CN116897820A - 一种温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法 - Google Patents
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Abstract
一种温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，包括如下步骤：S1育苗：采用石墨烯聚合纳米能量丝育苗床进行番茄的育苗；S2移栽：当石墨烯聚合纳米能量丝育苗床中的番茄长至幼苗为5片‑6片真叶、苗龄40d‑45d时，将其移栽至玻璃温室的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽中；S3定植与栽培管理；所述玻璃温室里还设置有石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置。本发明所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，设计合理，采用石墨烯聚合纳米能量丝控温进行温室番茄无土栽培，使番茄在育苗、定植、栽培过程中维持最适宜生长温度，同时保持一定温差，有利于营养物质积累，促进番茄的生长，更节能环保，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明属于温室种植技术领域，具体涉及一种温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法。
背景技术
我国是世界上番茄种植面积最大、产量最多的国家，全国番茄种植面积超2000万亩，年产量超过5500万吨，占蔬菜总量的7%左右，产值占到了全球番茄产业产值的1/3。玻璃温室是冬季番茄栽培的主要设施装备之一，具有透光率好、室内光线分布均匀、易维护保养、密封性好、美观大方、风荷载能力强、使用寿命长等优点。
为了保证番茄的基本温度要求，需要对温室进行增温处理。如果温室增温采用天然气加热，对于南京、上海长江下游等区域，每晚天然气加温的成本在2万元/公顷左右，按照作物冬季70天的加温时间计算，需要140万元/公顷，而北方地区由于冬季温室内外温差达到20-30°C，其温室增温成本更高。
近年来，电加热增温开始逐步在设施农业中推广应用。目前，我国温室增温的电加热增温技术主要是采用电锅炉，其具有如下缺点：①电热转换效率低；②电热管寿命相对较短；③控制元件的故障率较高；④不能实现无人操作等。虽然这种方式预热时间短、使用方便，但电热供暖也存在能耗高的问题，还存在加热方式单一、加热不均匀等问题，并且停机后缺乏保温性。此外，温室增温的电加热增温技术还有使用电加热材料，电加热材料可分为电阻电热材料、正温度系数（PTC）电热材料、氧化锡半导体电热膜及微电热材料等。最为传统的电加热材料是合金电热丝，其存在电热转换效率低（仅60~70%）、 易断裂、抗震性能差等缺点，大多只用于生产低端产品，应用有限。电热陶瓷加热的电能转换的效率也只有70%左右。因此，基于电热丝、PCT 陶瓷的传统电加热方式，只能作为玻璃温室短期使用的一种临时加温措施。
此外，石墨烯电热膜近年来在农业设施加热方面也取得了初步进展。国家大宗蔬菜产业技术体系宿州综合试验站研究表明，石墨烯浆料膜制成的远红外电热板安装灵活方便，综合成本低，比燃煤节约费用 30%以上。在畜禽养殖方面，浙江省农业科学院畜牧兽医研究所开展了石墨烯加热板/膜作为仔猪保温供热体的节能特性研究，却发现市售石墨烯板/膜的节能性均略逊于电阻丝。从上述两项研究结果来看，针对不同设施类型、不同作物种植模式、不同动物养殖模式的石墨烯电热膜个性产品研发、使用方法、及其与设施环境调控技术的整合都需要进一步研究。
通过专利查新发现，当前应用的带有石墨烯加温装置的温室大棚主要有：中国专利申请号为CN202122768443.3公开的一种近距离远红外加热育苗装置、中国专利申请号为CN202020905312.8公开的一种多功能智慧温室、中国专利申请号为CN201811160744.4公开的一种玻璃温室番茄长季节栽培的方法等。上述现有技术存在共同的缺点：（1）均使用石墨烯电热膜为核心加热材料，该材料在温室大棚高温高湿环境下通电后，容易产生静电击穿现象，一旦电热膜的防水措施不到位，特别是电热膜两端电极的接线口处做不好防水，很容易发生漏电现象，从而击穿电热膜，使其无法使用，并且造成极大的人身安全隐患；（2）装置结构均较为复杂，零部件较多，占地空间大，对温室大棚环境、场地和安装操作技术要求较高，安装成本高，很难在普通温室种植农户中推广应用；（3）上述石墨烯电热膜发热均为静态发热，石墨烯电热膜热辐射的范围很小，热量传导到整个温室大棚不仅耗时长，而且散失多，导致能耗高。油炉加温同样能耗高，成本高，且造成环境污染。
综上所述，玻璃温室目前的增温方式均存在升温速率慢、能耗高、成本太高和安全性差等问题，而普通的石墨烯电热膜如果用于温室保暖增温，同样也存在能耗较大和安全隐患等问题。因此，寻找一种可以降低加温成本、减少安全隐患的温室番茄无土栽培和控温的方法十分有必要。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，采用石墨烯聚合纳米能量丝控温的方式去进行温室番茄无土栽培，使番茄在育苗、定植、栽培过程中维持最适宜生长温度，同时保持一定温差，有利于营养物质积累，促进番茄的生长，降低加温成本、减少安全隐患，应用前景广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，包括如下步骤：
S1育苗：采用石墨烯聚合纳米能量丝育苗床进行番茄的育苗；
