燃煤式温室土壤消毒机的研制与应用

17GREENHOUSE & HORTICULTURE 温室园艺www.horticulture.cn改革开放以来，随着人民对蔬菜需求的快速增加，我国设施蔬菜面积发展迅速，各种设施面积已达320 万hm2，其中，以高效节能日光温室为主的各类温室面积已超过30 万hm2。设施蔬菜生长周期短，茬口转换多，连年种植导致土壤土传病害严重，特别是根结线虫病的发生极大地影响了蔬菜产量（主要为茄果类的番茄和瓜类蔬菜等受害严重），因此土传病害成为设施蔬菜生产发展的突出问题，采取措施根治土传病害已成为实现设施蔬菜可持续发展的重要课题。国外发达国家蔬菜多在大型温室采用岩棉营养液无土栽培，连作障碍和土传病害对栽培影响小，而我国日光温室多采用土壤栽培，瓜菜种植频繁，老菜区土传病害严重，所以，必须根据国情开发相关的土壤消毒方法，来实现对土传病害的高效防治。1 常用土壤消毒方法1.1 氯化苦、溴甲烷等药剂熏蒸消毒法方法是将毒性很高的化学物质灌注于土壤中，利用棚膜封闭棚室，利用高温将土壤病虫害杀死，最后开棚散去药剂毒性。其主要问题是消毒药剂毒性很大，成本也较高，处理需要专业人员进行，对作业人员造成危害，对大气也产生较大污染，目前已基本不用。1.2 氰铵化钙等化学消毒法方法是将氰铵化钙撒施于土壤表面，然后再铺施秸秆等有机物，翻耕后灌水盖膜再封棚。由于氰铵化钙生产成本高，毒性也较大，不适于生产有机蔬菜，加上消毒较麻烦，因此应用也受到限制。1.3 高温蒸气消毒法将水加热成高温热蒸气喷到土壤基质中，利用热蒸气将土壤病虫杀死。由于蒸气渗透力有限，所以主要用于无土栽培的基质消毒，无法用于土壤消毒。此外，热蒸气使用危险性较大，且设备及应用成本高也是影响其应用的重要原因。1.4 高温热水消毒法利用燃烧柴油将水加热后，采用分水器灌注于土壤，用长时间高温直接将土壤中的有害微生物杀死。优点是对土壤无污染，无化学农药残留，缺点是该技术所用进口设备成本很高，所用燃料柴油价格较高，此外分水器为大棚横向走向，不适合中国日光温室，应用成本偏高，不适合中国国情，无法大规模推广应用。1.5 高温闷棚土壤消毒法利用夏季强光高温。对拉秧后的温室翻耕后封闭棚膜，利用自然光照对温室内空气及土壤进行加热，应用成本低，消毒效果较好，目前被广泛应用，但由于高温闷棚需要依靠晴好天气，阴天效果较差，此外自然闷棚的高温可使温室空气温度可升至50 左右，但对土壤的加热有限，主要对表层和0.1 m以上的土层有效果，0.2 m深以下影响较小，无法彻底根治根结线虫病等土传病害。1.6 新型化学药剂消毒法采用新型的化学药剂，如福气多、阿维菌素、米乐尔、福美双、土菌消等新型化学药剂， 在蔬菜苗期定植时施于苗坨的周围，对幼苗根系起保护和防病作用，主要针对局部或轻度土传病害发生时的防治，若土传病害严重则效果不佳。2 燃煤式土壤热水消毒机的开发2.1 基本组成土壤热水消毒系统包括如下几个部分：燃煤式温室土壤消毒机的研制与应用* 贺超兴1，徐长华2，玄明辉2（1.中国农业科学院蔬菜花卉研究所 100081；2.天津市韩正机械设备有限公司 300163）HJ-500A型高温热水消毒机：利用燃煤锅炉结合空气风机实现高效率加热产生高温热水，采用高精度传感器控制热水温度，采用循环泵使水温均匀。热水输送系统：采用耐高温水管将92 高温热水输送到需要消毒温室的栽培基质槽或栽培畦。热水分配器及注水滴灌系统：利用热水分配器将传输来的热水通过耐高温的滴灌注水系统分配于不同的栽培基质槽或待消毒土壤表面（图1）。设施蔬菜生产施肥量大且周年生产，常引起土壤连作障碍、盐碱化和土传病害频发，影响设施蔬菜的可持续生产。而利用高温热水灌注不仅可以将病虫害利用高温防治，还可减轻土壤中盐碱等不均衡养分离子集聚，从而改善根际理化结构和微生物状态，使受害土壤恢复地力。2.2 高温热水消毒机的工作原理燃煤式土壤热水消毒机包括炉膛、设置于炉膛外的锅筒，和与炉膛顺次相连接的烟道及烟囱（图2）。采用真空锅炉膜式璧结构原理，其方法是将热媒水一次性注入封闭锅筒，使锅筒下半部为水空间，上半部为抽成真空的负压蒸气空间并装有换热管；所用燃煤应用煤“气”化返转燃烧技术，即从上部吹入空气使煤气化后的煤气主要在下部火膛内发生燃烧，采用膜式壁结构（两排受热管束形成烟道）使燃烧火焰传热至水空间加热热媒水，热效率达92%以上，热媒水的负压水蒸气在负压真空空间内将换热管内的冷水加热至90 95 ，该高温热水经热水出口流出后经分配器用于土壤消毒。