燃煤式溫室土壤消毒機(jī)的研制與應(yīng)用

　　改革開(kāi)放以來(lái)，隨著人民對(duì)蔬菜需求的快速增加，我國(guó)設(shè)施蔬菜面積發(fā)展迅速，各種設(shè)施面積已達(dá)320萬(wàn)hm2，其中，以節(jié)能目光溫室為主的各類(lèi)溫室面積已超過(guò)30萬(wàn)hm2。設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)周期短，茬口轉(zhuǎn)換多，連年種植導(dǎo)致土壤土傳病害嚴(yán)重，特別是根結(jié)線蟲(chóng)病的發(fā)生極大地影響了蔬菜產(chǎn)量（主要為茄果類(lèi)的番茄和瓜類(lèi)蔬菜等受害嚴(yán)重），因此土傳病害成為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)發(fā)展的突出問(wèn)題，采取措施*土傳病害已成為實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的重要課題。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家蔬菜多在大型溫室采用巖棉營(yíng)養(yǎng)液無(wú)土栽培，連作障礙和土傳病害對(duì)栽培影響小，而我國(guó)日光溫室多采用土壤栽培，瓜萊種植頻繁，老萊區(qū)土傳病害嚴(yán)重，所以，必須根據(jù)國(guó)情開(kāi)發(fā)相關(guān)的土壤消毒方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)土傳病害的防治。

　　1常用土壤消毒方法

　　1．1氯化苦、溴甲烷等藥劑熏蒸消毒法

　　方法是將毒性很高的化學(xué)物質(zhì)灌注于土壤中，利用棚膜封閉棚室，利用高溫將土壤病蟲(chóng)害殺死，zui后開(kāi)棚散去藥劑毒性。其主要問(wèn)題是消毒藥劑毒性很大，成本也較高，處理需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行，對(duì)作業(yè)人員造成危害，對(duì)大氣也產(chǎn)生較大污染，目前已基本不用。

　　1.2氰銨化鈣等化學(xué)消毒法

　　方法是將氰銨化鈣撒施于土壤表面，然后再鋪施秸稈等有機(jī)物，翻耕后灌水蓋膜再封棚。由于氰銨化鈣生產(chǎn)成本高，毒性也較大，不適于生產(chǎn)有機(jī)蔬菜，加上消毒較麻煩，因此應(yīng)用也受到限制。

　　1．3高溫蒸氣消毒法

　　將水加熱成高溫?zé)嵴魵鈬姷酵寥阑|(zhì)中，利用熱蒸氣將土壤病蟲(chóng)殺死。由于蒸氣滲透力有限，所以主要用于無(wú)土栽培的基質(zhì)消毒，無(wú)法用于土壤消毒。此外，熱蒸氣使用危險(xiǎn)性較大，且設(shè)備及應(yīng)用成本高也是影Ⅱ向其應(yīng)用的重要原因。

　　1．4高溫?zé)崴痉?br />
　　利用燃燒柴油將水加熱后，采用分水器灌注于土壤，用長(zhǎng)時(shí)間高溫直接將土壤中的有害微生物殺死。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)土壤無(wú)污染，無(wú)化學(xué)農(nóng)藥殘留，缺點(diǎn)是該技術(shù)所用進(jìn)口設(shè)備成本很高，所用燃料柴油價(jià)格較高，此外分水器為大棚橫向走向，不適合中國(guó)日光溫室，應(yīng)用成本偏高，不適合中國(guó)國(guó)情，無(wú)法大規(guī)模推廣應(yīng)用。

　　1．5高溫悶棚土壤消毒法

　　利用夏季強(qiáng)光高溫。對(duì)拉秧后的溫室翻耕后封閉棚膜，利用自然光照對(duì)溫室內(nèi)空氣及土壤進(jìn)行加熱，應(yīng)用成本低，消毒效果較好，目前被廣泛應(yīng)用，但由于高溫悶棚需要依靠晴好天氣，陰天效果較差，此外自然悶棚的高溫可使溫室空氣溫度可升至50℃左右，但對(duì)土壤的加熱有限，主要對(duì)表層和0 1 m以上的土層有效果，O．2 m深以下影響較小，無(wú)法**根結(jié)線蟲(chóng)病等土傳病害。

　　1．6新型化學(xué)藥劑消毒法

　　采用新型的化學(xué)藥劑，如福氣多、阿維菌素、米樂(lè)爾、福美雙、土菌消等新型化學(xué)藥劑，在蔬菜苗期定植時(shí)施于苗坨的周?chē)?，?duì)幼苗根系起保護(hù)和防病作用，主要針對(duì)局部或輕度土傳病害發(fā)生時(shí)的防治，若土傳病害嚴(yán)重則效果不佳。

