黃瓜穴盤育苗潮汐灌溉技術(shù)研究

附件8：畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：黃瓜穴盤育苗潮汐灌溉技術(shù)研究學(xué)院：專業(yè)：學(xué)號：學(xué)生姓名：導(dǎo)師姓名：導(dǎo)師職稱：二○二一年十二月 溫州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第IV頁引言潮汐灌溉使灌溉水從栽培基質(zhì)底部進入，依靠栽培基質(zhì)毛細管，為植物提供灌溉水，成為國外溫室花卉栽培和蔬菜工廠化育苗的主要灌溉方式。2010年，我國自主研發(fā)的潮汐灌溉系統(tǒng)落戶寧夏銀川賀蘭園藝產(chǎn)業(yè)園。研究結(jié)果證明，在潮水灌溉條件下，黃瓜、辣椒、西葫蘆幼苗的長勢和光合作用最強。但對蔬菜穴盤育苗潮汐灌溉技術(shù)的全面研究，最佳灌水高度、浸水時間、灌水頻率等關(guān)鍵運行參數(shù)尚未明確確定。為此，以黃瓜為研究對象，以傳統(tǒng)的頂部灑水灌溉為對照，系統(tǒng)研究潮水灌溉條件下不同灌水高度、灌水時間和灌溉頻率對黃瓜穴盤苗生長發(fā)育、基質(zhì)性質(zhì)和節(jié)水效率的影響，篩選出最適合黃瓜穴盤育苗的潮水灌溉制度。1潮汐灌溉技術(shù)育苗的相關(guān)概述1.1潮汐灌溉技術(shù)育苗應(yīng)用歷史潮汐育苗屬于一種底灌育苗方法。底部灌溉可以追溯到2500年前的圣經(jīng)猶大王國，挖掘坑池收集雨水，種植莊稼。1895年，美國開始出現(xiàn)底灌的記錄。20世紀20年代發(fā)展起來的植物水培技術(shù)和30年代發(fā)展起來的植物沙培技術(shù)，從肥料溶液配制、栽培基質(zhì)配制等方面，為構(gòu)建底灌技術(shù)體系提供了必要的知識儲備。20世紀50年代，底灌技術(shù)開始應(yīng)用于非洲紫羅蘭和鳳仙花的商業(yè)化生產(chǎn)，但當時僅限于沙培，定期更換肥料溶液。到20世紀70年代，底灌技術(shù)已基本形成。植物在裝滿無土栽培基質(zhì)的容器中生長。用定時器控制泵，肥料溶液周期性地從貯液罐泵入多個栽培罐或床箱。植物和基質(zhì)吸收了剩余的肥料溶液，然后自然地返回液體儲存罐進行循環(huán)利用。隨后，通過技術(shù)和裝備的不斷豐富和完善，形成了目前應(yīng)用最廣泛的潮汐灌溉系統(tǒng)。1982年，Speedling公司首次將潮汐灌溉技術(shù)引入現(xiàn)代苗圃系統(tǒng)。1984年至1989年在佛羅里達州的Bushnell苗圃和1991年在加利福尼亞州的Nipomo苗圃使用(Thomas，1993)。近年來，國內(nèi)學(xué)者對蔬菜潮汐穴盤育苗也做了大量研究。2015年，中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所首次使用全套國產(chǎn)設(shè)備，在北京試驗農(nóng)場建設(shè)了專門用于蔬菜育苗的潮汐灌溉系統(tǒng)，潮汐床箱由泰州凱榮塑業(yè)有限公司制造，苗床支架采用自主研發(fā)的螺旋調(diào)平裝置，比例肥料代替施肥機，電磁閥-集成電路-液晶面板控制灌溉程序。由于其投資少、操作簡單，得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注和認可。