基于物理方法的苗床基质土壤净化装置

◆湖南省宁乡市第一高级中学 杨舒甯

湖南宁乡双江口地区为传统农耕区，蔬菜大棚种植面积广，单种农业作物易产生病虫害，常见的有猝倒病、立枯病、灰霉病、炭疽病、枯萎病等，害虫种类主要有蝼蛄、土蚕、潜叶蝇、蚜虫等，它们危害植株根系，造成吸收障碍，甚至缺窝断苗。

为避免病虫害，目前，人们对蔬菜苗床主要通过太阳暴晒、喷洒农药药剂两种方法进行消毒处理。但这两种方法都存在一定的缺陷，比如受制于气候、污染环境、有损人体健康等。如果采用取土经高温蒸煮或蒸汽消毒后返回苗床的方法，成本又太高。因此，我考虑设计一款利用高温蒸汽对苗床土壤进行消毒的农业机械，以便实践推广。

一、结构设计

在老师的指导下，我设计了苗床基质土壤净化装置，它由排插执行头、蒸汽发生器、控制器、蒸汽管、土壤湿度探测器、小型推车等结构组成。

图1 苗床基质土壤净化装置结构设计图

图2 用最初的装置实物进行测试

图3 改进后的装置

二、使用原理

装置通过控制器工作，将排插执行头插入疏松后的土壤中，湿度探测器探测土壤的湿度并将信息反馈给控制器，控制器调节、确定每次排插执行头的作业时间，再控制蒸汽发生器打开控制阀。

蒸汽发生器产生的100 ℃以上的高温蒸汽通过蒸汽管及排插头排入土壤，对土壤中的病菌及害虫进行高温蒸汽消毒。小型推车用于装载和移动位置。

图4 苗床基质土壤净化装置作业流程图

三、实验测试

（一）土壤温度、湿度与土壤中虫害状况的关系

1.探究目的

（1）探究土壤中虫害数量与土壤温度、湿度的关系。

（2）为苗床基质土壤净化装置的设计提供依据。

2.探究过程

（1）取样。在同一户外区域选取三块干、湿度不同的菜地，并将其编号为1号、2号、3号，三块菜地均未进行消毒灭害处理。1号菜地土壤含水量低，易失水，长期干旱；2号菜地土壤含水量适中；3号菜地土壤含水量较高，长期潮润。

（2）分时段记录土壤中的病虫害数量。分别在气温较高的夏秋季节和气温较低的冬春季节采集土壤样本，记录土壤中生物的数量，并进行对比分析。

3.探究结果

（1）同等条件下，土壤湿度越大，其中的病虫害数量越多。气温较高时，土壤中的病虫害数量增多。

（2）病虫害主要集中在土壤表面以下5~15 cm处，其中在约12 cm处病虫害数量最多，之后随着深度的增加迅速减少。

（3）三块菜地中的病虫害数量在不同季节有所不同，具体见表1。

表1 不同地块在不同季节的病虫害分布

表2 不同地块的消毒效果

（二）苗床基质土壤净化装置模型测试

1.实验过程

（1）对1号菜地进行松土处理。

（2）在1号菜地中部取200 g土壤样本，并记录土壤中的病虫害数量。

（3）按照操作要求使用苗床基质土壤净化装置对菜地土壤进行消毒作业。

（4）在1号菜地中部取200 g土壤样本，记录土壤中病虫害活体数量，对比分析两次的取样结果，计算病虫害灭杀率。

（5）对2号菜地、3号菜地重复以上步骤。

2.实验结果

经计算和分析，苗床基质土壤净化装置对菜地土壤进行消毒作业后，病虫害灭杀率达98℅以上，土壤的湿度越大，需消毒的时间越长。

四、创新点

1.研究了土壤的物理参数（温度、湿度）与土壤中的病虫害分布的关系，为本项目创新提供了客观依据。

2.设计了排插执行头装置，有利于提高作业效率。

3.结合传感及自动控制技术，采用有差异性的灭菌作业。（指导老师：康志良 谢 样）

专家点评

“基于物理方法的苗床基质土壤净化装置”是一项基于农业方面的创新作品。该项目的特点在于：

其一，作者关注农业、关心家乡，选题基于当地大棚蔬菜种植育苗所遇到的病虫害的实际情况，富有爱心与创新意识。

其二，作者勇于探索，用高温蒸汽通过蒸汽管及排插头渗入土壤，对土壤进行高温蒸汽消灭病虫害，敢想敢做，解决问题的方式独特。

其三，这个作品虽然只是一个有一定演示效果的模型，从制作材料、制作技术等方面必然要求助于相关的专业技术人员，但作者能在学习任务紧张的情况下将其完成，表明其具有创新毅力。

在此必须指出的是：高温蒸汽消灭土壤中病虫害的方法必定会将土壤中有益的微生物、动物（如蚯蚓）等消灭，其利弊究竟如何，还需要进行深入研究后才能确定。

另外，从新修订的全国青少年科技创新大赛相关文件中所指的作品类别来看，这项作品应属于专业性较强的A类作品。杨舒甯同学在文章中应对“指导教师或他人协助完成的内容及所利用的资源”等进行明确说明。