◆湖南省寧鄉(xiāng)市第一高級中學(xué) 楊舒甯

湖南寧鄉(xiāng)雙江口地區(qū)為傳統(tǒng)農(nóng)耕區(qū)，蔬菜大棚種植面積廣，單種農(nóng)業(yè)作物易產(chǎn)生病蟲害，常見的有猝倒病、立枯病、灰霉病、炭疽病、枯萎病等，害蟲種類主要有螻蛄、土蠶、潛葉蠅、蚜蟲等，它們危害植株根系，造成吸收障礙，甚至缺窩斷苗。

為避免病蟲害，目前，人們對蔬菜苗床主要通過太陽暴曬、噴灑農(nóng)藥藥劑兩種方法進行消毒處理。但這兩種方法都存在一定的缺陷，比如受制于氣候、污染環(huán)境、有損人體健康等。如果采用取土經(jīng)高溫蒸煮或蒸汽消毒后返回苗床的方法，成本又太高。因此，我考慮設(shè)計一款利用高溫蒸汽對苗床土壤進行消毒的農(nóng)業(yè)機械，以便實踐推廣。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計

在老師的指導(dǎo)下，我設(shè)計了苗床基質(zhì)土壤凈化裝置，它由排插執(zhí)行頭、蒸汽發(fā)生器、控制器、蒸汽管、土壤濕度探測器、小型推車等結(jié)構(gòu)組成。

圖1 苗床基質(zhì)土壤凈化裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖2 用最初的裝置實物進行測試

圖3 改進后的裝置

二、使用原理

裝置通過控制器工作，將排插執(zhí)行頭插入疏松后的土壤中，濕度探測器探測土壤的濕度并將信息反饋給控制器，控制器調(diào)節(jié)、確定每次排插執(zhí)行頭的作業(yè)時間，再控制蒸汽發(fā)生器打開控制閥。

蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的100 ℃以上的高溫蒸汽通過蒸汽管及排插頭排入土壤，對土壤中的病菌及害蟲進行高溫蒸汽消毒。小型推車用于裝載和移動位置。

圖4 苗床基質(zhì)土壤凈化裝置作業(yè)流程圖

三、實驗測試

（一）土壤溫度、濕度與土壤中蟲害狀況的關(guān)系

1.探究目的

（1）探究土壤中蟲害數(shù)量與土壤溫度、濕度的關(guān)系。

（2）為苗床基質(zhì)土壤凈化裝置的設(shè)計提供依據(jù)。

2.探究過程

（1）取樣。在同一戶外區(qū)域選取三塊干、濕度不同的菜地，并將其編號為1號、2號、3號，三塊菜地均未進行消毒滅害處理。1號菜地土壤含水量低，易失水，長期干旱；2號菜地土壤含水量適中；3號菜地土壤含水量較高，長期潮潤。

（2）分時段記錄土壤中的病蟲害數(shù)量。分別在氣溫較高的夏秋季節(jié)和氣溫較低的冬春季節(jié)采集土壤樣本，記錄土壤中生物的數(shù)量，并進行對比分析。

3.探究結(jié)果

（1）同等條件下，土壤濕度越大，其中的病蟲害數(shù)量越多。氣溫較高時，土壤中的病蟲害數(shù)量增多。

（2）病蟲害主要集中在土壤表面以下5~15 cm處，其中在約12 cm處病蟲害數(shù)量最多，之后隨著深度的增加迅速減少。

（3）三塊菜地中的病蟲害數(shù)量在不同季節(jié)有所不同，具體見表1。

表1 不同地塊在不同季節(jié)的病蟲害分布

表2 不同地塊的消毒效果

（二）苗床基質(zhì)土壤凈化裝置模型測試

1.實驗過程

（1）對1號菜地進行松土處理。

（2）在1號菜地中部取200 g土壤樣本，并記錄土壤中的病蟲害數(shù)量。

（3）按照操作要求使用苗床基質(zhì)土壤凈化裝置對菜地土壤進行消毒作業(yè)。

（4）在1號菜地中部取200 g土壤樣本，記錄土壤中病蟲害活體數(shù)量，對比分析兩次的取樣結(jié)果，計算病蟲害滅殺率。

（5）對2號菜地、3號菜地重復(fù)以上步驟。

2.實驗結(jié)果

經(jīng)計算和分析，苗床基質(zhì)土壤凈化裝置對菜地土壤進行消毒作業(yè)后，病蟲害滅殺率達98℅以上，土壤的濕度越大，需消毒的時間越長。

四、創(chuàng)新點

1.研究了土壤的物理參數(shù)（溫度、濕度）與土壤中的病蟲害分布的關(guān)系，為本項目創(chuàng)新提供了客觀依據(jù)。

2.設(shè)計了排插執(zhí)行頭裝置，有利于提高作業(yè)效率。

3.結(jié)合傳感及自動控制技術(shù)，采用有差異性的滅菌作業(yè)。（指導(dǎo)老師：康志良 謝 樣）

專家點評

“基于物理方法的苗床基質(zhì)土壤凈化裝置”是一項基于農(nóng)業(yè)方面的創(chuàng)新作品。該項目的特點在于：

其一，作者關(guān)注農(nóng)業(yè)、關(guān)心家鄉(xiāng)，選題基于當(dāng)?shù)卮笈锸卟朔N植育苗所遇到的病蟲害的實際情況，富有愛心與創(chuàng)新意識。

其二，作者勇于探索，用高溫蒸汽通過蒸汽管及排插頭滲入土壤，對土壤進行高溫蒸汽消滅病蟲害，敢想敢做，解決問題的方式獨特。

其三，這個作品雖然只是一個有一定演示效果的模型，從制作材料、制作技術(shù)等方面必然要求助于相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員，但作者能在學(xué)習(xí)任務(wù)緊張的情況下將其完成，表明其具有創(chuàng)新毅力。

在此必須指出的是：高溫蒸汽消滅土壤中病蟲害的方法必定會將土壤中有益的微生物、動物（如蚯蚓）等消滅，其利弊究竟如何，還需要進行深入研究后才能確定。

另外，從新修訂的全國青少年科技創(chuàng)新大賽相關(guān)文件中所指的作品類別來看，這項作品應(yīng)屬于專業(yè)性較強的A類作品。楊舒甯同學(xué)在文章中應(yīng)對“指導(dǎo)教師或他人協(xié)助完成的內(nèi)容及所利用的資源”等進行明確說明。