終的濃度。如果提供大量與微量元素的全部用量，即可以計算出S 的總濃度。希望以上的解析能為困惑1解惑。

困惑 2. 在許多介紹水耕栽培的教科書或文獻中常碰到只列出肥料的中文名稱，而沒有化學式，這時該如何計算分子量，如何計算濃度? 肥料是否含有無水化合物/結晶水，如果有，有幾個? 如果無，是文章作者漏寫了，還是本來就沒有?

上面的困惑確實經常存在，這其實要怪原文的作者偷懶，沒有列出明確的化學式，表 5列舉了化工材料、農藥及水耕資材行業常見的水耕營養液原料，有許多肥料不僅含有一種水合物/結晶水，因此，在採購與使用上應該慎重。

困惑 3. 除了肥料的化學式之外，還需知道所買的肥料純度，僅知道配方中所需肥料的重量仍不足。

參照配方調配營養液時還有一個需要注意的細節就是純度，不僅要計算出一噸水中需要加入肥料的量，還要注意肥料純度對營養液元素濃度的影響。 因此, 為確保所配製營養液各元素的濃度，需要學習如何正確計算。相關計算公式如下所示，並在表 6 中給出計算範例。

其中，C: 各成分濃度，單位 ppm (mg/L)

　　　F: 每噸水所需肥料的重量，單位 g/ton (g/1000 L)

　　　P: 純度，單位 %

　　　M: 肥料的分子量

　　　A: 微量或巨量元素的原子量

在計算各肥料中所含元素的濃度時，需留意同一肥料可能含有多種大量或微量元素，也須注意同一元素可能來自不同肥料，例如表4 中的 N、Ca、K 與S。因此，營養液中某一元素的總濃度即為不同肥料中這一元素的累加濃度。

肥料量的計算方法如表 7 所示，以採用山崎配方配製番茄營養液 1,000 L為例，先需要分析原水的品質，比如：EC 為 0.55 mS/cm，NO₃-N、NH₄-N、P、Ca、Mg 分別為 058、0.02、0.01、0.26、1.46、1.12 me/L。原水品質分析需要由專業機構來完成，因此需要時間與費用，原水最保險的是使用逆滲透的RO 水，EC通常會在 0.01 mS/cm 以下。若直接使用上面EC 為 0.55 mS/cm的原水，假設調配的營養液 EC 目標值為 1.2 mS/cm，那麼還未進行營養液配置，EC值就已經達到目標值一半，看似節省原水的成本，但實際可能得不償失。另外，由於原水中可能存在難以檢測的成分，不能確定其對人體是否有害，因此，直接使用原水存在一定的風險。

山崎配方番茄營養液中NO₃-N、NH₄-N、P、Ca、Mg 的目標濃度分別為7.00、0.67、2.00、4.00、3.00、2.00 me/L，因此施肥濃度為目標濃度與原水中元素濃度差值。表 7中下方的框線區即為需要計算的區域。硝酸鉀需計算K 與N，硝酸鈣需計算Ca 與N，其他則類推。硫酸鎂須計算Mg 與 S，但目標濃度中沒有 S 濃度的資料，所以先不計算。最末兩列的肥料則是二選一，允許氮肥稍高則選硝酸銨，允許鉀肥稍高則選硝酸鉀。此兩者還需由期望的me/L 回推計算施肥量。

擬配製營養液 1,000Ｌ 時，以 KNO₃ 378 g、Ca(NO₃)₂•4H₂O 182 g、MgSO₄•7H₂O 108 g、NH₄H₂PO₄ 76 g 予以混合，不足的硝酸態氮 NO₃-N 以 NH₄NO₃追補46 g或以KNO₃追補115 g即可，雖然兩者分別會造成銨態氮 NH₄、鉀離子濃度略為超量，但都在可接受範圍內。

困惑 4. 如何決定是否能用地下水?

一般是要看原水的電導度 (EC值)，EC值超過0.8 dS/m ，則完全不用考慮，直接改為使用逆滲透(RO)水，EC值介於0.3～0.8 dS/m，需先檢測成分，無不良成分即可使用，EC值大於0.5 dS/m還須經過幾道過濾與滅菌程序，EC值 低於0.3 dS/m 雖可直接使用，但還是建議經過一道過濾與滅菌程序。使用RO水會相應增加設備成本與操作成本。實際生產上，有時考慮使用回收的雨水，應該要比使用較高EC值的地下水要好。

困惑 5. 文獻中常見肥料用量或濃度使用不同單位，如何做轉換? 能否由配方直接換算電導度值?

第一個問題主要是表 2中四種直接表示方法之間的轉換，可參考表 2中對濃度定義的說明，以便進一步瞭解配方中使用的濃度表示方法：化合物與元素重量比，常用單位為g/L、mg/L 或ppm；離子毫當量濃度，單位為me/L，可把肥料濃度從毫當量濃度轉換成mg/L；單位為 mmol/L 的離子毫摩爾濃度乘上原子量可轉換成mg/L。

第二個問題則是表 2中直接標記法與間接標記法之間的轉換，由於單位中直接將1000 L 視為1 ton，直接把體積比的ppm 當成重量比的mg/L，所以嚴格來說，這些表示方法都只適用於濃度較低的溶液中，水耕栽培營養液即屬於濃度較低溶液的範疇。 轉換公式如表 8所示。

水耕栽培營養液中很少會用到滲透壓，主要是採用電導度來代表營養液總離子濃度。由所有營養元素的me/L 來計算EC 值的案例將在後面進行說明。

困惑 6. 購買的肥料與配方中所含水合物/結晶水不同時，應當如何處理?