S2 移栽：当石墨烯聚合纳米能量丝育苗床中的番茄长至幼苗为5片-6片真叶、苗龄40d-45d时，将其移栽至玻璃温室的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽中，株距设置为20cm-30cm；
S3定植与栽培管理：定植与栽培过程中，对番茄进行田间与水肥一体化、植株调整、病虫害防治、保温的管理；
其中，所述玻璃温室里还设置有石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置，所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置用于玻璃温室的增温；所述石墨烯聚合纳米能量丝育苗床、石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽、石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置均采用石墨烯聚合纳米能量丝进行加热。
本发明所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，设计合理，采用石墨烯聚合纳米能量丝育苗床加温进行番茄的育苗，采用石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽加温进行番茄的定植与栽培，采用石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置进行玻璃温室的增温，通过上述独立式控温，使番茄在育苗、定植、栽培过程中维持最适宜生长温度，同时保持一定温差，有利于营养物质积累，促进番茄的生长。该方法不仅能保证冬季节夜间低温玻璃温室内番茄正常生长，而且相对于传统的电加温方法可以大大节约能源，相对于传统加温方式更加节能、高效、安全，使用方便，提升番茄品质和产量，从而提升种植收益。
石墨烯聚合纳米能量丝育苗床、石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽、石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置均采用石墨烯聚合纳米能量丝进行加热，该石墨烯聚合纳米能量丝采用元然（苏州）新能源科技有限公司生产的石墨烯聚合纳米能量丝(相关专利为CN201910617985.5)，在育苗床、种植槽、玻璃温室内的高湿环境下，导热不导电，通电状态下可用手直接触摸，无触电，无安全隐患，发热速度快且发热均匀，不产生静电，更不会发生静电击穿现象。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述石墨烯聚合纳米能量丝育苗床包括：
育苗床主体；
契子，所述契子设置有若干个并且按照预设的分布间隔分布于所述育苗床主体上表面两侧，所述石墨烯聚合纳米能量丝通过契子反复于所述育苗床主体上表面两侧进行布线；
拱棚，所述育苗床主体上方设置有拱棚；
电源一，所述电源一设置在育苗床主体一侧；
温控机构一，所述石墨烯聚合纳米能量丝、温控机构一、电源一依次连接；
苗盘，所述苗盘设置有至少一个，所述苗盘设置在育苗床主体上；
塑料膜，所述拱棚上覆盖有塑料膜。
将石墨烯聚合纳米能量丝通过契子的配合均匀铺设于育苗床主体上用于育苗床的加温，通过石墨烯聚合纳米能量丝发热及温控机构一对育苗床温度进行精准调节控制。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述步骤S1，具体包括如下步骤：
S11苗盘的设置：将草炭和蛭石按照1-5：1 的质量比例混合制得基质，每立方米所述基质混入腐熟有机肥15kg-25kg制得育苗基质，将所述育苗基质装满穴盘并且抹平，浇透水后，用同标准的苗盘进行压穴，得到苗盘；
S12播种：所述苗盘每穴播 1 粒番茄种子在穴孔的中央，待番茄种子全部播种完后，盖土0.5 cm-1cm，然后用细孔喷头喷透水；
S13苗期管理：将苗盘设置在育苗床主体上，通过石墨烯聚合纳米能量丝与温控机构一、电源一的配合，对石墨烯聚合纳米能量丝育苗床的温度进行控制；其中，石墨烯聚合纳米能量丝育苗床播种后白天的温度控制在25℃-28℃，夜晚的温度控制在18℃-20℃；当番茄的幼苗出齐后，白天的温度控制在20℃-23℃，夜间的温度控制在16℃-18℃；当番茄的幼苗长至2片-3片真叶时，放风炼苗，白天的温度控制在20℃-25℃，夜间的温度控制在16℃-22℃。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽包括：
种植槽本体；
保温板层，在所述种植槽本体内侧铺设保温板形成保温板层，在所述保温板层内侧铺设有石墨烯聚合纳米能量丝；
电源二，所述电源二设置在种植槽本体一侧；
温控机构二，所述石墨烯聚合纳米能量丝、温控机构二、电源二依次连接。
石墨烯聚合纳米能量丝铺设在种植槽本体的保温板层内侧，保温板层与栽培基质之间，每个种植槽本体铺设2根石墨烯聚合纳米能量丝，发热温度区间在15℃-25℃，在冬季室外温度低于5℃时温控机构二启动石墨烯聚合纳米能量丝加热，维持种植槽本体栽培基质温度在10℃。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽的设置，具体包括如下内容：将椰糠、发酵菌菇渣、珍珠岩、蛭石、草灰混合制得栽培基质，将所述栽培基质装入石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽内，整理平整，浇足底水；其中，在所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽的保温板层内侧铺设有石墨烯聚合纳米能量丝，所述石墨烯聚合纳米能量丝为2根，2根所述石墨烯聚合纳米能量丝均埋设于栽培基质表面下方1cm-20cm处。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置包括：
