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  • 无土种植营养液废液循环利用探索进度

    作者:金田子三农通 2017-09-02 00:00:00点击: 收藏 我要评论:(0)

    无土种植营养液废液循环利用探索进度范洁群,吴淑杭,褚长彬,周德平,姜震方(上海市农业科学院生态环境保护探索所,上海201403)0 引言当

        无土种植营养液废液循环利用探索进度

        范洁群,吴淑杭,褚长彬,周德平,姜震方(上海市农业科学院生态环境保护探索所,上海201403)

        0 引言

        当前中国无土种植面积达到1070 hm2 ,并随着大面积扩大而成为重要的种植方法 。营养液是无土种植中植物生长的主要营养来源,因此营养液的日常管理是无土种植管理的核心环节 。当前国内外关于营养液废液的整理方法包括循环重复利用与不循环排出方法。营养液废液循环重复利用是指已经施用过的营养液废液经消毒过滤与营养复配等一系列方案,重新回流到原种植系统循环中再被植物吸收利用,该方法已被欧盟国家等发达国家广泛使用。不循环利用型是由于受到技术与成本等因素限制只能将利用一次利用后的废液直接排入环境,这种方法造成大量未被植物吸收利用的氮磷钾等元素的浪费,同时也能造成河流等水体的富营养化事项。未经整理的营养液废液二次利用时容易造成病虫害在种植体系中的广泛传播,能造成不可估量的损失。因此怎样科学循环利用营养液废液是当前无土种植探索中的一个热点事项,对怎样提高经济效益与环境效益有着重要意义。
    无土种植营养液废液循环利用探索工作国内外已进行非常多,主要包括灭菌去毒的前期工作、废液中养分含量的测定与再调配的中期阶段与使用以与植物串级等后续利用。

        1废液的灭菌去毒技术

        营养液废液循环利用可降低成本与对环境的污染,但在循环历程中一些植物病原菌容易在整个系统中传播,造成巨大的经济损失。因此,营养液在循环利用前须进行灭菌消毒整理。当前国内外消毒办法非常多,如臭氧、紫外线、加热、沙滤、过氧化氢、氯气、碘整理、膜滤、活性炭吸附等。其中,主要常用的消毒法有以下几种:(1)臭氧灭菌法是利用强氧化剂臭氧杀灭微生物病原菌。喻景权等 探索结果表明10 L/min臭氧整理45 min后可杀灭50%左右青枯病病原菌菌数,90 min后青枯病病原菌则被完全杀灭。宋卫堂等 实验发现,在营养液中通入0.6 mg/L臭氧5 min可完全杀死106 cfu/mL的十字花科软腐病病原菌与103 cfu/mL黄瓜枯萎病、番茄枯萎病。另有探索表明通入4 g O3 /h臭氧20 min对营养液中细菌、真菌与藻类的杀灭率达90% 以上。(2)紫外线灭菌法是紫外线通过光化学回应将病原菌机体内蛋白质与DNA的结构破坏,达到杀菌成效。刘向辉等 设计了一种用于循环营养液消毒的紫外线消毒系统,当营养液紫外线透射率为96.65%、黄瓜枯萎病病原浓度为6.87x102孢子/mL、最大流量为36 L/min时,灭菌率为1百%;在营养液紫外线透射率为95.42%、病原浓度为1.14~10 孢子/mL、最人流量为36 L/min时,灭菌率为1百%;在营养液紫外线透射率 氐为1 1.58%、病原菌浓度为1.44x 1 04孢子/mL、最大流速为35 L/min时,灭菌率也在50%以上。(3)加热灭菌法是高温加热将病原物烫死。Runia 在热整理实验探索中发现60°C 2 min可将腐霉菌与疫霉菌杀死。不同病原菌的致死温度与致死时问不同。宋卫堂等 探索发现,营养液保持85°c 90 S后所含有的番茄萎蔫病、黄瓜枯萎病、番茄细菌性青枯病病毒全部被杀死。(4)沙滤灭菌法是依靠阻挡与吸附作用对营养液进行灭菌,主要是对沙粒、陶粒等探索。Os EAvan等探索结果发现,流速为0.1 m/h的营养液中的疫霉菌可以被0.2~0.8 mm与0.15-0.20mm的沙粒完全过滤掉,但枯萎病菌与烟草花叶病毒则无法被滤掉。(5)综合灭菌法是通过几种消毒方法组合进行全面灭菌。宋卫堂等--。 设计了一种臭氧与紫外线联合消毒装置,装置是包括紫外线与臭氧2种消毒器的自动控制设备。装置将营养液抽入臭氧发生器先消灭营养液中部分病原菌,再将灭菌后的营养液输入至紫外线消毒器中,在紫外线的照射下进一步完全灭菌。施用该装置进行紫外线、臭氧、紫臭+氧外线对180天番茄种植营养液整理结果对比发现紫外+臭氧联合方法可达到89.9%的灭菌成效,远高于紫外线、臭氧单独消毒的整理结果。
    营养液废液除了灭菌的外有时还须要进行营养液废液自毒物质的去除。探索表明,许多园艺作物如生菜、黄瓜、草莓等根系能分泌自毒物质 ,累积后对自身生长产生抑制,且白毒胁迫下植物容易受到病菌侵害,最终导致植物产量降低 。 。西瓜、黄瓜、豌豆等根系所分泌的自毒物质可抑制自身生长达到10%以上 。
    有机废弃物种植基质在种植历程中能释放出植物毒性物质影响蔬菜的种植效益 ”。营养液废液有毒物质的去除对营养液循环利用是非常必要的。有探索表明活性炭与纳米TiO2催化可以去除植物有机酸等毒性物质。活性炭可以有效去除水培番茄营养液中的自毒物质并且对营养液中养分含量几乎没有影响,从而提高植株与果实产量。Sunada等 探索发现,芦笋营养液的自毒物质经纳米TiO 光催化整理去除后芦笋产量增加了1.6倍。TiO2光催化整理下催化6 h后可将营养液中植物自毒物质水杨酸、苯甲酸降解51.8% 、31.2% 。