先后于2015年在青海省、2016年在河北省唐山市、2017年在北京市昌平區(qū)、安徽省舒城市、山東省濟南市開展試驗示范。1.2潮汐式育苗工作原理潮汐養(yǎng)苗的工作原理主要依靠排孔和孔底孔基質(zhì)的毛細管作用，注入床箱的肥料液（或水）進入整個基質(zhì)或根際空間，滿足幼苗生長發(fā)育的水分和養(yǎng)分需求。其中，核心是基質(zhì)毛細作用，動力是水分子粘附力和毛細表面粘附力。幼苗生長的基質(zhì)是由固相、液相、氣相組成的分散體系。固相內(nèi)部和之間存在不同大小的孔隙，相互連接形成復(fù)雜的毛細管系統(tǒng)，具有吸水、養(yǎng)分遷移和氣體溶解的功能。0.10mm孔，作為排氣口或大孔，難以持續(xù)，在重力下快速排出。0.03~0.10mm孔隙作為毛細孔，可懸浮水，持續(xù)供給植物；0.03mm孔隙作為貯藏孔，水吸附性高，植物難以使用。各孔隙的比例取決于基質(zhì)組成及其物理結(jié)構(gòu)。當基質(zhì)接觸水時，由于壓力差、重力、毛細吸，水充滿基質(zhì)孔隙，當壓力差消失時，基質(zhì)僅可逆重力依賴毛細吸吸水到一定高度，并保持一定的含水量。毛細管水上升的高度和速度與基質(zhì)孔隙的大小有關(guān)。在一定的孔徑范圍內(nèi)，孔徑越大，上升的速度越快，但越低，孔徑的速度越慢，但上升的高度越高。對于孔徑過小的矩陣，不僅上升速度非常慢，而且上升高度也很有限。在毛細管水上升高度范圍內(nèi)，基質(zhì)含水量也有所不同。在水面附近，幾乎所有的基質(zhì)孔隙都充滿了水（也稱為毛細管水密封層）。從底部到一定高度，毛細管水上升較快，含水量較高。進一步向上，只有較細的毛細管才有水分，且含水量相對較低。1.3系統(tǒng)組成潮汐式育苗系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成上可明確分為4部分：育苗生長部分，栽培床部分，循環(huán)管道部分和控制部分。1.3.1幼苗生長部分主要包括待栽培植物的種類和品種，生長基質(zhì)和育苗容器。根據(jù)植物的種類，以及成長階段，以及特定的生長環(huán)境（溫度，還有光，和濕氣，二氧化碳濃度），在適當考慮基板特性的情況下（結(jié)構(gòu)，最后，根據(jù)植物類型，生長階段和特定生長環(huán)境（溫度，光照，濕度，CO2濃度），提出了潮汐灌溉參數(shù)（灌溉時間，灌溉量，灌溉頻率，肥料濃度）。苗木生長是潮灌的最終目的，所有的技術(shù)參數(shù)都為苗木的生長發(fā)育服務(wù)或服從于苗木的生長發(fā)育。1.3.2植床部分基本功能是將肥料溶液保持在1~5cm高度5~30分鐘，滿足了基質(zhì)對水肥的吸收，不滲漏，水肥可同時均勻到達各育苗容器底部，保證了基質(zhì)對植物間水肥吸收的均勻性和一致性，從而保證了苗木生長的規(guī)律性。目前世界上常用的種植床有五種：固定種植床，移動種植床，地面種植床，槽種植床，托盤種植床（又稱荷蘭種植床）。1.3.3循環(huán)管路部分它通常由儲罐，肥料罐，施肥機，消毒裝置，回料罐，水泵，輸水管道等組成。工作流程是水泵從儲罐中吸水，通過肥料檢測和調(diào)節(jié)pH值和EC值，而含有一定養(yǎng)分含量的肥料溶液，沿輸水管道通過快開閥和床箱入口進入潮汐床箱，并停留5~30分鐘，停止灌溉，床箱基質(zhì)吸收剩余肥液經(jīng)排水管通過快開閥自然返回回池，再經(jīng)消毒裝置進入儲罐進行下一次灌溉，從而循環(huán)利用。