趙穎雷 黃丹楓

（上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，上海 200240）

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一體化“潮汐式”微環(huán)境恒溫蔬菜育苗床設(shè)計研究與應(yīng)用

趙穎雷 黃丹楓*

（上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，上海 200240）

一體化“潮汐式”微環(huán)境恒溫育苗床設(shè)備通過“潮汐式”底吸補水方式，使根基環(huán)境自然達(dá)到相宜含水量，避免了淋洗式的灌溉與過度灌溉導(dǎo)致的肥水流失；通過使用發(fā)熱均勻的電熱膜取代傳統(tǒng)電熱線作為恒溫?zé)嵩?，提高了能耗利用率和出芽整齊度。

趙穎雷，博士研究生，主要從事設(shè)施園藝技術(shù)與裝備研究，E-mail：179549319@qq.com

穴盤育苗作為一種現(xiàn)代化的無土栽培方式育苗技術(shù)體系，具備一次性成苗、病蟲害發(fā)生率低、種苗品質(zhì)高度可控以及可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢特點，該技術(shù)體系集成了育苗穴盤、玻璃溫室、鋼架育苗床、自動播種與特種灌溉設(shè)備等栽培設(shè)施，是目前世界上主流的植物種苗生產(chǎn)方式。然而，多數(shù)生產(chǎn)者為了降低生產(chǎn)成本，在實際應(yīng)用中往往將育苗穴盤排放在大田中的簡易土床內(nèi)，使用傳統(tǒng)的人工頂端噴淋法補水，冬季通過鋪設(shè)電加溫線及搭建小拱棚進(jìn)行加溫保溫。穴盤育苗技術(shù)在此等“減配”條件下運用具有諸多弊端：① 在臺風(fēng)多雨季節(jié)，育苗場地極易受洪澇積水影響；② 土壤具有一定導(dǎo)熱性，冬季育苗時，熱量易通過底部土壤流失，使得加溫能耗較高；③ 頂端噴淋式的補水方式灌溉均勻度較差，肥水浪費大；④ 由頂端噴淋式灌溉造成的葉片表面濕度較高，極易滋生各種病害，是引發(fā)各種苗期病害的重要原因。

此外，育苗過程中遇較低氣溫時，需對幼苗生長環(huán)境進(jìn)行加溫保溫。有些生產(chǎn)單位在冬季育苗時采用燃油（煤）加熱器對整個溫室加溫，生產(chǎn)成本及廢氣排放量高。部分企業(yè)為節(jié)約成本，將種子放入催芽室加溫催芽后移入苗床，在常溫環(huán)境下自然生長，這不僅增加了搬運工作量，還延長了成苗時間。多數(shù)單位則采用鋪設(shè)電熱線并加蓋小拱棚的升溫保溫方式，由于電熱線屬于線狀加熱，而穴盤孔穴之間具有一定間隙，熱量傳導(dǎo)受到阻礙，使穴盤中靠近電熱線的孔穴溫度較高，而遠(yuǎn)離電熱線的孔穴則溫度較低，導(dǎo)致發(fā)芽和出苗不均勻。現(xiàn)有的鋼架育苗床僅是將目前的床面抬高，使其具備防澇功能和方便操作，但不具有保溫性。為解決上述問題，本文設(shè)計了一種能源利用率高、病害發(fā)生率低的催芽培育一體化“潮汐式”微環(huán)境恒溫育苗床，通過搭建育苗床面保溫小拱棚，壓縮育苗棚內(nèi)保溫的三維空間，使維持育苗環(huán)境溫度所消耗的能量最低。

1　“潮汐式”微環(huán)境恒溫育苗床工作原理

“潮汐式”灌溉方式（歐美稱“tidal”或“ebb and flood”）是基于潮水漲落現(xiàn)象設(shè)計而命名的一種高效節(jié)水灌溉方式。該方式利用了育苗穴盤底部的排水孔，在灌溉時使水位沒過排水孔，水分自下而上地被基質(zhì)自然吸入，既保持了葉面干燥，又可防止淋洗式灌溉導(dǎo)致的肥水流失，適用于各類盆器及穴盤栽培植物的種植管理。微環(huán)境恒溫育苗床通過“潮汐式”底吸補水方式，使根基環(huán)境自然達(dá)到相宜含水量；地暖使用發(fā)熱均勻的電熱膜取代傳統(tǒng)電熱線作為恒溫?zé)嵩?，電熱膜的熱電轉(zhuǎn)換效率要高于電熱線，且為面狀加熱，膜上各點發(fā)熱量均相同，解決了因穴孔間溫度差異導(dǎo)致出芽不齊的問題，提高了能耗利用率。

2　微環(huán)境恒溫育苗床的基本結(jié)構(gòu)

