CN111670780B - 一种通过垂直扩散筛选适用于滴灌系统的无土栽培基质的方法及应用 - Google Patents

Abstract

一种通过垂直扩散筛选适用于滴灌系统的无土栽培基质的方法及应用，主要是检测15‑20min内，水在固体基质中垂直向上自由扩散的距离，选择扩散距离在3.6cm以上的栽培基质作为适用于滴灌系统的无土栽培基质；本发明涉及的技术方案简单可行，检测数据较少，不需要复杂的计算方法，有利于实际应用和推广；减小了无土栽培基质在实验阶段向实际应用阶段推广时，栽培效果不稳定的风险。

Description

一种通过垂直扩散筛选适用于滴灌系统的无土栽培基质的方 法及应用

技术领域

本发明涉及一种通过垂直扩散筛选适用于滴灌系统的无土栽培基质的方法及应用，属于农业无土栽培技术领域。

背景技术

无土栽培因为省水、省肥、空间利用率高、产品洁净，观赏性强的优势，在蔬菜水果的种植中，应用非常广泛，特别是在缺水的沙漠、戈壁地区，这种栽培方式是满足缺水地区蔬菜水果供应的主要种植方式。栽培基质对无土栽培的效果，具有重大影响，现在无土栽培普遍使用的栽培基质是草炭土，并在其中加入少量的珍珠岩和蛭石用于调节栽培基质的通气孔隙度、持水孔隙度等指标。很多农业科研院所在做菌渣、稻壳等农业废弃物来代替草炭土作为无土栽培基质的工作。但是很多用来代替草炭土作为无土栽培基质的其他基质在实验室阶段表现良好，而在大面积推广阶段表现却不尽人意，达不到蔬菜水果在草炭土上的生长状态。即代替草炭土的无土栽培基质仅是符合NY/T 2118-2012蔬菜育苗基质标准，代替草炭土的其它基质在实验阶段向实际应用阶段推广时，达不到相应的使用效果，进一步影响了前期研发代替草炭土无土栽培基质的工作效率。

现在的栽培基质持水能力的检测，是根据要求检测基质的持水孔隙度，基质需要浸泡在水中24小时，根据基质中的持水量来计算其持水孔隙度。很多基质在较长时间的浸泡后，持水孔隙度会显著提高，但是在实际的无土栽培管理措施中，浇水时间一般每次只有15-20分钟，每天只浇一次，这既有利于减少设备的工作时间、延长设备的使用寿命，又有利于减少人工管理成本。那些需要较长时间浸泡才能提高持水量的基质因为没有足够的浸泡时间，实际持水孔隙度就达不到NY/T 2118-2012蔬菜育苗基质要求的持水孔隙度指标，在实际生产中，这些基质无法快速将有限时间内滴灌的含有作物必须元素的营养水储存，导致这些水从栽培槽的底部空隙流失，基质中含水、含肥量很低，满足不了作物正常生长所需，导致作物缺水缺肥。

中国文献《无土栽培基质水分特性参数研究》(甘露，范海燕，吴文勇等，农业机械学报，2013年5月第44卷第5期)公开了选用设施无土栽培常用8种基质，试验测定其孔隙度、渗透系数、水分特性曲线、扩散率等水分特性参数，综合分析了所述8种基质的水分特性参数，并对8种基质作为育苗和栽培基质进行了综合评价。该方法利用现有指标对常用无土栽培基质进行综合分析，并未给出开发代替常用无土栽培基质对应基质的技术方案；里面涉及的渗透系数指的是水在基质中通过的难易程度，测量渗透系数时，基质已经处于水饱和状态。该文献中涉及的水平扩散率是一个广泛的概念，采用水平土柱渗吸法测定，将基质均匀装入直径为5cm、长为50cm水平有机玻璃管中，利用检测专用器材马氏瓶供水，需要记录马氏瓶水位变化及润湿锋每过1cm所用时间，在试验结束时，从润湿锋开始迅速取基质，称质量进行加热干燥，测定基质柱的含水率分布，从而计算出Boltzmann变换参数，可算出不同含水率值对应的Boltzmann变换参数，进一步利用不同含水率值和Boltzmann变换参数计算出水平扩散率(单位cm²/min)，该水平扩散率需要检测的数据较多，检测方法和计算公式相对复杂，该指标主要体现的是基质长时间的保水能力，水分扩散率包括基质在高含水率情况下的水扩散能力，这对栽培生产没有实际指导意义，并且需要专业人员检测，不利于市场应用和推广。