循環(huán)管道裝置的數(shù)量和性能可根據(jù)水質(zhì)，苗木大小，投資能力等實際情況進行適當調(diào)整。如水質(zhì)較差，可在儲罐前部加裝水處理設(shè)備；如果投資低，也可以用比例肥料代替肥料。1.3.4控制部分潮汐育種至少包括兩個方面的控制，一是灌水時間，如每次灌水的長度和重復(fù)灌水的開始時間，前者決定灌水量，后者決定灌水頻率和開始時間，通常通過集成控制元件和電磁閥來完成；二是肥料濃度，如養(yǎng)分配比，pH值，EC值，通常由肥料自帶的程序調(diào)節(jié)。1.4潮汐式育苗技術(shù)的發(fā)展方向潮汐育秧易于實現(xiàn)智能密閉循環(huán)和水肥結(jié)合“零排放”，節(jié)水、節(jié)肥、省力效果顯著，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“綠色”發(fā)展理念，展現(xiàn)出非常廣闊的應(yīng)用前景。但潮汐育苗畢竟是一項新技術(shù)，科研開發(fā)和實際應(yīng)用的歷史還較短。理論知識和實踐經(jīng)驗的缺乏構(gòu)成潮汐育苗技術(shù)應(yīng)用的雙重障礙。因此，迫切需要從以下幾個方面開展工作:①潮汐灌溉條件下基質(zhì)含水率遷移規(guī)律研究。以穴盤為主要育苗容器，根據(jù)穴盤規(guī)格、基質(zhì)配比和育苗環(huán)境，繪制基質(zhì)-吸水/產(chǎn)水動態(tài)特性曲線，提供準確的水肥供應(yīng)基礎(chǔ)參數(shù)。②潮汐育苗材料及設(shè)備研發(fā)。目前，我國使用的潮汐床箱、施肥機、滅菌器等主要依賴進口，而國產(chǎn)材料設(shè)備使用率還比較低，需要加強潮汐育苗關(guān)鍵材料設(shè)備的研發(fā)。此外，為滿足未來智能化需求，高靈敏度、高穩(wěn)定性的水肥檢測探測器和調(diào)節(jié)元件的研發(fā)也應(yīng)得到重視。一般認為潮汐灌溉最大的挑戰(zhàn)是病蟲害的傳播，尤其是肥液中的病蟲害。在充分吸收營養(yǎng)液栽培中相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，找到潮汐育苗病蟲害發(fā)生規(guī)律和防治策略。④潮汐育苗技術(shù)規(guī)范的制定以培育優(yōu)質(zhì)壯苗為目標，以潮汐植物為主要形式。將蔬菜種類、發(fā)育階段水肥需求、裝備等進行綜合，形成適合我國實際需求的潮汐育苗技術(shù)模式，并在生產(chǎn)實踐中不斷改進完善。⑤潮汐育苗技術(shù)示范。目前國際上盆栽主要采用潮汐灌溉，蔬菜潮汐育苗還處于起步階段。在加大技術(shù)裝備研發(fā)的同時，科研單位和育苗企業(yè)要合作建立潮汐育苗示范基地，先行先試，不斷拓寬潮汐育苗技術(shù)應(yīng)用。2材料與方法2.1試驗材料試驗于2020年4-5月在寧夏賀蘭園藝產(chǎn)業(yè)園玻璃智能溫室進行。試驗期間，白天溫室溫度30℃，夜間10℃，日平均濕度50%，日平均光照強度10000Lx。采用由塑料盆和排水閥組成的模擬潮汐灌溉系統(tǒng)，1個塑料盆配1根血管。供試黃瓜品種為津綠19號，由綠豐園藝新技術(shù)開發(fā)有限公司研制，育苗72穴，育苗基質(zhì)由寧夏嘉禾園種業(yè)有限公司提供。