鼓风机；
风机罩，所述鼓风机上设置有风机罩；所述风机罩内壁布设有石墨烯聚合纳米能量丝，所述风机罩上开设有若干散热孔；
电源三，所述电源三设置在鼓风机一侧；
温控机构三，所述石墨烯聚合纳米能量丝、温控机构三、源三依次连接。
石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置是将石墨烯聚合纳米能量丝均匀布置在风机罩内层，同时在风机罩上均匀打孔，通电加温后在风机罩内形成热风，由鼓风机吹风，热空气由散热孔处散出，实现对玻璃温室空气的快速、均匀加热。该装置结构简单，使用、收储方便，可折叠，长度可根据棚体实际尺寸调整，易于操作和维护，便于农户快速掌握使用，且更节能高效。通过石墨烯聚合纳米能量丝发热及温控机构三对风道装置温度进行精准调节控制，从而实现无土栽培番茄的根区精准控温，利用风道装置对番茄地上部分进行精准控温，在冬季低温时期保持番茄根区温度在8-12℃，地上部温度在20-25℃，维持最适宜生长温度，同时保持一定温差，有利于营养物质积累，促进番茄生长。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述温控机构一、温控机构二、温控机构三的结构相同，均包括：
空气开关，
温控器，所述电源一或者电源二或者电源三与空气开关、温控器、石墨烯聚合纳米能量丝依次连接；
外置温度传感器，所述外置温度传感器设置有至少一个，所述温控器与外置温度传感器连接；
其中，所述石墨烯聚合纳米能量丝育苗床的外置温度传感器插入育苗基质中，所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽的外置温度传感器插入栽培基质中。
所述温控器的基础功能及参数应包括：开关机功能、数据显示功能、自动启闭功能、低温设定限制功能、高温设定限制功能、定时启闭功能、数据、测温调温区间20℃-60℃等，高级功能应包括：WIFI功能及远程操作系统、485功能及集成控制系统等。所述温控器加装保护盒或保护箱，确保不会受到环境湿度大造成失灵。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置的设置，具体包括如下内容：所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置设置在玻璃温室内部的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽两侧的地面上，石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置的风机罩长度与石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽的长度保持一致；在夜间温度低于10℃时，启动石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置，开始时温控器选择中高温度档位和中高风速，调节石墨烯聚合纳米能量丝发热温度至60℃，迅速吹散玻璃温室内部的冷空气，待外置温度传感器检测到玻璃温室内部的温度稳定达到25℃时，调节石墨烯聚合纳米能量丝发热温度至30℃，温控器选择低风速档位，可持续维持番茄地上部温度在25-30℃。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述步骤S3的定植，具体包括如下内容：番茄的幼苗移栽至石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽后，调整滴灌带，采用营养液灌溉 20min-30min 后，转入正常灌溉，然后采用遮阳网进行遮阴 3d-4d 处理，缓苗后去除遮阳网。
进一步的，上述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，所述步骤S3，具体包括如下内容：
（1）田间与水肥一体化管理：番茄移栽后，温度保持20℃-25℃，夜晚的温度保持8-15℃，番茄坐果后，白天的温度保持25-33℃，夜晚的温度保持15-20℃；光照控制在30000Lx-35000Lx，湿度不高于 75%；营养液灌溉的标准是在育苗期间营养液的EC 值为0.80ms/cm-2.50ms/cm, 定植后营养液的EC 值为 2.00ms/cm-2.20ms/cm，坐果至采收结束营养液的EC值为2.30-2.50ms/cm，PH 值控制在 6.5-7，每日浇灌 1 次-3 次，每次灌溉3min-5min；
（2）植株调整管理：1）单杆整枝：采用单干整枝，用吊绳来固定番茄植株，1 周进行1 次绕头牵引，番茄植株生长过程中打掉侧枝, 及时摘除老叶、病叶；2）落蔓：当番茄植株长至 2m时，将番茄植株上的吊绳逐步放下, 保持番茄植株高度一致，番茄植株的基部托放固定于石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）周围的支架上，随着番茄植株增高，逐步落蔓；3）授粉：番茄植株的雌花长至长度2cm时，采用人工授粉方式授粉，或者开花前1 d采用氯吡脲植物生长调节剂喷施番茄植株的雌花；
（3）病虫害防治管理：采用物理防治对番茄进行病虫害防治管理，所述物理防治包括但不限于黄板诱杀、灯光诱杀、铺设银灰反光膜和高温闷棚；
