无土栽培学 (5).pdf
《无土栽培学 (5).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无土栽培学 (5).pdf(9页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、收稿日期:20180128基金项目:宿迁市科技项目(L201710);苏州市科技项目(SNG201650);常熟市科技项目(CN201603)作者简介:靳露,硕士研究生。*通信作者:王健,副教授,博士,主要从事设施农业工程研究,E-mail:wangjian njaueducn。新型潮汐式无土栽培设施设计与试验研究摘要:目的 本文旨在开发一种新型潮汐式无土栽培设施(NSCD)。方法 该 NSCD 主要包括营养液槽、“”型分隔板、种植区、排液区、“U”型虹吸管、连通管、活动插板以及供水管。以中国传统的潮汐式无土栽培设施鲁 SC型为对照(CK),对 NSCD 进行了理论和试验分析以探究其物理特性和
2、供水特性,并对 NSCD 的灌溉水使用效率、种植效果与经济性评估进行了分析。结果 2 种栽培设施未使用和使用过的均具有相似的抗张强度,且使用过的设施抗张强度稍大于未使用的设施。NSCD 中水对分隔板的压力要远高于 CK 中水对分隔板的压力,而水对分隔板的压力是影响供水特性的主要因素。供水过程中,NSCD 能在 15 min 之内快速均匀地供水至基质含水量的 80%,完全满足植物根系对水分的需求,因此能极大提高灌溉水使用效率(3413%)。供水期间,不同栽培设施基质里氧气、温度以及水分含量动态变化类似,但 NSCD 中基质里各参数变化量较大,且当基质中含水量相近时,NSCD 中基质含氧量较对照高
3、,供水期间基质里含氧量、含水量以及温度呈显著负相关关系。此外,NSCD 还能减少 777%的建造成本。结论 NSCD 具有良好的供水特性且能提高灌溉水使用效率,是一种经济适用的新型潮汐式灌溉设施。关键词:潮汐式无土栽培设施;水利特性;供水特性;基质含水量;灌溉水使用效率中图分类号:S6251文献标志码:A文章编号:10002030(2018)06114209Design and experimental study on a new type ofebb-and-flow soilless culture deviceJIN Lu1,2,WANG Jian1,2*,GUO Shirong1,2
4、,HE Xiangli1,2,SUN Jin1,2,SHU Sheng1,2,WEI Bin3,BI Yanfei3(1College of Horticulture,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China;2Suqian Academy of Protected Horticultures,Suqian 223800,China;3Jiangsu Changshu National Agricultural Science and Technology ParkManagement Committee,Changshu 215
5、500,China)Abstract:Objectives The paper aims to develop a new type of ebb-and-flow soilless culture device(NSCD)Methods The deviceis mainly composed of a nutrient solution trough,a“”type separating plate,the planting area,a drainage part,a“U”type siphonpipe,a connecting pipe,a movable inserting plat
6、e,and a water supply pipe Theoretical and experimental analyses of the NSCD wasconducted by using a traditional Chinese ebb-and-flow soilless culture device Lu SC-as the control(CK)to evaluate the physicalproperties and water supply characteristics Irrigation water use efficiency,cultivation effects
7、 and the economic evaluations of theNSCD were carried out esults The experimental results showed that both of the NSCD and CK retained similar levels of tensilestrength and the force of water on the separating plate of the NSCD was higher than that of CK which was the primary influencingfactor on wa
8、ter supply characteristics During supplying water,the NSCD could supply water to 80%of substrate water content within15 min,and could fully meet the requirements of plant roots,thus IWUE significantly increased by 3413%During supplying waterstage,the dynamic changes of substrate oxygen content,subst
