空間植物栽培關(guān)鍵技術(shù)地面驗(yàn)證試驗(yàn)研究

沈韞賾，郭雙生，趙丕盛，王隆基，李 健，王曉霞

（中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心，北京100094）

1 引言

受控生態(tài)生保系統(tǒng)（Controlled Ecological Life Support Systen，CELSS）是載人航天長(zhǎng)期駐留任務(wù)的必然途徑。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)氧氣、水和食物的自給自足。高等植物能夠利用光能將二氧化碳和水合成為有機(jī)物，并產(chǎn)生氧氣，同時(shí)通過(guò)蒸騰作用實(shí)現(xiàn)水的凈化，可以保障人在太空中對(duì)環(huán)境和食品的需求，是受控生態(tài)生保系統(tǒng)中的關(guān)鍵生物部件［1-3］。

空間植物栽培技術(shù)研究已有40余年的發(fā)展歷程，已進(jìn)行多種植物的空間栽培試驗(yàn)，重點(diǎn)研究微重力對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。1975年前蘇聯(lián)就開(kāi)始了空間植物栽培的探索，他們嘗試在飛船中栽種小麥、洋蔥等植物［4］。20世紀(jì)90年代，俄羅斯和保加利亞聯(lián)合研制了SVET空間溫室，在和平號(hào)空間站進(jìn)行了長(zhǎng)期搭載，并在其中完成了小麥“從種子到種子”的三代完整生長(zhǎng)周期培養(yǎng)［5］。2002年，俄羅斯針對(duì)國(guó)際空間站研制了一款名為L(zhǎng)ADA的空間溫室，至今已進(jìn)行了二十多次空間植物栽培實(shí)驗(yàn)，成功培育了小麥、生菜等植物。近期俄羅斯研制了新一代LADA空間溫室，擬用于多種植物的空間栽培［6-7］。2014年，NASA將Veggie空間蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)送到空間站，并進(jìn)行了 Veg-01試驗(yàn)［8］。2015年，經(jīng)過(guò) 33天的培養(yǎng)，三名航天員在空間站收獲并品嘗了第二批種植的蔬菜——紅色長(zhǎng)葉萵苣。2015年 11月，NASA在軌道實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了百日菊培養(yǎng)試驗(yàn)，并進(jìn)行了天地對(duì)比［9］。在太空中，百日菊完成了開(kāi)花過(guò)程，并于2016年2月進(jìn)行了收獲［10-11］。

空間微重力下水分傳導(dǎo)特性與地面有很大不同。在微重力條件下，流體行為發(fā)生根本變化，植物周?chē)纬蛇吔鐚?，?dǎo)致植物與周?chē)镔|(zhì)交換變得困難。同時(shí)，在微重力條件下實(shí)現(xiàn)栽培基質(zhì)水分養(yǎng)分的充分供應(yīng)，同時(shí)保證栽培基質(zhì)的通氣也具有挑戰(zhàn)性。在空間微重力下進(jìn)行植物光合、蒸騰和呼吸作用效率的測(cè)定與評(píng)價(jià)也具有較大難度。因此，微重力下的水分養(yǎng)分控制技術(shù)是空間植物栽培的關(guān)鍵。太空艙內(nèi)環(huán)境與地球環(huán)境有很大不同，如微重力、低壓、低氧、高二氧化碳等，同時(shí)，航天任務(wù)中植物栽培面臨功耗、體積、重量等嚴(yán)格限制。CELSS空間植物栽培需要滿(mǎn)足兩個(gè)要求：一是空間利用率高，在有限空間中產(chǎn)生盡可能多的氧氣和食物；二是高效節(jié)能，盡可能地提高能源利用率。因此作物種類(lèi)的選擇具有關(guān)鍵意義。生菜是前期CELSS研究的重點(diǎn)作物，具有產(chǎn)氧能力強(qiáng)，可食生物量比例高等優(yōu)點(diǎn)。光照是植物的能量來(lái)源，也是能耗的主要構(gòu)成，因此空間植物栽培的能耗限制，主要是對(duì)光照系統(tǒng)的限制。

本文在空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中搭載一臺(tái)植物栽培裝置，為空間實(shí)驗(yàn)室植物栽培關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)任務(wù)的前期地面驗(yàn)證試驗(yàn)，旨在對(duì)空間微重力下植物栽培的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行模擬和驗(yàn)證。試驗(yàn)采用的紅藍(lán)LED光照技術(shù)為前期試驗(yàn)中較為成熟的光照技術(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證，具有能效高、適合植物生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)［12-13］。

