阅读说明：本技术 一种土壤连作障碍仪研制及应用 (Development and application of soil continuous cropping obstacle instrument ) 是由 吴洪生 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：一种土壤连作障碍仪研制及应用,该技术属于农业及园艺设施栽培行业、有机农业和环境保护领域。该技术通过以下步骤实现：空气经过空气过滤器、空气压缩机、分子筛制氧机分离富集氧气后,经过高压电极产生臭氧,通过气液混合泵混合臭氧和水,再经过出水喷嘴喷出,并通过可编程控制器等控制机构控制臭氧产生量和出水量。经过该治疗仪生产的含有臭氧及自由基的水浇灌连作障碍土壤,可以快速将连作障碍土壤中的病菌杀死,并将土壤中有机化感物质、有机自毒物质及有机农药和抗生素等彻底分解成CO<Sub>2</Sub>和水,水分把连作障碍土壤表层的可溶性盐分溶解淋洗返回到土壤深层和地下水中,从而消除连作障碍三大关键障碍因子。(The development and application of a soil continuous cropping obstacle instrument belong to the fields of agricultural and horticultural facility cultivation industry, organic agriculture and environmental protection. The technology is realized by the following steps: after the air is separated and enriched with oxygen by an air filter, an air compressor and a molecular sieve oxygen generator, ozone is generated by a high-voltage electrode, the ozone and water are mixed by a gas-liquid mixing pump and then sprayed out by a water outlet nozzle, and the ozone generation amount and the water outlet amount are controlled by a control mechanism such as a programmable logic controller. The water containing ozone and free radicals produced by the therapeutic apparatus irrigates the continuous cropping obstacle soil, and can rapidly irrigate the continuous cropping obstacle soilKilling bacteria in soil, and decomposing organic allelochemicals, organic autotoxicants, organic pesticides and antibiotics in soil into CO 2 And water is used for dissolving and leaching the soluble salt on the surface layer of the continuous cropping obstacle soil and returning the soluble salt to the deep layer of the soil and underground water, so that three key obstacle factors of the continuous cropping obstacle are eliminated.)

一种土壤连作障碍仪研制及应用

技术领域

本发明属于设施栽培农业、有机农业及环境保护领域，特别涉及一种土壤连作障碍仪研制及应用。

背景技术

我国人口众多，耕地少，为了提供足够的粮食和蔬菜瓜果，常常在同一块土地上长期连续种植同一种作物，尤其是设施栽培作物，由于具有很高的比较经济效益，农民大量重茬种植，从而造成土壤和植物的连作障碍，在土壤中积累大量病原菌、有毒有机化感物质和自毒物质、盐分，改变了植物正常生长的土壤生态环境，阻碍植物正常生长，导致作物容易发病，生长不良，产量降低、品质下降，已经严重制约了我国农业生产和农业可持续发展。同一作物或近缘作物连作以后，即使在正常管理的情况下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差，已经成为很多农民、科学家和政府的共识。

连作土壤作物连作障碍的常见表现有：①病虫害加重。设施栽培作物连作后，由于其土壤理化性质以及光照、温湿度、气体的变化，一些有益微生物(铵化菌、硝化菌等)的生长受到抑制，而一些有害微生物(病原菌等)迅速得到繁殖，土壤微生物的自然平衡遭到破坏，这样不仅导致肥料分解过程的障碍，而且病虫害发生多、蔓延快，且逐年加重，特别是一些常见的叶霉病、灰霉病、霜霉病、根腐病、枯萎病和白粉虱、蚜虫、斑潜蝇等基本无越冬现象，从而使生产者只能靠加大药量和频繁用药来控制，造成对环境和农产品的严重污染。

②土壤次生盐渍化及酸化。设施栽培施药量大，加上常年或几乎常年覆盖改变了自然状态下的水分平衡，土壤长期得不到雨水充分淋洗。同时设施栽培改变人工小气候，长年温度较高、土壤水分蒸发量大，下层土壤中的肥料和其他盐分会随着深层土壤水分的蒸发，沿土壤毛细管上升，最终在土壤表面形成一薄层白色盐分即土壤次生盐渍化现象。据有关部门测定，露地土壤盐分浓度一般在300mg/kg左右，而大棚内常可达7000-8000mg/kg，有的甚至高达20000mg/kg。同时由于过量施用化学肥料，土壤的缓冲能力和离子平衡能力遭到破坏而导致土壤PH值下降，即土壤酸化现象。造成土壤溶液浓度增加使土壤的渗透势加大，农作物种子的发芽、根系的吸水吸肥均不能正常进行。

③植物自身有机化感物质和自毒物质的积累。这是一种发生在种内的生长抑制作用，是一种长期植物进化的自我保护机制。连作条件下土壤生态环境对植物生长有很大的影响，尤其是植物残体与病原物的代谢产物对植物有致毒作用，并连同植物根系分泌的自毒物质一起影响植株代谢，最后导致自毒作用的发生。

④元素平衡破坏。由于蔬菜对土壤养分吸收的选择性，单一茬口易使土壤中矿质元素的平衡状态遭到破坏，营养元素之间的拮抗作用常影响到蔬菜对某些元素的吸收，容易出现缺素症状，最终使生育受阻，产量和品质下降。

到目前为止研究植物连作障碍的人很多，也有很多方法，但是都不彻底，都有各自的缺陷；有的方法引进二次污染，有的增加农民投入，有的方法复杂农民不易操作和掌握，有的效果不明显。

同时土壤中残留大量的有机农药，经过植物吸收后残留在籽粒或者叶片瓜果中，危害人体健康，另外发展有机食品需要干净的土壤，没有化学合成物存在，目前还没有很好的方法。

目前世界各地大力发展有机农业，而发展有机农业的物质基础就是不能使用人工合成化学品，土壤中不能残留抗生素和有机农药，我国经过几十年的农业施肥和打药防治病虫害，土壤中残留大量的有机农药，同时使用的畜禽粪便中还有大量的抗生素，土壤中残留很多抗生素，对消费者身体健康存在威胁。

臭氧是一种氧化性很强的物质，自身变成氧气，没有二次污染。已有报道的专利如：一种臭氧防治病虫害的装置(CN201720113261.3)，只是用于防治病虫害，通过埋设在土壤中的土壤管消毒，并非用于防治土壤连作障碍，土壤连作障碍的三大关键障碍因子是病菌、有机化感物质和自毒物质、可溶性盐分，该专利只是防治病虫害，没有提到能消除有机化感物质和自毒物质，去除可溶性盐分。

有专利申请臭氧防治土壤病虫害成套系统(201320583781)，采用臭氧机、土壤犁底层上部埋设的氧气暗管和臭氧暗管以及土壤表层上覆设的滴灌管道，将“地下土壤臭氧熏蒸技术及地下增氧技术”与“地上臭氧水滴灌技术”结合，三项技术可靠组合，防治病虫害效果明显。也是主要防治土壤病虫害的，不是解决土壤连作障碍问题的。

盖志武等人在森林工程(25卷第5期，2009.9)发表文章臭氧防治病虫害装置及其控制系统设计，采用臭氧水消毒土壤，只是杀灭病菌，并不是消除土壤连作障碍问题。同时，东北林业大学盖志武在2008年申请的专利臭氧防治植物病虫害的装置及其消毒的方法(CN200810136929.1)，就是他这篇公开发表文章上的内容，只是土壤消毒杀菌，不是解决土壤连作障碍问题。

本申请人已经授权的一个实用新型专利一种多功能植物连作障碍和有机农业土壤治疗仪(ZL201721845954.8)，采用的技术路线是紫外灯管产生臭氧防控土壤连作障碍，臭氧效率没有本申请高，同时技术路线不同。

本申请采用分子筛分离空气富集氧气，然后高压放电产生高浓度臭氧的机理，设计一种土壤连作障碍治疗仪，利用臭氧水中含有臭氧和羟基自由基等强氧化性物质快速杀灭土壤病菌，快速氧化分解土壤有机化感物质和自毒物质，以及部分有机农药和抗生素，同时足量的水分溶解土表积累的可溶性盐分，并把可溶性盐分淋洗返回到深层土壤和地下水中，从而消除土壤连作障碍的三个关键障碍因子，比目前的有关报道更为先进。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术缺陷，本发明研发了一种土壤连作障碍治疗仪，用于快速消除农田土壤植物连作障碍、土壤中残留有机化学物质、抗生素、有机农药残留和病菌，同时不会有二次污染，病菌不会产生抗性，减少农药使用，消除土壤农药和抗生素污染，保护环境，发展有机农业，有利农业可持续发展。