2.1活動式鋼架苗床 目前，鋼架結(jié)構(gòu)主體的育苗床已在生產(chǎn)研究中得到普及，主要分為固定式和活動式。固定式鋼架育苗床設(shè)計簡單，結(jié)構(gòu)堅固，成本低廉，應(yīng)用較多；活動式鋼架育苗床的床面能夠左右平移，使整個育苗室內(nèi)實際只占用1～2條操作道空間，可大大增加育苗室空間利用率。本文中所使用的活動式鋼架育苗床如圖1所示，由苗床支架（13）、苗床支撐鋼管（16）、苗床移動操作盤（2）、操作盤擋片（9）、苗床（8）及薄膜支架（15）構(gòu)成，設(shè)計簡單而結(jié)構(gòu)堅固。薄膜支架上夏季覆蓋防蟲網(wǎng)，起到防蟲透氣的作用；冬季覆蓋塑料薄膜，形成自動恒溫所需的微環(huán)境。

圖1 微環(huán)境恒溫育苗床結(jié)構(gòu)

2.2“潮汐式”灌溉單元 “潮汐式”灌溉單元由苗床、進(jìn)水部及排水部組成。其中，進(jìn)水部由進(jìn)水管道（11）、水泵（14）及水位傳感器（4）組成。灌溉水源通過水泵與進(jìn)水管道進(jìn)入苗床面。水位傳感器通過控制水泵啟停以維持液面高度；排水部由常開電磁閥（3）、排水管（10）、手動閥門（18）及水位傳感器（4）組成，當(dāng)苗床內(nèi)灌溉水位達(dá)到一定高度后，水位傳感器控制電磁閥自動開啟進(jìn)行排水，手動閥門可調(diào)節(jié)排水的速度，以便讓穴盤中的基質(zhì)有足夠的時間吸水；苗床面鋪有泡沫板（6）及塑料薄膜（5），使床面形成中央導(dǎo)水槽（17），使床面排水迅速且無積水殘留。

2.3電熱膜微環(huán)境恒溫單元 電熱膜微環(huán)境恒溫單元自下而上分別為泡沫板（6）、電熱膜（20）、塑料薄膜（5）及鋁板（19）。其中泡沫板可阻止微環(huán)境中熱量向下滲透，提升保溫效果；泡沫板和塑料薄膜形成了中央導(dǎo)水槽（21），可有效輔助排水，并防止床面形成積水，保持床面干燥；鋪設(shè)于塑料薄膜上的鋁板不僅可以防止穴盤搬動過程中對塑料薄膜的損傷，還可提升電熱膜的發(fā)熱均勻度。在電熱膜的供電線路上裝有帶防水探頭的溫控開關(guān)，從而實現(xiàn)對微環(huán)境的自動精確恒溫（圖2）。

圖2 電熱膜微環(huán)境恒溫單元

3　設(shè)備建設(shè)與使用注意事項

3.1苗床的規(guī)格設(shè)置 由于育苗盤的國際通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格多為540 mm×280 mm（長×寬，下同），苗床的寬度應(yīng)選擇280 mm的整數(shù)倍后再適當(dāng)加寬。

3.2電熱膜規(guī)格的選擇與安裝 根據(jù)育苗盤的尺寸，電熱膜選擇250～550 mm的寬度最佳。目前市場上電熱膜的發(fā)熱功率多為100～220 W·m-2，因此在大面積運用時，需將溫室的配電接入總功率納入考慮范圍，并盡量選擇單位面積功率較低的電熱膜。

3.3溫控開關(guān)功率 不同型號的溫控開關(guān)的負(fù)載能力不同，所選擇的溫控開關(guān)負(fù)載能力應(yīng)大于其連接的電熱膜總功率。如本文中所使用的溫控開關(guān)型號為HS-637，帶防水探頭，5 000 W負(fù)載能力，最大可控制7組25 000 mm×250 mm、單位面積功率100 W·m-2的電熱膜，或3組25 000 mm×250 mm、單位面積功率220 W·m-2的電熱膜，即1個25 m×1.8 m的苗床實際應(yīng)由1～2個溫控開關(guān)控制。

3.4水位控制設(shè)備的選擇及安裝 應(yīng)選用帶探頭的220 V“上水型”全自動水位控制開關(guān)。如本文中所使用的CX-B28型水位控制器，含上限及下限2個水位探頭，上限水位探頭一般固定于苗床1/2深度處，而下限水位探頭則擺放于床面，水泵及電磁閥均接入水位控制開關(guān)輸出端。當(dāng)穴盤內(nèi)缺水時，下限水位探頭檢測不到信號，則會開啟輸出端電力輸出，使水泵啟動，排水處電磁閥閉合；當(dāng)苗床水位升至上限探頭時，則關(guān)閉輸出端電力輸出，水泵停止工作，排水處電磁閥開啟，進(jìn)行排水，通過調(diào)節(jié)手動閥門開度調(diào)節(jié)排水速度，以保證穴盤內(nèi)基質(zhì)能夠有充足的時間吸足水分。