2 材料與方法

2.1 供試植物

供試植物為大速生生菜（Lactuca sativa L cv.Dasusheng），該生菜品種具有生長(zhǎng)速度快、生長(zhǎng)周期短、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合用作空間植物栽培。

種子丸?；幚砬闆r：通過(guò)特殊材料對(duì)種子進(jìn)行包被，使種子成為5 mm直徑的規(guī)則顆粒，方便播種。包被材料透氣透水，有利于種子發(fā)芽。

2.2 裝置、材料和方法

試驗(yàn)平臺(tái)為受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成試驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)的功能是對(duì)空間植物栽培的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行模擬，為地面驗(yàn)證試驗(yàn)提供接近空間的試驗(yàn)條件［13］。

試驗(yàn)材料為空間植物栽培裝置，結(jié)構(gòu)包括栽培盒、生長(zhǎng)區(qū)、LED燈板，栽培盒基質(zhì)水分測(cè)量?jī)x和大氣CO2濃度測(cè)量?jī)x等結(jié)構(gòu)單元，采用模塊化設(shè)計(jì)，可方便在軌拼裝或拆卸。其結(jié)構(gòu)外形如圖1所示。

圖1 空間植物栽培裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of space plant growth facility

空間植物栽培裝置的主要性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)如下：

外形尺寸：L268 mm×W268 mm×H306 mm；

重量：TGM 990空間植物栽培裝置3.4±0.2 kg，TGM 992空間植物栽培裝置Ⅱ≯2.7 kg；

功耗：≯17 W；

栽培面積：0.0441 m2（L210 mm ×W210 mm）；

植株栽培數(shù)量：共9株；

栽培盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)：內(nèi)部包括9個(gè)方格，方格之間連通，可實(shí)現(xiàn)栽培基質(zhì)之間的水分和養(yǎng)分傳導(dǎo)；栽培基質(zhì)為蛭石，用棉質(zhì)紗布進(jìn)行分裝（共9塊，為大小相同并緊密接觸的長(zhǎng)方體形狀，以便于基質(zhì)采樣）；栽培盒底部具有供水管路系統(tǒng)，通過(guò)軟管與飲水袋或注射器可緊密連接，以進(jìn)行水分加注供應(yīng)；

養(yǎng)分來(lái)源及供應(yīng)方式：養(yǎng)分為一定量的特制緩釋肥顆粒，在栽培基質(zhì)方塊中下部均勻鋪層分布；

種子發(fā)芽凸臺(tái)：位于栽培基質(zhì)方塊上部（每個(gè)方塊上面1個(gè)），并與之緊密相連，確保其能夠從下面的栽培基質(zhì)獲得足量水分。在每個(gè)凸臺(tái)上設(shè)計(jì)了三種種子發(fā)芽結(jié)構(gòu)（以驗(yàn)證發(fā)芽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性）；

生長(zhǎng)區(qū)：高度20 cm；四周?chē)砷_(kāi)放也可封閉；背板中上部安裝一臺(tái)微型風(fēng)扇，在其正上方具有密封安裝孔，用于插裝紅外CO2分析儀探頭；

植物光源：紅、藍(lán)、綠LED光源，位于生長(zhǎng)區(qū)頂部隔板的正上方；光質(zhì)：≈80%紅＋≈10%藍(lán)＋≈10%綠，光強(qiáng)92 μmol·m－2·s－1（距燈板20 cm正下方處平均值），光周期0～24 h人工開(kāi)關(guān)電源控制；

測(cè)量?jī)x器：包括位于栽培盒兩側(cè)、用于測(cè)量基質(zhì)含水量和電導(dǎo)率的兩臺(tái)手持式土壤水分測(cè)量?jī)x；一臺(tái)用于測(cè)量生長(zhǎng)區(qū)大氣CO2濃度的手持式紅外CO2分析儀；

環(huán)境控制能力：依靠實(shí)驗(yàn)艙環(huán)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行大氣環(huán)境條件調(diào)控。

由于受到太空艙內(nèi)功耗、體積、重量等限制，植物栽培裝置難以在栽培條件上達(dá)到植物需求的最佳狀態(tài)，如光強(qiáng)偏弱等。地面驗(yàn)證試驗(yàn)為了對(duì)在軌試驗(yàn)做出最大程度的驗(yàn)證，在條件設(shè)計(jì)上也遵循了這一系列限制。

