黄瓜穴盘育苗潮汐灌溉技术研究

附件8：毕业设计（论文）题目：黄瓜穴盘育苗潮汐灌溉技术研究学院：专业：学号：学生姓名：导师姓名：导师职称：二○二一年十二月 温州科技职业学院毕业设计（论文）第IV页引言潮汐灌溉使灌溉水从栽培基质底部进入，依靠栽培基质毛细管，为植物提供灌溉水，成为国外温室花卉栽培和蔬菜工厂化育苗的主要灌溉方式。2010年，我国自主研发的潮汐灌溉系统落户宁夏银川贺兰园艺产业园。研究结果证明，在潮水灌溉条件下，黄瓜、辣椒、西葫芦幼苗的长势和光合作用最强。但对蔬菜穴盘育苗潮汐灌溉技术的全面研究，最佳灌水高度、浸水时间、灌水频率等关键运行参数尚未明确确定。为此，以黄瓜为研究对象，以传统的顶部洒水灌溉为对照，系统研究潮水灌溉条件下不同灌水高度、灌水时间和灌溉频率对黄瓜穴盘苗生长发育、基质性质和节水效率的影响，筛选出最适合黄瓜穴盘育苗的潮水灌溉制度。1潮汐灌溉技术育苗的相关概述1.1潮汐灌溉技术育苗应用历史潮汐育苗属于一种底灌育苗方法。底部灌溉可以追溯到2500年前的圣经犹大王国，挖掘坑池收集雨水，种植庄稼。1895年，美国开始出现底灌的记录。20世纪20年代发展起来的植物水培技术和30年代发展起来的植物沙培技术，从肥料溶液配制、栽培基质配制等方面，为构建底灌技术体系提供了必要的知识储备。20世纪50年代，底灌技术开始应用于非洲紫罗兰和凤仙花的商业化生产，但当时仅限于沙培，定期更换肥料溶液。到20世纪70年代，底灌技术已基本形成。植物在装满无土栽培基质的容器中生长。用定时器控制泵，肥料溶液周期性地从贮液罐泵入多个栽培罐或床箱。植物和基质吸收了剩余的肥料溶液，然后自然地返回液体储存罐进行循环利用。随后，通过技术和装备的不断丰富和完善，形成了目前应用最广泛的潮汐灌溉系统。1982年，Speedling公司首次将潮汐灌溉技术引入现代苗圃系统。1984年至1989年在佛罗里达州的Bushnell苗圃和1991年在加利福尼亚州的Nipomo苗圃使用(Thomas，1993)。近年来，国内学者对蔬菜潮汐穴盘育苗也做了大量研究。2015年，中国农科院蔬菜花卉研究所首次使用全套国产设备，在北京试验农场建设了专门用于蔬菜育苗的潮汐灌溉系统，潮汐床箱由泰州凯荣塑业有限公司制造，苗床支架采用自主研发的螺旋调平装置，比例肥料代替施肥机，电磁阀-集成电路-液晶面板控制灌溉程序。由于其投资少、操作简单，得到了业界的广泛关注和认可。先后于2015年在青海省、2016年在河北省唐山市、2017年在北京市昌平区、安徽省舒城市、山东省济南市开展试验示范。1.2潮汐式育苗工作原理潮汐养苗的工作原理主要依靠排孔和孔底孔基质的毛细管作用，注入床箱的肥料液（或水）进入整个基质或根际空间，满足幼苗生长发育的水分和养分需求。其中，核心是基质毛细作用，动力是水分子粘附力和毛细表面粘附力。幼苗生长的基质是由固相、液相、气相组成的分散体系。固相内部和之间存在不同大小的孔隙，相互连接形成复杂的毛细管系统，具有吸水、养分迁移和气体溶解的功能。0.10mm孔，作为排气口或大孔，难以持续，在重力下快速排出。0.03~0.10mm孔隙作为毛细孔，可悬浮水，持续供给植物；0.03mm孔隙作为贮藏孔，水吸附性高，植物难以使用。各孔隙的比例取决于基质组成及其物理结构。当基质接触水时，由于压力差、重力、毛细吸，水充满基质孔隙，当压力差消失时，基质仅可逆重力依赖毛细吸吸水到一定高度，并保持一定的含水量。毛细管水上升的高度和速度与基质孔隙的大小有关。