微细气泡技术 农业应用 第1部分：水培生菜生长促进作用的评价方法

ICS19.020

CCSA20

GB/ZXXXXX.1—20XX

微细气泡技术农业应用

第1部分：水培生菜生长促进作用的评价方法

Finebubbletechnology—Agriculturalapplications—

Part1:Testmethodforevaluatingthegrowthpromotion

ofhydroponicallygrownlettuce

（ISO/TS23016-1:2019,IDT）

（征求意见稿）

20XX-XX-XX发布20XX-XX-XX实施

GB/ZXXXXX.1—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

本文件是标准化文件《微细气泡技术农业应用》的第1部分。

本文件使用翻译法等同采用ISO/TS23016-1:2019《微细气泡技术农业应用第1部分：水培生菜生长促进作

用的评价方法》。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国科学院提出。

本文件由全国微细气泡技术标准化技术委员会（SAC/TC584）归口。

本文件起草单位：泰州巨纳新能源有限公司、绍兴文理学院、上海海洋大学、南京国科农业科技发展有限

公司、中国科学院过程工程研究所、泰州飞荣达新材料科技有限公司、北京航空航天大学、同济大学等。

本文件主要起草人：梁奇锋、丁荣、梁贺君、朱荣、李兆军、周兰、吕俊鹏、柳姝、李攀等。

I

GB/ZXXXXX.1—XXXX

引言

近年来，微细气泡技术在水环境技术、机械工程清洗技术等领域的应用取得了成功。因为在促进农产品和

水产品的增长、提高农产品质量、节约农业资源和确保食品安全方面表现良好，微细气泡技术在农产品、水产

养殖和食品工业领域的应用也引起了市场的高度关注。从事这类产品的各个行业正在通过应用微细气泡产生系

统将微细气泡引入其农田，最终开辟了微细气泡产生系统的新市场。

然而，由于从微细气泡技术到农业、水产养殖和食品工业技术领域的技术转移并没有得到对微细气泡或其

产生技术的共识的支持，对微细气泡增强性能的评估结果还不能同时被微细气泡产生系统供应商以及技术转移

场景用户所接受。此外，由于农产品和水产品的多样性，很难采用一套系统的方法来选择和应用微细气泡产生

系统。

基于标准化程序产生的客观证据进行性能评估旨在将这两种技术连接起来，并促进微细气泡技术在全球市

场不同应用领域的发展。为了加速健全的全球市场形成，两个技术利益相关者都迫切想要开发相关的测试程序。

本文件旨在通过规定适用于农业和水产养殖及食品工业用微细气泡产生系统的试验程序来满足上述需求。

该程序通过将目标系统产生的微细气泡水应用于生菜并通过测量其生长情况来进行评估。生菜是全国广为接受

的产品，对生菜进行评估所产生的测试数据也能用来代表测试系统对其他主要农产品（例如叶菜）的性能提升。

生菜的生长过程比其他蔬菜简单得多，这使得测试过程中的测量过程更加容易。由于本文规定的测试条件即生

长环境易于控制，因此有助于在全国建立相关的测试工厂。测试程序的测量参数是在特定的生长期内施用微细

气泡的生菜收获质量与未施用微细气泡的生菜收获质量的差异。

由于随着技术的发展，性能参数提高迅速，本文件中没有规定测试的定量标准。

II

GB/ZXXXXX.1—XXXX

微细气泡技术农业应用

第1部分：水培生菜生长促进作用的评价方法

1范围

本文件规定了一种通过估算特定生长期内茎和叶的质量增量来评估微细气泡水对水培生菜生长促进作用的

试验方法。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该

日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T41914.1微细气泡技术微细气泡使用和测量通则第1部分:术语(GB/T41914.1-2022/ISO20480-