（4）保温管理：采用腈纶材料制作保温被，在玻璃温室内部四周及顶部安装所述保温被，所述保温被可以收缩。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，设计合理，采用石墨烯聚合纳米能量丝育苗床加温进行番茄的育苗，采用石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽加温进行番茄的定植与栽培，采用石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置进行玻璃温室的增温，实现了石墨烯聚合纳米能量丝控温的温室番茄无土栽培，并且通过上述设备的独立式控温，使番茄在育苗、定植、栽培过程中维持最适宜生长温度，同时保持一定温差，有利于营养物质积累，促进番茄的生长，相对于传统的电加温方法可以大大节约能源，在高湿环境下，导热不导电，通电状态下可用手直接触摸，无触电，无安全隐患，更加节安全；
（2）本发明所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，通过对温室番茄无土栽培方法的优化以及配合墨烯聚合纳米能量丝控温，不仅能保证冬季节夜间低温玻璃温室内番茄正常生长，而且相对于传统的电加温方法更节约能源，相对于传统加温方式更加节能、高效、安全，使用方便，提升番茄品质和产量，从而提升种植收益。
附图说明
图1为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的石墨烯聚合纳米能量丝育苗床俯视简图（无拱棚、苗盘）；
图2为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的石墨烯聚合纳米能量丝育苗床内部侧视图；
图3为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的石墨烯聚合纳米能量丝育苗床构架图；
图4为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽剖面图；
图5为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽构架图；
图6为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置结构示意图；
图7为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置风机罩剖面图；
图8为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置风机罩构架图；
图9为本发明所述温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法的试验现场图；
图10为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的晨间温度采集图；
图11为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的午间温度采集图
图12 为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的晚间温度采集图；
图13为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的番茄上部叶片叶绿素含量采集图；
图14为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的番茄中部叶片叶绿素含量采集图；
图15为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的番茄下部叶片叶绿素含量采集图；
图16为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的番茄单株平均产率采集图；
图17为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的番茄单果平均重量采集图；
图18为本发明所述实验处理1（T1）、实验处理2（T2）、实验对照（CK）的番茄品质采集图；
图中：石墨烯聚合纳米能量丝育苗床1、育苗床主体11、契子12、拱棚13、电源一14、温控机构一15、空气开关151、温控器152、外置温度传感器153、苗盘16、石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2、种植槽本体21、保温板层22、电源二23、温控机构二24、石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3、鼓风机31、风机罩32、散热孔321、电源三33、温控机构三34、石墨烯聚合纳米能量丝4。
具体实施方式
下面将附图1-18、实施例1-3、对比例1-4、实施例4、实施例5、对比例5合具体实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
以下实施例1提供了一种石墨烯聚合纳米能量丝育苗床。
实施例1
如图1、2、3所示，本发明所述的石墨烯聚合纳米能量丝育苗床，包括育苗床主体11、契子12、拱棚13、电源一14、温控机构一15、苗盘16、塑料膜以及石墨烯聚合纳米能量丝4。
所述石墨烯聚合纳米能量丝的铺设方法如下：将契子12按照设计的布线间距，依次插到育苗床主体1上表面两侧，间距控制在10-15厘米，石墨烯聚合纳米能量丝4从靠近电源一15的一端开始布线，在契子12第一道开头处引出线部位打以套接，然后反复于育苗床主体1两侧布线，石墨烯聚合纳米能量丝4、温控机构一15（包括空气开关151、温控器152、外置温度传感器153，外置温度传感器153插入育苗基质中）、电源一14依次连接，将拱棚13设置在育苗床主体1上方，拱棚13上覆盖有塑料膜进行保温、遮光，启动电源3，通过石墨烯聚合纳米能量丝4发热及温控机构一15对育苗床温度进行精准调节控制。