在一定的孔径范围内，孔径越大，上升的速度越快，但越低，孔径的速度越慢，但上升的高度越高。对于孔径过小的矩阵，不仅上升速度非常慢，而且上升高度也很有限。在毛细管水上升高度范围内，基质含水量也有所不同。在水面附近，几乎所有的基质孔隙都充满了水（也称为毛细管水密封层）。从底部到一定高度，毛细管水上升较快，含水量较高。进一步向上，只有较细的毛细管才有水分，且含水量相对较低。1.3系统组成潮汐式育苗系统在结构组成上可明确分为4部分：育苗生长部分，栽培床部分，循环管道部分和控制部分。1.3.1幼苗生长部分主要包括待栽培植物的种类和品种，生长基质和育苗容器。根据植物的种类，以及成长阶段，以及特定的生长环境（温度，还有光，和湿气，二氧化碳浓度），在适当考虑基板特性的情况下（结构，最后，根据植物类型，生长阶段和特定生长环境（温度，光照，湿度，CO2浓度），提出了潮汐灌溉参数（灌溉时间，灌溉量，灌溉频率，肥料浓度）。苗木生长是潮灌的最终目的，所有的技术参数都为苗木的生长发育服务或服从于苗木的生长发育。1.3.2植床部分基本功能是将肥料溶液保持在1~5cm高度5~30分钟，满足了基质对水肥的吸收，不渗漏，水肥可同时均匀到达各育苗容器底部，保证了基质对植物间水肥吸收的均匀性和一致性，从而保证了苗木生长的规律性。目前世界上常用的种植床有五种：固定种植床，移动种植床，地面种植床，槽种植床，托盘种植床（又称荷兰种植床）。1.3.3循环管路部分它通常由储罐，肥料罐，施肥机，消毒装置，回料罐，水泵，输水管道等组成。工作流程是水泵从储罐中吸水，通过肥料检测和调节pH值和EC值，而含有一定养分含量的肥料溶液，沿输水管道通过快开阀和床箱入口进入潮汐床箱，并停留5~30分钟，停止灌溉，床箱基质吸收剩余肥液经排水管通过快开阀自然返回回池，再经消毒装置进入储罐进行下一次灌溉，从而循环利用。循环管道装置的数量和性能可根据水质，苗木大小，投资能力等实际情况进行适当调整。如水质较差，可在储罐前部加装水处理设备；如果投资低，也可以用比例肥料代替肥料。1.3.4控制部分潮汐育种至少包括两个方面的控制，一是灌水时间，如每次灌水的长度和重复灌水的开始时间，前者决定灌水量，后者决定灌水频率和开始时间，通常通过集成控制元件和电磁阀来完成；二是肥料浓度，如养分配比，pH值，EC值，通常由肥料自带的程序调节。1.4潮汐式育苗技术的发展方向潮汐育秧易于实现智能密闭循环和水肥结合“零排放”，节水、节肥、省力效果显著，符合现代农业“绿色”发展理念，展现出非常广阔的应用前景。但潮汐育苗毕竟是一项新技术，科研开发和实际应用的历史还较短。理论知识和实践经验的缺乏构成潮汐育苗技术应用的双重障碍。因此，迫切需要从以下几个方面开展工作:①潮汐灌溉条件下基质含水率迁移规律研究。以穴盘为主要育苗容器，根据穴盘规格、基质配比和育苗环境，绘制基质-吸水/产水动态特性曲线，提供准确的水肥供应基础参数。②潮汐育苗材料及设备研发。目前，我国使用的潮汐床箱、施肥机、灭菌器等主要依赖进口，而国产材料设备使用率还比较低，需要加强潮汐育苗关键材料设备的研发。此外，为满足未来智能化需求，高灵敏度、高稳定性的水肥检测探测器和调节元件的研发也应得到重视。一般认为潮汐灌溉最大的挑战是病虫害的传播，尤其是肥液中的病虫害。在充分吸收营养液栽培中相关知识的基础上，找到潮汐育苗病虫害发生规律和防治策略。④潮汐育苗技术规范的制定以培育优质壮苗为目标，以潮汐植物为主要形式。