　　2燃煤式土壤熱水消毒機(jī)的開(kāi)發(fā)

　　2．1基本組成

　　土壤熱水消毒系統(tǒng)包括如下幾個(gè)部分：

　　◇HJ一500A型高溫?zé)崴緳C(jī)：利用燃煤鍋爐結(jié)合空氣風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)率加熱產(chǎn)生高溫?zé)崴?，采用高精度傳感器控制熱水溫度，采用循環(huán)泵使水溫均勻。

　　◇熱水輸送系統(tǒng)：采用耐高溫水管將92℃高溫?zé)崴斔偷叫枰緶厥业脑耘嗷|(zhì)槽或栽培畦。

　　◇熱水分配器及注水滴灌系統(tǒng)：利用熱水分配器將傳輸來(lái)的熱水通過(guò)耐高溫的滴灌注水系統(tǒng)分配于不同的栽培基質(zhì)槽或待消毒土壤表面（圖1）。

　　設(shè)施蔬菜生產(chǎn)施肥量大且周年生產(chǎn)，常引起土壤連作障礙、鹽堿化和土傳病害頻發(fā)，影響設(shè)施蔬菜的可持續(xù)生產(chǎn)。而利用高溫?zé)崴嘧⒉粌H可以將病蟲(chóng)害利用高溫防治，還可減輕土壤中鹽堿等不均衡養(yǎng)分離子集聚，從而改善根際理化結(jié)構(gòu)和微生物狀態(tài)，使受害土壤恢復(fù)地力。

　　2．2高溫?zé)崴緳C(jī)的工作原理

　　燃煤式土壤熱水消毒機(jī)包括爐膛、設(shè)置于爐膛外的鍋筒，和與爐膛順次相連接的煙道及煙囪（圖2）。采用真空鍋爐膜式璧結(jié)構(gòu)原理，其方法是將熱媒水一次性注入封閉鍋筒，使鍋筒下半部為水空間，上半部為抽成真空的負(fù)壓蒸氣空間并裝有換熱管：所用燃煤應(yīng)用煤“氣”化返轉(zhuǎn)燃燒技術(shù)，即從上部吹入空氣使煤氣化后的煤氣主要在下部火膛內(nèi)發(fā)生燃燒，采用膜式壁結(jié)構(gòu)（兩排受熱管束形成煙道）使燃燒火焰?zhèn)鳠嶂了臻g加熱熱媒水，熱效率達(dá)92％以上，熱媒水的負(fù)壓水蒸氣在負(fù)壓真空空間內(nèi)將換熱管內(nèi)的冷水加熱至90℃～95℃，該高溫?zé)崴?jīng)熱水出口流出后經(jīng)分配器用于土壤消毒。通過(guò)將真空鍋爐、氣化返轉(zhuǎn)燃燒和膜式壁傳熱結(jié)構(gòu)三種技術(shù)的有機(jī)組合，達(dá)到了體積小、熱效率高的應(yīng)用效果。

　　3高溫土壤熱水消毒機(jī)的應(yīng)用

　　3．1高溫?zé)崴寥老竟に嚵鞒?br />
　　土壤高溫?zé)崴幚砉ぷ髁鞒倘鐖D所示（圖3），首先將要消毒土壤表面深翻整平，使之疏松平整，然后均勻鋪設(shè)耐熱滴灌管帶，再將其固定連接于熱水分配器上，田間工作部分即告完成。對(duì)于燃煤式土壤消毒機(jī)將冷熱水管接好，將熱媒水一次性注入封閉鍋筒至標(biāo)準(zhǔn)水位后，接通電源，即可點(diǎn)火燃燒。首先將塊煤放入燃燒室，然后在其上將少量劈柴用廢紙引燃，確認(rèn)木材燒著后，關(guān)閉燃燒室，打開(kāi)風(fēng)機(jī)使燃燒室正常工作將煤燃燒加熱熱媒水，使之加熱氣化后通過(guò)排氣形成真空，冷水通過(guò)熱交換后的水溫可以實(shí)時(shí)觀測(cè)，在水溫達(dá)90℃以上時(shí)，便可經(jīng)熱水口通過(guò)分水器用于土壤或基質(zhì)的高溫消毒。