中国文献《基于基质湿润和根系生长特性的温室生菜灌溉技术》(刘志刚，江苏大学，博士论文，2014年4月)该文表述了湿润体即微灌条件下的，水分在栽培介质中的湿润区域，其形状和内部水分分布对作物生长非常重要，它是根据实际情况设计微灌灌溉系统和作物合理灌溉的前提和基础。该文研究和分析均质栽培基质种类，灌溉方式、初始含水率、灌溉量以及灌溉流量对基质润湿体及其内部水分分布规律的影响，建立相关特征模型，为灌溉系统设计和进行设施基质栽培作物高水平水分管理提供理论基础(参见该论文第三章基质湿润体变化规律及特征模型，第27页)。该文的研究目的并未涉及选择无土栽培基质的相关研究。该文所述湿润体是一个体积的概念，随着微灌时间的增加，被润湿的体积是不断增长的，并且检测方法复杂，不利于实际应用和推广。

现有技术中关于无土栽培基质的相关报道较多，但是，涉及适用于滴灌系统的无土栽培基质的选择方法报道较少，并且多数仅限于理论研究，涉及相关指标的检测方法都比较复杂，检测数据较多，计算方法繁琐，在实际生产中，对于利用无土栽培基质种植进行作物栽培的从业人员来说，很难进行相关指标的检测，不利于实际应用和推广。

综上，目前关于无土栽培滴灌系统设置的滴灌条件不变的情况下，快速筛选适用于该滴灌系统的无土栽培基质的方法报道极少。

发明内溶

针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过垂直扩散筛选适用于滴灌系统的无土栽培基质的方法及应用。

本发明涉及的技术方案，解决的技术问题是在多种栽培基质中，快速筛选出适于滴灌系统的无土栽培基质。

进一步的，本发明涉及的技术方案，解决的技术问题是在无土栽培滴灌系统设置的滴灌条件不变的情况下，在多种栽培基质中，快速筛选出适用于该滴灌系统的无土栽培基质。

本发明涉及的技术方案

一种通过垂直扩散筛选适用于滴灌系统的无土栽培基质的方法，包括如下步骤：

将干燥的栽培基质固定成圆柱体，固定基质的紧实度与无土栽培时基质的紧实度一致，将固定基质的一端浸入水中15-20min，端面浸入水的高度在0.5cm以下，检测水沿固定基质垂直向上自由扩散的距离，选择扩散距离为3.6cm以上的栽培基质，作为适用于滴灌系统的无土栽培基质。

根据本发明优选的，所述圆柱体的直径为0.5-2cm。

根据本发明优选的，所述浸入水中的时间为15min。

根据本发明优选的，所述栽培基质为菇类菌渣、腐熟木屑、腐熟秸秆、腐熟稻壳、腐熟花生壳、腐熟酒糟之一或二者以上的混合物。

根据本发明优选的，上述筛选方法，包括如下步骤：

(1)将干燥的栽培基质，装入透明管状容器中，使基质高出管口，装入基质的紧实度与无土栽培时基质的紧实度一致，去除高出管口上表面的基质，并将装入基质的透明管状容器管口向上垂直于水平面固定；

(2)将透水网面覆盖在步骤(1)中所述容器管口上，然后将所述容器倒置，使透水网面覆盖的管口端浸在水中，所述基质不能透过透水网面；

(3)经15-20min后，检测步骤(2)中水在固定基质中沿垂直方向上自由扩散的距离，选择扩散距离为3.6cm以上的栽培基质，作为适用于滴灌系统的无土栽培基质。

根据本发明优选的，步骤(1)中透明管状容器的内径为0.5-2cm。

根据本发明优选的，步骤(3)检测时长为15min。

根据本发明优选的，所述滴灌系统的滴灌时间为5-20min，每天滴灌1-3次，滴灌流速为2-3L/h。

利用上述方法筛选出的无土栽培基质应用于农作物的无土栽培。

根据本发明优选的，所述农作物为草莓。

根据本发明优选的，适宜草莓无土栽培的基质，检测时长为15min，扩散距离为3.9-5.3cm。

本发明的有益效果

1、本发明涉及的技术方案，可以在多种栽培基质中，快速筛选出适于滴灌系统的无土栽培基质；进一步的在无土栽培滴灌系统设置的滴灌条件不变的情况下，可以在多种栽培基质中，快速筛选出适用于该滴灌系统的无土栽培基质。