育苗基質(zhì)密度為0.201g/cm3,EC為186mS/m,pH值為7.3,有機質(zhì)量≥20%,腐植酸量≥10%,氮磷鉀量≥10%。2.2試驗設(shè)計測試設(shè)置潮汐灌溉和頂部灑水灌溉兩種灌溉方式。其中潮汐灌溉測試設(shè)置灌水深度、灌水時間、灌水頻率三個因素。每個要素都設(shè)置兩個層次。根據(jù)因素水平，采用L4正交設(shè)計安排測試。共5個處理，每個處理1個穴盤，重復(fù)3次，詳見表1。表1試驗設(shè)計處理灌水高度(A)灌水時間(B)灌溉頻率(C)T1A1B1C1T2A1B2C2T3A2B1C2T4A2B2C1T5頂部灑水灌溉,常規(guī)管理,每次灌溉直到穴盤底部有水漏出為止。注:A1?A2分別表示灌水高度為1.5?3cm;B1?B2分別表示灌水時間為15?30min;C1?C2分別表示灌溉頻率為2?3次/d?2.3測定方法黃瓜播種后28d取樣，測定苗高（從莖基到生長點）、莖粗（子葉下1cm處）、第一真葉長寬，還測定黃瓜播種后苗地下部或地上部的新鮮品質(zhì)。然后在105℃清潔，60℃干燥，測定地面干燥質(zhì)量、地下干燥質(zhì)量、全株干燥質(zhì)量。計算壯苗指數(shù)（壯苗指數(shù)=（莖粗/苗高+根系干燥質(zhì)量/地上干燥質(zhì)量）·全株干燥質(zhì)量）、G值（G值=全株干燥質(zhì)量/育苗時間）和根冠比值?；|(zhì)含水率和灌水量的測定，黃瓜播種后每天09：00采用英國DELTAT公司的WET土壤三參數(shù)測定儀測定基質(zhì)含水率和電導(dǎo)率，同時采用稱質(zhì)法測定每次灌溉用水量，計算總灌水量和灌水次數(shù)。3結(jié)果與分析3.1不同處理對黃瓜穴盤苗生育期的影響從表2可以看出，黃瓜從播種到出苗好需要8d，不同處理的黃瓜板半生育期的變化是1心1葉期。其中T1和T4較其他3個處理生育期早。T2和T3生育期推遲。3葉1心（出株期）時，T1、T4比T5早2d，比T2、T3早3d處理。表2不同處理下黃瓜穴盤苗的生育期時間（4月19日播種）3.2不同處理對黃瓜穴盤苗形態(tài)指標的影響從表3可以看出，T1無論是下莖粗細還是葉面積、根長和體積最大，與其他處理差異顯著。地上新鮮度和干燥質(zhì)量平均值為T1、T4、T2、T5、T3。T1、T4、T5比T2、T3具有更高的地下干燥品質(zhì)，且差異較大；不同處理周期與地下線質(zhì)量無顯著差異。表2不同處理對黃瓜穴盤苗生長指標的影響注不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05,LSR測驗)?下同?表3不同處理對黃瓜穴盤苗壯苗指數(shù),G值和根冠比的影響3.3不同處理對黃瓜穴盤苗壯苗指數(shù)G值和根冠比的影響從表4可以看出，壯苗指數(shù)平均值為T1、T2、T4、T5、T3。G均值按T1、T4、T2、T5、T3處理。相對于正常大小，干質(zhì)量大小從大到小按T5、T2、T3、T1、T4處理。但分別處理的腺質(zhì)量根冠比無明顯差異。這可能是由于用T2和T3處理的半畝黃瓜牡蠣生長受到威脅，導(dǎo)致秧苗素質(zhì)較差?3.4不同處理對黃瓜穴盤苗生理指標的影響從表5可以看出，不同處理的黃瓜穴盤苗葉綠素相對值無顯著差異；每個處理的平均光合速率為T4、T1、T5、T3和T2處理，T1和T4處理明顯高于其它處理。