CN104705182B - 一种基于植物氮肥施用量优化的栽培方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，该栽培方法基于一栽培装置，包括支架，支架的上部设有营养液箱，中部设有栽培箱，栽培箱内盛放陶粒砂；植物氮肥施用量优化的步骤如下：1)准备N15标记氮素含量依次增加的多组营养液；2)将其中一组营养液注入储液箱，利用营养液对各栽培箱种的植物进行培养，并定时对营养液充氧和更新；3)待植物生长至特定时间或生长期时，测得剩余和残留的营养液中的氮素质量a，陶粒砂吸收的氮素质量b，植株内的氮素质量c，计算对植物施用氮肥中总的氮素质量m；4)依次应用剩余的各组不同氮素含量营养液，得到各组营养液对应的a、b、c和m，通过比较分析确定植物氮肥施用量。
Description
技术领域
本发明属于氮肥施用量研究、水培装置的技术领域，尤其涉及一种基于植物氮肥施用量优化的栽培方法。
背景技术
精细农业是现代农业的发展趋势，精细化的按需施肥是精细农业的重要组成部分。目前田间的施肥作业大多过量施肥，造成了环境污染、资源浪费等诸多问题，研究植物的按需施肥对现代农业的发展及自然环境的保护有重要意义。氮素是构成植物众多有机质中的一种重要元素，如何准确确定植物所需氮肥量对精细化的按需施肥有重大意义，同时也是当前精细农业领域的研究热点。
例如，申请公布号CN101743798A的专利申请提供了一种用于确定小麦精确施用氮肥用量的方法，该方法是：氮肥用量由施氮量＝输出-土壤氮素表观矿化量-环境养分投入氮量-秸秆还田带入氮量-种子带入氮量-播前1米土层硝态氮；其中输出包括：作物吸氮量、收获后土壤硝态氮残留安全量以及土壤氮素损失；收获后土壤硝态氮残留安全量由对播种地大量土壤1米土层取样分析得出。该发明根据氮素输入与输出土壤植物系统的数量应相平衡，来确定氮肥用量，从而达到精确施用氮肥，提高作物产量和氮素吸收利用。
植物水培技术多用于植物工厂等领域，国内还鲜有将水培技术应用于优化植物氮肥施用量的实验栽培系统。目前对植物氮肥施量的研究多采用传统实验室方法，该方法的时间、物质成本均较高。尽管有光谱检测、图像检测等快速检测植物氮肥实用量的方法，但都由于较高的成本、误差难以推广。本发明的基于植物氮肥施用量优化的温控栽培系统和方法，对快速、准确、以较低的成本研究植物的氮肥施用量有重要意义，为精细农业领域的按需施肥提供有力支撑。
发明内容
本发明提供了一种基于植物氮肥施用量优化的温控栽培方法，该栽培系统结构简单，成本较低，容易推广应用，且能够实现较高准度的氮素检测；该实验方法设置若干个梯度的氮肥施用量分别进行实验，根据随着氮肥施用量的增加植物体内氮素含量的变化确定优化的植物氮肥施用量。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，所述的栽培方法基于一栽培装置，所述的栽培装置包括支架，所述支架的上部设有营养液箱，中部设有栽培箱，下部设有回收箱；所述的栽培箱通过进液管与营养液箱连通，回收箱通过出液管与栽培箱连通，且栽培箱内盛放陶粒砂，并设有向栽培箱中充氧的给氧装置和营养液高度定量装置；
其中，植物氮肥施用量优化的步骤如下：
1)准备N15标记氮素含量依次增加的多组营养液；
2)将其中一组营养液注入储液箱，利用营养液对各栽培箱种的植物进行培养，并定时对营养液充氧和更新；
3)待植物生长至特定时间或生长期时，测得剩余和残留的营养液中的氮素质量a，陶粒砂吸收的氮素质量b，植株内的氮素质量c，计算对植物施用氮肥中总的氮素质量m，m＝a+b+c；
4)依次应用剩余的各组不同氮素含量营养液，重复步骤2)和步骤3)，得到各组营养液对应的a、b、c和m，通过比较分析确定植物氮肥施用量。
其中，所述的支架呈三级台阶型，台阶上由高至低依次放置所述的营养液箱、栽培箱和回收箱，营养液在自身重力作用下可输入栽培箱，并排出至回收箱内，结构简单，维护和运行成本较低。
其中，所述的栽培箱外设有金属网罩，金属网罩用来防止鸟类等飞禽对植物造成伤害，网孔应小于鸟类等常见飞禽的体型大小，以充分保护植物的生长。
另外，为保证植物的健康生长，所述的支架放置在栽培室内，用于放置鸟类等飞禽对植物造成伤害。
同时，所述的栽培室由PC阳光板制成，顶部设有通风天窗。