如果不涉及其他肥料元素，只需計算兩者之間分子量，由原肥料用量乘上新肥料分子量再除以自己的分子量即可。表 5 列出了多種常見含有水合物/結晶水的肥料的分子量，可做參考。實際生產中可能的情況及相應對策如表 9所示。

困惑 7. 配方的設計是依據什麼原則來選擇肥料種類的？

植物主要是通過根系來吸收陰陽離子型態的礦物質元素，其特點如下：

根系吸收礦物質元素與吸收水分的比例不固定：礦物質元素只有溶解於水中才能被植物所吸收利用，水分直接影響礦物質元素的吸收和運輸，但兩者之間不成正比關係，具有相對的獨立性。

根對離子吸收具有選擇性：根系吸收鹽類離子的數量並不與溶液中離子的濃度成比例，同一化合物的陰陽離子，也可能以不同比例被植物吸收，因而在栽培過程中營養液的成分與酸鹼度在不斷的變化。植物吸收離子規律一般是優先吸收較小的離子，比如正一價的NH₄ 與K會優先於正二價的Ca 與Mg。若營養液中NH₄太多，根系對其它帶正電離子的吸收都會受阻，K 肥過多也會影響 Ca、 Mg 的吸收，這也是前面所提到的離子拮抗作用。

離子吸收具有拮抗作用：任何植物在含有單一鹽類的營養液中都不能正常生長，稱為單鹽毒害，如果在其中加入少量的其他鹽類，則能消除單鹽毒害，這種離子間能夠相互消除毒害的現象，也叫拮抗作用。

植物對養分的吸收隨種類或品種、生育階段、收穫部位(如根、莖、葉、花或果實等)、環境因數(如日長、光強、溫度、濕度等)、栽培方式(基質有無、基質性質、供液方式)等的不同而不同。 因此，雖然對一些特定植物有所謂的最適營養液配方，但實際上營養液的組成及濃度需要根據具體情況進行相應調整，以建立最適標準（表 10）。

植物種類不同對營養液的需求也不同，葉菜類植物需高氮 (140 ppm) 與低鉀 (150 ppm)；果菜類植物需低氮 (80 - 90 ppm) 與較多的磷、鉀、鈣，根菜類植物需高鉀 (300 ppm)。生育階段不同，需求也有所不同，栽培過程中，果菜類植物經常需要調整營養液，葉菜類植物則多半不需要，除非有特殊目的，比如植物中硝酸鹽含量的調控或功能性蔬菜針對某特定成分進行調控等。

溫室栽培時，還需要根據季節(日長)和氣候(光照強度和溫度)進行相應調整（表 11），而植物工廠中環境一般較為穩定，營養液一般無須調整。低溫季節(秋末冬初)，高鉀可改善果實品質；光週期長、光照強的夏季與光週期短、光強弱的冬季相比，植物需要較多的氮，較少的鉀，冬季的鉀氮比是夏季的2倍。葉菜類植物維持1:1的鉀氮比，鉀、氮濃度值冬季是夏季的2倍。

鹽指數(Salt Index, SI) 是指某種鹽類溶於水中的滲透壓與硝酸鈉 (NaNO₃) 滲透壓的比值，SI 值為100 代表與NaNO₃ 有相同的滲透壓，SI值可用來協助選擇適當的巨量元素，此數值越小越好（表 12）。

栽培過程中管理者需要面對的問題較多，難以預期的問題在此不做贅述，可以預見的問題，比如根據植物生長情況或栽培者的特殊目的來調整配方與操作條件等的情況，簡述如下：

配方問題：某些植物對一些元素有特別喜好，所以配方要根據植物需求制定。功能性蔬菜的栽培在前期通常使用一般配方的營養液以滿足植物正常成長需求，後期在採收前幾天根據需要施以逆境或調整營養液配方讓植物產生對人體有益的次生代謝物或目標成分，如低鉀、低硝酸鹽、高鋅、高鐵、富硒、高抗氧化成分等。

濃度問題：元素的相對濃度比絕對濃度重要。某些元素與其他元素碰在一起，也可能影響溶解度。迴圈速度、次數或迴圈時間增加，可以適當降低營養液濃度 (EC 值)。

鹽度問題：配方中常以硝酸鈣和硝酸鉀來提供氮源，當氮濃度改變時，鉀和鈣的濃度亦隨之改變，需借KCl、CaCl₂來調整鉀、鈣濃度，可能造成鹽度的增加。

補水問題：營養元素隨水分而被植物吸收，所以添加水分時亦必須添加養分，通常通過自動補充三種或兩種濃縮液來調控 EC 值。

pH 值變化問題：pH 值影響元素在營養液中的可被利用的程度，因此，pH 值的調控十分必要。營養液中多以硝酸鹽作為氮源，其中的部分硝酸鹽為生理鹼性鹽，一般易導致營養液的pH值上升。

控制系統：密閉迴圈水耕系統中，如果水分損失比營養成分損失多，EC值反而會增加，必須每天添加水分以補充蒸散所失去的水分。好的系統除了pH 值與 EC值可以自動調控外，營養液槽中的水位也須能維持穩定。

操作問題：營養液濃度不變時，迴圈速度、次數與迴圈時間都可以視情況而定。NFT的循環系統多為24 小時連續迴圈，DFT 系統採用間歇式迴圈方式即可，表面水體的流動速度也有最適值，一般不建議流動速度太快。營養液深度增加，每天迴圈次數與迴圈時間可以相應減少。

硝酸鹽問題：葉菜可食用部分會累積大量硝酸鹽，因此，鮮食的葉菜應特別留意。

葉色問題：一般葉片易呈淡綠色：水耕栽培蔬菜由於長得比較快，養分吸收不充分，常導致葉片顏色較淡，可輔以光質的調控來增強葉色。

藻類滋生問題：營養液養分充裕若見光，則很容易滋生藻類，因此，在栽培過程中應注意遮光，阻止光線照射到營養液。

溶氧不足問題：夏季高溫常使溫室內 DFT水耕栽培系統的溶氧量不足，植物工廠內情況會好一些，一般採用氧氣泵或空氣泵以增加營養液中溶氧量。

困惑 8. 配製濃縮營養液時，如何避免或減少肥料的沉澱問題？

配製營養液時，需要選用可溶性肥料，但無論何種營養液配方都存在產生難溶性物質的可能，有時是單一鹽用量過多或是兩種以上元素的反應，有時是與設備的交互反應產生的意料之外的結果（表 14）。具體說明如下：