1:2017,IDT）

GB/T41914.2微细气泡技术微细气泡使用和测量通则第2部分:微细气泡属性分类(GB/T41914.2-2022/ISO

20480-2:2018,IDT）

ISO20480-1微细气泡技术微细气泡使用和测试通则第1部分：术语

ISO20480-2微细气泡技术微细气泡使用和测试通则第2部分：微细气泡属性的分类

3术语和定义

ISO和IEC维护的用于标准化工作的术语库如下：

──ISO在线浏览平台：/obp

──IEC电子百科：/

3.1

植物工厂plantfactory

在控制内部环境条件（如温度、二氧化碳和液体肥料）的情况下允许植物系统性生长和生产的设施。

3.2

微细气泡发生系统finebubblegeneratingsystem

利用水和空气机械产生微细气泡（直径小于100μm的气泡）的系统。

3.3

微细气泡水finebubblewater

工厂用含微细气泡的水（3.1）。

3.4

原水rawwater

提供的自来水或同等质量水平的水，以生产微细泡水（3.3）并作为对照水以供对比参考。

3.5

微细气泡区finebubblesection

使用微细泡水种植植物的区域（3.3）。

注：在本文件中，种植的植物是生菜。

3.6

对照区controlsection

使用原水（3.4）作为种植植物的区域并作为微细气泡区的对比。

注：在本文件中，种植的植物是生菜。

3.7

液体肥料liquidfertilizer

植物生长的营养液。

3.8

培养液culturesolution

供水培系统使用的含液肥溶液（3.7）。

1

GB/ZXXXXX.1—XXXX

3.9

光合光子通量密度(PPFD)photosyntheticphotonfluxdensity

每单位时间和面积内属于光合作用所需的400nm–700nm波长范围内的光子数，

4生菜生长性能促进作用的试验方法

4.1试验环境条件

4.1.1供水

应提供足够的供水，使水培床和水箱的管道中的水保持循环。

4.1.2空气质量

与正常空气成分相比，不应出现影响生菜生长的明显异常值。

4.1.3生长促进系统的运行

整个试验期间系统应能连续运行。生长应在整个试验期间保持连续运行并采用本试验方法评估该系统。与

稳定微细气泡生成相关的每个操作参数应得到监控。

4.1.4微细气泡的性能

与稳定的为微细气泡生成有关的每个操作参数应能够得到监控。微细气泡水的大小和数量浓度可通过用户

自己测试或提供系统供应商的数据。但是当由用户自己进行测量时，无需测量液体肥料混合之后的气泡属性。

4.1.5测量系统

测量装置需要监控像空气温度、二氧化碳浓度、相对湿度、水温、溶解氧、PH值、导电性和光合光子通

量密度等环境参数，以及通过测量茎叶质量来体现样品的性能。

4.2测试系统及相关仪器

试验系统应包括以下内容（见图1）。

4.2.1试验系统配置

采用双管线制。一种是微细泡水，由原水供应到微细气泡产生系统中产生并被供应到植物工厂的微细气泡

区，以促进生菜的生长。在微细气泡区中，可使用两个或多个区进行试验。同时，另一个为无微细气泡原水，

作为微细气泡区的对比参考直接供给工厂对照区。图1显示了测试线的基本布局。试验装置由微细气泡发生系

统、水箱、供水系统（包括水泵）、种植系统和生菜生长台组成，有两条种植线。种植系统应安装在纯人工光、

纯日光或日光人工光型植物工厂。

4.2.2微细泡水管线系统

在造泡罐中产生细气泡后，在液肥搅拌罐内与液肥混合的微细泡水被供应到两条管线（微细泡水供应线）

