一种评价立体种养模式中养分循环状态的方法技术

本发明专利技术公开一种评价立体种养模式中养分循环状态的方法，将立体种养系统分为两个子系统，链接两个子系统的关键部位为链接部位1和链接部位2；在栽培作物的生长周期内，对链接部位1和链接部位2的水进行采样，分别测定水中的氮、磷、钾的浓度；同时，对作物各器官进行测定作物各器官中的氮、磷、钾含量；则在作物生长周期内，水的养分总差值应与作物收获时的养分总量的一定置信区间内的值相等，才能达到系统内养分的可持续的循环平衡。该方法能够确定种养结合系统中适宜水培的作物种类及组合，并通过对养殖水养分的监测来实现对系统中养分的调控，从而选择出适宜不同水产养殖条件下的作物及作物组合及养分调控技术应用于立体种养模式中。

A method for evaluating nutrient cycling status in stereoscopic planting and breeding mode

The invention discloses a method for evaluating stereo nutrient cycling state model, the stereo system is divided into two subsystems, the key parts of the link of the two subsystems as link 1 and link parts of 2 parts; in the growth period of crops, sampling of the links and links 2 parts of the 1 parts of water, concentration the water were determined by nitrogen, phosphorus and potassium; at the same time, the organ of the crop were determined the content of nitrogen, phosphorus and potassium in different organs of crops; in the crop growth period, water nutrient and nutrient amount of the total difference should be crops the confidence intervals are equal, in order to achieve the system in the sustainable nutrient cycling and balance. This method can determine the combination of appropriate types of crops and the combination of hydroponic system management, and through the monitoring of aquaculture water to realize the regulation of system of nutrients, so as to select suitable crop and crop composition and nutrient control technology in different aquaculture conditions in stereo mode.