2、本发明涉及的技术方案简单可行，检测数据较少，不需要复杂的计算方法，有利于实际应用和推广。

3、本发明涉及的技术方案，减小了无土栽培基质在实验阶段向实际应用阶段推广时，栽培效果不稳定的风险。

4、本发明涉及的技术方案评价了基质样品短时间内的保水能力。

附图说明

图1：金针菇菌渣对应的草莓植株长势照片；

图2：平菇菌渣对应的草莓植株长照片；

图3：为实施例的扩散示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但保护范围不限于此。

实施例中未注明具体条件的内容，按照常规条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商的，均为普通市售产品。

主要的试验材料：

玻璃管，内径2cm，长度为20cm；

搪瓷托盘；30*50cm，高5cm；

样品筛，直径25cm、细度300目；

游标卡尺，试管架；

栽培基质：

毛木耳菌渣来自鱼台县王鲁镇毛木耳菌渣处理厂，采集时间：2018年3月8日，自然发酵，发酵时间：16个月，也可购买现有市售产品；

金针菇菌渣来自齐河山东康瑞食用菌科技有限公司，采集时间：2018年2月6日，有氧发酵+自然发酵，发酵时间5个月，也可购买现有市售产品；

平菇菌渣来自于齐河山东康瑞食用菌科技有限公司，采集时间：2018年6月5日，有氧发酵，发酵时间1个月，也可购买现有市售产品；

草莓栽培基质来自于济南普朗特精准农业园，山东商道生物科技股份有限公司生产，采集时间：2018年3月7日，该草莓栽培基质为市售商品栽培基质。

上述栽培基质样品，经过常规的盆栽实验进行种植草莓，正常浇灌相同量的无土栽培时滴灌系统中使用的液体，相同的管理条件，盆栽实验中，上述不同栽培基质对草莓长势和草莓产量的影响无明显区别。

实施例

一种通过垂直扩散筛选适用于滴灌系统的无土栽培基质的方法，包括如下步骤：

(1)将上述干燥的栽培基质样品，分别装入玻璃管中，使装入的基质高出管口，装入基质的紧实度与无土栽培时基质的紧实度一致，去除高出管口上表面的基质，并将装入基质的玻璃管垂直固定在试管架上，管口向上；每个样品3个平行，并做好标记；

(2)将样品筛倒置覆盖在步骤(1)中的固定试管的管口上，然后将固定的玻璃管倒置于样品筛中，在搪瓷盘中的加水至水位为2cm，并将倒置有玻璃管的样品筛放入上述加水的搪瓷盘中，玻璃管与水平面垂直，使与样品筛接触的管口端浸入水中，端面浸入水的高度为0.4cm，开始计时；所述基质样品不能透过样品筛，并通过不断加水，保持搪瓷盘中的水位为2cm；

(3)经15min时间后，检测步骤(2)中水在不同基质样品中沿垂直方向上自由扩散的距离(扩散示意图见图3，图3中阴影显示的垂直于水平面的距离及为扩散距离)，结果见表1。

表1

通过表1中的数据结果，筛选出草莓栽培基质、毛木耳菌渣、金针菇菌渣作为适用于滴灌系统的无土栽培基质；平菇菌渣作为不适用于滴灌系统的无土栽培基质。

实验例

利用NY/T 2118-2012蔬菜育苗基质标准，检测实施例中涉及栽培基质样品的容重g/cm、总空隙度％、通气孔隙度％、持水空隙度％，结果见表2。

表2不同基质样品的物理指标

由表2可以看出，这四种栽培基质样品利用NY/T 2118-2012蔬菜育苗基质标准，检测的各项指标并无明显区别，仅是通过该标准里面的检测指标无法确定作为适用于滴灌系统的无土栽培基质，这四种基质哪一种更适合。

对比例1

与实施例1相比，不同之处在于，检测时间与实施例1中的时间不同，检测时间为30min，检测结果见表3。

表3

由表3的数据结果可以看出，在检测时间由15min中延长至30min时，水在基质中的扩散距离相对于15min时的扩散距离变化不大，所以过度延长检测时间，没有实际指导意义。

如果检测时间过短，水在基质中还处在快速扩散的过程中，可能会造成不同基质间的检测结果无明显差别，不利于样品基质间的比较，影响检测结果的准确性。

应用例

将上述栽培基质样品作为草莓无土栽培基质，在济南普朗特精准农业园定植草莓苗进行草莓的无土栽培，按照草莓无土栽培管理方式进行常规管理。

将基质放在栽培槽中，栽培槽的尺寸为21(上口)*18(高)*13(底宽)*1100(长)cm，基质加入量为200L，进行常规的无土栽培，滴灌系统的滴灌条件为：滴灌时间每次15min，每天早上8：00时滴灌一次，每次营养液滴灌量约为0.5-0.75L/孔。