PC阳光板具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点，保证植物可正常进行光合作用，利于保持物质生长所需的适宜温度，并设置通风天窗，方便简易栽培室的通风换气。
其中，所述的栽培室内安装有温度调节器，可以使简易栽培室内的温度保持在较为适宜植物生长的水平上。
本发明中，所述的给氧装置包括充气机和连接充气机且端部伸入栽培箱的输气管；所述的营养液高度定量装置为由栽培箱侧面向上弯曲延伸的弧形透明管。
充气机和输气管可以补充栽培箱内营养液中的氧气，弧形透明管用来观察栽培箱内的营养液是否到达其上限位置，对培养液的添加和更新提供定量依据。
其中，所述的培养土为陶粒砂，陶粒砂不吸收水和营养液中的其他任何成分，也不会被营养液溶解，避免导致氮肥的损耗，影响测量数据的准确性。
与传统的实验装置相比，本发明的优点为：
(1)本温控栽培方法结构简单，操作流程简洁，设备成本低廉，便于推广应用和同时用多个该温控栽培方法进行实验，降低实验的时间成本。
(2)本温控栽培方法几乎完全利用除土壤、气温外的自然条件进行植物栽培，由于较为接近自然条件，所得的实验结果更有实际田间应用价值，且能够提供适宜的生长温度，可以缩短植物的生长周期。
(3)本温控栽培方法可以以较高的精确度测得植物的氮素吸收量与氮肥施用量的关系。
附图说明
图1为本发明一种基于植物氮肥施用量优化的温控栽培系统的结构示意图。
其中，1、简易栽培室；2、温度调节器；3、天窗；4、营养液箱；5、梯形支架；6、回收箱；7、出液管；8、出液开关；9、弧形透明管；10、陶粒砂；11、栽培箱；12、输气管；13、进液开关；14、进液管；15、充气机。
具体实施方式
如图1所示，一种基于植物氮肥施用量优化的温控栽培方法，栽培系统包括简易栽培室1、温度调节器2、天窗3、营养液箱4、梯形支架5、回收箱6、出液管7、出液开关8、弧形透明管9、陶粒砂10、栽培箱11、输气管12、进液开关13、进液管14和充气机15。
梯形支架5呈三级台阶型，台阶上由高至低依次放置营养液箱4、栽培箱11和回收箱6，营养液在自身重力作用下可输入栽培箱，并排出至回收箱内。简易栽培室1由PC阳光板制成，具有良好的透光、保温性能。简易栽培室1的顶部设有天窗3，方便简易栽培室的通风换气。营养液箱4内存储植物生长所需要的氮肥营养液，进液开关13打开可以使氮肥营养液经进液管14流进栽培箱11内。弧形透明管9用来观察栽培箱内的营养液是否到达其上限位置。出液开关8打开可以使栽培箱内的经过植物吸收的废旧营养液经出液管7流进回收箱6。回收箱6用来收集经过植物吸收的废旧营养液；充气机15和输气管12可以补充栽培箱11内营养液中的氧气；温度调节器2可以使简易栽培室内的温度保持在较为适宜植物生长的水平上。
在本实施例中，若无简易栽培室1，则可在栽培箱11外覆盖金属网罩16，用来防止鸟类等飞禽对植物造成伤害。
上述装置用于优化植物的氮肥施用量，假设设置4个梯度的氮肥施用量，先准备A、B、C、D四组足量的营养液，A、B、C、D营养液中的氮素含量按一定间距量依次增加，四份营养液中的其他营养元素含量都相同。
(1)将营养液A注入营养液箱，打开进液开关使营养液流入栽培箱，当弧形透明管内有流入的营养液时说明营养液已达到栽培箱的上限，关闭进液开关；每隔一段时间打开充气机为栽培箱内的营养液补充氧气；经过一定时间后，打开出液开关使栽培箱内废旧的营养液流进回收箱，待废旧营养液流尽后，关闭出液开关，并打开进液开关向栽培箱内注入新的营养液；若环境温度不适宜植物的生长，则打开温度调节器；可以根据需要定期打开天窗增加简易栽培室内的空气流动。
(2)植物生长至符合实验要求的形态时，将营养液箱、回收箱、栽培箱以及进液管、出液管中残留的营养液收集起来，测量其中氮素的质量，记为a；取出栽培箱内的陶粒砂并用蒸馏水进行清洗，将清洗后的蒸馏水收集起来，测量其中的氮素质量，记为b；取出栽培箱中的植株，采用托马斯燃烧法测得植株内氮素的质量c。m＝a+b+c为对植物施用氮肥中总的氮素质量。
(3)分别将营养液B、C、D注入营养液箱，其他按照(1)至(3)重复进行实验，每组实验均得到a、b、c、m四个值。将其列表如下：
| 营养液组别 | A | B | C | D |