【技术实现步骤摘要】
一种评价立体种养模式中养分循环状态的方法
本专利技术涉及一种评价立体种养模式中养分循环状态的方法。
技术介绍
新型水产养殖与蔬菜耦合的立体种养结合系统已经成为立体复合种植与养殖水循环利用的常见立体优化种养系统，在该系统中利用水产养殖所产生的富营养化的养殖水作为作物的水分供养体，从而可以实现作物对养殖水中养分的多层次吸收拦截。这些立体养殖系统均采用了立体种植的方法实现了水体净化或提高资源了的合理利用，具有节省空间、丰富种植模式的重要意义，而且从整体上提高了经济效益，有的系统中还结合了计算机进行自动化的控制实现了精细化的处理。然而面对这种新型的立体种养系统，虽然现在已探索出多样化的水产养殖及作物耦合的立体种养模式，但是却没有科学的方法评价这种新型的种养系统是否能够达到长期的可持续循环。一个种养系统可持续运行的条件就在于系统中的环境物理条件和养分状态是否能够满足系统中生物的生存条件，在满足环境条件的前提下（主要包括光照、温度、湿度、水中溶氧条件，即很容易通过人工设备来调控），养分状态就是决定一个系统是否可持续的关键。其中水产养殖与作物耦合的立体种养系统中，需要满足的关键条件是水产养殖水要满足系统中栽培作物的养分需求，所以必须要针对立体种养系统内养分循环状况进行评价，从而判断以上条件是否满足，若满足则系统可在良好的状态下持续运行。若条件不满足，则需要补充一定的养分或更换系统中栽培的作物，来实现对条件的调控。现有研究表明，不同的植物在水培条件下根部对水中养分吸收的效率是不同的。所以，通过测定立体种养系统中不同植物对循环水体中养分吸收贡献率的测定，能够选择出适用于不同立体种养结合系统中，适合系统可持续循环的立体种养组合，从而在生产上具有指导意义。同时，水产养殖中不同的鱼类需要不同的水环境和鱼饲料以满足其生长，面对多样化的水产养殖环境，水产养殖水中的养分状况也更加复杂。现有的技术只是单一地从种养结合方面来实现立体种植，却不能够准确地掌握立体循环系统中养分的循环规律，从而忽略养分的调控对于系统的可持续运行的重要作用，不利于立体种养结合系统中各个物种在时间和空间上资源利用的合理化，同时也不利于该系统的多样化及深入化的开发利用。
技术实现思路
为克服现有立体种养结合的养殖系统中对养分的可持续循环问题的忽略，存在不能区分不同生物对系统养分循环贡献率等问题，本专利技术提供一种评价立体种养模式中养分循环状态的方法，从而为立体种养系统养分的可持续循环提供依据。本专利技术通过下列技术方案实现：一种评价立体种养模式中养分循环状态的方法，经过下列各步骤：（1）将待评价的水产养殖与作物耦合的立体种养系统分为两个子系统，一是栽培作物子系统，二是水产养殖子系统；链接两个子系统的关键部位包括两个，一是由水产养殖子系统循环进入栽培作物子系统的链接部位1，二是由栽培作物子系统循环进入水产养殖子系统的链接部位2；（2）在栽培作物的生长周期S内，分N次对链接部位1和链接部位2的水进行采样，分别测定水中的氮、磷、钾的浓度；同时，对作物各器官进行采样1次，分别测定作物各器官中的氮、磷、钾含量；进而评价由水产养殖子系统循环到作物栽培子系统的循环水是否能够满足作物栽培子系统中作物生长的需要；该系统中养分随着介质进行着循环并发生着变化，养分的输入主要通过水产养殖子系统，即饲料的添加来实现。养分的输出则主要通过栽培作物子系统的收获来实现。栽培作物子系统中栽培的介质的水量和水产养殖子系统中养殖的介质的水量是一定的，而且整个系统的驱动是由一个动力系统控制，那么链接部位1和链接部位2的单位时间内的系统流量（F），即水流量是相同的，同时该系统内的介质循环才能够保持平衡。一定时间T内，由水产养殖子系统流向栽培作物子系统的水量为T×F，由栽培作物子系统流向水产养殖子系统与之相同也为T×F，虽然两个系统水量的交换在单位时间内是相同的，但是由于栽培作物子系统对养殖水中养分的吸收，则从链接部位1进入的水的养分浓度比从链接部位2流出的养分浓度要高。假设其中一种养分的浓度在进入栽培作物子系统前的浓度为C1，出水产养殖子系统的浓度为C2，则一定时间T内栽培系统吸收的该养分总量为T×F×C1-T×F×C2=T×F(C1-C2)，单位时间内子系统吸收的养分量为T×F×(C1-C2)/T=F×(C1-C2)。由于在作物栽培的各个阶段养分吸收的速率不同以及饲料投入后养殖水中养分释放的速率不同，所以应在不同的阶段采样测得链接部位1、链接部位2的浓度。假设作物的整个生长周期为S，连接点处（包括链接部位1和链接部位2）采样次数为N次，N=S/7（每周一次），作物采样次数为1次。水样采集的时间固定，并在早上10:00左右进行采样，如果一个系统中有多个链接点，那么至少应在3个链接点处，采样并取平均值，在本系统中养分主要是决定植物生长的大量元素养分（氮、磷、钾）。所测的结果如下表所示：表1连接点处不同氮、磷、钾养分浓度测定表2作物器官养分测定其中N%指各器官总N含量，P%为各器官总P含量，K%为各器官总K含量；（3）对步骤（2）所得结果依据以下的养分平衡公式进行判断系统内的养分是否能够持续有效地循环：对于系统中的氮养分：在作物生长周期S内链接部位1和链接部位2的养分总差值Nc应与作物收获的养分总量Nh相等，即：在作物生长周期S内链接部位1和链接部位2的氮养分总差值为NH4+—N，NO3—N养分浓度的总差值分别为：NH4+—N的养分总量差值=F×（Ca1(1)-Ca2(1)）+F×（Ca1(2)-Ca2(2)）+……+F×（Ca1(N)-Ca2(N)）NO3—N的养分总量差值=F×（Cn1(1)–Cn2(1)）+F×（Cn1(2)–Cn2(2)）+……+F×（Cn1(N)–Cn2(N)）则在作物生长周期S内链接部位1和链接部位2的氮养分总差值为：Nc=[F×（Ca1(1)-Ca2(1)）+F×（Ca1(2)-Ca2(2)）+……+F×（Ca1(N)-Ca2(N)）]+[F×（Cn1(1)–Cn2(1)）+F×（Cn1(2)–Cn2(2)）+……+F×（Cn1(N)–Cn2(N)）]则作物收获时的养分总量Nh为根生物量U，叶生物量L果实生物量H各器官中氮养分含量总量分别为：总的根部分N养分为=U×N%总的叶部分N养分为=L×N%总的果实部分N养分为=H×N%则在作物收获时的养分总量为：Nh=U×N%+L×N%+H×N%则在作物生长周期S内，S×Nc应与Nh一定置信区间内的值相等，即S×Nc~[95%Nh，105%Nh]，才能达到系统内养分的可持续的循环平衡；对于系统内的其他两种养分磷和钾的有效循环判断与氮养分的相同。所述步骤（1）的栽培作物子系统包括栽培主体（作物）、栽培载体（栽培床）、栽培的介质（由水产养殖子系统循环到作物栽培子系统的养殖水）。所述步骤（1）的水产养殖子系统包括养殖主体（鱼）、养殖载体（养殖塘）、养殖介质（由作物栽培子系统循环回流到水产养殖子系统中的循环水）。步骤（3）中，当S×Nc大于或小于置信区间时，都说明整个系统内的氮养分没有达到可持续循环的条件，需要一定的调控措施。当S×Nc大于Nh时，说明作物对水中氮养分的吸收不足，会导致整个系统中氮养分过剩，这会影响水产子系统中水质，从而影响鱼类生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评价立体种养模式中养分循环状态的方法，其特征在于经过下列各步骤：（1）将待评价的水产养殖与作物耦合的立体种养系统分为两个子系统，一是栽培作物子系统，二是水产养殖子系统；链接两个子系统的关键部位包括两个，一是由水产养殖子系统循环进入栽培作物子系统的链接部位1，二是由栽培作物子系统循环进入水产养殖子系统的链接部位2；（2）在栽培作物的生长周期S内，分N次对链接部位1和链接部位2的水进行采样，分别测定水中的氮、磷、钾的浓度；同时，对作物各器官进行采样1次，分别测定作物各器官中的氮、磷、钾含量；所测的结果如下表所示：表1  连接点处不同氮、磷、钾养分浓度测定

