CN104871845B - 一种基于高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法，包括以下步骤：步骤一，幼苗样本的制备；步骤二，对样本施加不同强度的高压电场；步骤三，测定幼苗根系活力、叶片细胞膜透性及吸收液离子浓度的变化；步骤四，确定利于移栽作物养分吸收的最佳场强和处理时间。本发明提供的高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法，可对多种不同幼苗进行处理并为每种作物确定促进不同养分吸收的最佳场强和作用时间，具有适用范围广、操作简单的特点。

Description

一种基于高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法
技术领域
本发明涉及一种基于高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法。属于作物生产技术领域，专门用于促进移栽作物养分的快速吸收，实现养分快速补充。
背景技术
氮磷钾是作物生长发育过程中不可缺少的营养元素，对作物生长发育起着至关重要的作用。氮肥和磷肥是施用量最多的两种肥料，钾肥虽然施用量相对较少，但我国钾资源有限，钾肥还需要进口。然而，目前我国肥料利用率低，养分流失严重，氮、磷、钾比例与土壤养分供应状况和作物对养分的吸收状况不相协调，肥料的滥施和过度施用造成巨大的经济损失和严重的环境污染。作物对养分吸收利用率低的现状已严重阻碍了我国农业的可持续发展。
为提高作物对养分的有效利用率、减少养分流失、降低环境污染，需要研究调节作物对养分吸收的新型技术来根据作物各生育期所需养分规律和营养状况进行实时、定量的施肥，从而作物实现优质、高效、高产。作物对养分的有效吸收和利用的新技术是保障我国肥料产业可持续发展及实现作物优质、高效、高产的有效措施。
研究表明，电场可以改变细胞膜的通透性，影响膜两侧离子浓度平衡、植物代谢以及细胞的遗传特性。电栽培技术在某种程度上能够促进作物生长，加快作物生长速率、增产及提高作物品质，可以提高作物的抗病虫害能力，减少肥料和农药的施用量。电栽培技术是今后作物栽培的重要发展方向。
专利号为201210215656.6公开了一种采用极低频脉冲电场生产无公害芽菜的装置与方法，该装置包括极低频高压脉冲发生器、连接到该高压发生器的一对平行铜板电极以及位于两电极间用于放置种子的非金属支架，采用该装置和方法得到的经过脉冲电场处理培养的种子萌发迅速，幼苗鲜重和芽长等和未经脉冲电场处理的对照相比差异巨大，质量和产量都有大幅度提高。但其处理的对象为种子而不是作物幼苗。
专利(专利号为200810054536.6)公开了一种利用高压交变电场处理番茄的方法，高压交变电场处理可以延缓番茄的颜色变红、硬度变软、可溶性糖含量以及果皮叶绿素含量的下降和可滴定酸、番茄红素含量的上升等效果，但其处理对象是果实。
专利(专利号为201220123963.7)公开了一种设置有高压静电场的水培花卉苗床，其特征是在一个苗床的底部表面上铺设有电场负极网，电场负极网上面为营养液，营养液上面为设置有等距离孔的漂浮板，漂浮板孔内栽有水培花卉，距离苗床底部50～80cm的处设置了电场正极网。在电场作用下，植物气孔开张时间延长，促进了植物的光合作用和植物细胞中叶绿素含量a的提高，植株有明显的增绿效应，促进了作物的快速生长。该专利中没有给出促进花卉快速增长所对应的最佳场强和作用时间的具体方法。
综上所述，目前已有对种子和果蔬的多种高压电场处理装置和方法，但还缺乏一种安全性和可靠性高的能够促进作物养分吸收和生长的方法。为此，本发明通过对移栽作物施加不同场强和不同作用时间的高压电场，利用移栽作物在高压静电场作用下根系活力、养分吸收和膜透性的变化，确定促进养分吸收的最佳场强和电场作用时间，为促进移栽作物养分吸收提供一种有效方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法，以促进作物对养分的吸收，提高肥料利用率，降低环境污染。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，制备移栽作物样本。
