林木花卉水培實驗設備制備與應用

楊振德，玉舒中

（廣西大學 林業科學與工程實驗教學中心，廣西 南寧 530004）

水培是無土栽培中較為先進的一種栽培方式，也是現代農業的一項重要技術，學生掌握這一技術對于推進農業現代化具有極為重要的意義。雖然水培系統在現代化的花卉生產企業已有應用，市場上也有家庭型水培系統產品銷售，但主要是供陽臺或天面樓頂使用[1]，不適合實驗室使用。陳強等[2]曾制作出一種可以用來培養大量植物幼苗的水培實驗裝置，但該裝置是以培養皿為容器，容器淺而小，需要頻繁補充與更換營養液，不能滿足林木幼苗長時間水培的營養、水分和氧氣的需要。文獻報道的林木幼苗水培裝置主要是使用培養瓶[3－4]、廣口瓶[5]、水培缸[6]、壇子[7]、塑料培養容器[8－9]和塑料盆[10－11]等體積較大的容器作 為培養 容器。由于營養液層較厚，水培過程中的氧氣供應問題不能很好解決，主要是通過更換營養液、人工供氣或在營養液中加入H2O2[12]的方法臨時解決。針對以上水培裝置的不足，筆者根據多年水培實驗教學經驗，組織學生親自制作了適于林木花卉水培實驗的水培裝置。

1 自制實驗設備的意義

（1）自制實驗設備可以滿足創新實驗教學的需要。隨著實驗教學改革的實施，一些陳舊的實驗項目需要淘汰，而代表新技術、新理論的實驗項目則要引進到實驗課程中。一般的常規實驗設備不能滿足新開實驗的特殊要求。因此，實驗儀器的創新與制備就成為開發新實驗項目的瓶頸。自制儀器設備具有超前性和及時性，可以彌補通用實驗設備的靈活性和適應性不足，滿足創新實驗教學的需要。

（2）自制實驗設備可以培養學生的動手能力和創新意識。學生在自制實驗設備過程中，經歷了一個完整產品的開發過程。在這個過程中，學生的思維能力、動手能力和創新能力不但得到進一步的提升，而且由此產生的成就感、自豪感又進一步激發學生理論學習的熱情，培養學生“有條件要上，沒有條件創造條件也要上”的艱苦奮斗的創新意識[13]。

（3）自制實驗設備可以促進實驗室建設。實驗教學裝置屬于較先進的技術產品，專用性強，社會需求量小，價格較貴。而資金不足則是我校實驗室建設中存在的問題。自制實驗設備可以彌補實驗室建設經費不足。此外，學校購置的一些實驗儀器結構精密，損壞之后，維修成本過高，使用自制設備是一種經濟實惠的解決方法。

（4）自制儀器設備可以促進實驗教材建設。大多數實驗室都是由實驗員按照傳統的實驗教學方法要求編寫實驗指導書，根據實驗室現有的設備、條件來編寫[14]，一些專業性和應用性強的實驗由于沒有實驗設備而被排除在實驗指導書之外。因此，自制這些實驗設備可以促進實驗教材的更新與編寫。

2 林木花卉水培實驗設備的制備

2010年筆者組織了5名不同專業和年級的學生開展水培設備研制。由于林木花卉水培實驗的植物材料個體一般較大，水培實驗時間也較長。因此，筆者除了向學生闡明水培設備的基本構成和工作原理外，還特別強調林木花卉水培設備的特點是除了要求大容器外，必須解決長期水培條件下氧氣和營養持續供應的問題。學生研制小組在組長的帶領下，查閱相關資料，運用所學知識進行構思，確定最佳的設計方案和施工圖紙，根據實驗目的和實驗學生人數決定設備的基本參數和設備制作的臺套數。經過討論決定栽培容器采用直徑110 cm的PVC塑料管，在其上打10個定植孔。管道兩端堵上變徑堵芯以維持管道內一定厚度的營養液層，以滿足營養和氧氣的供應。堵芯上連接彎頭，供液端彎朝上，承接供液管；排液端的彎頭朝下，連接排液管。通過排液管把數根栽培管連接起來，以滿足要求樹苗量大的實驗要求。栽培管支架由萬能角鐵組成，以方便拆卸與組裝。水培營養液貯于塑料儲物箱中，由微型水泵把營養液抽到最高栽培管的營養液進口端，營養液隨著栽培管的落差自動回流到營養液儲液箱，從而實現營養液在水培系統中的循環流動。林木花卉水培實驗設備見圖1。水培系統如果需要補光則由高能量的LED植物生長燈提供。整體系統的開閉由電子定時器實現自動控制。該設備具有以下幾個特點：

