目前,较少资源下增产是农业工程领域的热点问题,雾化栽培具有极度节水节肥的优点,是解决这一问题的行之有效方法。在的雾化栽培研究中,目前仍有三个关键问题没有被解决:（1）雾化后,营养液的物理化学特性发生如何的变化?（2）雾化器关键工作参数（例如:雾滴粒径、喷雾时间和喷雾间隔）如何影响作物的生长?（3）作物的生长参数和理化参数与雾培关键工作参数的关系如何?（4）雾化栽培的最优参数是什么?本文的研究试图回答和解决上述四个关键问题,主要工作如下:1.雾化栽培系统的设计和开发为实现上述目标,首先设计了气助式静电雾化喷嘴,用于雾化营养液。在雾培系统中,雾化营养液液滴大小是影响雾培系统效果最重要的因素之一。目前,雾化栽培系统主要使用喷淋式雾化喷头,尚没有一项研究深入讨论雾化喷嘴的选择问题。本文选择压电式超声雾化喷头、气助式雾化喷头、离心式雾化喷头,并且设计了一种为了气助式静电雾化喷头用于增加根部雾滴的粘附面积。气助式静电雾化喷头可以产生比传统雾化喷头更小并且粘附性更强的雾滴。其次,采用四种喷嘴（超声波雾化喷嘴,气助式雾化喷嘴,气助式高压静电雾化喷嘴和离心雾化喷嘴）设计雾化栽培系统。其中超声波雾化喷嘴,气助式雾化喷嘴,气助式高压静电雾化喷嘴这三种为创新设计系统。此外,对选定的雾化喷嘴进行了液滴尺寸的测量试验。气助式雾化喷嘴,气助式高压静电雾化喷嘴,离心雾化喷嘴和超声雾化喷嘴的平均液滴尺寸分别为D_av=23.281μm,D_av=17.199μm,D_av=46.386μm和D_av=3.451μm。应用这四种喷嘴开发了八个雾化栽培系统。2.不同喷嘴,喷雾时间和喷雾间隔对营养液理化特性的影响本文选择山崎营养液（YNS）和华南农业大学多叶蔬菜B营养液（SCAULVFB）作为试验对象,研究不同雾化喷嘴、营养液喷雾时间和营养液喷雾间隔对营养液理化特性（EC（电导率）,pH,DO（溶解氧）和T（温度））的影响。首先,研究了超声雾化对雾化后的营养液理化特性的影响。选择不同种类的超声波雾化喷嘴（f）,营养液雾化时间（T1）和营养液雾化间隔（T2）作为影响因素,以确定其对YNS的EC和pH值的影响。营养液雾化时间和营养液喷雾间隔为定量因子,分别选取12个水平（分别为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110和120分钟）,选取3种超声喷嘴,雾化喷嘴种类作为定性因素（f1=28 kHz,f2=107kHz,f3=1.7 MHz）。通过采用均匀试验设计方法（Uniform Design）的U₁₂（12²×1³）安排试验,并应用回归分析方法（p<0.05）建立了理论预测模型,以该模型评估试验因素对YNS雾化后的EC和pH值的影响。基于回归分析结果,建立了ΔEC和ΔpH回归预测模型,以估计雾化栽培器关键工作参数对YNS的EC和pH值的影响,并确定实际值和预测值之间的相对误差。试验结果表明:超声喷嘴雾化频率和雾化时间对YNS的EC和pH值有显著影响,而喷雾间隔则无明显影响,超声波雾化喷嘴的频率对EC和pH值的影响远大于营养液;影响YNS的EC和pH值的顺序为:f3频率>f2频率>f1频率>雾化时间>雾化间隔。此外,雾化后YNS的实际值和预测值的ΔEC和ΔpH之间的比较结果表明,建立的回归预测模型非常精准,因为当f-T1=28 kHz-10分钟和1.7 MHz-120分钟时,雾化YNS的实际和预测ΔEC和ΔpH之间的总相对误差分别为8.41%,3.61%,4.7%和3.1%,实际值与预测值之间非常接近。