微納米氣泡水在農(nóng)作物土壤栽培中的應(yīng)用

摘要：近年來，微納米氣泡在植物栽培中顯示促進生長的效果，但機制未明。為探究其在土壤栽培中的影響，本研究對比了使用含與不含微納米氣泡的自來水栽培紫蘇、黃瓜、玉米和水稻。結(jié)果顯示，微納米氣泡水使黃瓜產(chǎn)量提高60%，根系數(shù)量增加；水稻產(chǎn)量增加8%；玉米根系也增多。此發(fā)現(xiàn)表明，微納米氣泡水通過促進根系密集生長，對黃瓜和水稻產(chǎn)量增加有顯著貢獻。盡管其在土壤栽培中的具體作用方式尚待研究，但這一發(fā)現(xiàn)為微納米氣泡在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的視角。

關(guān)鍵詞：微納米氣泡；栽培；作物

微納米氣泡技術(shù)在農(nóng)作物種植中取得成效，受種植戶認可并應(yīng)用。但該技術(shù)仍在探索階段，存在諸多待解問題。其影響機制及對每種作物的適用性尚未明確，需進一步研究。

1 研究的背景與目的

1.1 研究背景

近年來，微納米氣泡（以下簡稱MNB）的應(yīng)用范圍廣，包括環(huán)境、工業(yè)、食品、農(nóng)業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，MNB在這些領(lǐng)域取得了許多成果。例如，已經(jīng)嘗試將MNB應(yīng)用于作物培養(yǎng)。在農(nóng)作物的栽培中，微納米氣泡水可以增加土壤中的氧氣含量，促進根系對養(yǎng)分的吸收[1]；微納米氣泡可以促進土壤中微生物的活性，加速有機物的分解，提高土壤肥力。這些都會影響農(nóng)作物的發(fā)芽率、生長速度、作物產(chǎn)量、根系大小等。

1.2 研究目的

本研究旨在通過對紫蘇、黃瓜、玉米和水稻四種不同生長狀態(tài)的植物的研究，探索微納米氣泡技術(shù)在農(nóng)作物種植中的創(chuàng)新應(yīng)用及未來發(fā)展方向

2 試驗裝置及試驗方法

2.1 MNB發(fā)生器

采用濟南嘉能可環(huán)境工程有限公司的多孔道旋切微納米發(fā)生器（JNMNB-05）作為MNB發(fā)生器（流量：1.5 m3/h，吸氣速率：2.5 L/min）將空氣制成微納米氣泡水。

2.2 農(nóng)作物栽培試驗方法

試驗裝置概要圖1所示：在這個試驗中，種植了紫蘇、黃瓜、玉米和水稻四季作物，栽培期為7月上旬—9月下旬。對于每種作物的種植盤，分為不含MNB的自來水（以下簡稱“水”）的種植盤和提供MNB水的種植盤。除灌溉的水不同外，其他條件相同。MNB水在水箱內(nèi)循環(huán)制備，灌溉方式相同。兩種類型的水都在水箱中放置1 d以去除氯：黃瓜、玉米、紫蘇每天2次給予2 L水（紫蘇1 L）或MNB水，對于水稻MNB水每天換1次水。比較的評價項目是發(fā)芽率、生長率、產(chǎn)量及根系的生長狀態(tài)。

3 試驗結(jié)果

3.1 發(fā)芽率

由于種子的購買來源不同，紫蘇、玉米與水稻是從種子市場購買，黃瓜種子是先正達品牌種子。黃瓜的發(fā)芽率比較均勻，種子發(fā)芽率對紫蘇效果最明顯，對水稻和玉米效果偏弱，盡管種子在兩個播種機中以等量播種，但很明顯，MNB水的發(fā)芽率更高。

3.2 生長速度

對比使用微納米氣泡灌溉和普通水灌溉對農(nóng)作物生長速度的影響，使用微納米氣泡水進行灌溉的農(nóng)作物生長速度及收獲期均有所提前，其中黃瓜、紫蘇、玉米土壤生長作物比較明顯，生長周期縮短10%?15%左右，水稻效果不明顯，大約5%[2]。

3.3 收獲量

本次試驗的黃瓜和水稻的產(chǎn)量有限，而玉米和紫蘇則因蟲害而無法收獲。黃瓜收獲期為8月下旬—9月下旬約1個月，黃瓜的收獲條件長20～25 cm[3]。在普通水中生長的黃瓜的收獲量為19株，使用MNB水收獲的黃瓜數(shù)量為31個。MNB水種植黃瓜產(chǎn)量比水產(chǎn)量提高約60%。