2.3 試驗(yàn)方法與流程

2.3.1 環(huán)境參數(shù)控制

試驗(yàn)環(huán)境條件控制如表1所示。

表1 環(huán)境參數(shù)Table 1 Environmental parameters

2.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共進(jìn)行8批次，各自處理的具體培養(yǎng)條件如表2所示。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Design of experiment

2.3.3 試驗(yàn)流程

1）裝置及工具消毒

裝置組裝前需進(jìn)行消毒。其中，裝置外殼及上蓋板用75%酒精擦拭消毒；吸水材料采用紫外照射消毒；蛭石采用120℃、150 kPa高溫高壓消毒20 min并烘干；鑷子、飲水袋和注射器用吸水紙包裹放入高溫高壓滅菌鍋中，在120℃、150 kPa下消毒20 min。

2）播種

首先在吸水材料的縫隙中放入消毒種子，每個(gè)吸水材料塊播5粒，播撒均勻，避免種子擠在一起；然后在海綿塞與吸水材料之間縫隙中放入消毒種子，每個(gè)吸水材料塊播5粒；然后將丸?；N子塞入預(yù)留的孔洞中，播種完畢蓋好上蓋板。

3）注水

試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)及試驗(yàn)過(guò)程中定期注水。注水方法為：用注射器將純凈水加入飲水袋內(nèi)，將飲水袋的軟管插入注水孔，擠壓注水。第一次注水量均為蛭石體積的1／2加吸水材料重量的6倍。

4）發(fā)芽

第一次注水完畢后，拔出飲水袋軟管，在上蓋板上方蓋一層保鮮膜，等待發(fā)芽。預(yù)計(jì)4～5天后可發(fā)芽。等待發(fā)芽期間，每天固定時(shí)間讀取并記錄一次含水率及電導(dǎo)率。

5）光照

發(fā)芽后，開(kāi)始對(duì)植株進(jìn)行14 h光周期的光照（8：00—22：00）。

6）間苗

發(fā)芽后，將保鮮膜取下。播種后第7天用剪刀進(jìn)行第一次間苗，每個(gè)種子孔保留2株苗，間苗原則為保留長(zhǎng)勢(shì)最好的，且2株苗間隔至少1 cm。植株長(zhǎng)出第三片葉時(shí)，第二次間苗，只留1株，保留長(zhǎng)勢(shì)最好的，2株苗長(zhǎng)勢(shì)相當(dāng)?shù)那闆r下，保留靠近吸水材料塊中央的。

7）水分與養(yǎng)分監(jiān)控和管理

每天固定時(shí)間通過(guò)土壤多參數(shù)分析儀讀取栽培基質(zhì)的含水率和電導(dǎo)率并記錄，同時(shí)每天稱(chēng)量裝置總重，確定失水量。根據(jù)含水率變化和裝置總重確定補(bǔ)水時(shí)間和補(bǔ)水量，當(dāng)含水率達(dá)到控制下限時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)水至含水率重新回到上限。若含水率讀數(shù)和裝置稱(chēng)重結(jié)果不吻合，則在地基試驗(yàn)中按稱(chēng)重結(jié)果控制加水，以形成補(bǔ)水預(yù)案，以防在天基試驗(yàn)中儀器讀數(shù)無(wú)效。

苗期日常管理的主要內(nèi)容主要包括栽培基質(zhì)的水分、養(yǎng)分監(jiān)控、對(duì)植株生長(zhǎng)狀況的觀察記錄和對(duì)病蟲(chóng)害的觀察記錄等。

8）植株生長(zhǎng)發(fā)育狀況觀察

每天固定時(shí)間觀察記錄植株生長(zhǎng)發(fā)育狀況，包括株高、葉片數(shù)等，同時(shí)記錄植株發(fā)育過(guò)程中的重要事件，如出苗、植株進(jìn)入三葉期及其它可能的狀況（葉片枯黃、葉尖枯萎、葉脈變黃、植株萎蔫、植株傾斜等）。如果出現(xiàn)了植株生長(zhǎng)異?；虿∠x(chóng)害等現(xiàn)象，首先根據(jù)出現(xiàn)的癥狀進(jìn)行分析判斷，找出原因并加以補(bǔ)救，如果難以判斷，則取樣保存，并請(qǐng)專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)診斷病因。