在另一个实验中,选择的喷嘴是气助式高压静电雾化喷嘴（A1）,离心雾化喷嘴（A2）和高频超声喷嘴（A3）,选择的营养液是SCAULVFB。根据实验数据,采用回归分析方法建立了预测模型。回归分析结果表明:雾化时间对营养液SCAULVFB理化性质有显着影响,而喷雾间隔无明显影响,喷嘴种类比营养液喷雾时间对营养液SCAULVFB理化性质影响更显著。与A1和A2喷嘴相比,A3喷嘴对SCAULVFB的物理化学性质影响更显著,影响SCAULVFB理化特性的顺序为A3喷嘴>A2喷嘴>A1喷嘴>喷雾时间>喷雾间隔。SCAULVFB物理化学参数的实际值和预测值之间的比较结果表明,预测模型的预测精度足够精确。因为当A-T1=A1-50分钟,A2-70分钟和A3-90分钟时,SCAULVFB物理化学参数的实际值和预测值的相对误差范围在1%至11%之间。在A-T1=A1-50分钟,A2-70分钟和A3-90分钟处理时,实际和预测的ΔEC,ΔpH,ΔDO和ΔT之间的误差分别为4.05%、3.12%和4.03%,5.25%、9.25%和4.30%,4.35%、2.89%和10.27%,2.35%、4.00%和9.53%。建立的相关预测模型举例如下:ΔEC=9.732+（0.268*A1T1）,ΔpH=0.03430+（0.004787*A1T1）,ΔDO=0.2272+（0.005682*A1T1）,ΔT=-0.0200-（0.01700*A1T1）。因此,两个试验结果均建议在使用YNS和SCAULVFB作为雾化栽培营养液时,高频（1.7 MHz）超声波喷嘴不适合用于雾化栽培。气助式静电雾化喷嘴和离心雾化喷嘴是设计雾化栽培系统的较好选择。另外,在两个实验中,对雾化的YNS和SCALVLVB实际和预测理化参数值之间的比较结果表明,所开发的预测模型是精确的。开发的模型可用于雾化栽培工作参数对雾化栽培系统中YNS和SCAULVFB理化参数的变化预测。3.不同喷嘴（液滴尺寸）对生菜生长、总多酚含量和抗氧化活性的影响这项研究旨在确定不同喷嘴（液滴尺寸）对生菜生长、总多酚含量和抗氧化活性的影响。在这项研究中,A1=气助式雾化喷嘴(D_av=23.281μm),A2=离心雾化喷嘴(D_av=46.386μm),A3=超声雾化喷嘴(D_av=3.451μm)被选作雾化栽培喷嘴。选择SCAULVFB作为试验用雾培营养液,将营养液喷雾时间和间隔设置为“开”20分钟和“关”3小时。通过对试验数据的统计分析我们发现雾滴大小是影响雾化栽培效果的重要因素。数据统计分析结果表明（p<0.05）,与A1(D_av=23.281μm)和A3(D_av=3.451μm)相比,雾化喷嘴A2处理的叶生菜(D_av=46.386μm)具有更好的生长量、总多酚含量和抗氧化剂特性。根据实验结果得出结论,在雾化栽培生菜时,可以选择A2喷嘴、喷雾洒时间和喷雾间隔为20分钟“开”和3小时“关”作为雾化栽培参数。当使用SCAULVFB作为营养配方时,这种组合可以显著改善生菜的生长、总多酚含量和抗氧化活性参数。4.营养液喷雾间隔对雾培生菜生长发育及养分吸收的影响这项研究旨在确定不同喷雾间隔对雾培生菜生长发育和养分吸收的影响。选择四种不同的营养液喷雾间隔（T1=10分钟,T2=60分钟,T3=90分钟和T4=120分钟）、四种不同的雾化喷嘴进行和和一个营养液喷雾时间（10分钟）进行试验（A1=气助式高压静电雾化喷嘴,A2=气助式雾化喷嘴,A3=离心雾化喷嘴,A4=超声波雾化喷嘴）,营养液为SCAULVFB。此外,选择水培系统作为参照系统以比较雾培和水培结果。