9、rate temperature,substrate water content in different devices weresimilar,but the variation of them in the substrate of the NSCD was larger When substrate water content in different devices wassimilar,substrate oxygen content of the NSCD was higher than that of the CK Moreover,substrate oxygen conte
10、nt was significantlynegatively correlated with substrate water content and substrate temperature Additionally,the NSCD could reduce the constructionmaterials costs by 777%Conclusions Overall,the NSCD had better water supply properties and could improve IWUE Besides,itwas an economical and applicable
11、 new device for ebb-and-flow soilless cultureKeywords:ebb-and-flow soilless culture device;hydromechanics;water supply characteristics;substrate water content;irrigationwater use efficiency第 6 期靳露,等:新型潮汐式无土栽培设施设计与试验研究潮汐式灌溉是渗灌形式之一,通过从作物底部供水为作物根系提供水分1。与其他灌溉方式相比,潮汐式灌溉方式具有供水均匀迅速、节水节肥的特点。目前,潮汐式灌溉广泛应用于园艺生
12、产,包括花卉生产和蔬菜生产,如蝴蝶兰(Phalaenopsis aphrodite chb F)2、杜鹃花(hododendron Linn)3、菊苣(Cichorium intybus L)4、苋菜(Amaranthus tricolor L)5 等。目前关于潮汐式灌溉的研究主要集中在供水标准、自动控制给排水、基质以及潮汐式灌溉系统对植株生长影响的方面。Ferrarezi 等6 研究表明,可以用电容水分传感器监测基质单位体积含水量,且可基于最小基质单位体积含水量临界值自动化控制潮汐式灌溉系统,这一方法可以替代依靠时间控制的灌溉系统。Gent 等7 研究表明,与缓慢循环式潮汐式供水相比,快速循
13、环式潮汐式供水是生产均匀容器栽培作物的有效方式,且能节省水肥的消耗。Evans 等8 研究发现,与顶部喷淋相比,潮汐式灌溉的天竺葵开花时间早,且株高、植株地上部与地下部干质量都比较高。然而关于潮汐式灌溉设施的研究很少。Beeks 等9 研究表明,用潮汐式灌溉方法种植长期生长的温室作物时,可以用椰壳纤维制作的有机栽培钵替代塑料栽培钵。栽培装置不同的外形与内部结构设计都会直接影响水肥与基质的接触分布均匀度,从而影响到基质中的含水量与含氧量,并进一步影响植物生长。Bhattarai 等10 研究发现基质中长期积存水分,则基质中的氧气含量就减少,作物就会因根部供氧不足而减产,所以栽培装置要一方面能为作
14、物均匀快速供水,另一方面也能为作物根系提供充足的氧气。另外,作为栽培设施,需要考虑设施抗张强度等反映其承受荷载时抵抗破坏能力的参数。栽培设施在使用过程中所承受的荷载(如基质、营养液、作物等)会对设施产生直接的作用力,受力之后栽培设施的抗张强度是否足够大是考量栽培设施的一个重要指标,所以要对未使用和使用过的设施进行测试对比。因此,本研究设计了一种新型潮汐式无土栽培设施,并对其物理特性、供水特性以及栽培效果进行试验验证,旨在为新型无土栽培设施大规模的生产应用提供理论依据。1材料与方法11新型潮汐式无土栽培设施(NSCD)的设计新型潮汐式无土栽培设施主要由营养液槽、“”型分隔板、种植区、排液区、“U
15、”型虹吸管、连通管、活动插板以及供水管 8 部分构成(图 1)。“”型分隔板的弧形部分均匀分布直径为 5 mm 的圆形孔洞,相邻孔洞圆心之间的间距为 1 cm。种植区的上口宽 22 cm,下底宽 10 cm,高 12 cm(其尺寸根据温室常用作物如小白菜、草莓、甜瓜、番茄等的根扩散范围确定);供液槽的上口宽 7 cm,下底宽 5 cm,高 4 cm;排液槽头长 7 cm。整个栽培设施的长度可依实际需要而定。图 1新型潮汐式无土栽培设施(NSCD)图解Fig.1Schematic diagram of the new type of ebb-and-flow soilless culture d
16、evice(NSCD)A NSCD 俯视图;B 排液端;C 供液端;D 分隔板;1 栽培槽;2“”分隔板;3 台阶;4 营养液槽;5 种植区;6 排液端;7 供水管;8 供水端;a“U”虹吸管;b 连通管;c 活动插板;d 渗水孔洞;e 翼翅。A The planform of the NSCD;B Drainage part;C Water supply part;D Separating plate;1 Cultivation trough;2“”typeseparating plate;3 Steps;4 Nutrient solution trough;5 Planting area;
17、6 Drainage part;7 Water supply pipe;8 Water supplypart;a“U”type siphon pipe;b Connecting pipe;c Movable inserting plate;d Leakge hole;e Wing12鲁 SC型无土栽培设施(CK)鲁 SC型无土栽培设施是山东农业大学在 1992 年研发的一种无土栽培设施11,由“V”型槽、水平3411南京农业大学学报第 41 卷分隔板、“U”型虹吸管组成(图 2)。鲁 SC型无土栽培设施的尺寸为:种植区的上口宽 22 cm,下底宽11 cm,高 11 cm;供液槽的上口宽 11