試驗(yàn)期間，每天從固定位置對(duì)裝置和植株進(jìn)行拍照，作為后期分析和天地對(duì)比的依據(jù)。

9）光合作用測(cè)試

第18、21、24和27天時(shí)，進(jìn)行光合作用產(chǎn)O2和CO2凈化能力測(cè)試，維持試驗(yàn)環(huán)境CO2濃度為0.3%左右，將前、左、右3塊擋板安裝到位，啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)扇工作，啟動(dòng)便攜式CO2測(cè)試儀讀取初始濃度并記錄數(shù)值，計(jì)時(shí)1 h后再讀取生長(zhǎng)區(qū)內(nèi)CO2濃度并記錄數(shù)值，取下前、左、右3塊擋板，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)扇，繼續(xù)后續(xù)試驗(yàn)，每天測(cè)量一次，根據(jù)數(shù)值推算光和作用效能。

10）植株及栽培基質(zhì)采樣分析

第29天時(shí)，對(duì)植株及栽培基質(zhì)進(jìn)行采樣分析。采樣工作需佩戴乳膠手套進(jìn)行。

徒手將植株在發(fā)芽結(jié)構(gòu)以上的莖葉部分折斷，9株植物分別稱(chēng)取莖葉鮮重，裝密封袋保存，并進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分分析。

栽培基質(zhì)取樣時(shí)，將上蓋板取下，用塑料標(biāo)尺將9個(gè)模塊之間連接的根系切斷，徒手取出栽培基質(zhì)裝密封袋，用于植株根系生長(zhǎng)發(fā)育狀況和基質(zhì)水分養(yǎng)分狀況的分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 各批次發(fā)芽情況

各批次發(fā)芽率具體如表3所示。對(duì)比各批次發(fā)芽率發(fā)現(xiàn)，切縫播種發(fā)芽率始終較穩(wěn)定，各批次均高于70%。第2批海綿播種發(fā)芽率較低，其原因與海綿類(lèi)型有關(guān)，分析認(rèn)為，致密的海綿影響了其透氣性，不利于發(fā)芽，因此在之后批次中換回了疏松海綿。

表3 各批次發(fā)芽率對(duì)比Table 3 Comparison of germination rate

丸?；N子共生產(chǎn)3個(gè)批次，其中第1、2、6、7、8批蛭石培養(yǎng)試驗(yàn)采用第2批丸?；N子，4、5、6批蛭石培養(yǎng)試驗(yàn)采用第3批丸?；N子。在丸?；N子發(fā)芽率測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)第2批丸粒化種子發(fā)芽率明顯高于第3批，但在實(shí)際應(yīng)用中，8個(gè)批次間丸?；N子發(fā)芽率呈現(xiàn)較大的隨機(jī)性。

3.2 水分養(yǎng)分控制情況

各批次基質(zhì)含水率及電導(dǎo)率結(jié)果如圖2所示。

圖2 各批次基質(zhì)含水率和電導(dǎo)率曲線Fig.2 The curve of water volumetric ratio and conductivity

從含水率來(lái)看，各批次含水率變化趨勢(shì)基本一致，從變化趨勢(shì)可以看出：第18天補(bǔ)水400 mL（第1批為第20天）可使得基質(zhì)含水率回升至28%以上，滿(mǎn)足植株進(jìn)入快速生長(zhǎng)期后對(duì)水分需求的增加；在吸水材料上補(bǔ)水對(duì)基質(zhì)含水率無(wú)明顯提升，可見(jiàn)補(bǔ)水100 mL對(duì)吸水材料來(lái)說(shuō)僅能保證其潮濕和柔軟，基質(zhì)從吸水材料獲取的水分較少。第1批初始加水量和補(bǔ)水量均高于后4批，但在含水率曲線中并未發(fā)現(xiàn)明顯差異，其原因可能與蛭石的壓實(shí)程度有關(guān)，第1批蛭石裝填過(guò)程中未用力壓實(shí)。根據(jù)之前對(duì)蛭石特性的研究，蛭石壓得越緊實(shí)，在同樣加水量情況下其含水率數(shù)值越高。