步骤二，对移栽作物样本施加不同强度的高压静电场，具体包括以下过程：
过程一，将移栽作物样本均匀放置到高压静电场平行极板的下极板上，并将高压静电场平行极板的上极板和下极板分别与高压控制器的电压输出端的正极、负极连接，调节上极板与枝叶之间的距离，确保二者之间距离大于15cm，从而避免上极板与移栽作物枝叶距离过近发生放电现象而导致枝叶受到损伤；随后接通高压控制器电源，同时开启试验主体箱的补光装置、通风装置及温湿度传感器的电源，通过高压控制器的电压调节旋钮缓慢调节输入到高压静电场平行极板上极板和下极板之间的场强为2.0kV/cm，同时观察高压静电发生器显示屏上的电流值，待电流趋于稳定后开始计时；
过程二，施加高压静电场1小时后，切断高压控制器电源并用带有高度绝缘手柄的不锈钢放电棒的金属部分连接上极板和下极板以及植物枝叶，以放掉积累到上极板、下极板和植物枝叶的电荷，然后将移栽作物样本从下极板取出，利用移液管从盛放移栽作物样本的烧杯中快速吸取营养液3mL到带盖的离心管并贴好标签待测试分析；
过程三，将过程二中吸取营养液后的移栽作物重新放入高压静电场平行极板的下极板上，开启高压电源，调节电压值使场强恢复到处理1h前的值，然后每隔1小时重复过程二和过程三，直到总的高压静电场作用时间达到8小时为止；
过程四，采用与2.0kV/cm处理时生长条件和生长天数相同的作物样本将高压静电场场强分别调节为2.25kV/cm、2.5kV/cm、2.75kV/cm、3.0kV/cm和0kV/cm，然后重复过程一至过程三。
步骤三，测定移栽作物样本的根系活力、叶片细胞膜透性及吸收液离子浓度的变化：
在经过各种不同场强的高压静电场对作物样本处理后，快速取移栽作物样本的根系和叶片分别用于测定移栽作物根系活力和叶片细胞膜透性；利用流动分析仪测定吸收营养液离子浓度的变化；
步骤四，确定利于移栽作物样本养分吸收的最佳场强和处理时间：
依据所述根系吸收养分耗竭技术和动力学方程、根系活力及细胞膜透性，确定利于移栽作物养分吸收的最佳场强和处理时间。
所述制备移栽作物样本的过程如下：
选取大小一致的移栽作物种子，用0.1％的HgCl2消毒30min，将消毒后的种子在穴盘内采用珍珠岩和蛭石混合的基质育苗，育苗条件为温度为白天28℃，夜间20℃、光强800-1000μmol/(m2·s)，光照时间每天14小时；移栽作物出苗后，每隔2天用Hoagland营养液浇灌1次；待苗长出两片真叶后，选择长势一致的移栽作物幼苗，将根部携带的基质洗净后，转移到盛有对应移栽作物所需营养液的烧杯进行培养室培养；为确保培养期间内营养液的pH保持不变，每天进行pH的调节；为保证移栽作物正常吸收，每2天更换营养液1次；在进行移栽前进行高压静电场电场处理准备，将每10株移栽作物幼苗放入一个所需吸收养分的营养液的烧杯中，每个处理重复4次，在烧杯口用海绵和带孔的泡沫塑料固定的同时，在泡沫塑料上预留取吸收液的孔后待处理，得移栽作物样本。本发明具有有益效果。
本发明通过对移栽作物施加不同场强和不同作用时间的高压电场，利用移栽作物在高压静电场作用下根系活力、养分吸收和膜透性的变化，确定促进养分吸收的最佳场强和电场作用时间，为促进移栽作物养分吸收提供一种有效方法。
附图说明
图1为本发明不同高压静电场处理8h番茄苗吸收1.0mmol/LNH4 +根系活力的变化图；
图2为本发明不同高压静电场处理8h番茄苗吸收1.0mmol/L NO3 -根系活力的变化图；
图3为本发明不同高压静电场处理8h番茄苗吸收1.0mmol/L NH4 +时叶片细胞膜透性的变化图；
图4为本发明不同高压静电场处理8h番茄苗吸收1.0mmol/L NO3 -时叶片细胞膜透性的变化图。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。
