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        低成本陽臺農業(yè)工程技術方案探索

        2022-11-18 12:49:58鄒明森
        農業(yè)工程技術 2022年25期
        關鍵詞:塑料膜蓄水屋頂

        鄒明森

        (崇仁縣農業(yè)農村局,江西撫州 344200)

        陽臺因為空氣流動快,蒸發(fā)量大和樓面負重值有限,不能用增厚土層的方法來滿足作物對水分的需求,因此,如何用簡而易行的方法,來建立陽臺氣候環(huán)境條件下的農藝工程技術,來保障作物生長對水份以及根系對土壤通透性的需求,是陽臺種植成敗與規(guī)?;茝V的關鍵。文章主要介紹低成本陽臺種植農藝工程技術方案(圖1)探索情況。

        圖1 陽臺水稻、水空心菜種植箱與蓄水床結合栽培

        試驗方法

        為了掌握屋陽臺作物種植對水分消耗、根系對土層深度的基本要求,就必須對種植場地的蒸發(fā)、蒸騰強度等基礎性數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場測試。

        測試地點

        崇仁縣郭圩鄉(xiāng)園藝場小區(qū)8 號院四樓陽臺,樓層高度9.5 m,經(jīng)度116.077807°,緯度27.727549°,海撥79.6 m。

        測試安排

        利用泡沫箱(外徑長寬高分別為44.5、29.5、24 cm,內徑長寬高分別為40、25.5、21 cm)裝水為觀測水源,屋頂涼亭內、涼亭外進行布點觀測。

        測試方法

        水面日蒸發(fā)強度,前期采用逐日觀測記錄方法,作物蒸騰強度采用隔日觀測記錄方法進行。

        結果分析

        水面日蒸發(fā)強度測試

        為避免下雨對數(shù)據(jù)的影響,水面日蒸發(fā)強度觀測場地選擇在頂樓的涼亭內進行。同時,涼亭外露臺也設一組對照,每日記錄天氣狀況、現(xiàn)場溫度、水面高度、水溫;涼亭外對照箱因下雨原因,水面高度變化不定;也因不專業(yè),手記不全,所以用平均值作為觀測依據(jù)(表1)。

        表1 亭內和亭外水面蒸發(fā)強度記錄表

        據(jù)觀測,從2021 年4 月30 日(氣溫31℃/16 ℃,利用隔熱的敞口泡沫箱裝水)~ 6 月27日(氣溫34 ℃/26 ℃),前后共歷時59 天,泡沫箱水面從90 mm 下降至16 mm,總蒸發(fā)高度74 mm,計算出水面日平均蒸發(fā)強度約(74/59)≈1.254 mm/ 天。由此可知,覆蓋是陽臺種植抗高溫干旱的有效措施。

        作物蒸騰強度測試

        為利于估算出陽臺種植作物對水分的最大消耗量,2021 年9 月3 日~21 日,陽臺箱培中稻(品種‘野香優(yōu)莉絲’,一箱雙蔸,每蔸3 苗),抽穗揚花期,稻株高80 cm,劍葉頂高100 cm、水稻幅寬70 cm,加水記錄水稻此期蒸騰強度(表2)。當泡沫箱內加滿7.5 kg 水時,2~3 天后箱內貯水室底部無積水,但土壤濕潤不干燥(種植泡沫箱外徑長寬高分別為44.5、29.5、24 cm,內徑長寬高分別為40、25.5、21 cm)。按加水量3.5 kg/ 天、種植箱內表面長寬為40、25.5 cm計算,蒸騰量約3.5 mm/ 天。

        表2 水稻蒸騰強度記錄表

        澆水量測試

        為探測出陽臺蔬菜種植時澆定根水的用量,試驗用廢食用油桶進行裝土測試,即在土壤呈灰白色干燥狀態(tài)下,要濕潤深度19~20 cm 土層,單位面積澆水量以3 mm 雨量為宜。如果土壤干而未白,單位面積澆水2 mm 雨量,即可濕潤19~20 cm 土層。澆水超出土壤飽和含水量后,多澆水分將外流損失(圖2)。

        圖2 土壤澆水量測試

        土壤蒸發(fā)強度觀測

        上述廢食用油桶裝土澆足水后,2022 年5 月2~5 日,在連續(xù)天晴的天氣條件下,經(jīng)3 日曝曬,用電子土壤測試儀探測5 cm 深土層濕度,顯示為NOR(正常)。探測10 cm 及以下土層,顯示為WET(濕) 或WET+(非常濕)。由此可知,水面蒸發(fā)強度遠大于土壤蒸發(fā)強度(圖3)。