3.5鋁板規(guī)格與接地 為提高耐磨強度與導(dǎo)熱效率，應(yīng)選擇厚度不小于0.5 mm的鋁板。鋁板必須通過導(dǎo)線接地，目的是消除電熱膜發(fā)熱時產(chǎn)生的感應(yīng)電，減少對操作人員人身安全的影響。

4　改建應(yīng)用實例與效果分析

4.1改建案例 圖3～5為杭州晨禾農(nóng)業(yè)科技有限公司臨安育苗基地，育苗玻璃溫室鋼架苗床。

原有設(shè)備：固定式苗床架結(jié)構(gòu)、玻璃溫室、自來水接入、固定式25 m×1.8 m苗床面。

添加設(shè)備：移動式25 m×1.8 m苗床面（150 元·m-2）、拱棚鋼架（高50 mm，間隔1.5 m一跨，每跨10元）、HS-637型溫控開關(guān)（負(fù)載5 000 W，每套50元）、100 W·m-2的電熱膜（長25 m，寬25 cm，共6條，40元·m-2）、72孔國標(biāo)穴盤（540 mm×280 mm，每張1.5元）、CX-B28型水位控制器（每套500元）、220 V常開電磁閥（每套100元）；泡沫板（厚3 cm，2元·m-2）、塑料薄膜（厚0.04 mm，1元·m-2）、鋁板（厚1 mm，2元·m-2）。由此可得出，改建單張25 m×1.8 m的苗床，投入成本為9 595元（213.2元·m-2）。若新建全套設(shè)施，還需投入建苗床支撐鋼架及外部保護(hù)設(shè)施的費用，新建單張25 m×1.8 m的苗床，投入成本為11 610元（258元·m-2）。

圖3 改建前的育苗床

圖4 改建中的育苗床

圖5 改建完成的育苗床

設(shè)備組裝：將泡沫板、電熱膜、塑料薄膜、鋁板及裝填好的穴盤依次擺放于苗床；將鋼管焊接于苗床上形成薄膜支架，并覆蓋薄膜，白天揭開苗床兩頭薄膜通風(fēng)，夜間密閉保溫；將電熱膜正負(fù)極接入溫控開關(guān)輸出端，并設(shè)定溫控開關(guān)自動開啟溫度為25 ℃，自動關(guān)閉溫度為28 ℃；在已有自來水接入條件的溫室內(nèi)，苗床的進(jìn)水水泵可由一個220 V常閉電磁閥代替，與排水口處的常開電磁閥共同接入水位控制器輸出端，實現(xiàn)水位自動控制。

4.2應(yīng)用效果與對比分析 黃瓜育苗效果（圖6）：2014年1月10日機播黃瓜種子，采用72孔穴盤，單條25 m×1.8 m的移動式苗床面擺放4排，共168張穴盤，12 096個穴孔。恒溫25 ℃，24 h（小時）后種子出芽，28 d（天）后幼苗盤根完成，達(dá)到移栽標(biāo)準(zhǔn)，相比其他育苗方式縮短7～10 d（天），實際成苗12 027株，平均成苗率達(dá)99.3%。

能耗情況：據(jù)試驗場記錄，合計育苗面積25.4 m2，30 d （天）耗電597.85 kW·h，電費合計382.64元，平均加溫費用為每株0.03元；使用“潮汐式”補水共4次，約3.2 m3，平均每株耗水約0.26 L。4.3 應(yīng)用實例 目前，已有多家單位新建或改建應(yīng)用一體化“潮汐式”微環(huán)境恒溫育苗床。例如，四川種都種業(yè)有限公司應(yīng)用50套，苗床規(guī)格17 m×1.65 m，穴盤苗年產(chǎn)能為800萬株；浙江省杭州市臨安錦興農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司應(yīng)用32套，苗床規(guī)格20 m×1.7 m，穴盤苗年產(chǎn)能為500萬株；浙江省臨安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心應(yīng)用80套，苗床規(guī)格25×1.2 m，穴盤苗年產(chǎn)能為550萬株；浙江省麗水市郎奇農(nóng)家樂農(nóng)產(chǎn)品專業(yè)合作社應(yīng)用40套，苗床規(guī)格25 m×18 m，穴盤苗年產(chǎn)能為550萬株。

圖6 電熱膜加溫中的黃瓜穴盤苗

*通訊作者：黃丹楓，博士生導(dǎo)師，教授，主要從事園藝植物生理生態(tài)研究，E-mail：hdf@sjtu.edu.cn

收稿日期：2015-11-03；接受日期：2016-02-15

基金項目：國家自然科學(xué)基金（61233006），上海市科技興農(nóng)推廣項目：上海綠葉蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)