以下实施例2提供了一种石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽。
实施例2
如图4、5所示，本发明所述的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽，包括种植槽本体21、保温板层22、电源二23、温控机构二24以及石墨烯聚合纳米能量丝4。
所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2的设置，具体包括如下内容：种植槽本体21的槽深设置在25cm 以上，上口设置为30cm，下口设置为20cm，在种植槽本体21内侧铺设保温板制得保温板层22，在保温板层22内侧铺设有石墨烯聚合纳米能量丝4，所述石墨烯聚合纳米能量丝4埋设于栽培基质表面下方1cm-20cm处，每个种植槽本体21铺设2根石墨烯聚合纳米能量丝4，单根石墨烯聚合纳米能量丝4的长度在15-20m之间，发热温度区间在10℃-30℃。石墨烯聚合纳米能量丝4、温控机构二24（包括空气开关151、温控器152、外置温度传感器153，外置温度传感器153插入栽培基质中）、电源二23依次连接。其中，将椰糠、发酵菌菇渣、珍珠岩、蛭石、草灰混合制得栽培基质，将所述栽培基质装入石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2内，整理平整，浇足底水。
上述设计的优点是：玻璃温室长期夜间低温会导致根系温度条件不能满足植株正常生理活动所需的环境，不利于植株的正常生长发育和光合作用，同时过低的温度不利于基质中微生物的活动，进而阻碍了基质中无机和有机物质的分解，导致作物的干物质质量降低，果实发育速度减慢，平均单株产量降低，番茄、草莓等喜温蔬果作物成活率低。
采用实施例2的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2对番茄栽培基质进行增温，在冬季低温季节夜间运行时，石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2的石墨烯聚合纳米能量丝4精准控温，使得温番茄根区在适宜温度10-12℃，可以显著促进番茄幼苗株高、叶面积和干质量的增加。
以下实施例3、对比例1-4提供了一种玻璃温室的加温装置。
实施例3
如图6、7所示，本发明所述的石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置，包括鼓风机31、风机罩32、电源三33、温控机构三34一级石墨烯聚合纳米能量丝4，将石墨烯聚合纳米能量丝4均匀布置在风机罩32内层，同时在风机罩32上均匀打孔，通电加温后在风机罩32内形成热风，由鼓风机31吹风，热空气由散热孔321处散出，实现对玻璃温室空气的快速、均匀加热。该装置结构简单，使用、收储方便，可折叠，长度可根据棚体实际尺寸调整，易于操作和维护，便于农户快速掌握使用。
所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3的设置，具体包括如下内容：将石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3设置在玻璃温室内部的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2两侧的地面上，石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3的风机罩32长度与石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2的长度保持一致；在夜间温度低于10℃时，启动石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3，开始时温控机构三34的温控器152选择中高温度档位和中高风速，调节石墨烯聚合纳米能量丝4发热温度至60℃，迅速吹散玻璃温室内部的冷空气，待温控机构三34的外置温度传感器153检测到玻璃温室内部的温度稳定达到25℃时，调节石墨烯聚合纳米能量丝4发热温度至30℃，温控器152选择低风速档位，可持续维持番茄地上部温度在25-30℃。
上述设计的优点是：冬季玻璃温室内外温差较大，北方地区达到温差可以达到20-30°C，由于玻璃温室增温成本高，这导致冬季玻璃温室的番茄的生产很容易处于亏损状态。采用实施例3的石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3对玻璃温室进行增温，在冬季低温季节夜间运行时，石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3的石墨烯聚合纳米能量丝4精准控温，使番茄地上部分温度保持在20-25℃，使得番茄地上部分的生长势增强，从而提高番茄产量10-15%，所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3配合环境调控技术、标准化栽培技术等技术，较传统电加温方法可以节能20-30%。
对比例1
对比例1-是一种煤锅炉，用于玻璃温室的增温。
对比例2
对比例2是一种天然气锅，用于玻璃温室的增温。
对比例3
对比例3是一种液化气锅炉，用于玻璃温室的增温。
对比例4
对比例4是一种电锅炉，用于玻璃温室的增温。
表1为实施例3、对比例1-4的加温装置成本评估表，如下所示。
表1
由表1可得，相对于对比例1-4的温室增温装置，实施例3所述的石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3，大大节约了加温成本，从而为解决冬季设施番茄种植过程中加热提供新的方案。