技术方案：一种土壤连作障碍仪研制及应用，步骤为：a.一个边长45-150cm，高50-180cm的方形容器，四周由金属或塑料箱体构成；在方型容器箱体底部依次排列空气过滤器、空气压缩机、干燥器、分子筛制氧机、高压放电臭氧机、气液混合泵等；各器件之间采用管道连接，高压放电臭氧机出气管道通过三通阀与气液混合泵相连，三通阀另一端与进水管相连；整个系统通过交流电源供电，电源采用市电，电源旁连接PLC可编程控制器，调控整个系统，旁边连接变频器和升压变压器，用以改变交流电频率和电压，控制臭氧产出速度，最后的混合泵输出的是含有臭氧和自由基的特种功能水；b.将上述a中各单元器件组装成土壤连作障碍治疗仪后，接通电源，开动空气压缩机和分子筛制氧机，空气经过过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，经过干燥器干燥脱去水分，干净且干燥的压缩空气进入制氧机，经过分子筛吸附分离，将干燥空气中的氧气和氮气等分离，并且将氧气富集浓缩，进入高压放电臭氧机(由5-30对阻挡介质电极组成)，产生高浓度臭氧，通过三通阀与气液混合泵连接，开动气液混合泵，同时将三通阀另一端管道***水中，这样纯净的臭氧和水在混合泵中混合，变成臭氧水，并经混合泵出水口抽出；c.在上述b处理过程中，可以通过调节控制面板中的可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，从50Hz升高到1000Hz，提高臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，将电压从220V升高到12000V，提高高压放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。经过整个流程后，上述b最后出水中含有臭氧、羟基自由基等活性氧，灌溉到连作障碍土壤中，可以快速把连作障碍土壤中的病菌杀死，病菌不会产生抗性，将连作障碍土壤中的小分子有机化感物质和有机自毒物质彻底氧化成水和二氧化碳，同时把土壤中残留的有机农药、抗生素等有机毒物彻底分解成水和二氧化碳，另外，过量浇灌的臭氧水把连作障碍土壤表层的可溶性盐分溶解并淋洗返回至土壤深层和地下水中，从而真正去除设施栽培连作障碍土壤中的三个关键障碍因子：病菌、有机化感物质和自毒物质、可溶性盐分；在开始浇灌前将连作障碍土壤深耕翻土30cm左右，持续浇灌连作障碍土壤，使得土壤表面大量积水并将土壤完全浸泡，积水层10cm以上，灌满臭氧水后立即覆盖塑料薄膜，密封10-20天；

任一所述一种土壤连作障碍治疗仪研制及其在连作障碍土壤、设施栽培蔬菜、水果、花卉、有机农业及农田土壤有机污染治理上的应用。

有益效果：本发明能最大限度的消除连作障碍土壤中三种关键障碍因子：病菌、有机化感物质和自毒物质、可溶性盐分，最大限度的消除设施栽培连作障碍土壤有机农药和抗生素污染及其对环境的破坏和对人类的危害，有利于生态可持续发展。具体讲有下面的效果：

本发明与现有技术相比：

1)本发明中采用分子筛分离空气富集氧气可以大幅提高臭氧浓度和效率，该治疗仪产生的臭氧水-臭氧和自由基杀菌消毒和氧化技术，方法简便、技术简单易行、可操作性强、成本低廉、实用性强；

2)本发明采用的治疗仪的臭氧水-臭氧技术，能同时消除土壤中的病菌和有害有机化学物质，减少了有害化学品的投入，降低了土壤处理后的有害物质残留，跟目前常用的单一化学处理相比，引入的二次污染物、残留物和二次污染物几乎可以忽略，因为臭氧水最后变成水和氧气，与单一化学技术相比，能同时去除土壤中多种病原菌、有机化学物质、抗生素和有机农药。

附图说明

图1是采用本技术处理土连作障碍壤过程对比。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步的描述。

实施例1：

1.一个边长45cm，高120cm的方形容器，四周由金属或塑料箱体构成；在方型容器箱体底部依次排列空气过滤器、空气压缩机、干燥器、分子筛制氧机、高压放电臭氧机、气液混合泵等；各器件之间采用管道连接，高压放电臭氧器出气管道通过三通阀与气液混合泵相连，三通阀另一端与进水管相连；整个系统通过电源系统供电，电源采用市电，电源旁连接PLC可编程控制器，调控整个系统，旁边连接变频器和升压变压器，用以改变交流电频率和电压，控制臭氧产出速度，最后的混合泵输出的是含有臭氧和自由基的特种功能水；