中的一条。液肥方面，微细泡水和液肥由液肥搅拌罐定量供应。水和液肥也可以同时供应到混合罐中，通过微

细气泡生成系统循环并返回到混合罐。图1中的水箱可以组合在一起。对于微细气泡水，可使用两个或多个区

域进行试验。

4.2.3对照水管线系统

原水和液肥以固定的数量供应给另一条管线，并在原水供应到水箱后进行混合。

4.2.4水箱

水箱内壁宜采用具有气体阻隔性能的材料如玻璃等进行覆盖，以防止储罐内的水面暴露于空气中，并确保

储罐内的流动处于层流状态。

2

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4.2.5水流

试验报告中应记录水培床的尺寸、包括水培床、水箱和管道在内的水量以及水培床中的水流等。

4.2.6磅秤

读取精度为0.1g的校准天平。

注:图中数字表示水流、液肥以及混合液等流经系统的顺序。

图1测试系统的构成

4.3试验材料

在每一条微细气泡水和对照水试验管线上用（N+2）×10株生菜茎叶进行试验。收获日期应在发芽后N周

至（N+1）周之间。

4.4测试准备工作

4.4.1微细气泡线系统工况确认

利用已通过确认的微细气泡生成系统，使用原水生成直径小于100μm的细气泡，优选直径小于1μm的超

细气泡。

4.4.2水培床系统

水培床应安装在人工光、日光或日光人工光型工厂中。

4.4.3操作员和检查员

生产和运输过程如传播、移植、收获和装运工作以及生长促进性能评估测试应由经过培训的人员进行，以

确保上述所有操作的一致性。

4.4.4操作手册

在进行试验前，应编制有关传播、移植、收获、装运工作以及促生长性能评价等操作和备注的操作手册。

4.5确认再现性的初级试验

4.5.1概述

3

GB/ZXXXXX.1—XXXX

开始试验前，应进行初级试验，以评估促生长过程的再现性。通过初步试验，可以确定收获期在出苗后N

周至（N+1）周之间。试验结果记录为4.8m）。

4.5.2再现性确认

在初级试验中，生菜在两个对照区生长，不使用微细气泡水，应确认两者的试验结果是否有显著差异。在

假设结果与方差分析（ANOVA）一致的前提下，应用t检验进行统计学检验。如果没有统计学意义上的差异，这

些部分被认为具有良好的再现性。在重现性好的情况下，将两个区域中的一个区域改为微细气泡水进行适当的

试验。

4.5.3有统计学显著差异时的处理

如果有统计学意义的差异，则应使用另外一组两线组合或选择一组差异较小的双线组合进行重新测试。

4.6测试过程

4.6.1生菜苗的准备

所有试样应在相同条件下均匀生长。

4.6.2生长系统

生菜应进行测试，直到（N+1）周，同一测试应进行三次。应固定使用的人工光、纯日光或日光人工光植

物工厂的环境条件。

4.6.3取样

每周从微细气泡区和对照区随机抽取10份生菜。如图2所示，切断的茎叶质量应在30分钟内称重。

标引序号说明：

1——茎叶部位

2——根部

图2叶和根之间的切断方式

4.6.4记录

记录生菜生长过程中某一确定时刻的大气温度、相对湿度、水温、溶解氧、pH值、电导率、二氧化碳浓

度和PPFD等环境参数。在配置好液肥后，其组分在试验使用前应得到记录。

4.6.5试验次数

试验应分三次进行。

4

GB/ZXXXXX.1—XXXX

4.7促进生长的计算

每周测量根据4.6.3从微细气泡区和对照区制备的生菜样品质量，每个区计算所获的10个茎和叶的平均质量。

促生长的程度由式（1）给出：

퐹−퐶퐹−퐶

푚̅=(푁푁+푁+1푁+1)⁄2……………………(1)

