尚庆茂博士_蔬菜集约化穴盘育苗技术_系列讲座第五讲蔬菜穴盘苗水分管理技术

1、生产技艺 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES水分是蔬菜幼苗的重要组成,约占鲜质量的 92%以上, 这是幼苗旺盛的生命代谢所必须的 。 当水 分供应充足时, 细胞维持较高的膨压, 同化作用 、 异化 作用和物质运转得以高速进行,细胞快速分裂和伸 长, 使幼苗表现出迅速生长 。 反之, 水分缺乏, 幼苗生 长发育也随之减缓或停滞 。所谓穴盘苗的水分管理, 就是充分认识蔬菜幼苗 水分需求规律以及穴盘特定容器条件下基质 -幼苗 水分运动规律, 通过科学高效的灌溉方式, 供给每株 幼苗适量 、 均一的水分, 调控幼苗正常的生长速率, 使 幼苗保持良好的株型和整齐度 。水分管理在蔬菜幼苗生长

2、发育调控中占有非常 重要的位置 。 管理不善, 常常导致幼苗徒长, 养分流 失, 抗逆性下降, 病害发生严重, 根系坏死等 。 因此, 蔬 菜集约化育苗水分管理总是由经验颇丰的技术人员 完成 。1蔬菜穴盘苗对水分的需求规律蔬菜苗期绝对生长量和蒸腾面积小, 每株幼苗水 分消耗量也非常小 。 但是, 幼苗本身含水量高, 根系不 发达, 缺乏保护组织 (如表皮细胞的角质化和蜡被 , 决定了幼苗吸水能力弱且极易失水萎蔫 。 因此, 尽管 幼苗耗水量小, 但水分供应必须充分 。穴盘苗从播种至成苗可分为 5个阶段, 为满足各 阶段幼苗水分需求, 同时兼顾幼苗株型调控, 幼苗不 同发育阶段水分供应量和频度也

3、不尽相同 。 总体上, 对于所有蔬菜 (果菜类 、 叶菜类 穴盘苗, 水分供应量 和频度基本呈 “ 高 低 低 中 低 ” 的变化趋势 。 第 阶段保证基质较高湿度,有利于种子吸水和萌发; 第 、 阶段控制基质湿度主要为防止穴盘苗下胚 轴 、 上胚轴的徒长; 第 阶段保证基质中等湿度用来 维持穴盘苗正常生长发育; 第 阶段降低基质湿度以 提高穴盘苗的抗逆性 。即使在同一阶段,因种子大小或播种方式不同, 基质水分供应也会产生差异 。 大粒种子 (如西瓜 、 南瓜 种子等 , 播种较深, 小粒种子 (如结球甘蓝 、 芹菜种子 等 , 播种较浅 。 在第 、 阶段小粒种子孔穴基质更 不能缺水, 一旦

4、水分较少, 表层干燥, 种子无法萌发或 幼苗萎蔫倒伏 。 黄瓜种子若是浸种催芽后播种, 27 左右条件下经 24h (小时 即可出苗, 如果第 阶段基 质保持较高含水量, 极易形成徒长苗 (或高脚苗 。 由于不同蔬菜种类缺水后木质化速度及幼苗老 化程度不同, 对于容易老化的蔬菜, 苗期水分管理也 应特别注意 。 据试验, 应用 50孔辣椒穴盘苗, 二叶一 心时开始供给基质 50%、 60%、 70%、 80%、 90%最 大持水量的水分, 其中 80%处理茎木质素含量最小, 而幼苗叶片叶绿素含量 、 光合速率 、 植株壮苗指数 、 根 冠比 、 日均绝对生长量最大 。2基质含水量与测定方法表示

5、基质含水量的常用术语有湿度 、 饱和含水 量 、 持水量 、 相对含水量 、 绝对含水量等, 生产上许多 人并不能正确认识这些术语的含义, 从而无法准确判 断育苗基质含水量和借鉴相关的技术成果, 更难以制 定精准的苗期水分管理计划 。2.1湿度 湿度为某一时刻基质水分质量占基质质 量的百分率, 即 (IW-DW /IW ×100%, 式中 IW 为 某一时刻已知体积的基质质量, DW 为同体积基质 105 烘干 24h (小时 后称取的基质质量, IW-DW 为同体积基质的水分含量 。2011(9:36-40尚庆茂博士 “ 蔬菜集约化穴盘育苗技术 ” 系列讲座 第五讲 蔬菜穴盘苗水分

6、管理技术 尚庆茂尚庆茂, 中国农业科学院蔬菜花卉研究所, 北京市海淀区中关村南大街 12号, 100081, 电话稿日期:2011-04-06; 接受日期:2011-04-12基金项目:农业科技成果转化资金项目 (2009GB23260439 , 国家大宗蔬菜产业技术体系专项 (nycytx-26中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES生产技艺方法是: 取干燥 、 洁净铝盒 3个, 标号并分别 称取质量 (W 1 。 填装基质并敲击铝盒外壁, 保证 3盒之间基质填装密度一致,称取铝盒和基质质量 (W 2 。 将铝盒和基质放入鼓风干燥箱 105 烘干 24h

7、(小时 , 再称取铝盒和基质质量 (W 3 。 计算湿 度, IW=W2-W 1, DW =W 3-W 1,分别计算 3个铝盒中的 基质湿度, 最后平均获得最终的湿度 。2.2绝对含水量 绝对含水量是将某一时刻基质 105 下烘干至恒重时失去的水分质量或体积占烘 干基质质量或体积的百分率, 也称质量含水率 (或容 积含水率 。 容积含水率 (% =质量含水量 (% ×基质 容重 (mg ·cm -3 。测定方法基本与湿度相同, 只是绝对含水量比较 的基准是烘干基质质量 (或容积 , 而湿度是原始未烘 干基质质量, 显然, 绝对含水量远大于湿度 。2.3饱和含水量 饱和含水量

8、或称饱和持水量, 指 单位体积风干基质孔隙全部充满水分时的最大含水 量, 包括吸湿水 、 膜状水 、 毛管水和重力水 。 饱和含水 量由基质性质决定, 代表基质的最大蓄水能力, 单位 常用 kg ·L -1表示 。 常用作育苗基质物理特性的判断指 标, 在苗期则可以用于计算最大灌水量 。 当基质达到 饱和含水量时, 水势基本为 0, 再无吸水能力, 基质通 气性能极差 。方法是: 将待测基质置避风处自然风干至恒 重 。 取 3个环刀 (体积 V , 下底用无孔底盖扣紧 。 填装风干基质并敲击环刀外壁, 保证 3个环刀基 质填装密度一致, 称取环刀和基质质量 (W 1 。 用 吸管吸取

9、洁净水从环刀敞开的上表面缓慢将水滴入 基质, 直至水均匀地充满基质, 静置 3h (小时 , 若水 位下降, 继续滴水至充满基质, 称取环刀和基质质量 (W 2 。 计算饱和含水量, (W 2-W 1 /V, 分别计算 3个环刀中基质饱和含水量,最后平均获得最终的饱 和含水量 。2.4持水量 持水量是基质饱和持水量减去重力水 后基质所能保持的水分 。 重力水很快从排水孔排出, 基本上不能被幼苗吸收利用 。测定参照饱和含水量, 只是步骤 后, 用带孔 的环刀盖扣紧环刀上表面, 并倒置使水分靠重力自然 排出, 直至不再有水流出, 重新将环刀上下反转, 去掉 带孔环刀盖, 称取环刀和基质质量 (W

10、3 , 计算持水量, (W 3-W 1 /V, 常用单位 kg ·L -1。2.5相对含水量 相对含水量是某一时刻单位体积 基质水分含量占基质持水量或基质饱和持水量的百 分率, 显然, 相对含水量可能是两个不同的数值, 由于 基质饱和持水量大于基质持水量, 相对于基质持水量 的相对含水量肯定大于相对于饱和持水量的相对含 水量 。 可用于确定苗期灌水时间 。2.6基质湿度感官测定 有经验的育苗者,还可以 通过看 、 掂 、 摸等方式判断穴盘基质湿度, 湿的基质 颜色偏暗, 掂起穴盘质量较重, 用手指轻压基质感 觉冷凉, 相反, 干的基质颜色发白, 质量小, 指压无冷 凉感 。取基质于手

11、掌, 根据手感可将基质湿度粗略分为 级:I 湿, 用手挤压时水能从基质中流出; 潮, 放在 手上留下湿的痕迹, 但无水流出; 润, 放在手上有凉 润感, 用手压稍留下印痕; 干, 放在手上无冷凉感 。 3灌溉水质与水处理水质是水体质量的简称, 标志着水体的物理 (如 色度 、 浊度 、 臭味等 、 化学 (无机物和有机物的含量 和生物 (微生物 、 浮游生物 、 底栖生物 的特性及其组 成状况 。蔬菜集约化育苗多选择使用自来水 、 深井水等洁 净水源, 很少使用河水 、 池塘水 、 蓄积雨水, 杜绝使用 工矿企业污水 、 养殖企业废水, 因此, 基本可以排除水 质中有机物 、 生物的影响 。

12、当然, 生产上有时为了防止 灌溉水水温过低造成幼苗冷害, 在育苗设施内设置贮 水罐 (箱 , 贮水罐 (箱 长期使用也存在生物污染, 应 按时清洗及在罐 (箱 周边进行杀菌处理 。一般情况下,与幼苗关系密切的水质指标包括 pH 、 EC 值 、 碱度 、 硬度 、 离子组成等, 它们直接或间接 影响蔬菜穴盘苗生长发育 。 因此, 灌溉水必须经过处 理才能用于穴盘苗生产 。3.1水质碱度反映水中溶解的碳酸根 (CO 32- 、 碳酸氢根 37 生产技艺 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES(H CO 3- 、 氢氧根 (OH - 等离子决定的中和酸性物质 的能力 。 碱度的大小通常用

13、稀释的酸滴定水至 pH 等 于 4.5时酸液的用量表示, 以 CO 32-计, 单位是 mg ·kg -1或 mmol ·L -1。 灌溉高碱度 (>80mg ·kg -1 的水引起基 质 pH 升高, 低碱度 (<40mg ·kg -1 的水降低基质 pH 缓冲能力 。 通常 4080mg ·kg -1是比较适宜的碱度 范围 。Na +与 Ca 2+、 M g 2+存在拮抗效应, 高 Na +引起 Ca 2+、 M g 2+潜在缺乏 。 高浓度 Na +, 还会增加基质阳离子含量 水平, 提高基质持水能力, 降低通透性, 最终影响

14、根系正常呼吸作用 。 Na +危害性可用可吸收率 (SAR 衡量 。 SAR <2, Na +浓度小于 40mg ·kg -1,不会对基质和幼 苗产生较大影响, 属于较正常的范围 。 提高灌溉水的 可溶性盐含量,有利于降低 Na +吸收率及其对幼苗 的危害 。NO 3-等大部分离子是幼苗必需的营养成分, 但在 灌溉水中含量太高,会给幼苗养分管理造成很大麻 烦 。 特别是当这些离子含量非恒定 、 可变时, 极易造成 基质养分含量的不稳定和比例失衡 。3.2水处理 当水质无法满足蔬菜穴盘育苗的要求 时, 只能进行水处理 。 水处理的方法有酸化 、 肥料调 节 、 软化 、 过滤 、

15、 反渗 、 臭氧化 、 溴化 、 氯化等 。表 1酸化灌溉用水常用酸的种类及其特性种类 浓度 每 1000L 水中加入 100mL酸时增加的元素浓度相对安全性HNO 367%(w/w , 液体, 密度 1.42N 21.1mg ·L -1腐蚀性 、 危险性强, 注意避免直接接触到烟雾和酸液 H 3PO 475%(w/w , 液体, 密度 1.58P 37.4mg ·L -1具轻微腐蚀性, 可引起眼和皮肤的不适, 对衣物有腐蚀性 H 2SO 435%(w/w , 液体, 密度 1.26S 14.4mg ·L -1具轻微腐蚀性, 可引起眼和皮肤的不适, 对衣物有腐蚀性

16、 H 3C 6H 5O 795%, 固体 无 可对皮肤 、 眼睛产生微弱刺激由于 HNO 3、 H 3PO 4中的 N 、 P 都是施肥时需要加 入的营养元素, 当需要大量使用 HNO 3、 H 3PO 4调节水 的 pH 值时,就要考虑在肥料中降低 N 或 P 的用量, 以避免造成这些元素过量 。 蔬菜苗期对 N 的需求量 比较大, 可以考虑用 HNO 3调节水的 pH 值 。 另外, 还 要考虑蔬菜种类, 对 N 需求量大的蔬菜考虑用 HNO 3调节, 喜磷蔬菜考虑用 H 3PO 4调节 。H 3C 6H 5O 7和其他 3种酸比较, 使用时不会和化学 肥料 、 杀虫剂 、 杀菌剂中的一些

17、离子发生反应, 不会降 低或抑制肥效或药效,叶面灌溉对幼苗的损伤小, 是 比较理想的酸化处理剂, 但价格比较贵, 使用成本高 。 叶面灌溉, 建议使用 H 3C 6H 5O 7来调节 pH 值 。酸化处理时,首先要通过实验找出调节到期望 -酸比例, (切忌 水加到酸, 易引起爆炸 , 然后搅拌均匀 。 酸都是具有 腐蚀性的, 特别是 HNO 3在操作时会产生烟雾, 人若 吸入这种烟雾, 会伤害呼吸道, 因此在使用任何一种 酸时, 都要做好防护工作, 要戴防护镜 、 防酸手套 、 防 酸围裙 、 口罩等, 防止皮肤或眼睛暴露在外面 。pH 值相同的水, 碱度可以是不同的, 甚至相差很 大 。 而

18、碱度越大, 调低 pH 值时酸用量就越多 。 譬如, pH 9.3、 碱度 71mg ·kg -1的水, pH 调至 5.8, 每 1000L 水需要加入 35%的 H 2SO 4102mL ;而 pH 8.3、 碱度 310mg ·kg -1的水, pH 调至 5.8,每 1000L 水需要加 入 35%的 H 2SO 4435mL 。中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES生产技艺要持续使用酸性肥料降低碱度, 又必须控制 NH 4+, 防 止穴盘苗徒长 。 使用含有钙 、 镁的碱性肥料, 对钙 、 镁 含量较低的低碱度水 (<50mg ·kg -

19、1 非常有益, 可以 增加基质缓冲能力 。树脂软化装置是采用离子交换原理,由控制 器 、 树脂罐 、 盐罐组成的一体化设备 。 其控制器可选 用自动冲洗控制器 、 手动冲洗控制器 。 自动控制器 可自动完成软水 、 反洗 、 再生 、 正洗及盐业箱自动补 水全部工作的循环过程 。 树脂罐可选用玻璃钢罐 、 炭钢罐或不锈钢罐 。 盐罐主要装备盐, 用于树脂饱和 后的再生 。要求入口水压 0.180.6M Pa ,工作温度 155 , 源水硬度 <8mmol ·L -1, 工作电源一般为 220V/50 Hz , 再生剂为 NaCl , 再生方式有顺流 /逆流, 交换剂为 001&

20、#215;7型强酸性离子交换树脂 。 出水硬度 0.03 mmol ·L -1。超滤膜的孔径是数十至几百埃, 介于反渗透与微 孔膜之间 。 超滤膜的孔径是由一定相对分子质量的物 质进行截留试验测定的, 并以相对分子质量的数值来 表示 。 在水处理中, 应用超滤膜来除去水中的悬浮物 质和胶体物质 。 超过滤膜受到污染或结垢时, 一般采 用双氧水或次氯酸钠溶液来清洗 。 不能通过反洗来清 洗膜面 。超过滤最高运行温度为 45 , pH 1.513.0。 超 过滤是去除水中有机物质的一项措施, 也可以去除微 量胶体物 、 生物体以及树脂碎末等 。 超过滤常置于除 盐系统之后,或置于反渗透装

21、置之前来保护反渗透 膜 。 超滤膜组件中所用的膜材料一般有:二醋酸纤维 (CA 、 三 醋 酸 纤 维 (CTA 、 氰 乙 基 醋 酸 纤 维 (CN-CA 、 聚 砜 (PS 、 磺 化 聚 砜 (SPS 、 聚 砜 酰 胺 (PSA 、 酚酞侧基聚芳砜 (PDC 、 聚偏氟乙烯 (PVDF 、 聚丙烯腈 (PAN 、 聚酰亚胺 (PI 、 甲基丙烯酸甲酯 -丙烯腈共聚物 (M M A-AN 及纤维素等 。 其中以 CA 、 PS 、 PAN 等应用较为广泛 。4灌溉方式蔬菜穴盘育苗一般在设施环境条件下进行, 苗盘 距离地面 2080cm ,无法获得自然降水和地下水, 只能依靠灌溉获得水分

22、 。4.1手工灌溉 手工灌溉是最灵活的灌溉方法, 它 可以灌溉穴盘苗的任意部分 。 缺点是用工多, 劳动成 本高, 且有时水滴大 (300500m , 易冲倒幼苗 。 4.2固定喷淋器 固定喷淋系统广泛地应用于穴盘 苗灌溉 。 喷嘴可以安装在从工作台底部升起的梯级竖 板上, 也可以安装在穴盘苗上方的水管上 。 喷水的均 匀性是一个问题, 很难设计一个喷淋系统使得喷水区 域没有重叠或完全重叠 。 水滴一般比弦杆或雾化系统 产生的水滴大 。4.3移动弦杆喷雾器 移动弦杆喷雾器是目前集约 化穴盘苗生产应用最广泛的灌溉方法 。 通过在移动速 度均匀的弦杆上安装一组雾化喷头, 形成一条均匀的 水带 。

23、随着技术的不断改进, 如可变速马达 、 各种可供 选择的喷头等, 通过控制灌水量和移动速度能够满足 穴盘苗对水分的需求 。4.4雾化 雾化系统产生的水滴大小非常合适 (5m 且均匀, 不会对穴盘苗产生机械损伤 。 常用于穴 盘苗催芽室 。 缺点是要求使用高纯度的水源, 此外, 该 系统应用于温室易于提高室内空气相对湿度, 在温室 内屋面凝结成水滴, 掉落的水滴会打伤幼苗叶片并且 使孔穴中的基质分散 。4.5底部灌溉 通过底部灌溉水分从排水孔进入基 质, 水分供应量均匀, 叶片始终保持干燥, 且劳动成本 低 。 缺点是当穴盘和水接触时孔穴中下层的基质很快 达到饱和, 因为穴盘底部不能彻底干燥,

24、地下灌溉中 根系的修剪也是普遍存在的问题 。5蔬菜穴盘苗水分吸收5.1水分在基质中的存在状态 多数情况下,穴盘 基质中的水分可分为 4类:一类是吸湿水,指基质颗粒从空气中吸收的气 态水分, 由基质颗粒表面分子引力作用引起 。 吸湿水 多少取决于基质颗粒表面积大小和空气相对湿度 。 吸湿水被基质紧紧吸附, 幼苗难以利用, 实际上是无 效水分 。 吸湿水在 105 的温度下转变为气态, 脱离 基质颗粒表面分子力的吸附而跑出 。 吸湿水数值等 于基质风干质量与烘干质量的差值占风干基质体积 的比例 。39 生产技艺 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES二类是膜状水, 指吸湿水外膜状吸附于基

25、质颗粒 表面的水分, 重力无法使膜状水移动, 但其自身可以 从水膜较厚的部分向水膜较薄的地方移动, 幼苗可以 利用膜状水, 但由于膜状水移动速度极慢, 不能及时 供给幼苗需要 。三类是毛管水, 基质颗粒间的小孔隙会形成毛管 力,毛管水由毛管力小的方向移向毛管力大的方向 。 毛管力与水的表面张力成正比,与毛管直径成反比 。 毛管水可以克服重力悬着于基质颗粒之间, 且移动速 度快, 是可供幼苗利用的主要水分 。四类是重力水,不受基质颗粒和毛管力吸持, 受 重力作用向下由排水孔流失的水分 。 幼苗可以利用重 力水, 但重力水流失很快, 导致重力水利用率很低 。 5.2水分在基质中的运动 不同灌溉方式

26、,水分进 入穴盘基质的方向截然不同 。 顶部灌溉, 水分从孔穴 的上部进入基质,水分受重力作用以向下运动为主, 运动过程中逐层填充基质颗粒孔隙之间, 小部分水分 受水分张力 、 毛管力作用而水平运动 。 底部灌溉, 水分 从穴盘排水孔逆重力向上运动 。 顶部灌溉幼苗叶片也 可以吸收少量水分, 底部灌溉幼苗叶片是干燥的 。 灌溉刚结束时,孔穴基质吸收的水分主要受 3个力的作用, 重力使水分向下运动, 水分张力阻止水 分运动,毛管力使水分由毛管力小的部位向毛管力 大的部位运动 。 随着距离灌溉结束时间的延长, 水分 会保持相对静止, 占据基质通气孔隙的水分排出, 持 水孔隙全部充盈水分,孔穴各部位的基质含水量均 匀一致 。随着时间的进一步延长, 排水孔附近和上表面基 质在基质和空气间水势差以及空气对流的作用下, 基 质水分开始蒸发, 出现孔穴上 、 下层含水量下降, 并明 显小于孔穴中部 。 当幼苗具有一定的叶面积后, 受幼 苗植株蒸腾拉力的作用, 水分由基质进入根系, 沿木 质部到达叶片, 通过气孔 、 表皮细胞散发到空气中 。 与 此同时,水分沿湿度梯度从高水势处向低水势处流 动, 逐渐形成一个干湿交界分明的椭球体形状, 称为 湿润球, 球面各处基质水势