（1）裝置結構簡單，安全可靠，方便拆卸與組裝。

（2）儀器造價低廉，可緩解經費緊張的矛盾。

（3）該設備能自動為植物生長提供適宜的營養、水分、氧氣、光照等，滿足林木幼苗長時間水培的營養、水分和氧氣的需要。

（4）具有較強的可擴展性和開放性。由于結構簡單、造價低廉，所以當專業擴招、學生人數增加時，可以在較短的時間內根據需要增加實驗裝置的臺套數。

（5）應用性強。該設備除了作為學生實驗和科研人員進行精密的水培實驗研究使用外，還可以用于普通百姓家庭的水培裝飾和發展家庭陽臺休閑農業。

圖1 林木花卉水培實驗設備實物圖

3 水培實驗設備的應用

研究型大學的一個目標之一是培養具有創新型的畢業生。林木花卉水培實驗設備的使用率極高，林學院的園林、林學、生態3個專業的植物生長發育調控技術、植物生理學、無土栽培、植物營養學、林木種苗學、花卉栽培學、鮮切花生產技術等7門實驗課程均需要用到該實驗設備，利用林木花卉水培實驗設備開展的實驗均屬于研究創新型實驗（見表1）。此外，該設備還充分應用于教師科研、學生畢業論文以及大學生創新實驗計劃項目的研究（見圖2）。比如2011年利用林木花卉水培實驗設備為主體實驗設備而申報的廣西大學“國家大學生創新性實驗計劃”項目“桉樹化感作用的無損測定”成功獲得資助。

表1 利用林木花卉水培實驗設備開設的部分實驗項目

表1 （續）

圖2 學生利用林木花卉水培實驗設備開展畢業論文實驗

4 結束語

水培實驗設備的制備對于培養學生掌握水培技術，推進現代農業的精確化栽培具有極為重要的意義。該設備能自動為植物生長提供適宜的營養、水分、氧氣、光照等，可為多個學科領域的教學與科研工作提供良好的實驗條件。該設備的進一步開發可用于普通百姓家庭，促進陽臺休閑農業的發展。

（References）

[1] 大林修一，沈丹平.日本屋頂綠化無土水培系統的應用[J].園林，2011（8）：20－23.

[2] 陳強，畢曉華，李雪梅，等.植物水培裝置的改進與創新[J].實驗技術與管理，2012，29（1）：66－67，78.

[3] 李婷婷，許業洲，沈寶仙，等.濕地松針葉束水培的初步研究[J].湖北林業科技，2010（6）：11－14.

[4] 張開秀，楊芳，姜丹，等.水培海馬齒對海水菲污染修復作用的初步研究[J].環境科學學報，2012，32（3）：618－625.

[5] 陸松柳，胡洪營，孫迎雪，等.3種濕地植物在水培條件下的生長狀況及根系分泌物研究[J].環境科學，2009，30（7）：1901－1905.

[6] 朱宇恩，趙燁，徐東昱，等.旱柳（Salix matsudana Koidz）體內Cu遷移特征的水培模擬研究[J].環境科學學報，2011，31（12）：2741－2747.

[7] 矯麗曼，紀純陽，趙繼梅，等.楊樹切枝水培雜交育種研究技術[J].中國林副特產，2011（3）：51－52.

[8] 王華田，楊陽，王延平，等.外源酚酸對歐美楊‘I－107’水培幼苗硝態氮吸收利用的影響[J].植物生態學報，2011，35（2）：214－222.

[9] 李海燕，陳章和.三種濕地植物的生長及根系溶解性有機碳分泌物研究[J].熱帶亞熱帶植物學報，2011，19（6）：536－542.

[10] 邵繼鋒，桂仁意，季海寶，等.毛竹實生苗水培體系初步建立[J].浙江農林大學學報，2011，28（1）：86－94.

[11] 孫曉燦，魏虹，謝小紅，等.水培條件下秋華柳對重金屬Cd的富集特性及光合響應[J].環境科學研究，2012，25（2）：220－225.

[12] 王文斌，吳小平，尹玉蓮，等.水培條件下橡膠樹幼苗根系分泌物的 GC－MS分析[J].熱帶作物學報，2010，31（12）：2281－2286.

[13] 王長遠，霍曉奎，劉琦，等.自制儀器對促進教學改革的作用[J].實驗室研究與探索，2012，31（1）：117－118，187.

[14] 李如琦，賀秋麗，王輯祥，等.自制實驗教學儀器設備促進實驗教學改革[J].高等理科教育，2009（1）：71－74.