以下实施例4、对比例5提供了一种冬季玻璃温室番茄无土栽培和控温的方法。
实施例4
实施例4为冬季玻璃温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，包括如下步骤：
S1育苗：采用石墨烯聚合纳米能量丝育苗床1进行番茄的育苗。
S11苗盘的设置：苗盘16采用72 孔标准穴盘，将草炭和蛭石按照3:1的质量比例混合制得基质，每立方米所述基质混入腐熟有机肥15kg-25kg制得育苗基质，将所述育苗基质装满穴盘并且抹平，浇透水后，用同标准的穴盘进行压穴，得到苗盘16；
S12播种：所述苗盘16每穴播 1 粒番茄种子在穴孔的中央，待番茄种子全部播种完后，盖土0.5 cm-1cm，番茄种子盖土后用细孔喷头喷透水；
S13苗期管理：将苗盘16设置在育苗床主体11上，通过石墨烯聚合纳米能量丝4与温控机构一15、电源一14的配合，对石墨烯聚合纳米能量丝育苗床1的温度进行控制；其中，石墨烯聚合纳米能量丝育苗床1播种后白天的温度控制在25℃-28℃，夜晚的温度控制在18℃-20℃；当番茄的幼苗出齐后，白天的温度控制在20℃-23℃，夜间的温度控制在16℃-18℃；当番茄的幼苗长至2片-3片真叶时，放风炼苗，白天的温度控制在20℃-25℃，夜间的温度控制在16℃-22℃；
S2 移栽：当石墨烯聚合纳米能量丝育苗床1中的番茄长至幼苗为5片-6片真叶、苗龄40d-45d时，选择壮苗将其移栽至玻璃温室的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2中，株距设置为22cm-25cm。
S3定植与栽培管理：定植与栽培过程中，对番茄进行田间与水肥一体化、植株调整、病虫害防治、保温的管理。
S31定植：番茄的幼苗移栽至石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2后，调整滴灌带，采用营养液灌溉 20min-30min 后，转入正常灌溉，然后采用遮阳网进行遮阴 3d-4d 处理，缓苗后去除遮阳网；
S32栽培管理：
（1）田间与水肥一体化管理：番茄移栽后，温度保持20℃-25℃，夜晚的温度保持8-15℃，番茄坐果后，白天的温度保持25-33℃，夜晚的温度保持15-20℃；光照控制在30000Lx-35000Lx，湿度不高于 75%；肥料选用常温能够迅速溶于水的水溶性肥料，且肥料之间不会产生拮抗，不溶物含量小于1%，不会堵塞过滤器及滴灌口，应符合NY 1107 大量元素水溶肥料的规定；营养液灌溉的标准是在育苗期间营养液的EC 值为0.80ms/cm-2.50ms/cm, 定植后营养液的EC 值为 2.00ms/cm-2.20ms/cm，坐果至采收结束营养液的EC值为2.30-2.50ms/cm，PH 值控制在 6.5-7，每日浇灌 1 次-3 次，每次灌溉 3min-5min；
（2）植株调整管理：1）单杆整枝：采用单干整枝，用吊绳来固定番茄植株，1 周进行1 次绕头牵引，番茄植株生长过程中打掉侧枝, 及时摘除老叶、病叶；2）落蔓：当番茄植株长至 2m时，将番茄植株上的吊绳逐步放下, 保持番茄植株高度一致，番茄植株的基部托放固定于石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2周围的支架上，随着番茄植株增高，逐步落蔓；3）授粉：番茄植株的雌花长至长度2cm时，采用人工授粉方式授粉，或者开花前1 d采用氯吡脲植物生长调节剂喷施番茄植株的雌花；
（3） 病虫害防治管理：采用物理防治对番茄进行病虫害防治管理，所述物理防治包括但不限于黄板诱杀、灯光诱杀、铺设银灰反光膜和高温闷棚；黄板诱杀：在播种处苗后4 周或定植缓苗后，采取黄板诱杀，紧靠石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2四周张挂黄板，诱杀蚜虫；灯光诱杀：每 667 m2设 1 盏黑光灯，诱杀夜蛾类害虫；铺设银灰反光膜：栽培基质上覆盖银灰反光膜，减少蚜虫发生数量；高温闷棚：番茄坐果后，晴天中午闷棚 2h，温度控制在 33℃-36℃，隔 10d 闷一次，连续三次；
（4）保温管理：采用质地防水、较轻的腈纶材料制作保温被，在玻璃温室内部四周及顶部安装可收缩性的保温被，四周保温被高度1米，顶部保温被覆盖整个玻璃温室，当温室内夜间温度低于10℃时开启顶部保温被，白天顶部收起保障日常光照，四周保温被正常悬挂进一步提升室温，减少能耗；上述设计，形成内保温系统，可以有效阻止红外线外逸，减少地面辐射热流失，减少加热能源消耗，降低温室的运行成本。
对比例5
对比例5的冬季玻璃温室番茄无土栽培和控温的方法作为实施例4的对照组，与实施例4的不同之处为：对比例5的育苗床、种植槽、加温装置采用热源类型不同，实施例4均采用石墨烯聚合纳米能量丝4，而对比例5均采用空气源热泵，其他均相同。
对实施例4、对比例5进行对照试验，该对照试验在句容宝华紫荆农庄的无土栽培番茄玻璃温室进行，该无土栽培番茄玻璃温室原本采用空气源热泵作为热源。该对照试验为2年的加温试验，试验以番茄品种黄金美人为试验材料，温室类型为文洛型玻璃温室，试验现场如图9所示。
其中，玻璃温室内有设置有番茄种植槽共计20条，每条番茄种植槽的槽口宽35cm，底宽25cm，深20cm，总长30m。试验期间，玻璃温室环境和番茄栽培采取统一管理。试验处理与对照设置如下，每个实验处理与实验对照各设 3 次重复。
实验处理1（T1）：采用实施例4的冬季玻璃温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，并且石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2的栽培基质下方10cm铺设石墨烯聚合纳米能量丝4。