| 施用N15质量 | m1 | m2 | m3 | m4 |
| 植物体内N15质量 | c1 | c2 | c3 | c4 |
由于m1<m2<m3<m4，若有c1<c2<c3，且c3与c4差距很小，则认为当施用氮素量超过m3时，植株吸收的氮素量基本维持在c3不再增加，从而确定该植物优化的氮素施量为m3。
可根据实验需要设置不同个梯度的氮肥；若条件允许，可以用4组该温控栽培方法同时进行A、B、C、D 4组营养液的实验，也可以根据需要测定不同生长时间或生长期所需最佳氮肥施用量。
Claims (7)
1.一种基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，所述的栽培方法基于一栽培装置，所述的栽培装置包括支架，所述支架的上部设有营养液箱，中部设有栽培箱，下部设有回收箱；所述的栽培箱通过进液管与营养液箱连通，回收箱通过出液管与栽培箱连通，且栽培箱内盛放陶粒砂，并设有向栽培箱中充氧的给氧装置和营养液高度定量装置；
给氧装置包括充气机和连接充气机且端部伸入栽培箱的输气管；
其特征在于，植物氮肥施用量优化的步骤如下：
1）准备N15标记氮素含量依次增加的多组营养液；
2）将其中一组营养液注入储液箱，利用营养液对各栽培箱种的植物进行培养，并定时对营养液充氧和更新；
3）待植物生长至特定时间或生长期时，测得剩余和残留的营养液中的氮素质量a，陶粒砂吸收的氮素质量b，植株内的氮素质量c，计算对植物施用氮肥中总的氮素质量m，m=a+b+c；
4）依次应用剩余的各组不同氮素含量营养液，重复步骤2）和步骤3），得到四组营养液对应的a1,a2, a3, a4、b1, b2, b3, b4、c1, c2, c3, c4和m1, m2, m3, m4；由于m1< m2< m3<m4，若有c1< c2< c3，且c3与c4差距很小，则认为当施用氮素量超过m3时，植株吸收的氮素量基本维持在c3不再增加，从而确定该植物优化的氮素施量为m3。
2.如权利要求1所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，其特征在于，所述的支架呈三级台阶型，台阶上由高至低依次放置所述的营养液箱、栽培箱和回收箱。
3.如权利要求1所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，其特征在于，所述的栽培箱外设有金属网罩。
4.如权利要求1所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，其特征在于，所述的支架放置在栽培室内。
5.如权利要求4所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，其特征在于，所述的栽培室由PC阳光板制成，顶部设有通风天窗。
6.如权利要求5所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，其特征在于，所述的栽培室内安装有温度调节器。
7.如权利要求1所述的基于植物氮肥施用量优化的栽培方法，其特征在于，所述的营养液高度定量装置为由栽培箱侧面向上弯曲延伸的弧形透明管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20150617 Assignee: Yongkang power Polytron Technologies Inc Assignor: Zhejiang University Contract record no.: 2018330000030 Denomination of invention: Cultivating method based on plant nitrogen fertilizer application amount optimization Granted publication date: 20171013 License type: Common License Record date: 20180328 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |