一種基于植物氮肥施用量優(yōu)化的栽培系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氮肥施用量研宄、水培裝置的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于植物氮肥 施用量優(yōu)化的栽培系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 精細(xì)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，精細(xì)化的按需施肥是精細(xì)農(nóng)業(yè)的重要組成部 分。目前田間的施肥作業(yè)大多過量施肥，造成了環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等諸多問題，研宄植物 的按需施肥對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展及自然環(huán)境的保護(hù)有重要意義。氮素是構(gòu)成植物眾多有機(jī)質(zhì) 中的一種重要元素，如何準(zhǔn)確確定植物所需氮肥量對(duì)精細(xì)化的按需施肥有重大意義，同時(shí) 也是當(dāng)前精細(xì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)。
[0003] 例如，申請(qǐng)公布號(hào)CN101743798A的專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于確定小麥精確施用 氮肥用量的方法，該方法是：氮肥用量由施氮量=輸出-土壤氮素表觀礦化量-環(huán)境養(yǎng)分投 入氮量-秸桿還田帶入氮量-種子帶入氮量-播前1米土層硝態(tài)氮；其中輸出包括：作物吸 氮量、收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩舭踩恳约巴寥赖負(fù)p失；收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩舭踩坑?對(duì)播種地大量土壤1米土層取樣分析得出。該發(fā)明根據(jù)氮素輸入與輸出土壤植物系統(tǒng)的數(shù) 量應(yīng)相平衡，來確定氮肥用量，從而達(dá)到精確施用氮肥，提高作物產(chǎn)量和氮素吸收利用。
[0004] 植物水培技術(shù)多用于植物工廠等領(lǐng)域，國內(nèi)還鮮有將水培技術(shù)應(yīng)用于優(yōu)化植物氮 肥施用量的實(shí)驗(yàn)栽培系統(tǒng)。目前對(duì)植物氮肥施量的研宄多采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法，該方法的 時(shí)間、物質(zhì)成本均較高。盡管有光譜檢測(cè)、圖像檢測(cè)等快速檢測(cè)植物氮肥實(shí)用量的方法，但 都由于較高的成本、誤差難以推廣。本發(fā)明的基于植物氮肥施用量優(yōu)化的溫控栽培系統(tǒng)和 方法，對(duì)快速、準(zhǔn)確、以較低的成本研宄植物的氮肥施用量有重要意義，為精細(xì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的 按需施肥提供有力支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種基于植物氮肥施用量優(yōu)化的溫控栽培系統(tǒng)和方法，該栽培系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，容易推廣應(yīng)用，且能夠?qū)崿F(xiàn)較高準(zhǔn)度的氮素檢測(cè)；該實(shí)驗(yàn)方法設(shè)置若 干個(gè)梯度的氮肥施用量分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)隨著氮肥施用量的增加植物體內(nèi)氮素含量的變 化確定優(yōu)化的植物氮肥施用量。
[0006] 本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：
[0007] 一種基于植物氮肥施用量優(yōu)化的栽培系統(tǒng)，包括支架，所述支架的上部設(shè)有營養(yǎng) 液箱，中部設(shè)有栽培箱，下部設(shè)有回收箱；所述的栽培箱通過進(jìn)液管與營養(yǎng)液箱連通，回收 箱通過出液管與栽培箱連通，且栽培箱內(nèi)盛放培養(yǎng)土，并設(shè)有向栽培箱中充氧的給氧裝置 和營養(yǎng)液高度定量裝置。
[0008] 其中，所述的支架呈三級(jí)臺(tái)階型，臺(tái)階上由高至低依次放置所述的營養(yǎng)液箱、栽培 箱和回收箱，營養(yǎng)液在自身重力作用下可輸入栽培箱，并排出至回收箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù) 和運(yùn)行成本較低。
[0009] 其中，所述的栽培箱外設(shè)有金屬網(wǎng)罩，金屬網(wǎng)罩用來防止鳥類等飛禽對(duì)植物造成 傷害，網(wǎng)孔應(yīng)小于鳥類等常見飛禽的體型大小，以充分保護(hù)植物的生長。
[0010]另外，為保證植物的健康生長，所述的支架放置在栽培室內(nèi)，用于放置鳥類等飛禽 對(duì)植物造成傷害。
[0011] 同時(shí)，所述的栽培室由PC陽光板制成，頂部設(shè)有通風(fēng)天窗。
[0012] PC陽光板具有透明度高、質(zhì)輕、抗沖擊、隔音、隔熱、難燃、抗老化等特點(diǎn)，保證植物 可正常進(jìn)行光合作用，利于保持物質(zhì)生長所需的適宜溫度，并設(shè)置通風(fēng)天窗，方便簡易栽培 室的通風(fēng)換氣。
[0013] 其中，所述的栽培室內(nèi)安裝有溫度調(diào)節(jié)器，可以使簡易栽培室內(nèi)的溫度保持在較 為適宜植物生長的水平上。
[0014] 本發(fā)明中，所述的給氧裝置包括充氣機(jī)和連接充氣機(jī)且端部伸入栽培箱的輸氣 管；所述的營養(yǎng)液高度定量裝置為由栽培箱側(cè)面向上彎曲延伸的弧形透明管。
[0015] 充氣機(jī)和輸氣管可以補(bǔ)充栽培箱內(nèi)營養(yǎng)液中的氧氣，弧形透明管用來觀察栽培箱 內(nèi)的營養(yǎng)液是否到達(dá)其上限位置，對(duì)培養(yǎng)液的添加和更新提供定量依據(jù)。
[0016] 其中，所述的培養(yǎng)土為陶粒砂，陶粒砂不吸收水和營養(yǎng)液中的其他任何成分，也不 會(huì)被營養(yǎng)液溶解，避免導(dǎo)致氮肥的損耗，影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0017] 根據(jù)所述的裝置，本發(fā)明還提供了一種基于植物氮肥施用量優(yōu)化的方法，包括以 下步驟：
[0018] 1)準(zhǔn)備N15標(biāo)記氮素含量依次增加的多組營養(yǎng)液；
[0019] 2)將其中一組營養(yǎng)液注入儲(chǔ)液箱，利用營養(yǎng)液對(duì)各培養(yǎng)皿種的植物進(jìn)行培養(yǎng)，并 定時(shí)對(duì)營養(yǎng)液充氧和更新；
[0020] 3)待植物生長至特定時(shí)間或生長期時(shí)，測(cè)得剩余和殘留的營養(yǎng)液中的氮素質(zhì)量 a，陶粒砂吸收的氮素質(zhì)量b，植株內(nèi)的氮素質(zhì)量c，計(jì)算對(duì)植物施用氮肥中總的氮素質(zhì)量m， m = a+b+c ;
[0021] 4)依次應(yīng)用剩余的各組不同氮素含量營養(yǎng)液，重復(fù)步驟2)和步驟3)，得到各組營 養(yǎng)液對(duì)應(yīng)的a、b、c和m，通過比較分析確定植物氮肥施用量。
[0022] 與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：
[0023] (1)本溫控栽培系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作流程簡潔，設(shè)備成本低廉，便于推廣應(yīng)用和同 時(shí)用多個(gè)該溫控栽培系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，降低實(shí)驗(yàn)的時(shí)間成本。
[0024] (2)本溫控栽培系統(tǒng)幾乎完全利用除土壤、氣溫外的自然條件進(jìn)行植物栽培，由于 較為接近自然條件，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更有實(shí)際田間應(yīng)用價(jià)值，且能夠提供適宜的生長溫度， 可以縮短植物的生長周期。
[0025] (3)本溫控栽培系統(tǒng)和方法可以以較高的精確度測(cè)得植物的氮素吸收量與氮肥施 用量的關(guān)系。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明一種基于植物氮肥施用量優(yōu)化的溫控栽培系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 其中，1、簡易栽培室；2、溫度調(diào)節(jié)器；3、天窗；4、營養(yǎng)液箱；5、梯形支架；6、回收 箱；7、出液管；8、出液開關(guān)；9、弧形透明管；10、陶粒砂；11、栽培箱；12、輸氣管；13、進(jìn)液開 關(guān)；14、進(jìn)