퐶푁퐶푁+1

式中：

푚̅——促生长率；

퐹——生菜微细气泡区茎叶平均质量；

퐶——对照区生菜茎叶平均质量；

푁——收获期介于푁周和（푁+1）周之间时的周数。

生菜生长试验结果示例见附录A。

4.8试验报告

试验报告应包含以下信息：

a）试验室的名称和地址、试验日期、操作人员和检查员；

b）本文件参考，即ISO/TS23016-1；

c）微细气泡发生系统的序列号和型号；

d）微细气泡产生系统生成的气泡尺寸和数量浓度（由用户测量或系统供货商提供）；

e）系统操作（如微细气泡产生过程是连续的还是间歇式的）和与液肥混合前细气泡水的储存时间；

f）微细气泡区和控制段的周平均质量及其标准偏差（示例见A.1）；

g）试验环境条件：水培床尺寸、水深、流速；

h）生菜的类型名称和种子的年龄；

i）播种和生长的方法、试验期限、有无初步试验；

j）在使用微细气泡水的试验段中观察到明显的产量增长的时间，例如在试验开始后第五周出现20%的增量增

长；

k）液肥用量；

l）环境参数测量图（示例见附录B）；

m）关于试验结果再现性的信息，最好包括初步试验中的t-检验（试验结果应根据试验实验室和用户之间的

协议进行处理）。

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附录A

(资料性)

生菜促进生长作用测试结果实例

A.1测量生菜质量的记录表格实例

表A.1给出了关于测量绿叶生菜平均质量的记录表格实例。

表A.1关于测量绿叶生菜平均质量的记录表格实例

第一次测试第二次测试第三次测试

10株生菜平均质量（克）10株生菜平均质量（克）10株生菜平均质量（克）

周数

微细气泡区对照区微细气泡区对照区微细气泡区对照区

FN1CN1FN2CN2FN3CN3

1播种播种播种

2育苗育苗育苗

33.2±0.213.3±0.173.8±0.254.0±0.192.4±0.243.1±0.16

413.7±0.5113.1±0.4316.9±0.5815.2±0.4819.4±0.6516.2±0.51

571.7±4.4958.5±4.2179,2±4,7265.0±4.3577.3±4.8059.2±4.32

6174.1±9.98152.0±9.58149.0±9.28123.6±8.90127.1±9.02113.5±8.67

_

m0.190.210.21

注：在第三周种子进行移植并开始测试。

采用下面公式计算平均值和标准差σ

퐹푁1=(퐹푁1(푛=1)+퐹푁1(푛=2)+퐹푁1(푛=3)+⋯+퐹푁1(푛=10))⁄10(A.1)

퐶푁1=(CN1(n=1)+CN1(n=2)+CN1(n=3)+⋯+CN1(n=10))⁄10(A.2)

FN2、CN2、FN3和CN3类似可以计算得到。

221⁄2

(퐹푁1−퐹푁1(푛=1))+(퐹푁1−퐹푁1(푛=2))+

σ(퐹푁1)=[22](A.3)

(퐹푁1−퐹푁1(푛=3))+⋯+(퐹푁1−퐹푁1(푛=10))

221⁄2

(퐶푁1−퐶푁1(푛=1))+(퐶푁1−퐶푁1(푛=2))+

σ(퐶푁1)=[22](A.4)

(퐶푁1−퐶푁1(푛=3))+⋯+(퐶푁1−퐶푁1(푛=10))

