燃煤式溫室土壤消毒機的研制與應用

賀超興 徐長華 玄明輝

改革開放以來，隨著人民對蔬菜需求的快速增加，我國設施蔬菜面積發(fā)展迅速，各種設施面積已達320萬hm²，其中，以高效節(jié)能日光溫室為主的各類溫室面積已超過30萬hm²。設施蔬菜生長周期短，茬口轉換多，連年種植導致土壤土傳病害嚴重，特別是根結線蟲病的發(fā)生極大地影響了蔬菜產量(主要為茄果類的番茄和瓜類蔬菜等受害嚴重)，因此土傳病害成為設施蔬菜生產發(fā)展的突出問題，采取措施根治土傳病害已成為實現(xiàn)設施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的重要課題。國外發(fā)達國家蔬菜多在大型溫室采用巖棉營養(yǎng)液無土栽培，連作障礙和土傳病害對栽培影響小，而我國日光溫室多采用土壤栽培，瓜菜種植頻繁，老菜區(qū)土傳病害嚴重，所以，必須根據(jù)國情開發(fā)相關的土壤消毒方法，來實現(xiàn)對土傳病害的高效防治。

1常用土壤消毒方法

1.1氯化苦、溴甲烷等藥劑熏蒸消毒法

方法是將毒性很高的化學物質灌注于土壤中，利用棚膜封閉棚室，利用高溫將土壤病蟲害殺死，最后開棚散去藥劑毒性。其主要問題是消毒藥劑毒性很大，成本也較高，處理需要專業(yè)人員進行，對作業(yè)人員造成危害，對大氣也產生較大污染，目前已基本不用。

1.2氰銨化鈣等化學消毒法

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物，翻耕后灌水蓋膜再封棚。由于氰銨化鈣生產成本高，毒性也較大，不適于生產有機蔬菜，加上消毒較麻煩，因此應用也受到限制。

1.3高溫蒸氣消毒法

將水加熱成高溫熱蒸氣噴到土壤基質中，利用熱蒸氣將土壤病蟲殺死。由于蒸氣滲透力有限，所以主要用于無土栽培的基質消毒，無法用于土壤消毒。此外，熱蒸氣使用危險性較大，且設備及應用成本高也是影響其應用的重要原因。

1.4高溫熱水消毒法

利用燃燒柴油將水加熱后，采用分水器灌注于土壤，用長時間高溫直接將土壤中的有害微生物殺死。優(yōu)點是對土壤無污染，無化學農藥殘留，缺點是該技術所用進口設備成本很高，所用燃料柴油價格較高，此外分水器為大棚橫向走向，不適合中國目光溫室，應用成本偏高，不適合中國國情，無法大規(guī)模推廣應用。

1.5高溫悶棚土壤消毒法

利用夏季強光高溫。對拉秧后的溫室翻耕后封閉棚膜，利用自然光照對溫室內空氣及土壤進行加熱，應用成本低，消毒效果較好，目前被廣泛應用，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，但對土壤的加熱有限，主要對表層和0.1m以上的土層有效果，0.2m深以下影響較小，無法徹底根治根結線蟲病等土傳病害。

1.6新型化學藥劑消毒法

采用新型的化學藥劑，如福氣多、阿維菌素、米樂爾、福美雙、土菌消等新型化學藥劑，在蔬菜苗期定植時施于苗坨的周圍，對幼苗根系起保護和防病作用，主要針對局部或輕度土傳病害發(fā)生時的防治，若土傳病害嚴重則效果不佳。

2燃燒式土壤熱水消費機的開發(fā)

2.1基本組成

土壤熱水消毒系統(tǒng)包括如下幾個部分：

◇HJ～500A型高溫熱水消毒機：利用燃煤鍋爐結合空氣風機實現(xiàn)高效率加熱產生高溫熱水，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℃高溫熱水輸送到需要消毒溫室的栽培基質槽或栽培畦。

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

設施蔬菜生產施肥量大且周年生產，常引起土壤連作障礙、鹽堿化和土傳病害頻發(fā)，影響設施蔬菜的可持續(xù)生產。而利用高溫熱水灌注不僅可以將病蟲害利用高溫防治，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構和微生物狀態(tài)，使受害土壤恢復地力。