18、 cm,高 11 cm。2 种栽培设施的总长度都定为 120 cm,虹吸管、连通管、供液管的管径均为 2 cm。“U”型虹吸管置于栽培槽内的下端距营养液槽底部 05 cm,“U”型虹吸管顶部比分隔板高出 2 cm。分隔板上均匀分布着直径为 05 cm 的圆形孔洞,孔洞之间的间距为 10 cm。图 2鲁 SC型无土栽培设施(对照)图解11 Fig.2Schematic diagram of the Lu SC-soilless culture device(CK)11 A 鲁 SC型俯视图;B 排液端;C 供液端;D 分隔板;1排液端;2栽培槽;3营养液槽;4种植区;5分隔板;6供液端;a虹吸管
19、。A The planform of Lu SC-;B Drainage part;C Water supply part;D Separating plate;1 Drainage part;2 Cultivation trough;3 Nutrientsolution trough;4 Planting area;5 Separating plate;6 Water supply part;a Siphon pipe13试验材料及设计试验于 2016 年 9 月至 11 月,在南京农业大学牌楼试验基地(北纬 322,东经 11886)玻璃温室进行。NSCD 和 CK 均用厚度为 3 mm
20、的 PVC 板制成,各制作 10 个。试验品种为不结球白菜(Brassicacampestris ssp chinese)四倍体品种 矮脚黄。育苗基质和栽培基质均为镇江培蕾有机肥有限公司生产,2 种基质的理化性质均满足作物生长需求。定植前在每个分隔板上垫 1 层农用无纺布,然后将栽培基质均匀铺在农用无纺布上。选择生长整齐一致的矮脚黄 植株分别定植于 2 种设施的栽培槽中。每个处理 10 个重复,随机排列成 2 排,每排 10 个,排间距为 50 cm,相邻栽培槽间距为 25 cm。每个栽培槽定植2 行,每行定植 7 棵,株距 15 cm。每 1 个栽培槽视为 1 个重复。14试验方法141抗张
21、强度在试验结束之后,测试 2 种栽培设施未使用及使用过的(试验过程中持续使用 2 个月)抗张强度。将无土栽培设施水平悬空 12 cm 于铺在地面上的无纺布之上,向测试的设施内添加石英砂(密度为 15103kg m3)直至设施破裂或种植区完全盛满石英砂,然后称量添加石英砂的质量,该质量即作为被测试设施的抗张强度9。使用过的设施是指种植四倍体 矮脚黄 4 周之后的设施。测试中最大的抗张强度测量值为 30901 N(设施的栽培区已完全填满石英砂,但整个设施未破裂)。142总耗水量与灌溉用水使用效率在供水之前将水箱里的水添加至 15 L,在供水之后记录总用水量,并将水箱里的水再次添加至 15 L。4
22、周之后试验结束时统计每个设施的总用水量,并计算每株小白菜的平均耗水量。灌溉水使用效率(IWUE)按如下方法计算:IWUE=Y/Irr(1)式中:Y 代表作物产量(kg);Irr 代表设备的耗水量(m3)。143供水特性与试验期间基质含水量、含氧量动态变化为了测定 NSCD 的供水特性,首先需要确定水对分隔板的作用力。根据流体力学中液体与曲面的压力作用关系,可知作用于曲面上的水静压力在铅锤方向上的分力 Pz就等于压力体内水的质量12,即:Pz=V(2)V=SL(3)式中:为水的密度(N m3);V 为压力体体积(m3);S 为压力体横截面积(m2);L 为压力体总长度(m)。另外,由于分隔板左右
23、对称,所以作用在曲面的水平分力 Px为零。则作用于曲面的总压力 P 为:P=P2z+P2槡x=Pz(4)4411第 6 期靳露,等:新型潮汐式无土栽培设施设计与试验研究用 i500ES 土壤水分记录仪测定不同处理的供水特性以及试验期间基质含水量动态变化。在矮脚黄 移植之前,从 2 种设施中分别选择 3 个栽培槽,每个栽培槽沿其长度方向上均匀布置 3 个测量含水量的探头,探头插入的深度为基质表面向下5 cm,记录1 个供水周期内基质含水量的变化,记录间隔设定为10 s。用配置有针式温度传感器的光纤式氧气测量仪(Pyro Science,德国)和 i500ES 土壤水分记录仪测定不同处理供水期间基
24、质含水量与氧含量协同变化关系。在移植之前,从 2 种设施中分别选择 3 个栽培槽,每个栽培槽沿其长度方向均匀布置测量基质含水量、基质含氧量以及基质温度的探头各 3 个,探头插入深度为基质表面向下5 cm。其中,水分传感器记录间隔设定为10 s,温度传感器与氧气传感器的记录间隔设定为 1 s。144供水期间基质含水量分布定植之前,从 NSCD 和 CK 这 2 种设施中分别选择 3 个栽培槽,手动供水 15 min,并每隔 5 min 在每个设施的垂直剖面取样点上取样 1 次以确定基质含水量在垂直方向上的分布情况。所采的基质样品用烘干法确定其基质含水量13。2 种设施取样点详细布置如图 3 所示
25、。图 3NSCD 和 CK 中取样点剖面图Fig.3Sectional view of the measurement points in the NSCD and CK145根系生长指标与根系活力的测定根长、根体积、根尖数用 EPSON EXPESSION 1680 台式扫描仪(egenent Instruments 公司,加拿大)和 WinHIZO 图像分析软件分析。根系活力采用 TTC 染色法测定14。15数据分析处理数据采用 SPSS 190 软件进行单因素方差分析,采用 Duncan s 新复极差法进行多重比较(P005),采用 Origin 90 软件绘图。2结果与分析21NSCD
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无土栽培学 5 无土栽培
限制150内