专利(申请号：2013107383772)公开的《一种基于高压电场的作物养分吸收诱导装置》主要包括试验箱主体、一对平行极板、补光装置、补光调节装置、通风装置、温湿度传感器、光照传感器、高压发生器及其高压控制器、极板间距调节装置、放电棒、控制器。基于该专利公开的《一种基于高压电场的作物养分吸收诱导装置》，对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明以番茄(杂交908)幼苗为例，在江苏大学农业装备工程学院温室进行育苗。
步骤一：番茄幼苗样本的制备。
选取大小一致的番茄种子，用0.1％的HgCl2消毒30min，将消毒后的种子播于育苗盘内，采用珍珠岩和蛭石混合的基质育苗，生长条件为28/20℃(昼/夜)、800-1000μmol/(m2·s)，光照时间每天14小时。待番茄出苗后，每隔2天用Hoagland营养液浇灌1次。待长出两片真叶后，选择长势一致的幼苗，将根部携带的基质洗净后，转移到盛有番茄营养液的烧杯进行培养室培养。为确保培养期间内营养液pH保持不变，每天对pH值进行调节，每2天对营养液进行更换。在高压静电场处理前，将按照山崎配方配置的番茄营养液用无氮营养液饥饿培养2天后，将每10株幼苗分别放入1.0mmol/L NH4 +和1.0mmol/L NO3 -氮素吸收营养液的烧杯，每种吸收液处理重复4次。
步骤二：对番茄幼苗施加不同强度的高压静电场。
过程一，准备好的移栽作物样本均匀放置到高压静电场平行极板的下极板上，并将高压静电场平行极板的上极板和下极板分别与高压控制器的电压输出端的正极、负极连接，调节上极板与枝叶之间的距离，确保二者之间距离大于15cm，从而避免上极板与移栽作物枝叶距离过近发生放电现象而导致枝叶受到损伤。随后接通高压控制器电源，同时开启试验主体箱的补光装置、通风装置及温湿度传感器的电源，通过高压控制器的电压调节旋钮缓慢调节输入到高压静电场平行极板上极板和下极板之间的场强为2.0kV/cm，同时观察高压静电发生器显示屏上的电流值，待电流趋于稳定后开始计时。
过程二，施加电场1小时后，切断高压控制器电源并用带有高度绝缘手柄的不锈钢放电棒的金属部分连接上极板和下极板以及植物枝叶，以放掉积累到上极板、下极板和植物枝叶的电荷，然后将幼苗样本从下极板取出，利用移液管从盛放幼苗样本的烧杯中快速吸取营养液3mL到带盖的离心管并贴好标签待测试分析。
过程三，将过程二中吸取营养液后的番茄幼苗样本重新放入高压静电场电极板的下极板上，然后每隔1小时重复过程二和过程三，直到总的电场作用时间达到8小时为止。
过程四，将场强分别调节为2.25kV/cm、2.5kV/cm、2.75kV/cm、3.0kV/cm和0kV/cm，利用待处理番茄幼苗生长天数和条件与2.0kV/cm的幼苗相同情况下，然后重复过程一～过程三。
步骤三：测定番茄幼苗根系活力、叶片细胞膜透性及吸收液离子浓度的变化。
经不同场强的高压静电场处理后，快速取处理的番茄幼苗的根及叶部测定番茄幼苗的根系活力，叶片细胞膜透性，利用流动分析仪测定吸收液浓度的变化。
步骤四：确定利于番茄幼苗氮素养分吸收的最佳场强和处理时间。
依据根系吸收养分耗竭技术和动力学方程、根系活力及细胞膜透性，确定利于番茄幼苗养分吸收的场强和处理时间。
利用根系吸收动力学参数Imax和1/Km可以评判高压静电场能否促进对养分的吸收和吸收程度的大小，将不同场强下的番茄幼苗根系吸收动力学参数Imax和1/Km和对照(0kV/cm)时比较，若不同场强下的Imax和1/Km值同时高于对照时的值，则说明该场强可促进对养分的吸收，反之亦然。如表1所示，高压静电场处理下移栽番茄幼苗对不同浓度水平的NH4 +和NO3 -动力学吸收影响不同。场强为2.0kV/cm和2.25kV/cm静电场促进了番茄幼苗对1.0mmol/L NH4 +和1.0mmol/L NO3 -动力学吸收，表现为最大吸收速率和亲和力在8h内均提高。
表1不同高压静电场处理下的番茄幼苗对1.0mmol/L NH4 +和1.0mmol/LNO3 -吸收
表中：Imax-最大吸收速率；1/Km-亲和力