【技术特征摘要】
1.一种评价立体种养模式中养分循环状态的方法，其特征在于经过下列各步骤：（1）将待评价的水产养殖与作物耦合的立体种养系统分为两个子系统，一是栽培作物子系统，二是水产养殖子系统；链接两个子系统的关键部位包括两个，一是由水产养殖子系统循环进入栽培作物子系统的链接部位1，二是由栽培作物子系统循环进入水产养殖子系统的链接部位2；（2）在栽培作物的生长周期S内，分N次对链接部位1和链接部位2的水进行采样，分别测定水中的氮、磷、钾的浓度；同时，对作物各器官进行采样1次，分别测定作物各器官中的氮、磷、钾含量；所测的结果如下表所示：表1连接点处不同氮、磷、钾养分浓度测定表2作物器官养分测定其中N%指各器官总N含量，P%为各器官总P含量，K%为各器官总K含量；（3）对步骤（2）所得结果依据以下的养分平衡公式进行判断系统内的养分是否能够持续有效地循环：对于系统中的氮养分：在作物生长周期S内链接部位1和链接部位2的养分总差值Nc应与作物收获的养分总量Nh相等，即：在作物生长周期S内链接部位1和链接部位2的氮养分总差值为NH4+—N，NO3—N养分浓度的总差值分别为：NH4+—N的养分总量差值=F×（Ca1(1)-Ca2(1)）+F×（Ca1(2)-Ca2(2)）+……+F×（Ca1(N)-Ca2(N)）NO3—N的养分总量差值=F×（Cn1(1)–Cn2(1)）+F×（Cn1(2)–C...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志远，付利波，陈检锋，陈华，尹梅，苏帆，洪丽芳，
申请(专利权)人：云南省农业科学院农业环境资源研究所，
类型：发明
国别省市：云南,53