每個處理路線的平均活力值以T4、T1、T2、T5、T3和T4最高。與其它處理相比，T2和T3處理的葉片電導(dǎo)率最低，差異顯著；各處理丙二醛摩爾平均值由小到大以T4、T1、T5、T3、T2處理、T2、T3處理最高。因此，T2、T3處理后的黃瓜生長依靠水分，根系活力較低，丙二醛摩爾濃度更高?表5不同處理對黃瓜穴盤苗的生理指標的影響3.5潮汐灌溉正交試驗中主要指標的可視化分析潮汐灌溉正交試驗三要素株、莖粗的主要順序均為灌溉頻率>灌水高度>灌水時間，其中灌溉頻率起主要作用，最佳組合分別為A1B2C1和A1B1C1。從三因素看，對壯苗指數(shù)影響的主要順序為灌水高度>灌溉頻率>灌水時間，最佳組合為A1B2C1；對G值的影響順序為：灌溉頻率>灌水高度>灌水時間，最佳組合為A1B2C1。這三個因素的順序分別為：灌溉頻率>灌水高度>灌水時間和灌溉頻率>灌水時間>灌水高度。最優(yōu)組合分別為A2B1C1和A2B2C1。三因素對基質(zhì)含水率和灌水量影響的主要順序為：灌水高度>灌水時間>灌溉頻率和灌溉頻率>灌水高度>灌水時間，最優(yōu)組合均為A2B2C1?4結(jié)論試驗結(jié)果表明，在育苗前期（播后10d），15rin/時間加1次/日潮灌和30min/時間加1次/日潮灌的黃瓜幼苗根系生長勢最強；在苗圃中期（播后15d），15min/時間加1/天潮灌處理，30min/時間加1/天潮灌處理黃瓜幼苗長勢強于其它處理。同時，黃瓜根系體積此時達到最大值：苗期后期（播后20d），各處理幼苗根系體積不再增減，出現(xiàn)衰老現(xiàn)象，這是板營養(yǎng)空間受限的結(jié)果。除30min/次加1次/3天潮灌外，各處理的壯苗指數(shù)與G值之間的差距在不同育苗階段均呈縮小趨勢。播種后15天，潮灌凈光合速率和根系活力為15min/次加1次/日處理，且30min/次加1/天潮灌處理均高于其它處理，證明苗木的地上生長和地下養(yǎng)分吸收十分一致。在整個孕育期，對照灌水量最大，但基質(zhì)平均日含水量并不最高，潮灌明顯低于上層灌溉。與控制相比，15rain/次加1次/日潮灌可節(jié)水10%，30min/次加1次/日潮灌可節(jié)水6%，這一結(jié)果與包長成等的結(jié)果相似。潮汐灌溉也證明具有很高的節(jié)水效率：除30瑞安/分批加1批/3天的潮灌外，5次潮灌中基質(zhì)的平均日電導(dǎo)率低于對照，這可能是由于潮灌沖洗基質(zhì)后鹽度較低，需要進一步澄清。此外，灌水時間為15分鐘的處理比灌水時間為30分鐘的處理節(jié)省總灌水量的4%。一般來說，適宜的潮汐灌溉方法在黃瓜洞盤幼苗生長發(fā)育和節(jié)水效率方面優(yōu)于頂級噴灌方法，其中潮汐灌溉的灌溉頻率比灌溉時間更重要。在溫室環(huán)境中，日間最高溫度為30℃、15℃，日平均空氣相對濕度為50%，最佳灌溉系統(tǒng)為灌溉高度的2/3(3cm)，灌溉時間為15min，灌溉頻率為1倍/d。1）T1、T4、T5處理的灌溉頻率相同，與頂部灑水灌溉（T5）相比，T1、T4處理的黃瓜生育期提前，長勢強，壯苗指數(shù)、光合效率和根系活力高。2）與頂部灑水灌溉（T5）相比，潮汐灌溉（T1、T2、T3、T4）電導(dǎo)率低、灌水量小，分別節(jié)水26.86%、33.72%、32.90%、24.00%，證明潮汐灌溉節(jié)水效率高。3）潮汐灌溉正交試驗中，三因素影響株、莖粗、G值和光合速率的主要順序均為灌溉