從電導(dǎo)率來(lái)看，變化趨勢(shì)差異主要在于第1、2、3、4 批和第 5、6、7、8 批之間；后 4 批初始電導(dǎo)率明顯高于前4批，第6天后二者逐漸趨于一致；后4批在補(bǔ)水后電導(dǎo)率上升幅度也明顯高于前4批；分析其原因，環(huán)試可能是主要因素。后4批經(jīng)過(guò)環(huán)試，緩釋肥包衣受到一定程度的磨損，加速了其養(yǎng)分釋放過(guò)程。

第8批增加了補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液的操作。營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率為230 ms／cm，理論上將營(yíng)養(yǎng)液加入裝置會(huì)使得基質(zhì)電導(dǎo)率增加。從曲線看，第6、第9天在吸水材料上補(bǔ)充100 mL營(yíng)養(yǎng)液并未明顯增加基質(zhì)電導(dǎo)率，第18天補(bǔ)充200 mL水和200 mL營(yíng)養(yǎng)液后，電導(dǎo)率增幅大于補(bǔ)充400 mL水的電導(dǎo)率增幅。說(shuō)明在吸水材料上補(bǔ)充100 mL營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液大部分保留在吸水材料中，未進(jìn)入基質(zhì)。

另外，在栽培過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)吸水材料表面干的現(xiàn)象，各批次之間吸水材料狀態(tài)差異較大，從濕到干的天數(shù)也有所差異，總體來(lái)看，吸水材料從濕潤(rùn)狀態(tài)至變干，大約需3～5天。第8批通過(guò)每3天在吸水材料上補(bǔ)100 mL水（或營(yíng)養(yǎng)液），可明顯緩解這一現(xiàn)象。

3.3 植株生長(zhǎng)狀況

生長(zhǎng)期內(nèi)各批次平均株高和葉片數(shù)變化如圖3所示。具體株高葉片數(shù)數(shù)據(jù)如表4所示。

圖3 各批次株高和葉片數(shù)變化曲線Fig.3 The curve of plant height and leaf number

表4 各批次收獲時(shí)株高葉片數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 4 Plant height and leaf number at the time of harvest

從圖3中可以看出，各批次平均株高和葉片數(shù)變化趨勢(shì)基本一致，但第3批平均株高和葉片數(shù)顯著低于其余幾批。從表4中可以看出，第3批總加水量為各批次最少，因此初步判斷其長(zhǎng)勢(shì)弱于其他批次的原因分別為水分供應(yīng)不足和光照不足。其中，第3批與第4批除水分控制條件不同外，其余條件均相當(dāng)，因此單獨(dú)比較這兩批。其主要差異為：

1）初次加水，第3批1400 g水中有200 g是直接加在吸水材料表面，而第4批全部加入蛭石。

2）第4批在第10天時(shí)向吸水材料表面補(bǔ)水100 g，第3批無(wú)此操作。

3）初次加水時(shí)，往吸水材料表面加200 g水主要是為了使吸水材料迅速濕潤(rùn)變軟，縮短摘取吸水材料蓋所需等待的時(shí)間。而第4批雖然未在吸水材料表面加水，但通過(guò)蛭石與吸水材料間的導(dǎo)水作用，其吸水材料最終的含水狀態(tài)與第3批無(wú)明顯差異，因此對(duì)植株生長(zhǎng)狀況不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。

4）第10天時(shí)，吸水材料表面已經(jīng)處于完全干燥的狀態(tài)，吸水材料變硬，此時(shí)正是植株加速生長(zhǎng)的關(guān)鍵期，吸水材料變硬抑制了莖的變粗，影響根部與葉片間的水分養(yǎng)分傳導(dǎo)。第4批通過(guò)在吸水材料表面補(bǔ)水100 g，使得吸水材料表面濕潤(rùn)變軟，一定程度上緩解了這一不利條件。

因此，分析認(rèn)為，造成第3批株高和葉片數(shù)低于其余幾批的原因可能與缺水導(dǎo)致的吸水材料變干有關(guān)，而在表面補(bǔ)水可有效緩解這一現(xiàn)象。

3.4 植株?duì)I養(yǎng)成分

第2批莖葉部分采收后，營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 植株?duì)I養(yǎng)品質(zhì)測(cè)試結(jié)果Table 5 Nutrition quality of plant