水稻的產(chǎn)量是普通水的水稻產(chǎn)量為207 g，MNB水的水稻產(chǎn)量為223 g，MNB水與水相比，產(chǎn)量增加了約8%。

3.4 根系大小

根系大小在黃瓜和玉米中有效。紫蘇無法比較，因為根部纏繞在花盆底部的排水管中。還有水稻，在生長過程中，用水填充土壤，因為土壤在收獲時已經(jīng)干涸，收獲后，土壤變硬，根部無法拔出，無法比擬。黃瓜根系的對比，可以明顯看出MNB水更好與水相比，根的側(cè)根在MNB水中生長顯著。

3.5 結(jié)果

表1總結(jié)了MNB對作物栽培中發(fā)芽率、生長率、產(chǎn)量和根系大小的影響。○“表示效果明顯”，√“表示有效果”，ד表示沒有效果”，-“表示無法評估效果”。

雖然MNB的效果因作物而異，但微納米氣泡水可以增加土壤中的氧氣含量，一方面，促進根系對養(yǎng)分的吸收，提高肥料的利用率。例如，在使用微納米氣泡技術(shù)的蔬菜大棚中，肥料利用率可提高約 40%。另一方面，微納米氣泡水的緩慢釋放特性，使得水分能夠更持久地保持在土壤中，減少灌溉次數(shù)和用水量[4]。據(jù)統(tǒng)計，采用微納米氣泡技術(shù)的蔬菜大棚，灌溉用水量可減少約 30%。這種資源節(jié)約型的種植方式不僅降低了種植成本，還符合可持續(xù)發(fā)展的理念，對于緩解水資源短缺和保護土壤環(huán)境具有積極意義。

4 討論

在本次試驗中，將微納米氣泡應(yīng)用于農(nóng)作物的土壤栽培，觀察到根系發(fā)育發(fā)生了顯著變化。其原因是水中溶解氧的量（以下簡稱DO值）由于MNB的產(chǎn)生而增加。通過微納米氣泡水將細小的氣泡輸送到土壤中，可以想象成將空氣直接供應(yīng)到土壤中。

4.1 由于MNB的產(chǎn)生，水的溶解氧值增加

根部從地下吸收養(yǎng)分和水分。眾所周知，溶解氧值較高的水對作物種植更有效。本研究中使用的加壓溶解型微納米氣泡發(fā)生器在水中產(chǎn)生MNB對于 是否增加了水中的溶氧值我們得到了驗證。表2顯示了MNB發(fā)生前后的DO值，以及在與本試驗相同的條件下產(chǎn)生MNB時的水溫。而在MNB發(fā)生之前，此時水溫下的飽和溶解氧的量幾乎相同。MNB發(fā)生后，溶解氧值與飽和溶解氧量相比增加了約50%。

4.2 MNB 水增加土壤中的空氣含量

農(nóng)作物的根部不僅吸收水分和養(yǎng)分，還需要呼吸。由于空氣在土壤中流動相對困難，土壤中的氧氣濃度由于呼吸作用而降低。在這個試驗中，特別是在MNB水中生長的作物的側(cè)根明顯多于在水中生長的作物，這是因為MNB水將空氣以水的形式灌溉到土壤中，使土壤疏松，空氣含量增加。因此可以認為是采用MNB水灌溉的土壤中的氧氣濃度高于普通自來水灌溉的氧氣濃度，從而對農(nóng)作物的側(cè)根發(fā)育產(chǎn)生重大影響。

5 結(jié)論

紫蘇、黃瓜、玉米和水稻四季作物在土壤中種植，使用水和MNB水。施用MNB水對根系和產(chǎn)量有效。特別是，黃瓜和玉米的根在MNB水中長得更大。黃瓜和水稻產(chǎn)量分別增長約60%和8%。

參考文獻

[1] 湯侑輯.微納米氣泡技術(shù)在農(nóng)作物栽培上的應(yīng)用[J].分子植物育種，2023，21（17）：5890-5900.

[2] 王逍遙.微納米氣泡水滴灌對設(shè)施甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及灌溉水利用效率的影響[J].灌溉排水學(xué)報，2021，40（1）：38-46.

[3] 馮小強.黃瓜設(shè)施栽培環(huán)境下節(jié)水減肥高效種植技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2024（11）：175-177.

[4] 吳成華.農(nóng)田水利中節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用及對農(nóng)業(yè)灌溉效率的影響[J].種子世界，2024（12）：177-179.