巨量元素中的鈣、鎂，微量元素中的鐵、錳等陽離子和磷酸根、硫酸根等陰離子接觸，若配製過程操作不當，很可能產生沉澱。

在配製濃縮液或者營養液時，混合與溶解肥料應嚴格注意順序。要把鈣離子和硫酸根離子、磷酸根離子分開，即硝酸鈣不能與硫酸鹽類(如硫酸鎂)混合，以免產生硫酸鈣沉澱。一升營養液中Ca⁺²與SO₄^-2分別含l g (0.1%)以上，就會有石膏(CaSO₄)沉澱生成。所以都需先稀釋。

要把鈣離子和磷酸根離子分開，即硝酸鈣不能與磷酸鹽類(如磷酸一鉀)混合，以免產生磷酸鈣沉澱。1升營養液中Ca⁺² 6 g，PO₄^-3 12 g以上時，就會有磷酸一鈣Ca(H₂PO₄)₂?2H₂O沉澱產生。所以都需先稀釋。

營養液中充氣的主要目的在於補充水中溶氧量，但如果室內二氧化碳濃度較高時，也會在水中增加過多二氧化碳，形成碳酸鈣，這也是產生沉澱物的可能原因。

磷酸鹽的用量過多會使磷酸根與鋅、鐵等微量元素結合形成溶解度較低的磷酸鋅及磷酸鐵。

使用硫酸亞鐵為鐵源，若增加通氣量，常使Fe⁺²氧化轉變成Fe⁺³，產生褐色沉澱，並可能造成鐵缺乏，尤其當液溫超過28℃時，特別容易發生。對策就是改用螯合鐵。

配製濃縮液時可將肥料分成A、B、C三種母液。A母液以鈣鹽為中心，凡不與鈣作用產生沉澱的鹽都可放在一起。B母液以磷酸鹽為中心，凡不與磷酸根形成沉澱的都可放在一起，A、B母液配置成栽培營養液時的稀釋倍數大約為250 - 500倍。C母液是微量元素，因其用量小，可以配成濃縮倍數更高的母液，有時可達1000 - 5000倍。母液的濃縮倍數，應以不致過飽和而析出為准，其倍數以配成整數為佳，方便操作。母液應貯存於棕色容器中，避光保存。在以濃縮液配製成栽培用營養液時，要將A、B、C三種濃縮液分別稀釋後才加入，而且加入的速度要慢，在加入一種濃縮液之後，須迴圈一段時間後，再加另一種濃縮液。以自動控制系統進行濃縮液添加時，可以使用三個繼電器控制三個攪拌泵，分別依序依據設定時間來添加設定量，最好能使三者的供應時間相同。如果配方設計的好，三者供應時間都相同時，可以使用一個繼電器來驅動三個攪拌泵，三者同時加入，但是需要將三種濃縮液加入栽培用營養液槽的入口位置做隔離，避免彼此之間在稀釋前就接觸到。掌握前述的原則，營養液的配方也可以設計成 A、B 兩種母液，此時以一至兩個繼電器驅動兩個攪拌泵，系統設計會更為簡單。

困惑 9. 配方中使用的肥料較難購買或已被禁用，該如何更改配方?

以硝酸銨 (NH₄NO₃) 為例，硝酸銨雖然是肥料，但也是製作炸藥的原料，在中國屬於管制品，不易購置。表 19中介紹了不使用硝酸銨的調整對策，硝酸銨涉及兩種氮源，若希望新配方能維持相同的銨氮比(NH₄/NO₃)，則需找到兩種氮的替代來源。NO₃已經有 KNO₃替代，所以只需加量即可，但此舉也同時增加了K 的含量。NH₄可選擇 NH₄H₂PO₄替代，多出的H₂PO₄可取代原配方中的KH₂PO₄，少掉的 K 正好可由加量的 KNO₃ 取得。表 19列出了新舊兩種配方的比較：K、NH₄與Ca 的濃度完全不變，新配方中NO₃ 增加了0.13 g，H₂PO₄減少了 0.02 g. 這些微乎其微的差異，應可忽略，銨氮比也維持不變。

困惑 10. 肥料英文名詞的一致性

相信讀者讀到此處，對前述一些肥料的名稱會有困惑，主要是化合物的用詞不同，有時不同教科書的寫法也不一樣，比如：

磷酸一鉀、第一磷酸鉀、磷酸二氫鉀，都是 Potassium phosphate，都是 KH₂PO₄。

磷酸一銨、第一磷酸銨、磷酸二氫銨，都是 Ammonium phosphate，都是 NH₄H₂PO₄。

磷酸一鈣、第一磷酸鈣、磷酸二氫鈣，都是Ca(H₂PO₄)₂?2H₂O

中文名稱有時不體現含水化合物，只看名稱不能確定是否含水合物，所以建議應以英文或化學式為准，避免產生誤解。

另外，有關含水合物化合物的中文寫法，相同的肥料也有好幾種不同的寫法，比如五水合硫酸銅、五水硫酸銅、硫酸銅(五水)，這些一般沒有爭議，但若只寫硫酸銅就容易讓人產生誤解，後者表示成無水硫酸銅就清楚了，但是五水與無水的發音極度近似。所以建議五水合中的合字，最好不要省。以英文表示也是一樣，copper sulfate pentahydrate 的最後一字省掉就少了五水。相較而言，以 CuSO₄·5H₂O化學式表示最為清楚。

困惑 11. 營養液中的各種陰、陽離子之間是否存在競爭與合作關係？

無論使用化學肥料還是有機肥料進行植物培養，植物根系所能吸收的多為無機的陰、陽離子，因此對於各種陰、陽離子之間競合關係的充分認識，有助於理解營養液配方的設計，更有助於探討非適宜含量的單一或多種元素在植物生長過程中引發的生理障礙的原因。