3.5 光合作用測(cè)試結(jié)果

各批次光合作用測(cè)試結(jié)果如表6所示。從表中可以看出，各批次光合作用強(qiáng)度均隨著生長(zhǎng)天數(shù)而遞增；光合作用強(qiáng)度與株高、葉片數(shù)呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。第4批長(zhǎng)勢(shì)較弱，光合作用強(qiáng)度也明顯低于其余批次；光合作用強(qiáng)度與燈板光強(qiáng)呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。

表6 光合作用測(cè)試CO2濃度下降值Table 6 Decreased value of CO2concentration during the photosynthesis measurement ／ppm

3.6 根系生長(zhǎng)情況

各批次收獲后均對(duì)根系生長(zhǎng)分布狀況進(jìn)行了解剖觀察分析，發(fā)現(xiàn)根系生長(zhǎng)呈如下特點(diǎn)：各批次根系生長(zhǎng)發(fā)育均偏弱，側(cè)根較少，根系分布空間不到基質(zhì)總空間的1／3；根系呈乳白色，顏色正常，無(wú)爛根現(xiàn)象；第8批相比于第1～5批根系分布較少。植株根系生長(zhǎng)狀況直接關(guān)系到營(yíng)養(yǎng)和水分的獲取，對(duì)于植株生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。影響根系生長(zhǎng)發(fā)育的因素有溫度、基質(zhì)水分養(yǎng)分分布、基質(zhì)質(zhì)地、氧氣含量等。當(dāng)前的培養(yǎng)條件下，溫度對(duì)于根系生長(zhǎng)是適宜的；從根系顏色看，水分養(yǎng)分含量對(duì)于根系生長(zhǎng)也是適宜狀態(tài)。

分別對(duì)第2～5批和第8批的根系總長(zhǎng)度進(jìn)行了測(cè)量統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表7所示（第3、4批均有1株死亡，只統(tǒng)計(jì)8株數(shù)據(jù)）。

初步分析根系生長(zhǎng)發(fā)育不良與蛭石壓實(shí)程度有關(guān)。每個(gè)模塊裝入的蛭石越多，則蛭石質(zhì)地越緊密，氧含量越少，不利于根系生長(zhǎng)。

表7 根系總長(zhǎng)度Table 7 Total length of root system ／cm

4 結(jié)論

1）發(fā)芽結(jié)構(gòu)同時(shí)采用切縫、海綿和丸?；?種結(jié)構(gòu)，經(jīng)驗(yàn)證，3種發(fā)芽結(jié)構(gòu)均能有效發(fā)芽，發(fā)芽率從高到低順序依次為切縫播種、海綿播種和丸?；N子，三種結(jié)構(gòu)發(fā)芽率分別可達(dá)到70%、60%和50%。以上這三種方式發(fā)芽可靠性均較高，同時(shí)使用可最大限度保證發(fā)芽，避免天地差異可能帶來(lái)的影響；

2）驗(yàn)證了水分養(yǎng)分控制方案，緩釋肥比例6 g／L，每株植物由2 g緩釋肥供應(yīng)養(yǎng)分，含水率控制范圍為18%～28%。經(jīng)驗(yàn)證，在這一水分養(yǎng)分控制方案下，裝置水分可滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)需求，不會(huì)出現(xiàn)缺水或泡水現(xiàn)象，緩釋肥總量可滿(mǎn)足植株對(duì)養(yǎng)分的需求，且該緩釋肥比例不會(huì)造成電導(dǎo)率過(guò)高燒苗現(xiàn)象；

3）按照第18天以后植株的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，其光合二氧化碳凈化能力能夠被有效測(cè)量，且隨著天數(shù)增加，植株越來(lái)越高，葉面積越來(lái)越大，其凈化能力也明顯增強(qiáng)；

4）在確定的栽培方案下，植株平均株高可到達(dá)7 cm，平均葉片數(shù)可達(dá)到6片／株，平均鮮重可達(dá)到5.5 g／株；

5）在目前較弱的光照強(qiáng)度水平下，植株長(zhǎng)勢(shì)與光照強(qiáng)度呈明顯的正相關(guān)，而光照強(qiáng)度主要由裝置輸入功率決定，因此保證裝置功率至關(guān)重要；

6）在當(dāng)前栽培方案下，根系生長(zhǎng)較弱，根系分布空間不足蛭石總空間的1／3。植株根系受蛭石裝填緊實(shí)度影響，裝填過(guò)于緊實(shí)，影響根系獲取氧氣，導(dǎo)致根系發(fā)育不良，側(cè)根較少。