建立了回归分析模型（p<0.05）以评估和预测喷雾间隔因素对生菜生长、发育和养分吸收的影响。试验结果表明,养分溶液喷雾间隔对气生栽培生菜的生长,发育和养分吸收有显着影响。与用A1,A2和A4雾培喷嘴,T1,T3和T4处理的生菜植株相比,用A3雾培喷嘴处理的生菜生长发育明显更优。T4营养液喷雾间隔。影响生菜植物生长,发育和养分吸收参数的雾培因子顺序为A4>A2>A1>A3和T4>T1>T3。A4喷嘴显着影响了生菜的生长,发育和养分吸收参数。分别用A4-T1,T3和T4处理的生菜植株分别显着低于A1-T1,T3,T4,A2-T1,T3,T4,A3-T1,T3和T4植株。因此,当使用A4喷嘴不适合在雾培系统中种植生菜。此外,当使用A1,A2和A3雾培喷嘴时,当营养液喷雾时间为10分钟,60分钟、90分钟和120分钟喷雾间隔均可以雾培生菜,但是,建议将A3-T3处理的生菜生长发育速度明显高于其它处理。水培和雾培系统的比较结果表明,雾培生菜的生长速度明显更高。此外,生菜生长实际值与预测值的比较结果表明,建立的回归预测模型非常精准。因为当使用A1,A2,A3和A4喷嘴处理时,喷雾时间和喷雾间隔分别为10分钟和60分钟,生菜植物生长参数的实际值与预测值之间的相对误差在1%-20%之间。CHL的实际值和预测值之间的误差为6.97%,7.72%,9.00%和3.48%;SD的实际值和预测值之间的误差为12.63%,5.30%,11.74%和00.67%;LA的实际值和预测值之间的误差为14.34%,16.57%,11.21%和5.76%;NLP的实际值和预测值之间的误差为13.05%,09.72%,15.56%和0.031%;SL的实际值和预测值之间的误差为17.37%,15.80%,14.07%和01.44%;的实际值和预测值之间的误差为为8.49%,9.93%,6.02%和2.36%;氮吸收的实际值和预测值之间的误差为18.57%,6.39%,14.62%和1.67%;P摄取的实际值和预测值之间的误差为17.38%,12.68%,20.79%和5.31%;钾的吸收量实际值和预测值之间的误差为分别为9.10%,2.25%,14.67%和3.14%。实际值与预测值之间的比较结果表明,开发的预测模型是准确的。开发的模型可用于预测雾培系统工作参数对生菜植物生长,发育和养分吸收参数的影响。开发的部分预测模型如下:CHL=-0.001（A₁T_N²）+0.1884（A₁T_N）+15.06,SD=-0.0004（A₁T_N²）+0.0741（A₁T_N）+1.06,LA=-0.0029（A₁T_N²）+0.4881（A₁T_N）+13.32,NLP=-0.0022（A₁T_N²）+0.3561（A₁T_N）+13.46,SL=-0.0015（A₁T_N²）+0.2929（A₁T_N）+9.61,RL=-0.0034（A₁T_N²）+0.6031（A₁T_N）+26.6,N=-3E-05（A₁T_N²）+0.0049（A₁T_N）+0.1206,P=-5E-06（A₁T_N²）+0.0008（A₁T_N）+0.0256,K=-1E-05（A₁T_N²）+0.0017（A₁T_N）+0.1897。总之,本文系统、全面地研究了雾化栽培。本文的研究表明,雾化栽培的工作参数对雾培植物的生长、发育和品质有重要影响。影响栽培植物的主要参数包括喷头类型、液滴尺寸、营养液喷雾时间、营养液喷雾间隔和营养液温度。与其他耕作方法相比,雾化栽培具有作物生长快和极度节水节肥料的优点,但前提是要合理选择喷嘴滴大小,养分喷雾时间,养分喷雾间隔和养分溶液温度等合适的工作参数。