2.将上述1中各单元器件组装成土壤连作障碍治疗仪后，接通电源，开动空气压缩机和分子筛制氧机，空气经过过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，经过干燥器干燥水分，干净且干燥的压缩空气进入制氧机，经过分子筛吸附分离，将干燥空气中的氧气和氮气等分离，并且将氧气富集浓缩，进入高压放电臭氧机，产生高浓度臭氧，通过三通阀与气液混合泵连接，开动气液混合泵，同时将三通阀另一端***水中，这样纯净的臭氧和水在混合泵中混合，变成臭氧水，并经混合泵出水口抽出；

3.在上述2处理过程中，可以通过调节控制面板中的可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，从50Hz升高到1000Hz，提高臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，将电压从220V升高到12000V，提高高压电极臭氧放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。经过整个流程后，上述2最后出水中含有臭氧、羟基自由基等活性氧，灌溉到连作障碍土壤中，可以快速把连作障碍土壤中的病菌杀死，病菌不会产生抗性，将连作障碍土壤中的小分子有机化感物质和有机自毒物质彻底氧化成水和二氧化碳，同时把土壤中残留的有机农药、抗生素等有机毒物彻底分解成水和二氧化碳，同时，浇灌的臭氧水把连作障碍土壤表层的可溶性盐分溶解并淋洗返回至土壤深层和地下水中，从而真正去除设施栽培连作障碍土壤中的三个关键障碍因子：病菌、有机化感物质和自毒物质、可溶性盐分；在开始浇灌前将连作障碍土壤深耕翻土30cm左右，持续浇灌连作障碍土壤，使得土壤表面大量积水并将土壤完全浸泡，积水层10cm以上，灌满臭氧水后立即覆盖塑料薄膜，密封20天后，设施栽培西瓜连作障碍土壤中枯萎病菌尖孢镰刀菌西瓜转化型、腐霉得到有效控制，尖孢镰刀菌减少84％，腐霉减少88％，小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸下降91％，香豆素下降86％，土壤表层可溶性硫酸钠含量下降86％。

实施例2：

1.一个边长60cm，高150cm的方形容器，四周由金属或塑料箱体构成；在方型容器箱体底部依次排列空气过滤器、空气压缩机、干燥器、分子筛制氧机、高压放电臭氧机、气液混合泵等；各器件之间采用管道连接，高压放电臭氧器出气管道通过三通阀与气液混合泵相连，三通阀另一端与进水管相连；整个系统通过电源系统供电，电源采用市电，电源旁连接PLC可编程控制器，调控整个系统，旁边连接变频器和升压变压器，用以改变交流电频率和电压，控制臭氧产出速度，最后的混合泵输出的是含有臭氧和自由基的特种功能水；

2.将上述1中各单元器件组装成土壤连作障碍治疗仪后，接通电源，开动空气压缩机和分子筛制氧机，空气经过过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，经过干燥器干燥水分，干净且干燥的压缩空气进入制氧机，经过分子筛吸附分离，将干燥空气中的氧气和氮气等分离，并且将氧气富集浓缩，进入高压放电臭氧机，产生高浓度臭氧，通过三通阀与气液混合泵连接，开动气液混合泵，同时将三通阀另一端***水中，这样纯净的臭氧和水在混合泵中混合，变成臭氧水，并经混合泵出水口抽出；

3.在上述2处理过程中，可以通过调节控制面板中的可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，从50Hz升高到1000Hz，提高臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，将电压从220V升高到10000V，提高高压电极臭氧放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。经过整个流程后，上述2最后出水中含有臭氧、羟基自由基等活性氧，灌溉到连作障碍土壤中，可以快速把连作障碍土壤中的病菌杀死，病菌不会产生抗性，将连作障碍土壤中的小分子有机化感物质和有机自毒物质彻底氧化成水和二氧化碳，同时把土壤中残留的有机农药、抗生素等有机毒物彻底分解成水和二氧化碳，同时，浇灌的臭氧水把连作障碍土壤表层的可溶性盐分溶解并淋洗返回至土壤深层和地下水中，从而真正去除设施栽培连作障碍土壤中的三个关键障碍因子：病菌、有机化感物质和自毒物质、可溶性盐分；在开始浇灌前将连作障碍土壤深耕翻土30cm左右，持续浇灌连作障碍土壤，使得土壤表面大量积水并将土壤完全浸泡，积水层10cm以上，灌满臭氧水后立即覆盖塑料薄膜，密封20天后，设施栽培西瓜连作障碍土壤中枯萎病菌尖孢镰刀菌西瓜转化型、腐霉得到有效控制，尖孢镰刀菌减少88％，腐霉减少89％，小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸下降93％，香豆素下降88％，土壤表层可溶性硫酸钠含量下降88％。