　　3．2溫室土壤熱水消毒效果

　　2009年2月將燃煤式設(shè)施土壤消毒機(jī)用于天津農(nóng)業(yè)*示范園連棟溫室的普通土壤消毒，采用國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制的“溫室娃娃”記錄20 cm的土壤地溫變化，所得結(jié)果見(jiàn)圖4。

　　從圖4中曲線從土壤溫度7℃開(kāi)始，可將20 cm的土壤溫度在2 h左右升至50℃以上，土壤平均升溫速度為O．24℃／mm～0 29℃／min，50℃以上可持續(xù)1 h一2 h，45~C以上持續(xù)時(shí)間可達(dá)3．5 h，而30 cm深的土壤溫度僅達(dá)33℃左右。20 cm土壤的降溫速度則表現(xiàn)為開(kāi)始4 h為2．7℃／h，以后分別降為1 7℃／h、1 3℃／h和0．95℃／h，顯示出降溫速度與地溫高低成正比。在本試驗(yàn)中，消毒土壤面積為600 m2，共消耗燃煤1噸，平均耗煤量1．7 kg／m2。

　　3．3溫室土壤熱水消毒對(duì)根結(jié)線蟲(chóng)的殺滅效果

　　經(jīng)對(duì)采用土壤消毒機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)崴幚磉^(guò)的土傳病害嚴(yán)重菜田土觀測(cè)可見(jiàn)，消毒處理對(duì)溫室土壤中根結(jié)線蟲(chóng)有顯著的殺滅和抑制作用（表1）。

　　經(jīng)過(guò)處理前后的觀測(cè)比較發(fā)現(xiàn)，土壤經(jīng)高溫?zé)崴咎幚砗螅寥乐写罅看嬖诘母Y(jié)線蟲(chóng)基本上全部被殺滅，僅可看見(jiàn)極少量的死線蟲(chóng)，這可能與高溫?zé)崴幚碛嘘P(guān)，也與死線蟲(chóng)易于在土樣處理中離心時(shí)被破壞有關(guān)。

　　4結(jié)論與討論

　　土傳病害、根結(jié)線蟲(chóng)、土壤鹽漬化與連作障礙是影響設(shè)施蔬菜可持續(xù)生產(chǎn)的重要因素之一，嚴(yán)重時(shí)將致使地力喪失或產(chǎn)量銳減，應(yīng)用藥劑防治成本較高、毒性較大且效果不*，因此對(duì)于病蟲(chóng)害嚴(yán)重的溫室，采用熱水消毒新技術(shù)是改善土壤結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)萊田土壤地力恢復(fù)和土地可持續(xù)利用的有效措施。采用熱水消毒法除了對(duì)土壤中的根結(jié)線蟲(chóng)有很強(qiáng)的滅殺性，同時(shí)還可加速土壤中的有機(jī)物分解，并釋放出氨氣、CO2和有機(jī)產(chǎn)物，從而改變了土壤的微生物群落，有效抑制病原真菌的繁殖，利于植物根系的生長(zhǎng)，從而增強(qiáng)植株的抗逆性。但韓國(guó)進(jìn)口的土壤熱水消毒機(jī)以柴油為主要熱源燃料，應(yīng)用成本高使此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用受到了限制。

　　本研究開(kāi)發(fā)出的燃煤式土壤熱水消毒機(jī)，所用燃料煤的來(lái)源廣，成本低，從而大大降低了應(yīng)用成本，為本項(xiàng)技術(shù)推廣創(chuàng)造了條件。由于本試驗(yàn)是在寒冷的冬季進(jìn)行的，處理時(shí)的地溫僅7℃，冷水溫度為10℃，所以燃煤消耗仍然偏大，地溫提高速度較慢，50℃持續(xù)時(shí)間偏短，這與冬季氣溫低亦有關(guān)系。若在夏季應(yīng)用此技術(shù)結(jié)合高溫悶棚進(jìn)行土壤消毒，則消毒效果會(huì)更好，且應(yīng)用成本zui低。

　　低成本高溫?zé)崴痉椒ǖ囊饬x非常大，一是提高溫室富營(yíng)養(yǎng)化土壤的地力水平和養(yǎng)分吸收率，在節(jié)約化肥用量的同時(shí)，提高蔬菜有機(jī)栽培下的產(chǎn)量并改善蔬菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，二是應(yīng)用于鹽漬化土地可以減輕高鹽危害，并顯著地改善了蔬菜根際理化環(huán)境，三是應(yīng)用于育苗基質(zhì)土的消毒，可用于菌根苗的低成本大規(guī)模工廠化培育。