陽、陰離子之間存在著相互競爭或稱拮抗的交互關係(Antagonistic interactions)。荷蘭NovaCropControl 公司研究團隊對番茄秸稈中汁液 (sap)成分進行分析，分類並歸納出16種陰、陽離子之間的競爭/拮抗關係 (Smits, 2011a, b)。如圖 3所示的四個象限，第I、II象限分別為巨量元素中的陰離子與陽離子，前者依序以順時針進行排列，後者則按照逆時針進行排列。第III、IV象限內所示為微量元素與特殊元素。氯(Cl)與鈉(Na)雖不屬巨量元素，但其存在會大幅影響其他陰、陽離子的吸收，故在這裡分別置於第I與第II象限。

第I, II, III象限中位於同一象限的離子存在競爭的關係，分(原)子量乘上價數的乘積值較小的會被優先吸收，其他離子的吸收就會被抑制。比如NH₄或Na 偏高，K, Mg, Ca 均受到抑制，K 偏高，Mg，Ca受到抑制，Cl偏高，NO₃受到抑制。

不同象限之間的元素也存在競爭或合作關係，巨量元素影響微量元素的吸收，譬如P 偏高會抑制Fe, Mn, Zn 的吸收 (圖 3中黃線，在直線末端以負號表示會抑制)；微量元素也會影響巨量元素的吸收，譬如Si 與B 則有助於Ca 的吸收 (圖 3中藍線，在直線末端以加號表示有幫助)，有助於抑制葉燒(tip burn) 的發生。Ca 是形成細胞壁的主要成分，硝酸鹽的代謝需要 Ca 來配合以利細胞分化，Mg與Mo也有助於硝酸鹽的代謝，別忘了第二象限內的競爭，低鉀也可造成高鈣或高鎂，有助於葉片內的硝酸鹽被代謝，降低葉片所含硝酸鹽含量。第一象限內的競爭，譬如P, Cl, S的提高可以抑制硝酸鹽的吸收，反之則促進硝酸鹽的吸收。低硝酸鹽造成葉片內高P，高P 會造成低Zn。除圖 3所示的關係外，在番茄莖幹汁液中，高P 會抑制Cu 的吸收，高Ca 會抑制P 與Fe 的吸收。

營養液配方

應用水耕栽培技術結合環控手段，能夠使可栽培的植物與品種漸趨多樣化。除果菜類與葉菜類以外，根莖類、花卉、芽苗菜、香草類及中草藥類植物、以往不易操作的大型灌木果樹與多種高附加價值的植物等均可以進行營養液栽培，且栽培效果理想。

營養液是水耕栽培系統中植物根系獲取營養的主要來源，營養液中應包括植物生長發育所必需的所有營養元素。不同的植物和品種以及同一植物不同的生育階段，對營養元素的需求差異很大，所以在確定營養液配方時，要先瞭解各類植物以及不同品種的各個生育階段對必需元素的需求量，並以此為依據，確定營養液的組成和比例。

有人可能會問營養液栽培是否毎種植物都應該有一種專用配方？有沒有萬能配方? 從規模較大的營養液栽培來看，為了提高產品品質和產量，每一類植物都應該有專用的營養液配方。但在實際生產實踐中出於使用方便的考量，葉菜類配方可以應用於香草類，萵苣類配方也適用於十字花科等。但這些通用或所謂均衡的配方，栽培效果只能是及格。最佳配方的組成與環境條件息息相關，比如氣溫、液溫、光強、光照時數、光質、二氧化碳濃度等。栽培條件中任何一個因數發生變化，配方的栽培效果都會受到影響。在小規模、多樣化的栽培下，使用配方過多不便於管理，因此，根據果菜、葉菜和根菜等不同類別的蔬菜提出相應的配方，可以滿足基本的生產需求。

最快的學習方式莫過於參考前人已成功的栽培配方，採用多種配方進行栽培試驗，從而優化出合適配方。營養液配方只是能否栽培成功的單一因素而非唯一因素，因此他人的最佳配方只能作為參考，具體仍需親自實踐，另外，還需要瞭解栽培過程與他人的差異，進行適時適量的增補。下面首先介紹營養液栽培的番茄、小黃瓜、洋香瓜等主要瓜果類的生長特性和管理技術，其次舉例介紹適於烹煮與適於鮮食的葉菜類的配方，最後，介紹設施環境下功能性植物栽培的發展趨勢。

果菜類

果菜類植物多使用有機或無機的基質栽培方式，採取滴灌的方式進行灌溉，具有植物生長速度快、果實成熟早、果實大等優點。但由於集中在短時間內收穫，容易導致整體樹勢減弱，間接影響了產量。溫度較低時，果菜類側枝生長不良；溫度較高時，果實容易褪色。雖然果菜的營養液栽培也易受溫度的影響，但果實表面具有獨特的色澤，果肉清脆，果實品質較高。基於上述優點，水耕栽培在瓜果類的栽培中也逐漸得到普及。

番茄

番茄是一種可以充分發揮營養液栽培特色的果菜類植物，其生長的適溫範圍較大，可全年生長。營養液栽培的番茄產量較土耕高，且具有更好的果實色澤與果肉飽滿度。1985年，日本築波舉行的萬國博覽會中展出過一株營養液栽培了五年的番茄樹，樹上的小果番茄多達一萬三千多顆，此技術目前已得到普及，山東壽光的蔬菜博覽會也有展出。

番茄具有無限生長的特性，其營養生長和生殖生長可以同時進行，因此，番茄栽培管理的一個很重要的技術就是要控制好兩者的平衡。如果營養生長過盛，則著果不良，且容易產生畸型果和空果。水耕栽培的番茄，根系生長的環境較為適宜，營養液中養分充足，因此，枝葉一般會顯得特別茂盛，但這種枝葉繁茂的情形有時也會產生生理障礙。在這種情況下，可以選擇多花性的品種，再應用適當的摘果技術，可以大幅降低生理障礙的發生幾率。枝葉愈茂盛，番茄的產量愈高，尤其是長時期的栽培，如果沒有繁茂的枝葉，其收穫量一般會很低。 所以為了發揮營養液栽培的優點，不可過分抑制枝葉的生長，以免造成負面影響。通常在採收某一果串的番茄後，應順便摘去該串果位置下方的葉片。