2.2高溫熱水消毒機的工作原理

燃煤式土壤熱水消毒機包括爐膛、設置于爐膛外的鍋筒。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構原理，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壓蒸氣空間并裝有換熱管：所用燃煤應用煤“氣”化返轉燃燒技術，即從上部吹入空氣使煤氣化后的煤氣主要在下部火膛內發(fā)生燃燒，采用膜式壁結構(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92％以上，熱媒水的負壓水蒸氣在負壓真空空間內將換熱管內的冷水加熱至90℃～95℃，該高溫熱水經熱水出口流出后經分配器用于土壤消毒。通過將真空鍋爐、氣化返轉燃燒和膜式壁傳熱結構三種技術的有機組合，達到了體積小、熱效率高的應用效果。

3高溫土壤熱水消毒機的應用

3.1高溫熱水土壤消毒工藝流程

土壤高溫熱水處理工作流程如圖所示(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。對于燃煤式土壤消毒機將冷熱水管接好，將熱媒水一次性注入封閉鍋筒至標準水位后，接通電源，即可點火燃燒。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，確認木材燒著后，關閉燃燒室，打開風機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排氣形成真空，冷水通過熱交換后的水溫可以實時觀測，在水溫達90℃以上時，便可經熱水口通過分水器用于土壤或基質的高溫消毒。

3.2溫室土壤熱水消毒效果

2009年2月將燃煤式設施土壤消毒機用于天津農業(yè)高新技術示范園連棟溫室的普通土壤消毒，采用國家農業(yè)信息化工程技術研究中心研制的“溫室娃娃”記錄20cm的土壤地溫變化，所得結果見圖4。

從圖4中曲線從土壤溫度7℃開始，可將20cm的土壤溫度在2h左右升至50℃以上，土壤平均升溫速度為0.24℃／min～0.29℃／min，50℃以上可持續(xù)1h～2h，45℃以上持續(xù)時間可達3.5h，而30cm深的土壤溫度僅達33℃左右。20cm土壤的降溫速度則表現(xiàn)為開始4h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。在本試驗中，消毒土壤面積為600m²，共消耗燃煤1噸，平均耗煤量1.7kg／m²。

3.3溫室土壤熱水消毒對根結線蟲的殺滅效果

經對采用土壤消毒機產生的高溫熱水處理過的土傳病害嚴重菜田土觀測可見，消毒處理對溫室土壤中根結線蟲有顯著的殺滅和抑制作用(表1)。

經過處理前后的觀測比較發(fā)現(xiàn)，土壤經高溫熱水消毒處理后，土壤中大量存在的根結線蟲基本上全部被殺滅，僅可看見極少量的死線蟲，這可能與高溫熱水處理有關，也與死線蟲易于在土樣處理中離心時被破壞有關。

4結論與討論

土傳病害、根結線蟲、土壤鹽漬化與連作障礙是影響設施蔬菜可持續(xù)生產的重要因素之一，嚴重時將致使地力喪失或產量銳減，應用藥劑防治成本較高、毒性較大且效果不徹底，因此對于病蟲害嚴重的溫室，采用熱水消毒新技術是改善土壤結構，實現(xiàn)菜田土壤地力恢復和土地可持續(xù)利用的有效措施。采用熱水消毒法除了對土壤中的根結線蟲有很強的滅殺性，同時還可加速土壤中的有機物分解，并釋放出氨氣、CO²和有機產物，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，從而增強植株的抗逆性。但韓國進口的土壤熱水消毒機以柴油為主要熱源燃料，應用成本高使此項技術的應用受到了限制。

本研究開發(fā)出的燃煤式土壤熱水消毒機，所用燃料煤的來源廣，成本低，從而大大降低了應用成本，為本項技術推廣創(chuàng)造了條件。由于本試驗是在寒冷的冬季進行的，處理時的地溫僅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)時間偏短，這與冬季氣溫低亦有關系。若在夏季應用此技術結合高溫悶棚進行土壤消毒，則消毒效果會更好，且應用成本最低。

低成本高溫熱水消毒方法的意義非常大，一是提高溫室富營養(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，提高蔬菜有機栽培下的產量并改善蔬菜的營養(yǎng)品質，二是應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，三是應用于育苗基質土的消毒，可用于菌根苗的低成本大規(guī)模工廠化培育。