不同栽培基质样品对应草莓产量结果见表4，金针菇菌渣对应的草莓植株长势照片见图1，草莓长势良好；平菇菌渣对应的草莓植株长势照片见图2，草莓长势不良，呈现缺水缺肥的状态，基质表面干燥。

表4

栽培基质样品	产量(kg/m<sup>2</sup>)
		草莓栽培基质	22.52
毛木耳菌渣	21.62
		金针菇菌渣	19.83
平菇菌渣	10.04

从表4可以看出，利用草莓栽培基质、毛木耳菌渣、金针菇菌渣进行无土栽培草莓的产量接近，而利用平菇菌渣基质进行无土栽培草莓的产量明显降低，几乎是前面3种基质平均产量的一半。平菇菌渣栽培基质和其他栽培基质在物理性质上比较，如容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度相差不大(见实验例)，通过上述指标无法区别这四种基质哪一种适合用于无土栽培；通过本发明涉及的技术方案对这四种基质进行筛选(见实施例)这四种基质的检测结果显示，平菇菌渣的检测结果与其它3种基质的检测结果相差较大，可以快速筛选出适用于滴灌系统的无土栽培基质。

本发明涉及的技术方案，与现有技术中的渗透率、滴灌系统设计时所述的润湿体、润湿比等概念不同，上述概念更侧重于理论研究，不利于实际应用，本发明涉及的技术方案简单，易操作，不需要复杂的仪器设备，不需要复杂的计算方法，有利于实际应用；本发明涉及的技术方案更适用于滴灌系统的滴灌条件保持不变的情况下，在无土栽培基质选择替换时，利用现有标准检测各种栽培基质指标没有明显差异时，利用本发明涉及的技术方案可以对所述基质进行有效筛选；本发明涉及的技术方案对于无土栽培基质实际应用的筛选具有重要的指导意义，避免了无土栽培基质在实验阶段向实际应用阶段推广时，栽培效果不稳定的风险，提高了无土栽培基质从研发到实际应用转化的工作效率，提高了无土栽培种植的经济效益和社会效益。

Claims (8)

1.一种通过垂直扩散筛选适用于滴灌系统的无土栽培基质的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将干燥的栽培基质固定成圆柱体，固定基质的紧实度与无土栽培时基质的紧实度一致，将固定基质的一端浸入水中，检测15-20min，端面浸入水的高度在0.5cm以下，检测水沿固定基质垂直向上自由扩散的距离，选择扩散距离为3.6cm以上的栽培基质，作为适用于滴灌系统的无土栽培基质；

所述圆柱体的直径为0.5-2cm；

所述栽培基质为菇类菌渣、腐熟木屑、腐熟秸秆、腐熟稻壳、腐熟花生壳、腐熟酒糟之一或二者以上的混合物；

所述滴灌系统的滴灌时间为5-20min，每天滴灌1-3次，滴灌流速为2-3L/h。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测时长为15min。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将干燥的栽培基质，装入透明管状容器中，使基质高出管口，装入基质的紧实度与无土栽培时基质的紧实度一致，去除高出管口上表面的基质，并将装入基质的透明管状容器管口向上垂直于水平面固定；

（2）将透水网面覆盖在步骤（1）中所述容器管口上，然后将所述容器倒置，使透水网面覆盖的管口端浸在水中，所述基质不能透过透水网面；

（3）经15-20min后，检测步骤（2）中水在固定基质中垂直向上自由扩散的距离，选择

扩散距离为3.6cm以上的栽培基质，作为适用于滴灌系统的无土栽培基质。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（1）中透明管状容器的内径为0.5-2cm。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（3）检测时长为15min。

6.利用权利要求1所述方法筛选出的无土栽培基质应用于农作物的无土栽培。

7.如权利 要求6所述的利用权利要求1所述方法筛选出的无土栽培基质应用于农作物的无土栽培，其特征在于，所述农作物为草莓。

8.如权利要求7所述的利用权利要求1所述方法筛选出的无土栽培基质应用于农作物的无土栽培，其特征在于，适宜草莓无土栽培的基质，检测时长为15min，扩散距离为3.9-5.3cm。

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