如图1和图2所示，场强为2.0kV/cm和2.25kV/cm的高压静电场均可促进NH4 +和NO3 -吸收时的根系活力，且这两种场强NH4 +吸收时的根系活力的促进作用更好。
如图3和图4所示，在不同场强的高压静电场作用下，番茄叶片的细胞膜透性随电场强度的增强而增强，但场强为2.0kV/cm和2.25kV/cm的高压静电场对细胞膜的破坏影响不大。
通过以上分析说明，场强和作用时间适宜的高压静电场可促进番茄幼苗对氮素的吸收，促进番茄幼苗氮素养分吸收的最佳处理时间为8小时，NH4 +和NO3 -的最佳场强分别为2.0kV/cm和2.25kV/cm。

Claims (2)

1.一种基于高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，制备移栽作物样本；
步骤二，对移栽作物样本施加不同强度的高压静电场；
步骤三，测定移栽作物样本的根系活力、叶片细胞膜透性及吸收液离子浓度的变化：
在经过各种不同场强的高压静电场对作物样本处理后，快速取移栽作物样本的根系和叶片分别用于测定移栽作物根系活力和叶片细胞膜透性；利用流动分析仪测定吸收营养液离子浓度的变化；
步骤四，确定利于移栽作物样本养分吸收的最佳场强和处理时间：
依据根系吸收养分耗竭技术和动力学方程、根系活力及细胞膜透性，确定利于移栽作物养分吸收的最佳场强和处理时间；
所述步骤二的具体过程如下：
过程一，将移栽作物样本均匀放置到高压静电场平行极板的下极板上，并将高压静电场平行极板的上极板和下极板分别与高压控制器的电压输出端的正极、负极连接，调节上极板与枝叶之间的距离，确保二者之间距离大于15cm，从而避免上极板与移栽作物枝叶距离过近发生放电现象而导致枝叶受到损伤；随后接通高压控制器电源，同时开启试验主体箱的补光装置、通风装置及温湿度传感器的电源，通过高压控制器的电压调节旋钮缓慢调节输入到高压静电场平行极板上极板和下极板之间的场强为2.0 kV/cm，同时观察高压静电发生器显示屏上的电流值，待电流趋于稳定后开始计时；
过程二，施加高压静电场1小时后，切断高压控制器电源并用带有高度绝缘手柄的不锈钢放电棒的金属部分连接上极板和下极板以及植物枝叶，以放掉积累到上极板、下极板和植物枝叶的电荷，然后将移栽作物样本从下极板取出，利用移液管从盛放移栽作物样本的烧杯中快速吸取营养液3mL到带盖的离心管并贴好标签待测试分析；
过程三，将过程二中吸取营养液后的移栽作物重新放入高压静电场平行极板的下极板上，开启高压电源，调节电压值使场强恢复到处理1h前的值，然后每隔1小时重复过程二和过程三，直到总的高压静电场作用时间达到8小时为止；
过程四，采用与2.0 kV/cm处理时生长条件和生长天数相同的作物样本将高压静电场场强分别调节为2.25 kV/cm、2.5 kV/cm、2.75 kV/cm、3.0 kV/cm和0 kV/cm，然后重复过程一至过程三。
2.根据权利要求1所述的一种基于高压静电场促进移栽作物养分吸收的方法，其特征在于，所述制备移栽作物样本的过程如下：
选取大小一致的移栽作物种子，用0.1%的HgCl2消毒30 min，将消毒后的种子在穴盘内采用珍珠岩和蛭石混合的基质育苗，育苗条件为温度为白天28℃，夜间20℃、光强800-1000µmol/(m2·s)，光照时间每天14小时；移栽作物出苗后，每隔2天用Hoagland营养液浇灌1次；待苗长出两片真叶后，选择长势一致的移栽作物幼苗，将根部携带的基质洗净后，转移到盛有对应移栽作物所需营养液的烧杯进行培养室培养；为确保培养期间内营养液的pH保持不变，每天进行pH的调节；为保证移栽作物正常吸收，每2天更换营养液1次；在进行移栽前进行高压静电场电场处理准备，将每10株移栽作物幼苗放入一个所需吸收养分的营养液的烧杯中，每个处理重复4次，在烧杯口用海绵和带孔的泡沫塑料固定的同时，在泡沫塑料上预留取吸收液的孔后待处理，得移栽作物样本。
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