美國羅格斯大學 (Rutgers University) 在八十年代後期發明了一段(single cluster)番茄栽培技術，2010年以後，日本千葉大學 (Chiba University) 將一段栽培改良成二段和三段果菜栽培，果菜低段栽培優勢主要體現在於省工省時、栽培密度大等方面。番茄、小黃瓜、甜椒等果菜在進行溫室栽培時，通常使用吊蔓作為附著點，也稱為high wire栽培法。吊蔓栽培植物一般長得很高，10段以上的番茄栽培已是常態，但是為了採收方便，每隔一段時間需要將吊蔓下放，降低結果的位置以便於採收，但是拉、放吊蔓頗為耗工，植物之間遮蔭也較為嚴重，所以通常需要降低栽培密度，一段栽培密度為24株/m²，二段栽培密度減半，而長段或者說吊蔓栽培的密度則為2株/m²，三種栽培方式單位溫室面積的總年產量相近。低段栽培模式下植物整體不高，管理上相對簡單，但種苗用量較大。隨著材料學的發展，溫室中採用散光玻璃或者散光薄膜使得遮蔭的問題得到大幅改善，長段栽培的方式在產量上也有了更大的提升空間，另外，通過株間補光方式，也可以提高栽培密度。

在日本，常用的番茄營養液配方包括均衡營養液配方、神奈川園藝配方與山崎氏配方，這三種配方的巨量元素與濃度如表 23所示，三種配方微量元素的用量相同，具體用量標注在表格下方。讀者應該已有能力判斷此處所用的是何種濃度單位，巨量元素中沒有列出S的用量，主要是因為S並非只來自巨量元素，提供的微量元素中有好幾種肥料也都含有S，根據介紹的幾種常用配方，讀者也應該有能力自行計算S的濃度。

山崎配方的肥料用量遠低於日本園藝試驗所的均衡營養液，神奈川園藝配方居中。利用上述三種營養液進行短期栽培時，其產量隨著肥料用量的減少而降低，但是若用於長期栽培，則三者的差異不大。番茄的水耕栽培在管理上最重要的一點是要保持一定營養液的濃度 (EC 1.2～1.4 mS/cm)。因此，在補充營養液時，亦要進行追肥。摘心前，植株對肥料的吸收量大，因此追肥量約為補液量的 1.2 ～1.5 倍。此後肥料的吸收力逐漸降低，追肥量只需補液量的0.5～1.0倍即可。具有營養液濃度自動調控系統的應首選使用山崎配方。

為了使根系健康生長，必須保證根部具有充足的氧氣，因此需要保證營養液中的溶氧量，一般可以採用增加營養液迴圈次數或延長迴圈時間的方法來補充營養液中的氧氣。比較每日迴圈七次，每次15分鐘與每日迴圈八次，每次5分鐘的兩種栽培系統，發現前者的產量較高且果實品質更優良，但是以上數值僅能做為參考。適宜的營養液迴圈次數及迴圈時間，不能一概而論，需要視迴圈水泵的功率、栽培床的大小、營養液流動距離、空氣溫度與水溫等而定。水溫會影響水的飽和溶氧量，溫度越高飽和溶氧量越低。以日本神園式水耕栽培方法為例，一般每間隔 1～2 小時，迴圈流動 5～10 分鐘，相當於每日12～24次。但是為了避免在第一花房結果前植物的營養生長過盛，營養液的迴圈次數以每日 2 ～ 3 次為宜。著果後，雖然可以逐漸增加迴圈次數及時間，但是為了抑制枝條徒長，營養液量亦不宜增加。

小黃瓜

番茄是最早採用水耕栽培方式的作物之一，如前所述，番茄水耕栽培一般採用的是均衡營養液。雖然小黃瓜水耕栽培，也可採用均衡營養液，但是由於小黃瓜生長速度快，葉片較大，因此對營養液的需求量較大，較高濃度的營養液，可以提高黃瓜的側枝數和產量，因此小黃瓜的水耕栽培使用表 23A所示的標準濃度或稍高濃度 (1.5 倍) 的營養液較宜。另外，營養液中溶氧量對小黃瓜產量影響也較大，溶氧量低，產量會降低。在果實成熟期，如果發生硼缺乏症，葉柄容易龜裂而流出汁液，會使果實軟化。因此，為了預防硼缺乏症的發生，建議在追肥時，應該增加1.5倍的微量元素。

在所有果菜類作物水耕栽培中，小黃瓜對營養液溶解氧的要求最高。水耕栽培的小黃瓜如果效果不如傳統土耕，其主要原因應該是營養液的溶解氧量不足。如前所述，營養液的溶氧量主要受營養液迴圈時間和次數影響，因此，為了增加營養液中的溶氧量，可通過增加營養液迴圈時間和次數的方法。或者每隔一定時間，降低營養液液面，使根部暴露在空氣中以補充氧氣。日本神園式水耕栽培法即採用了第二種方法來增加營養液的溶氧量。首先供液系統使營養液流經栽培床的缽底，再慢慢地回流到儲液槽，當營養液快流回養液槽時，再開始給液，周而復始。這種方式可使根部暴露在空氣中，增加了氧氣的供給，達到了預期的目標。澳洲開發的Smart Valve的栽培系統也有類似的效果。

洋香瓜

洋香瓜是一種比較耐熱的植物，一年一熟，較為節省勞動力。而且近年來採用嫁接的方式栽培，品質高，相對價格也很好。因此，基於以上優點，目前洋香瓜的水耕栽培規模不斷擴大，已經超過了小黃瓜。

最初採用水耕栽培的洋香瓜，其果實大小和外觀形狀都不整齊，且抗病蟲害性弱，栽培的穩定性差。但經過育種改良，不但果實長得好，甜度高，而且還提高了抗病性，顯著提高了水耕栽培的經濟效益。目前洋香瓜水耕栽培已被普及應用。

洋香瓜水耕栽培的營養液與小黃瓜一樣，都可以使用均衡營養液，整個生長期均可以採用標準濃度。增加每日營養液迴圈次數有助於提高洋香瓜的產量。網紋出現後，降低營養液的濃度，也會使甜度降低。因此在收穫前，要特別注意營養液濃度的管理。此外網紋出現後，營養液的成分容易產生不平衡現象。因此，在這個時期必須作營養液的成分分析，以作為追肥的依據。

四種葫蘆科作物與兩種葉菜

洋香瓜、胡瓜、苦瓜與茄子也較常採用水耕栽培方式，除了使用前述的均衡配方外，一些文獻也介紹了其他配方，詳見表 24。菠菜與三葉芹的營養液配方使用了相同的肥料，菠菜品種有適於鮮食，也有適於烹飪的，以上兩個品種均可採用表 24中配方。另外，山崎配方也適用於烹飪的菠菜品種。

生產上，果菜類栽培多採用岩棉的水耕栽培系統，近年來，這種水耕栽培系統也被切花類栽培所採用。丹麥是生產岩棉的大國，但是使岩棉得到大面積推廣應用的卻是荷蘭，推動了整套系統由歐洲推廣至世界各地，表 25a, 25b 出示了兩種不同單位的荷蘭岩棉栽培的營養液組成，包括四種果菜類與六種花卉類；圖 5 為表 25a 首行的 EC 實測值與表 25b 末行的 EC 計算值的比較。表25c 與 25d 則是萵苣與羽衣甘藍適用的兩種單位的肥料配方。

三葉芹

俗稱鴨兒芹或山芹菜，屬於傘形科 (Apiaceae) 鴨兒芹屬 (Cryptotaenia) 。臺灣中部及南部皆有野生，在日本具有一定的市場佔有率，設施營養液栽培約占75%。三葉芹可用於炒、煮、藥用或充當辛香調味，是一種具有推廣價值的健康蔬菜。

三葉芹種子細長，整齊的發芽率對三葉芹育苗非常重要。可以使用10%的硫酸銨溶液或17%的食鹽水浸泡選種，然後清水浸漬 6 ~ 8 小時，再用流水沖洗 2 ~ 3 小時進行脫水處理。播種前，種子需在 4 ~ 5 °C的溫度下進行為期2周的預冷催芽。播種後溫度若維持在 25 °C，約 3 ~ 4 日則可發芽。

三葉芹在產量最大的日本幾乎全是以人工泡棉為主要栽培基質，因為岩綿的成本略高，較少採用。由於傘形科種子大多細小，並不適合傳統手播方式，大規模生產時需利用播種機在泡棉表面作平鋪式撒播，一般的育苗盤 (40 cm× 60 cm) 約需 60ml 的種子量，每小塊泡棉 (3.0 × 3.0 × 3.0 cm) 平均可承載 12 ~ 15 粒，暗室催芽溫度為 22 ~ 25 °C，芽點露出後應即刻移出進行綠化作業，待兩片子葉展開後再施加營養液 (EC 約 0.5 ~ 1.0 dS/m)。

目前，三葉芹的營養液栽培系統以日本協和、村井、山水、渡邊等的 DFT為主，特別是村井 M 式系統最為成熟，占總生產面積的40%。營養液循環系統通常以30 分鐘開30 分鐘關的定時管控模式為主，在太陽光型植物工廠中，則需配合太陽輻射日積累量對供液進行精准調控。

營養液的濃度需要隨生長期延長而逐漸調高，初期 EC 值以 2.2 ~ 2.4 mS/cm (dS/m) 為宜，收穫前 2 ~ 3 星期，為了抑制根酸的分泌以及防止根腐病的發生，需要將EC的濃度提升至 3.6 ~ 4.5 dS/m，而合適的 pH 值為4.5 ~ 5.5，較一般葉菜類低，液溫應盡可能維持在 18 ~ 23 °C。在三葉芹的株高約為 25 ~ 30 cm (約定植後 35 天) 時即可採收，利用營養液栽培每年可保證採收 8 ~ 10 批次。營養液配方通常以日本山崎或園試改良等配方為主。營養液的EC值為1.6 dS/m，pH 值為6.0~6.5，定植後需要逐漸調高濃度 1.6→2.4→3.6 (冬季低溫時EC值可升至 4.5) dS/m，pH 亦需調降至 4.5 ~ 5.5。

一般葉菜類

一般葉菜類的營養液栽培在歐美國家以NFT、DFT或噴霧培 (Aeroponics)等方式為主。DFT又稱為深液流栽培 (Deep Water Culture, DWC)，顧名思義，營養液用量大，緩衝能力較好，但廢液也隨之增加，生產前期投入成本與運行成本均比NFT系統高。

臺灣日常食用的葉菜類如十字花科的小白菜、青江菜、芥蘭菜、芥菜等，菊科的茼蒿、莧科的莧菜、旋花科的蕹菜 (空心菜) 以及蔥科等都是以烹飪為主，這類蔬菜絕大部分仍以土耕、網室或有機等方式進行栽培，設施營養液栽培的仍屬少數。臺灣營養液栽培的設施根據前期投入由低到高順序分別為：簡易塑膠溫室、環境精准控制溫室與人工光型植物工廠(PFAL)；簡易塑膠溫室雖然前期投入低，但是較容易受外界氣候環境影響，病蟲害發生幾率高。單位土地面積的年平均產量也偏低，通常在3 kg/m²·年；溫室覆蓋材料一般為PE、PEP、PO、F-Clean等塑膠膜為主，玻璃溫室多用於瓜果類與花卉的栽培，溫室內營養液溫度也能得到一定控制，可以進行全年栽培，雖然仍會受外界氣候條件影響，但受影響程度遠低於前者，可進行葉菜的全年穩定生產，單位土地面積的年平均產量可達到69 kg/m²·年，但多以萵苣類生菜為主；近年來，植物工廠前期投入成本和生產成本降低，可以進行全年營養液栽培，但是栽培成本仍較高，因此多用於高附加價值植物的栽培。烹飪用的蔬菜單價一般較低，植物工廠生產較少，但是由於營養液栽培蔬菜纖維較少，口感較佳，有些客戶也會要求進行植物工廠的營養液栽培，植物工廠的產能與立體栽培層數有關，5層栽培架產能通常可達100 kg/m²·年，10層及以上的產能可達300 kg/m²·年。

跟果菜類栽培有所不同，葉菜類的營養液配方不需要根據各生長階段及季節進行相應調整，而且對營養液配方的適應範圍也較廣，一般採用美國 Hoagland 或修正的Hoagland配方、日本園試配方或山崎配方等常見配方， EC 值控制在 1.2 ~ 2.4 dS/m (mS/cm)，pH 5.5 ~ 6.5 之間的最普遍，調配時仍需注意原水的水質和肥料純度，以RO水最佳。

栽培期間，營養液溫度需要控制在12 ～28°C之間，因此，一般在夏季和冬季需要營養液的溫控系統，以保持液溫在適宜的範圍內，尤其是在亞熱帶地區，增加營養液降溫系統是非常必要的。液溫影響水中的溶氧量，在液溫高溫期要借助溫控系統與強制通氣裝置來維持水中溶氧量在6 ppm以上。

烹飪用葉菜類通用營養液配方如表26所示，用量為每1000升 (每噸)水所需添加的克數。營養液的EC值維持在2.0~2.4 dS/m (mS/cm)，pH 值維持在6.0~6.5。調配營養液時，通常先調配濃縮液，使用時再予以稀釋，表 26中所示的數字也可加入 5 升的水中，使用時稀釋 200 倍即可。對於營養液配方用量，有時可能會對參考文獻中的值理解有誤，比如文章材料與方法部分顯示營養液的強度(Strength, S) 為1/2某種配方時，多數情況是僅指巨量元素，微量元素則仍是使用全量 (1 S)。如果理解有誤將微量元素也減半，那麼栽培效果可能往往不盡人意，這就是因為對文章理解有誤造成的。

鮮食用生菜常用營養液配方

美國康乃爾大學曾對波士頓萵苣 (奶油萵苣) 進行長達十年以上的設施水耕栽培研究 (Both, 2002)，該團隊研發的奶油萵苣栽培專用營養液配方 (Brechner and Both, 1996)如表 27所示，建議的用量為分別加入 300 L 的RO水中製成各300 L 的濃縮A液與濃縮B液，使用時各稀釋100倍，等量加入。

由表 29可看出兩配方非常相似，主要是肥料的更換，比如無水硫酸鎂改成七水硫酸鎂，應是出於成本考量，硝酸鈣則是四水改成三水，鈣離子濃度稍有提高，新配方也不再使用硫酸鉀，使得鉀濃度稍減，氮濃度略增。

由表 30可知，兩個版本的Hoagland 配方中巨量元素的濃縮液濃度趨淡，原始配方多數為 2 M，修正配方則多數為 1 M。用量也有所不同，以硝酸鈣與硝酸鉀為例，原始配方建議每升營養液加入 2.5 mL 濃縮液，修正配方則建議分別加入 6 mL與 4 mL 濃縮液。其他肥料也呈現相同趨勢，原始配方建議每升營養液加入 1 mL 濃縮液，修正配方則建議加倍加入。肥料也有了明顯的更換，磷酸二氫鉀改用硫酸二氫銨，使得配方中不再是完全沒有銨根離子。另兩個明顯變化是氯化錳改用氯化鉀與硫酸錳，鉬酸鈉改用鉬酸。

功能性蔬菜

近年來，人工光植物工廠的產業界非常關注功能性蔬菜的栽培，主要因為功能性蔬菜雖然針對的是小眾市場，但由於具備獨特的價值，其售價至少是一般萵苣類生菜的兩倍或更高。因此，人工光植物工廠功能性蔬菜栽培規模在不斷擴大。

所謂功能性蔬菜，是指提高蔬菜產品中某些對人體有益成分的濃度，或是降低對人體有害成分的濃度。前者包括高鋅 (華南農大)、高鐵 (台大團隊)、高鈣 (台大團隊)、高抗氧化、高維生素C、高維生素B12 (日本某公司)蔬菜等，有些已有商品化名稱，比如位於江山的星菜公司所生產的富硒蔬菜，就是指硒含量偏高的蔬菜。後者包括針對腎病患者的低鉀蔬菜 (台大團隊、某日本公司) 或是針對一般消費者，特別是癌症病患的低硝酸鹽蔬菜 (中國農科院、台大團隊)。

由於香草類植物的栽培要點與功能性植物相近，所以將對營養液配方一併進行說明。表 35是香草植物的營養液配方，此類植物的栽培除了要加強微量元素的使用之外，通常也要考慮光源的選擇，一般會加強藍光與紫外光的比重，以利於次生代謝物質等有效成分的積累。對於功能性蔬菜或香草類植物來說，為了提高有效成分的積累，通常需要採用綜合物理環境的調控，比如，光源的選用,光譜、環境溫度、濕度、逆境以及化學環境（如營養液配方）的調整等方法。

高鋅蔬菜

下面以一個試驗為例，說明高鋅蔬菜的生產。試驗目標蔬菜為生菜，光質處理為：4B1R、1B1R、4R1B，營養液使用Hoagland配方中1/2的巨量元素濃度和標準的微量元素濃度，鋅濃度處理為：正常(7.65 x 10⁻⁴ mmol L⁻¹)、5 倍 (3.82 x 10⁻³ mmol L⁻¹) 與10 倍(7.65 x 10⁻³ mmol L⁻¹)濃度。通過對生菜品質的分析發現，隨著紅光比例與鋅濃度的增加，生菜生物量和光合色素含量顯著增加；鋅濃度高，Vc、可溶性蛋白與可溶性糖含量均升高，且前二者在高藍光比例處理時最高，後者在高紅光比例處理時最高。鋅濃度提高在一定程度上可以提升生菜的抗氧化能力，且高藍光比例處理，對DPPH自由基清除率、FRAP抗氧化能力、多酚和類黃酮含量，POD與CAT活性等都產生了促進作用；高紅光比例處理，有助於生菜生物量與地上部礦物質 (N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn) 的積累 (黃勝，2018)。

低鉀蔬菜

低鉀蔬菜的生產主要是為了給重症腎臟病患者提供可食用的蔬菜。對於腎臟病患者來說，鮮食用蔬菜鉀含量應不高於80 ppm，而烹飪用蔬菜，因為在炒煮過程中會使鉀含量大幅降低，因此，鉀含量可適度放寬限制。在降低鉀含量的同時，還需同時滿足低鈉 (< 30 ppm) 與低硝酸態氮(< 250 ppm，相當於硝酸鹽< 1100 ppm) 的要求。

同樣，以一個試驗為例，介紹低鉀蔬菜的生產。試驗目標蔬菜仍然為生菜，栽培週期為6週，5個營養液處理組分別為：1）對照處理組為山崎配方 (1.5 強度，EC = 1.2 dS m^-1)；2）其中3個處理組在栽培前期仍使用山崎配方，分別在收穫前第1、第2和第3週將營養液調整為無鉀營養液配方；3）第5個處理組是在採收前兩週使用清水代替營養液。山崎配方使用硝酸鉀 (KNO₃) 與磷酸一銨 (NH₄H₂PO₄) 作為鉀與銨的來源，無鉀配方以硝酸銨 (NH₄NO₃) 取代硝酸鉀，所以硝酸態銨濃度大幅提高，而鉀濃度降為零，其他大量與微量元素的濃度均不變，試驗用配方如表 36所示 (鍾與方，2018)。

人工光源採用節能LED光源，光強設置為200 μmol·m^-2·s^-1、光週期為16小時、光期/暗期溫度為25/20℃、二氧化碳濃度為1200 µmol·mol^-1。結果分析顯示，對照組地上部鮮重為108.7 g，100 g鮮重的鉀離子含量為365.5 mg；清水處理組降低鉀含量約48%，鮮重降低了69%，可見，鉀含量未達到目標值，產量損失也較大，不宜應用於商業生產。試驗初步分析出符合低鉀、低鈉與低硝酸鹽要求的鮮食用與烹飪用萵苣，鮮食用萵苣可使鉀含量降低約90%，但同時鮮重降低約48％；烹飪用萵苣可降低鉀含量約46%，鮮重降低約20%(鐘等， 2018)。

以上試驗各處理是以一周為間隔，後續試驗改為以1天為間隔的試驗處理，發現採收前10天使用低鉀配方 (非上述無鉀配方，所謂低鉀配方主要是調節硝酸鉀與硝酸銨的使用量，使鉀濃度維持在原配方的一半以下) 可得到更符合三低要求且鮮重幾乎無損失的更理想的栽培效果 (未發表)。

低鉀配方造成其他離子濃度變化的資料如表 37所示，鉀與硝酸鹽分別降為對照組的0.16 與0.28倍，鎂與磷則提高為對照組的1.78 與1.96 倍。此資料完全印證 圖 4 中所描述的植物葉片內汁液分析的結果，低鉀會造成高鎂、低硝酸鹽與高磷。

高鐵、高鈣蔬菜

高鐵或高鈣蔬菜生產首先採取的策略是找出鐵或鈣含量較高的目標蔬菜。然後，再從該蔬菜的營養液配方入手進行研究。台大團隊選擇的高鐵蔬菜是紅莧菜，高鈣蔬菜則選擇小松菜。小松菜另外一個需要解決的難題是硝酸鹽含量，要確保其高鈣且低硝酸鹽，研究發現小松菜可以用全紅光進行栽培，但使用冷白光的栽培效果優於使用全紅光，營養液中提高鐵離子或鉬離子濃度都可以抵銷降低硝酸鹽對策造成鮮重降低的缺點，但補鐵優於補鉬，播種後栽培28天，單株鮮重可以超過120 g，硝酸鹽濃度低於歐盟規定的 3000 ppm。

藥用植物

青草茶作為藥用植物的一種，可作為養生飲品，其主要成分中的黃花蜜菜含有蟛蜞菊內酯 (wedelolactone)、木犀草素 (luteolin)、芹菜素 (apigenin)等三種酚類化合物可以用來抑制攝護腺癌細胞的生長 (Lin 等2007)，臺灣有植物藥商品公司早期委託溫室公司量產黃花蜜菜，雖然生產過程中沒有噴施農藥，用水也合乎規定，但是黃花蜜菜經過濃縮萃取後發現農藥成分，且三種化合物含量的季節性變動頗大。台大團隊受委託探討在植物工廠內量產黃花蜜菜並且產生目標產物的非生物刺激的各項條件，發現植物工廠生產後兩種成分很容易生成，但最重要的第一種成分在水耕系統內根本不會生成，之後的研究發現該成分需要在水分與肥料逆境脅迫下才會誘導產生，還好水耕栽培技術也可以通過環控創造出半乾旱的環境 (梁，2020)。

東北人參與高麗參在全人工光植物工廠內以氣霧耕或 DFT 栽培方式在南韓、台灣與中國頗受重視，由一年生或兩年生帶蘆頭的根部開始，栽培期 4 至 6週，產品是連根帶葉的人參苗，賣點是富含皂苷成分的機能性蔬菜，把中藥材當養生食材販售，此種新型態的商業模式在亞洲市場正蓬勃發展中。

結語

本文針對各類植物介紹了許多實用的配方，希望能給業界提供參考。著者很欣賞康乃爾大學研究團隊的配方，雖然目標植物只是奶油萵苣，但其設計理念很強，而且該配方較通俗易懂，比較容易上手使用。配方按照A 與B濃縮液進行分類，使用同量的RO水，稀釋倍數也相同。因此，康大的配方也方便用於自動控制系統，採用一個繼電器控制兩個水泵，同時開啟與同時關閉，可確保兩種濃縮液的使用量一致。有一些營養液配方需要配置成A, B, C三種濃縮液，配備三個供液泵，3個泵的調控速度不一，頗為複雜。更有甚者，一些知名的營養液配方，必須進行手動調控，因為需要加入不同的量，或是每一種元素都需要使用定量泵來操作，系統看似高深、複雜、很有學問，但純粹屬於設計不當，殊不知 “技近乎藝，藝近乎道”而“大道至簡”。

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