通过将真空锅炉、气化返转燃DOI:10.16815/j.cnki.11-5436/s.2009.09.00218 温室园艺 GREENHOUSE & HORTICULTURE烧和膜式壁传热结构三种技术的有机组合，达到了体积小、热效率高的应用效果。3 高温土壤热水消毒机的应用3.1 高温热水土壤消毒工艺流程土壤高温热水处理工作流程如图所示（图3），首先将要消毒土壤表面深翻整平，使之疏松平整，然后均匀铺设耐热滴灌管带，再将其固定连接于热水分配器上，田间工作部分即告完成。对于燃煤式土壤消毒机将冷热水管接好，将热媒水一次性注入封闭锅筒至标准水位后，接通电源，即可点火燃烧。首先将块煤放入燃烧室，然后在其上将少量劈柴用废纸引燃，确认木材烧着后，关闭燃烧室，打开风机使燃烧室正常工作将煤燃烧加热热媒水，使之加热气化后通过排气形成真空，冷水通过热交换后的水温可以实时观测，在水温达90 以上时，便可经热水口通过分水器用于土壤或基质的高温消毒。3.2 温室土壤热水消毒效果2009年2月将燃煤式设施土壤消毒机用于天津农业高新技术示范园连栋温室的普通土壤消毒，采用国家农业信息化工程技术研究中心研制的“温室娃娃”记录20 cm的土壤地温变化，所得结果见图4。从图4中曲线从土壤温度7 开始，可将20 cm的土壤温度在2 h左右升至50 以上，土壤平均升温速度为0.24 /min0.29 /min，50 以上可持续1 h2 h，45 以上持续时间可达3.5 h，而30 cm深的土壤温度仅达33 左右。20 cm土壤的降温速度则表现为开始4 h为2.7 / h，以后分别降为1.7 / h、1.3 / h和0.95 / h，显示出降温速度与地温高低成正比。在本试验中，消毒土壤面积为600 m2，共消耗燃图3 土壤高温热水消毒操作示意图3.3 温室土壤热水消毒对根结线虫的杀灭效果经对采用土壤消毒机产生的高温热水处理过的土传病害严重菜田土观测可见，消毒处理对温室土壤中根结线虫有显著的杀灭和抑制作用（表1）。经过处理前后的观测比较发现，土壤经高温热水消毒处理后，土壤中大量存在的根结线虫基本上全部被杀灭，仅可看见极少量的死线虫，这可能与高温热水处理有关，也与死线虫易于在土样处理中离心时被破坏有关。表1 温室土壤处理前后的根结线虫数量比较（只/100g土）处 理点1点2点3点4点5点6点7处理前 163 155 104 224 126 221 167处理后0000000温室土壤：系连年种植根结线虫发病率较严重的土壤；测点为分布于不同于位点20 cm上土样的混合物。4 结论与讨论土传病害、根结线虫、土壤盐渍化与连作障碍是影响设施蔬菜可持续生产的重要因素之一，严重时将致使地力丧失或产量锐减，应用药剂防治成本较高、毒性较大且效果不彻底，因此对于病虫害严重的温室，采用热水消毒新技术是改善土壤结构，实现菜田土壤地力恢复和土地可持续利用的有效措施。采用热水消毒法除了对土壤中的根结线虫有很强的灭杀性，同时还可加速土壤中的有机物分解，并释放出氨气、CO 2和有机产物，从而改变了土壤的微生物群落，有效抑制病原真菌的繁殖，利于植物根系的生长，从而增强植株的抗逆性。但韩国进口的土壤热水消毒机以柴油为主要热源燃料，应用成本高使此项技术的应用受到了限制。本研究开发出的燃煤式土壤热水消毒机，所用燃料煤的来源广，成本低，从而大大降低了应用成本，为本项技术推广创造了条件。由于本试验是在寒冷的冬季进行的，处理时的地温仅7 ，冷水温度为10 ，所以燃煤消耗仍然偏大，地温提高速度较慢，50 持续时间偏短，这与冬季气温低亦有关系。若在夏季应用此技术结合高温闷棚进行土壤消毒，则消毒效果会更好，且应用成本最低。低成本高温热水消毒方法的意义非常大，一是提高温室富营养化土壤的地力水平和养分吸收率，在节约化肥用量的同时，提高蔬菜有机栽培下的产量并改善蔬菜的营养品质，二是应用于盐渍化土地可以减轻高盐危害，并显著地改善了蔬菜根际理化环境，三是应用于育苗基质土的消毒，可用于菌根苗的低成本大规模工厂化培育。*基金项目：设施农业配套关键技术装备研究开发（2006BAD11A10）。煤1 吨，平均耗煤量1.7 kg/m2。