        圖3 土壤蒸發(fā)強度測試

        陽臺種植鋪土厚度測算

        2022 年1 月12 日,通過對高產露地蔬菜-西蘭花根系土球測量,土球半徑15~20 cm、厚度10~15 cm(圖4)。綜上所述,陽臺種植的土層厚度應在15~20 cm。水分消耗量應在1.25~3.5 mm/ 天。但不超過2 mm 土壤持水量,只能滿足作物旺盛生長期半天對水的消耗量。為避免每天1~2 次澆水帶來的人力、物力、水資源等浪費,必須用一種新的農藝工程技術,來替代需要天天澆水的盆(栽)、框(栽)工藝。

        圖4 大田花棷菜根部土球

        低成本陽臺種植農藝工程設計與 成本分析

        低成本陽臺種植工程主要由種植箱、塑料膜蓄水床、陽臺小菜圃組成,種植箱是陽臺種植最基本的農作物種植培育單元。根據(jù)栽培品種、陽臺場地大小,可選擇不同規(guī)格的種植箱。它有易搬動、調整快、能充分利用農作物的邊際遞增效應、土傳病害不隨雨水流動而橫向傳播等優(yōu)點。也有因種植箱個體小,產量低等缺點。

        塑料膜蓄水床主要作用是蓄集雨水等水源,方便陽臺農作物取水?;蛑苯訛樗?,通過種植箱給作物供水。缺點是占場地,只能構建于屋頂或空曠場地,蓄水后易滋生藍藻、蚊蟲,要用喜水作物(如水稻、水空心菜等)來凈化水質,或遮光覆蓋保證水質。

        陽臺小菜圃是在塑料膜蓄水床的基礎上,經(jīng)“聚酯布+水泥膠漿”護膜硬化后,再鋪放營養(yǎng)土而建成。其優(yōu)點是面積相對較大,能夠滿足陽臺蔬菜根系生長要求,管理方法與露地菜園接近,土壤封閉消毒更簡易,穩(wěn)產性好。缺點是占場地,也只能用于屋頂?shù)瓤諘鐖龅亍?/p>

        種植箱及成本分析

        種植箱由種植室(或稱栽培室)、箱內貯水室二部分組成,貯水室依靠著種植箱底面和側壁設置,形成內貯水式種植箱(圖5)。

        圖5 種植箱剖面及辣椒種植

        依據(jù)觀測數(shù)據(jù)計算,當種植箱內貯水室底面積占比為1/5 時,貯水室高度每增加1 cm,可存貯作物約1 天的耗水量,當種植箱排水線(注水觀察孔)預留高度為5 cm 時,理論上可滿足箱植蔬菜旺盛生長期3~5 天蒸騰量的水分消耗。由于沒有專業(yè)化的內貯水種植箱,實踐中采用回收泡沫箱、回收塑料框切割和市場采購進行制作(表3)。

        表3 種植箱成本構成表/(元/箱)

        組合式塑料膜蓄水床及成本分析

        組合式塑料膜蓄水床由墊層、立柱、連接攔桿、塑料膜組成(圖6)。據(jù)測定,當進行水稻種植時,7.5 kg 水量(相當于所用泡沫種植箱內表面7.5 mm 雨量)在水稻灌漿結實時期,只能維持2 天消耗,因此,用蓄水床+種植箱進行組合,用來保障水稻等耗水量大的作物對水源的需求,在晴、雨相間時期可不澆水或少澆水,在連續(xù)多日的晴熱天氣條件下,可保障7 天左右水源供應。

        圖6 塑料膜蓄水床支架及蓄水效果

        蓄水床構建采用回收食用油桶、牛毛氈、線管、塑料膜等材料制作?,F(xiàn)以長、寬、圍欄高(3 m×1.5 m×0.15 m)蓄水床為例,其成本構成見表4。

        表4 蓄水床(4.5 m2)成本構成表/元

        陽臺小菜圃建造與成本分析

        在蓄水床的基礎上,用擋泥板+聚酯布+建筑速溶水泥膠配成水泥漿進行護膜處理,水泥漿硬化后,鋪放營養(yǎng)土,建成屋頂小型菜圃。小菜圃能更好地解決作物根系伸展對土壤通透性要求。小菜圃土壤水分管理方法:雨季可放開地位低端的塑料膜排水降漬,干燥天氣時,收起塑料膜蓄水保墑,可簡而有效地應對雨濕、干旱天氣影響(圖7)。

        圖7 陽臺小菜圃

        因為擋泥板采用了80 cm×13 cm 復合地板條,投放營養(yǎng)土層高度以12 cm 計算營養(yǎng)土體積,其中營養(yǎng)土出廠價25 元/60 L(表5)。