        2废液养分浓度测定与再调配

        无土种植营养液废液经过前期阶段灭菌去毒后再通过营养液循环再利用装备进行废液养分浓度的测定与再调配,使废液养分含量能满足后续栽培需要。当前有一些科学家开发一些测定装备与软件以解决回收利用时营养液废液养分含量快速测试事项并进行需要调配。为了解决单一离子挑选电极测量精度不高的缺点,李东星等 设计的营养液循环再利用装备中自动检测与控制装置配有多种探头,可测定温度、液压、溶解氧、pH、EC等指标,通过各样离子浓度在线测定后进行调配。王永与秦琳琳等口 。 设计软件通过逐步拟合与最小二乘拟合的办法获得营养液中各养分与电极电压、温度的INS-次曲面函数关系,在使用中依据实测电极电压与营养液温度直接按拟合的函数关系计算养分含量。使用结果表明,该控制系统可在线监测营养液中温度、pH、EC、NO3。、K+ 、Ca2+ 与溶氧值数值变化,pH与各离子浓度可依据测定结果自动调配以与营养液自动加温,测量精度较高,适用范围广。

        3废液后续利用技术

        无土种植营养液废液经过灭菌去毒与养分测量调配后就可进行植物栽培再利用。常见的方法是通过调配重新回到原无土种植栽培体系中循环利用。若一些无土种植基地受到运行成本等条件限制,无法进行养分调配,则可将营养液废液转移到其他种植体系中得以运用。
    (1)植物串级利用。有探索人员提出依据植物生长营养吸收差异原理的营养液阶梯串级利用方法是一种新的营养液废液利用方法。杨其长等 通过不同植物对矿质养分吸收量不同设计了番茄一西葫芦(黄瓜)一生菜(西芹、红叶甜菜、油菜、菊苣)一西洋菜(空心菜、三叶芹、荆芥)一水草与鱼类5级种植方式,得到较好的经济效益,这栽培物串级利用是一种较新颖、环境友好、运行成本较低的营养液废液利用办法。(2)水产养殖。有探索营养液废液可用于鱼类或其他水产养殖。杨其长等探索发现营养液被第4级叶菜类吸收利用后可栽培水草,而水草可供鱼类游憩与采食。张明华等探索表明1 m3栽培莴苣66株或25株番茄的水体可以配养放养75 g 尾规格的鲫鱼1百尾。谭洪新等将草莓、生菜各50 m3 经95天可养红罗非鱼58 kg/m 3,生菜单株重350 g、株高25~35 cm,草莓植入15天开始开花,挂果率较高。

        4废液利用的探索前景

        营养液废液作为一种新的农业废弃物,在国内外其综合利用越来越受到重视,从去杂、消毒灭菌、营养在线测定与重配、植物多级吸收利用等技术与装置的探索日趋深入。随着无土种植规模的扩大所产生的营养液废液日益增多,其整理系统也更趋于集约化、自动化。当前国外如荷兰1999年就己发布法规规定所有温室无土种植必须选用封闭式,以避免开发式无土种植中废弃营养液排放引起的周围水体污染与富营养化。虽然国内营养液废液综合利用方面起步较晚,但随着无土种植规模的扩大与对环境的重视,也将获得迅速开展,并能在园艺、园林绿化等方面后续利用中发挥新的作用。


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