基于物理方法的苗床基質土壤凈化裝置

湖南寧鄉雙江口地區為傳統農耕區，蔬菜大棚種植面積廣，單種農業作物易產生病蟲害，常見的有猝倒病、立枯病、灰霉病、炭疽病、枯萎病等，害蟲種類主要有螻蛄、土蠶、潛葉蠅、蚜蟲等，它們危害植株根系，造成吸收障礙，甚至缺窩斷苗。

為避免病蟲害，目前，人們對蔬菜苗床主要通過太陽暴曬、噴灑農藥藥劑兩種方法進行消毒處理。但這兩種方法都存在一定的缺陷，比如受制于氣候、污染環境、有損人體健康等。如果采用取土經高溫蒸煮或蒸汽消毒后返回苗床的方法，成本又太高。因此，我考慮設計一款利用高溫蒸汽對苗床土壤進行消毒的農業機械，以便實踐推廣。

一、結構設計

在老師的指導下，我設計了苗床基質土壤凈化裝置，它由排插執行頭、蒸汽發生器、控制器、蒸汽管、土壤濕度探測器、小型推車等結構組成。

二、使用原理

裝置通過控制器工作，將排插執行頭插入疏松后的土壤中，濕度探測器探測土壤的濕度并將信息反饋給控制器，控制器調節、確定每次排插執行頭的作業時間，再控制蒸汽發生器打開控制閥。

蒸汽發生器產生的100 ℃以上的高溫蒸汽通過蒸汽管及排插頭排入土壤，對土壤中的病菌及害蟲進行高溫蒸汽消毒。小型推車用于裝載和移動位置。

三、實驗測試

（一）土壤溫度、濕度與土壤中蟲害狀況的關系

1.探究目的

（1）探究土壤中蟲害數量與土壤溫度、濕度的關系。

（2）為苗床基質土壤凈化裝置的設計提供依據。

2.探究過程

（1）取樣。在同一戶外區域選取三塊干、濕度不同的菜地，并將其編號為1號、2號、3號，三塊菜地均未進行消毒滅害處理。1號菜地土壤含水量低，易失水，長期干旱;2號菜地土壤含水量適中;3號菜地土壤含水量較高，長期潮潤。

（2）分時段記錄土壤中的病蟲害數量。分別在氣溫較高的夏秋季節和氣溫較低的冬春季節采集土壤樣本，記錄土壤中生物的數量，并進行對比分析。

3.探究結果

（1）同等條件下，土壤濕度越大，其中的病蟲害數量越多。氣溫較高時，土壤中的病蟲害數量增多。

（2）病蟲害主要集中在土壤表面以下5～15 cm處，其中在約12 cm處病蟲害數量最多，之后隨著深度的增加迅速減少。

（3）三塊菜地中的病蟲害數量在不同季節有所不同，具體見表1。

（二）苗床基質土壤凈化裝置模型測試

1.實驗過程

（1）對1號菜地進行松土處理。

（2）在1號菜地中部取200 g土壤樣本，并記錄土壤中的病蟲害數量。

（3）按照操作要求使用苗床基質土壤凈化裝置對菜地土壤進行消毒作業。

（4）在1號菜地中部取200 g土壤樣本，記錄土壤中病蟲害活體數量，對比分析兩次的取樣結果，計算病蟲害滅殺率。

（5）對2號菜地、3號菜地重復以上步驟。

2.實驗結果

經計算和分析，苗床基質土壤凈化裝置對菜地土壤進行消毒作業后，病蟲害滅殺率達98℅以上，土壤的濕度越大，需消毒的時間越長。

四、創新點

1.研究了土壤的物理參數（溫度、濕度）與土壤中的病蟲害分布的關系，為本項目創新提供了客觀依據。

2.設計了排插執行頭裝置，有利于提高作業效率。

3.結合傳感及自動控制技術，采用有差異性的滅菌作業。（指導老師：康志良 謝 樣）

專家點評

“基于物理方法的苗床基質土壤凈化裝置”是一項基于農業方面的創新作品。該項目的特點在于：

其一，作者關注農業、關心家鄉，選題基于當地大棚蔬菜種植育苗所遇到的病蟲害的實際情況，富有愛心與創新意識。

其二，作者勇于探索，用高溫蒸汽通過蒸汽管及排插頭滲入土壤，對土壤進行高溫蒸汽消滅病蟲害，敢想敢做，解決問題的方式獨特。

其三，這個作品雖然只是一個有一定演示效果的模型，從制作材料、制作技術等方面必然要求助于相關的專業技術人員，但作者能在學習任務緊張的情況下將其完成，表明其具有創新毅力。

在此必須指出的是：高溫蒸汽消滅土壤中病蟲害的方法必定會將土壤中有益的微生物、動物（如蚯蚓）等消滅，其利弊究竟如何，還需要進行深入研究后才能確定。

另外，從新修訂的全國青少年科技創新大賽相關文件中所指的作品類別來看，這項作品應屬于專業性較強的A類作品。楊舒甯同學在文章中應對“指導教師或他人協助完成的內容及所利用的資源”等進行明確說明。