实验处理2（T2）：采用实施例4的冬季玻璃温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，并且石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2的栽培基质下方15cm铺设石墨烯聚合纳米能量丝4。
实验对照（CK）：采用对比例5的冬季玻璃温室番茄无土栽培和控温的方法，即该无土栽培番茄玻璃温室原本的设置。
如图10-15所示，试验结果表明：采用石墨烯聚合纳米能量丝4作为热源的T1、T2，相比采用空气源热泵作为热源的CK，能够提高全时段番茄基质温度，有效提高了番茄的中、下部叶片的叶绿素含量。
如图16、17所示，试验结果表明：采用石墨烯聚合纳米能量丝4作为热源的T1、T2，相比采用空气源热泵作为热源的CK，能够有效增加番茄单株产量和单果重量。
如图18所示，试验结果表明：采用石墨烯聚合纳米能量丝4作为热源的T1、T2，相比采用空气源热泵作为热源的CK，能够有效增加番茄β-胡萝卜素和可溶性蛋白含量。
综上所述，本发明采用石墨烯聚合纳米能量丝4为热源，石墨烯聚合纳米能量丝4具有低电压（安全）、发热速度快（瞬间升温）、电热转化效率高（99%以上）、导热不导电、可在水中使用、运行寿命长等特点，将石墨烯聚合纳米能量丝应于石墨烯聚合纳米能量丝育苗床1、石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽2、石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置3，集成,温室大棚精准控温技术、环境调控技术、标准化栽培技术等技术，与传统的电加温方法，可以节能20-40%，提早农产品上市时间5-15天，提高设施园艺作物产量5-10%，节省人工成本9000-12000元/公顷/年。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1育苗：采用石墨烯聚合纳米能量丝育苗床（1）进行番茄的育苗；
S2 移栽：当石墨烯聚合纳米能量丝育苗床（1）中的番茄长至幼苗为5片-6片真叶、苗龄40d-45d时，将其移栽至玻璃温室的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）中，株距设置为20cm-30cm；
S3定植与栽培管理：定植与栽培过程中，对番茄进行田间与水肥一体化、植株调整、病虫害防治、保温的管理；
其中，所述玻璃温室里还设置有石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置（3），所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置（3）用于玻璃温室的增温；所述石墨烯聚合纳米能量丝育苗床（1）、石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）、石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置（3）均采用石墨烯聚合纳米能量丝（4）进行加热。
2.根据权利要求1所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述石墨烯聚合纳米能量丝育苗床（1）包括：
育苗床主体（11）；
契子（12），所述契子（12）设置有若干个并且按照预设的分布间隔分布于所述育苗床主体（11）上表面两侧，所述石墨烯聚合纳米能量丝（4）通过契子（12）反复于所述育苗床主体（11）上表面两侧进行布线；
拱棚（13），所述育苗床主体（11）上方设置有拱棚（13）；
电源一（14），所述电源一（14）设置在育苗床主体（11）一侧；
温控机构一（15），所述石墨烯聚合纳米能量丝（4）、温控机构一（15）、电源一（14）依次连接；
苗盘（16），所述苗盘（16）设置有至少一个，所述苗盘（16）设置在育苗床主体（11）上；
塑料膜，所述拱棚（13）上覆盖有塑料膜。
3.根据权利要求2所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述步骤S1，具体包括如下步骤：
S11苗盘（16）的设置：将草炭和蛭石按照1-5：1 的质量比例混合制得基质，每立方米所述基质混入腐熟有机肥15kg-25kg制得育苗基质，将所述育苗基质装满穴盘并且抹平，浇透水后，用同标准的穴盘进行压穴，得到苗盘（16）；
S12播种：所述苗盘（16）每穴播 1 粒番茄种子在穴孔的中央，待番茄种子全部播种完后，盖土0.5 cm-1cm，然后用细孔喷头喷透水；
S13苗期管理：将苗盘（16）设置在育苗床主体（11）上，通过石墨烯聚合纳米能量丝（4）与温控机构一（15）、电源一（14）的配合，对石墨烯聚合纳米能量丝育苗床（1）的温度进行控制；其中，石墨烯聚合纳米能量丝育苗床（1）播种后白天的温度控制在25℃-28℃，夜晚的温度控制在18℃-20℃；当番茄的幼苗出齐后，白天的温度控制在20℃-23℃，夜间的温度控制在16℃-18℃；当番茄的幼苗长至2片-3片真叶时，放风炼苗，白天的温度控制在20℃-25℃，夜间的温度控制在16℃-22℃。
4.根据权利要求3所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）包括：
种植槽本体（21）；
保温板层（22），在所述种植槽本体（21）内侧铺设保温板形成保温板层（22），在所述保温板层（22）内侧铺设有石墨烯聚合纳米能量丝（4）；
电源二（23），所述电源二（23）设置在种植槽本体（21）一侧；