        表5 菜圃(4.5 m2)成本構成表/元

        配套工程

        棚架、防蟲防鳥網(wǎng)、雙層保溫膜、保溫被、智能溫度控制儀,是屋頂種植作物周年生長的重要保障。相對于地面,屋頂風大、晝夜溫差大、種植圃蓄熱量小、抗寒能力低。因此,棚架以設計成外、內雙層棚為宜。外棚要配備壓膜帶,防止棚架被風吹倒。家庭小型棚高度應控制在2 m以內。內棚主要作用是冬季保溫和增溫,用輕型塑料支架即可,高度在1.3~1.6 m。外棚架常年覆蓋防蟲網(wǎng),可拒阻蟲、鳥為害,直接減少了農藥使用次數(shù)。當溫度回升時,逐步撤除內、外保溫膜。反之,逐步加蓋外、內保溫膜,保溫被,掛裝智能溫控儀。據(jù)初步觀測,內棚(高1.5 m、面積4.5 m2)上覆蓋保溫被后,雪天晚上設定溫值16~22℃,用50 m 線480 W 智能溫控器增溫,用時22 min;經(jīng)約33 min 后再次啟動,用電占時比約40%,以冬夜加溫時長12 h 計算,單棚耗電量約3 kW.h(含待機耗電)。低溫陰雨全天維持增溫時,耗電量預計6 kW.h/ 天(圖8)。這就為屋頂太陽能應用提供了依據(jù)。

        圖8 雙棚保溫與溫控器增溫

        應用效果

        水稻種植

        2021 年8 月,用“種植箱+蓄水床”組合,進行了初次水稻種植試驗(品種‘野香優(yōu)’)。每個“內貯水式種植箱”(長×寬×高=45 cm×29.5 cm×24 cm),種植2 蔸,每蔸3 苗,取得了平均蔸稻濕谷148 g,干谷120 g(240 g/ 種植箱)的高產。

        2022 年3 月15 日、4 月15 日,在同一個“箱+床”4.5 m2組合區(qū),設計了6 個水稻種植組合的、二個不同直播期對照測試。2021 年度中稻移栽與今春早稻直播種植試驗管理過程證明,簡易的屋頂“箱+床”結合農藝工程技術,在水稻種植試驗中,對照組合設置與調配、全生育期觀察記錄、水肥精量管控、病蟲草害防控、單株產量、場地利用率、降低勞動強度等方面,都顯著優(yōu)于大田種植(圖9)。

        圖9 中稻種植(2021 年度)與早稻種植(2022 年度)

        蔬菜種植

        2022 年4 月26 日~5 月15 日,用屋頂小菜圃與露地水空心菜壓條種植進行比對,相同管理條件下,露地種植雖經(jīng)再次補苗,小菜圃水空心菜生長情況仍明顯好于露地種植(圖10)。

        圖10 (同日栽植)露地、陽臺水空心菜長勢

        溫度調節(jié)效應

        據(jù)2021 年9 月11 日記錄,裸露樓面土表溫度40℃時,稻株下水床水溫31℃。12 月26 日,小雪,地表溫度-1℃,種植棚智能控溫范圍設定為16~22℃。能讓頂樓居室,達到冬暖夏涼的效果(圖11)。

        圖11 (陽臺同時刻)種植區(qū)與非種植區(qū)溫差

        開拓新的就業(yè)渠道,增加新的就業(yè)崗位

        屋頂種植工程技術,可在種植技術服務、品種繁育、栽培基質加工、廢棄物回收利用、勞動服務、工礦廢棄場地重新利用等領域發(fā)揮作用,也可融合太陽能+屋頂雨水收集存蓄+機械化保溫裝備開發(fā)+智能化水、肥、光、溫控制等新興領域。而內貯水的種植箱,將其小型化、個性化或可降解化設計制造,應用于陽臺、吧臺、書室或名貴中草藥品種育苗、林下帶箱移栽,將帶動更廣泛的創(chuàng)業(yè)就業(yè),促進多行業(yè)實體經(jīng)濟的深入融合和發(fā)展(圖12)。

        圖12 露臺營養(yǎng)土吊裝與露臺種植箱蔬菜種植

        展望

        據(jù)第三次全國國土調查主要數(shù)據(jù)(2021 年8 月25 日)公報,城鎮(zhèn)村及工礦用地3530.64萬hm2。假設全國有10% 的陽臺或廢棄工礦場地進行農作物種植,則可新增人工調控下的設施農用地5200 余萬畝(3468400 hm2),也能將陽臺打造成一個個風格各異的“生態(tài)樂園”,將陽臺、居室裝點出自己理想中的風景。讓老年人有發(fā)揮余熱的場所;讓少年兒童有自己的“農藝小天地”;讓中、青年有創(chuàng)業(yè)、就業(yè)的新門路;讓人們足不出樓就能體驗到四季如春的農藝美景;讓城市的空氣更清新、天空更蔚藍。誠如此,不僅能撬動民間的投資熱情,也能為節(jié)能減排、為碳中和目標的實現(xiàn),開拓新的途徑。

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