实施例3

1.一个边长80cm，高180cm的方形容器，四周由金属或塑料箱体构成；在方型容器箱体底部依次排列空气过滤器、空气压缩机、干燥器、分子筛制氧机、高压放电臭氧机、气液混合泵等；各器件之间采用管道连接，高压放电臭氧器出气管道通过三通阀与气液混合泵相连，三通阀另一端与进水管相连；整个系统通过电源系统供电，电源采用市电，电源旁连接PLC可编程控制器，调控整个系统，旁边连接变频器和升压变压器，用以改变交流电频率和电压，控制臭氧产出速度，最后的混合泵输出的是含有臭氧和自由基的特种功能水；

2.将上述1中各单元器件组装成土壤连作障碍治疗仪后，接通电源，开动空气压缩机和分子筛制氧机，空气经过过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，经过干燥器干燥水分，干净且干燥的压缩空气进入制氧机，经过分子筛吸附分离，将干燥空气中的氧气和氮气等分离，并且将氧气富集浓缩，进入高压放电臭氧机，产生高浓度臭氧，通过三通阀与气液混合泵连接，开动气液混合泵，同时将三通阀另一端***水中，这样纯净的臭氧和水在混合泵中混合，变成臭氧水，并经混合泵出水口抽出；

3.在上述2处理过程中，可以通过调节控制面板中的可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，从50Hz升高到800Hz，提高臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，将电压从220V升高到10000V，提高高压电极臭氧放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。经过整个流程后，上述2最后出水中含有臭氧、羟基自由基等活性氧，灌溉到连作障碍土壤中，可以快速把连作障碍土壤中的病菌杀死，病菌不会产生抗性，将连作障碍土壤中的小分子有机化感物质和有机自毒物质彻底氧化成水和二氧化碳，同时把土壤中残留的有机农药、抗生素等有机毒物彻底分解成水和二氧化碳，同时，浇灌的臭氧水把连作障碍土壤表层的可溶性盐分溶解并淋洗返回至土壤深层和地下水中，从而真正去除设施栽培连作障碍土壤中的三个关键障碍因子：病菌、有机化感物质和自毒物质、可溶性盐分；在开始浇灌前将连作障碍土壤深耕翻土30cm左右，持续浇灌连作障碍土壤，使得土壤表面大量积水并将土壤完全浸泡，积水层10cm以上，灌满臭氧水后立即覆盖塑料薄膜，密封20天后，设施栽培西瓜连作障碍土壤中枯萎病菌尖孢镰刀菌西瓜转化型、腐霉得到有效控制，尖孢镰刀菌减少92％，腐霉减少93％，小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸下降94％，香豆素下降90％，土壤表层可溶性硫酸钠含量下降89％。

本发明的应用实例：

将本发明技术用于污染多种重金属土壤治理的应用上。

1、参照实施例1，采用本技术处理设施栽培西瓜连作障碍土壤，经过处理后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留枯萎病菌尖孢镰刀菌西瓜转化型、腐霉、小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸、香豆素，土壤表层可溶性硫酸钠含量大幅降低，尖孢镰刀菌减少84％，腐霉减少88％，小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸下降91％，香豆素下降86％，土壤表层可溶性硫酸钠含量下降86％(图1)；

2、参照实施例2，采用本技术处理设施栽培西瓜连作障碍土壤，经过处理后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留枯萎病菌尖孢镰刀菌西瓜转化型、腐霉、小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸、香豆素，土壤表层可溶性硫酸钠含量大幅降低，尖孢镰刀菌减少88％，腐霉减少89％，小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸下降93％，香豆素下降88％，土壤表层可溶性硫酸钠含量下降88％；

3、参照实施例3，采用本技术处理设施栽培西瓜连作障碍土壤，经过处理后，跟没有采用本技术的对照土壤相比，土壤中残留枯萎病菌尖孢镰刀菌西瓜转化型、腐霉、小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸、香豆素，土壤表层可溶性硫酸钠含量大幅降低，尖孢镰刀菌减少92％，腐霉减少93％，小分子有机化感物质和自毒物质阿魏酸下降94％，香豆素下降90％，土壤表层可溶性硫酸钠含量下降89％。