温控机构二（24），所述石墨烯聚合纳米能量丝（4）、温控机构二（24）、电源二（23）依次连接。
5.根据权利要求4所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）的设置，具体包括如下内容：将椰糠、发酵菌菇渣、珍珠岩、蛭石、草灰混合制得栽培基质，将所述栽培基质装入石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）内，整理平整，浇足底水；其中，在所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）的保温板层（22）内侧铺设有石墨烯聚合纳米能量丝（4），所述石墨烯聚合纳米能量丝（4）为2根，2根所述石墨烯聚合纳米能量丝（4）均埋设于栽培基质表面下方1cm-20cm处。
6.根据权利要求5所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置（3）包括：
鼓风机（31）；
风机罩（32），所述鼓风机（31）上设置有风机罩（32）；所述风机罩（32）内壁布设有石墨烯聚合纳米能量丝（4），所述风机罩（32）上开设有若干散热孔（321）；
电源三（33），所述电源三（33）设置在鼓风机（31）一侧；
温控机构三（34），所述石墨烯聚合纳米能量丝（4）、温控机构三（34）、源三（33）依次连接。
7.根据权利要求6所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述温控机构一（15）、温控机构二（24）、温控机构三（34）的结构相同，均包括：
空气开关（151），
温控器（152），所述电源一（14）或者电源二（23）或者电源三（33）与空气开关（51）、温控器（52）、石墨烯聚合纳米能量丝（4）依次连接；
外置温度传感器（153），所述外置温度传感器（153）设置有至少一个，所述温控器（152）与外置温度传感器（153）连接；
其中，所述石墨烯聚合纳米能量丝育苗床（1）的外置温度传感器（153）插入育苗基质中，所述石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）的外置温度传感器（153）插入栽培基质中。
8.根据权利要求7所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置（3）的设置，具体包括如下内容：所述石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置（3）设置在玻璃温室内部的石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）两侧的地面上，石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置（3）的风机罩（32）长度与石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）的长度保持一致；在夜间温度低于10℃时，启动石墨烯聚合纳米能量丝风道加温装置（3），开始时温控器（152）选择中高温度档位和中高风速，调节石墨烯聚合纳米能量丝（4）发热温度至60℃，迅速吹散玻璃温室内部的冷空气，待外置温度传感器（153）检测到玻璃温室内部的温度稳定达到25℃时，调节石墨烯聚合纳米能量丝（4）发热温度至30℃，温控器（152）选择低风速档位，可持续维持番茄地上部温度在25-30℃。
9.根据权利要求1所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述步骤S3的定植，具体包括如下内容：番茄的幼苗移栽至石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）后，调整滴灌带，采用营养液灌溉 20min-30min 后，转入正常灌溉，然后采用遮阳网进行遮阴 3d-4d 处理，缓苗后去除遮阳网。
10.根据权利要求9所述的温室番茄无土栽培和石墨烯聚合纳米能量丝控温的方法，其特征在于，所述步骤S3，具体包括如下内容：
（1）田间与水肥一体化管理：番茄移栽后，温度保持20℃-25℃，夜晚的温度保持8-15℃，番茄坐果后，白天的温度保持25-33℃，夜晚的温度保持15-20℃；光照控制在30000Lx-35000Lx，湿度不高于 75%；营养液灌溉的标准是在育苗期间营养液的EC 值为 0.80ms/cm-2.50ms/cm, 定植后营养液的EC 值为 2.00ms/cm-2.20ms/cm，坐果至采收结束营养液的EC值为 2.30-2.50ms/cm，pH 值控制在 6.5-7，每日浇灌 1 次-3 次，每次灌溉 3min-5min；
（2）植株调整管理：1）单杆整枝：采用单干整枝，用吊绳来固定番茄植株，1 周进行 1次绕头牵引，番茄植株生长过程中打掉侧枝, 及时摘除老叶、病叶；2）落蔓：当番茄植株长至 2m时，将番茄植株上的吊绳逐步放下, 保持番茄植株高度一致，番茄植株的基部托放固定于石墨烯聚合纳米能量丝电热种植槽（2）周围的支架上，随着番茄植株增高，逐步落蔓；3）授粉：番茄植株的雌花长至长度2cm时，采用人工授粉方式授粉，或者开花前1 d采用氯吡脲植物生长调节剂喷施番茄植株的雌花；
（3）病虫害防治管理：采用物理防治对番茄进行病虫害防治管理，所述物理防治包括但不限于黄板诱杀、灯光诱杀、铺设银灰反光膜和高温闷棚；
（4）保温管理：采用腈纶材料制作保温被，在玻璃温室内部四周及顶部安装所述保温被，所述保温被可以收缩。
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