将蔬菜种类、发育阶段水肥需求、装备等进行综合，形成适合我国实际需求的潮汐育苗技术模式，并在生产实践中不断改进完善。⑤潮汐育苗技术示范。目前国际上盆栽主要采用潮汐灌溉，蔬菜潮汐育苗还处于起步阶段。在加大技术装备研发的同时，科研单位和育苗企业要合作建立潮汐育苗示范基地，先行先试，不断拓宽潮汐育苗技术应用。2材料与方法2.1试验材料试验于2020年4-5月在宁夏贺兰园艺产业园玻璃智能温室进行。试验期间，白天温室温度30℃，夜间10℃，日平均湿度50%，日平均光照强度10000Lx。采用由塑料盆和排水阀组成的模拟潮汐灌溉系统，1个塑料盆配1根血管。供试黄瓜品种为津绿19号，由绿丰园艺新技术开发有限公司研制，育苗72穴，育苗基质由宁夏嘉禾园种业有限公司提供。育苗基质密度为0.201g/cm3,EC为186mS/m,pH值为7.3,有机质量≥20%,腐植酸量≥10%,氮磷钾量≥10%。2.2试验设计测试设置潮汐灌溉和顶部洒水灌溉两种灌溉方式。其中潮汐灌溉测试设置灌水深度、灌水时间、灌水频率三个因素。每个要素都设置两个层次。根据因素水平，采用L4正交设计安排测试。共5个处理，每个处理1个穴盘，重复3次，详见表1。表1试验设计处理灌水高度(A)灌水时间(B)灌溉频率(C)T1A1B1C1T2A1B2C2T3A2B1C2T4A2B2C1T5顶部洒水灌溉,常规管理,每次灌溉直到穴盘底部有水漏出为止。注:A1､A2分别表示灌水高度为1.5､3cm;B1､B2分别表示灌水时间为15､30min;C1､C2分别表示灌溉频率为2､3次/d｡2.3测定方法黄瓜播种后28d取样，测定苗高（从茎基到生长点）、茎粗（子叶下1cm处）、第一真叶长宽，还测定黄瓜播种后苗地下部或地上部的新鲜品质。然后在105℃清洁，60℃干燥，测定地面干燥质量、地下干燥质量、全株干燥质量。计算壮苗指数（壮苗指数=（茎粗/苗高+根系干燥质量/地上干燥质量）·全株干燥质量）、G值（G值=全株干燥质量/育苗时间）和根冠比值。基质含水率和灌水量的测定，黄瓜播种后每天09：00采用英国DELTAT公司的WET土壤三参数测定仪测定基质含水率和电导率，同时采用称质法测定每次灌溉用水量，计算总灌水量和灌水次数。3结果与分析3.1不同处理对黄瓜穴盘苗生育期的影响从表2可以看出，黄瓜从播种到出苗好需要8d，不同处理的黄瓜板半生育期的变化是1心1叶期。其中T1和T4较其他3个处理生育期早。T2和T3生育期推迟。3叶1心（出株期）时，T1、T4比T5早2d，比T2、T3早3d处理。表2不同处理下黄瓜穴盘苗的生育期时间（4月19日播种）3.2不同处理对黄瓜穴盘苗形态指标的影响从表3可以看出，T1无论是下茎粗细还是叶面积、根长和体积最大，与其他处理差异显著。地上新鲜度和干燥质量平均值为T1、T4、T2、T5、T3。T1、T4、T5比T2、T3具有更高的地下干燥品质，且差异较大；不同处理周期与地下线质量无显著差异。表2不同处理对黄瓜穴盘苗生长指标的影响注不同字母表示处理间差异显著(P<0.05,LSR测验)｡下同｡表3不同处理对黄瓜穴盘苗壮苗指数,G值和根冠比的影响3.3不同处理对黄瓜穴盘苗壮苗指数G值和根冠比的影响从表4可以看出，壮苗指数平均值为T1、T2、T4、T5、T3。G均值按T1、T4、T2、T5、T3处理。相对于正常大小，干质量大小从大到小按T5、T2、T3、T1、T4处理。但分别处理的腺质量根冠比无明显差异。