σ(FN2)、σ(CN2)、σ(FN3)和σ(CN3)类似可以计算得到。

式中：

F,C和N——在4.7中定义；

푛——进行茎叶质量测量的生菜数量；

푚̅——生长促进率，在本例中取N=5。

A.2测试结果的作图实例

有关绿叶生菜和皱叶生菜的测试数据在图A.1和图A.2中给出。直方图中的误差条代表了两倍标准差的大小。

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说明：

X——生长期（周）

Y——茎叶质量（克）

——微细气泡区

——对照区

图A.1绿叶生菜质量—在五周和六周时生在在微细气泡水和对照水中生长状况的对比

说明：

X——生长期（周）

Y——茎叶质量（克）

——微细气泡区

——对照区

图A.2皱叶生菜质量—在五周和六周时生在在微细气泡水和对照水中生长状况的对比

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附录B

（资料性）

环境参数测量数值的记录表格实例

表B.1给出了测量数值的记录实例

表B.1测量数据的记录实例

参数分类项目测量频率数据记录（举例）测量方法

最高20°C,

气温持续测量温度计

最低13°C

最高80%,

相对湿度持续测量湿度计

空气最低50%

最高500ppm,二氧化碳浓度测量

二氧化碳浓度持续测量

最低300ppm仪

是否使用通风机同时使用通风机和风

——

和风扇扇

最高18°C,

水温持续测量水温计

最低14°C

原生

最高9mg/l,

溶解氧持续测量溶解氧测量仪

最低7mg/l

pH值确定时刻7.0pH值计

最高19°C,

水温持续测量水温计

最低15°C

微细气泡水

最高10mg/l,

溶解氧持续测量溶解氧测量仪

最低8mg/l

pH值在设定时间7.0pH值计

培养液电导在设定时间2S/m电导测量仪

培养液浓度控制—自动控制液肥浓度计

光照强度

在设定时间600μmol/m2s光量子通量计

（PPFD）

白天和晚上白天14h

在设定时间—

光照持续光照时间晚上10h

辅助光照:下午6点-

上午5点

辅助光照或遮光在使用时测量—

遮光:下午4点-下午6

点

8

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参考文献

[1]TatsumasaMORIMATSU,MizukiGOTO,MasamichiKOHNOandAkiraYABE,ThermalScience&

EngineeringVol.12No.4(2004),68,CleaningEffectofNano-Bubbles,(1stReport:MinuteParticle

Contamination)

9

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目次

前言I

引言II

1范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义1

4生菜生长性能促进作用的试验方法2

4.1试验环境条件2

4.2测试系统及相关仪器2

4.3试验材料3

4.4测试准备工作3

4.4.1微细气泡线系统工况确认3

4.4.2水培床系统3

4.4.3操作员和检查员3

4.4.4操作手册3

4.5确认再现性的初级试验3

4.5.1概述3

4.5.2再现性确认4

4.5.3有统计学显著差异时的处理4

4.6测试过程4

4.6.1生菜苗的准备4

4.6.2生长系统4

4.6.3取样4

4.6.4记录4

4.6.5试验次数4

4.7促进生长的计算5

4.8试验报告5

附录A（资料性）生菜促进生长作用测试结果实例6

A.1测量生菜质量的记录表格实例6

A.2测试结果的作图实例6

附录B（资料性）环境参数测量数值的记录表格实例8

参考文献9

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微细气泡技术农业应用

第1部分：水培生菜生长促进作用的评价方法

1范围

本文件规定了一种通过估算特定生长期内茎和叶的质量增量来评估微细气泡水对水培生菜生长促进作用的

试验方法。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该

日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T41914.1微细气泡技术微细气泡使用和测量通则第1部分:术语(GB/T41914.1-2022/ISO20480-

1:2017,IDT）

GB/T41914.2微细气泡技术微细气泡使用和测量通则第2部分:微细气泡属性分类(GB/T41914.2-2022/ISO

20480-2:2018,IDT）

ISO20480-1微细气泡技术微细气泡使用和测试通则第1部分：术语

ISO20480-2微细气泡技术微细气泡使用和测试通则第2部分：微细气泡属性的分类

3术语和定义

ISO和IEC维护的用于标准化工作的术语库如下：

──ISO在线浏览平台：/obp

──IEC电子百科：/

3.1

植物工厂plantfactory

在控制内部环境条件（如温度、二氧化碳和液体肥料）的情况下允许植物系统性生长和生产的设施。

3.2

微细气泡发生系统finebubblegeneratingsystem

利用水和空气机械产生微细气泡（直径小于100μm的气泡）的系统。

3.3

微细气泡水finebubblewater

工厂用含微细气泡的水（3.1）。

3.4

原水rawwater

提供的自来水或同等质量水平的水，以生产微细泡水（3.3）并作为对照水以供对比参考。

3.5

微细气泡区finebubblesection

使用微细泡水种植植物的区域（3.3）。

注：在本文件中，种植的植物是生菜。

3.6

对照区controlsection

使用原水（3.4）作为种植植物的区域并作为微细气泡区的对比。

注：在本文件中，种植的植物是生菜。

3.7

液体肥料liquidfertilizer

植物生长的营养液。

3.8

培养液culturesolution

供水培系统使用的含液肥溶液（3.7）。

1

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3.9

光合光子通量密度(PPFD)photosyntheticphotonfluxdensity

每单位时间和面积内属于光合作用所需的400nm–700nm波长范围内的光子数，

4生菜生长性能促进作用的试验方法

4.1试验环境条件

4.1.1供水

应提供足够的供水，使水培床和水箱的管道中的水保持循环。

4.1.2空气质量

与正常空气成分相比，不应出现影响生菜生长的明显异常值。

4.1.3生长促进系统的运行

整个试验期间系统应能连续运行。生长应在整个试验期间保持连续运行并采用本试验方法评估该系统。与

稳定微细气泡生成相关的每个操作参数应得到监控。

4.1.4微细气泡的性能

与稳定的为微细气泡生成有关的每个操作参数应能够得到监控。微细气泡水的大小和数量浓度可通过用户

自己测试或提供系统供应商的数据。但是当由用户自己进行测量时，无需测量液体肥料混合之后的气泡属性。

4.1.5测量系统

测量装置需要监控像空气温度、二氧化碳浓度、相对湿度、水温、溶解氧、PH值、导电性和光合光子通

量密度等环境参数，以及通过测量茎叶质量来体现样品的性能。

4.2测试系统及相关仪器

试验系统应包括以下内容（见图1）。

4.2.1试验系统配置

采用双管线制。一种是微细泡水，由原水供应到微细气泡产生系统中产生并被供应到植物工厂的微细气泡

区，以促进生菜的生长。在微细气泡区中，可使用两个或多个区进行试验。同时，另一个为无微细气泡原水，

作为微细气泡区的对比参考直接供给工厂对照区。图1显示了测试线的基本布局。试验装置由微细气泡发生系

统、水箱、供水系统（包括水泵）、种植系统和生菜生长台组成，有两条种植线。种植系统应安装在纯人工光、

纯日光或日光人工光型植物工厂。

4.2.2微细泡水管线系统

在造泡罐中产生细气泡后，在液肥搅拌罐内与液肥混合的微细泡水被供应到两条管线（微细泡水供应线）

中的一条。液肥方面，微细泡水和液肥由液肥搅拌罐定量供应。水和液肥也可以同时供应到混合罐中，通过微

细气泡生成系统循环并返回到混合罐。图1中的水箱可以组合在一起。对于微细气泡水，可使用两个或多个区

域进行试验。

4.2.3对照水管线系统

原水和液肥以固定的数量供应给另一条管线，并在原水供应到水箱后进行混合。

4.2.4水箱

水箱内壁宜采用具有气体阻隔性能的材料如玻璃等进行覆盖，以防止储罐内的水面暴露于空气中，并确保

储罐内的流动处于层流状态。

2

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4.2.5水流

试验报告中应记录水培床的尺寸、包括水培床、水箱和管道在内的水量以及水培床中的水流等。

4.2.6磅秤

读取精度为0.1g的校准天平。

注:图中数字表示水流、液肥以及混合液等流经系统的顺序。

图1测试系统的构成

4.3试验材料

在每一条微细气泡水和对照水试验管线上用（N+2）×10株生菜茎叶进行试验。收获日期应在发芽后N周

至（N+1）周之间。

4.4测试准备工作

4.4.1微细气泡线系统工况确认

利用已通过确认的微细气泡生成系统，使用原水生成直径小于100μm的细气泡，优选直径小于1μm的超

细气泡。

4.4.2水培床系统

水培床应安装在人工光、日光或日光人工光型工厂中。

4.4.3操作员和检查员

生产和运输过程如传播、移植、收获和装运工作以及生长促进性能评估测试应由经过培训的人员进行，以

确保上述所有操作的一致性。

4.4.4操作手册

在进行试验前，应编制有关传播、移植、收获、装运工作以及促生长性能评价等操作和备注的操作手册。

4.5确认再现性