这可能是由于用T2和T3处理的半亩黄瓜牡蛎生长受到威胁，导致秧苗素质较差｡3.4不同处理对黄瓜穴盘苗生理指标的影响从表5可以看出，不同处理的黄瓜穴盘苗叶绿素相对值无显着差异；每个处理的平均光合速率为T4、T1、T5、T3和T2处理，T1和T4处理明显高于其它处理。每个处理路线的平均活力值以T4、T1、T2、T5、T3和T4最高。与其它处理相比，T2和T3处理的叶片电导率最低，差异显著；各处理丙二醛摩尔平均值由小到大以T4、T1、T5、T3、T2处理、T2、T3处理最高。因此，T2、T3处理后的黄瓜生长依靠水分，根系活力较低，丙二醛摩尔浓度更高｡表5不同处理对黄瓜穴盘苗的生理指标的影响3.5潮汐灌溉正交试验中主要指标的可视化分析潮汐灌溉正交试验三要素株、茎粗的主要顺序均为灌溉频率>灌水高度>灌水时间，其中灌溉频率起主要作用，最佳组合分别为A1B2C1和A1B1C1。从三因素看，对壮苗指数影响的主要顺序为灌水高度>灌溉频率>灌水时间，最佳组合为A1B2C1；对G值的影响顺序为：灌溉频率>灌水高度>灌水时间，最佳组合为A1B2C1。这三个因素的顺序分别为：灌溉频率>灌水高度>灌水时间和灌溉频率>灌水时间>灌水高度。最优组合分别为A2B1C1和A2B2C1。三因素对基质含水率和灌水量影响的主要顺序为：灌水高度>灌水时间>灌溉频率和灌溉频率>灌水高度>灌水时间，最优组合均为A2B2C1｡4结论试验结果表明，在育苗前期（播后10d），15rin/时间加1次/日潮灌和30min/时间加1次/日潮灌的黄瓜幼苗根系生长势最强；在苗圃中期（播后15d），15min/时间加1/天潮灌处理，30min/时间加1/天潮灌处理黄瓜幼苗长势强于其它处理。同时，黄瓜根系体积此时达到最大值：苗期后期（播后20d），各处理幼苗根系体积不再增减，出现衰老现象，这是板营养空间受限的结果。除30min/次加1次/3天潮灌外，各处理的壮苗指数与G值之间的差距在不同育苗阶段均呈缩小趋势。播种后15天，潮灌净光合速率和根系活力为15min/次加1次/日处理，且30min/次加1/天潮灌处理均高于其它处理，证明苗木的地上生长和地下养分吸收十分一致。在整个孕育期，对照灌水量最大，但基质平均日含水量并不最高，潮灌明显低于上层灌溉。与控制相比，15rain/次加1次/日潮灌可节水10%，30min/次加1次/日潮灌可节水6%，这一结果与包长成等的结果相似。潮汐灌溉也证明具有很高的节水效率：除30瑞安/分批加1批/3天的潮灌外，5次潮灌中基质的平均日电导率低于对照，这可能是由于潮灌冲洗基质后盐度较低，需要进一步澄清。此外，灌水时间为15分钟的处理比灌水时间为30分钟的处理节省总灌水量的4%。一般来说，适宜的潮汐灌溉方法在黄瓜洞盘幼苗生长发育和节水效率方面优于顶级喷灌方法，其中潮汐灌溉的灌溉频率比灌溉时间更重要。在温室环境中，日间最高温度为30℃、15℃，日平均空气相对湿度为50%，最佳灌溉系统为灌溉高度的2/3(3cm)，灌溉时间为15min，灌溉频率为1倍/d。1）T1、T4、T5处理的灌溉频率相同，与顶部洒水灌溉（T5）相比，T1、T4处理的黄瓜生育期提前，长势强，壮苗指数、光合效率和根系活力高。2）与顶部洒水灌溉（T5）相比，潮汐灌溉（T1、T2、T3、T4）电导率低、灌水量小，分别节水26.86%、33.72%、32.90%、24.00%，证明潮汐灌溉节水效率高。3）潮汐灌溉正交试验中，三因素影响株、茎粗、G值和光合速率的主要顺序均为灌溉