石墨烯电热线在西瓜嫁接苗上的增温效果研究
摘要：为了探究石墨烯电热线增温在蔬菜育苗上的应用效果，以西瓜嫁接苗为材料，分析比较了石墨烯电热线和普通电热线在育苗床上的增温效果和对西瓜嫁接苗生长的影响。结果表明，普通电热线的增温速度更快，但育苗棚内湿度变化显著，而石墨烯电热线能够满足西瓜嫁接育苗的温度需要，棚内湿度也可保持稳定。石墨烯电热线处理有效提高了西瓜嫁接苗最大叶面积，瓜苗长势均衡，具有在冬季西瓜嫁接育苗增温上良好的应用前景。
西瓜是葫芦科西瓜属一年生蔓生藤本植物，清爽解渴，味道甘甜多汁，含有大量葡萄糖、苹果酸、果糖、蛋白氨基酸、番茄素及丰富的维生素C等物质，是盛夏佳果[1]。我国是世界上面积最大的西瓜种植地，西瓜嫁接育苗是生产上常用的育苗方法，该技术是利用同科的葫芦、瓠子、南瓜等具有抗土壤传染病害特性的植物作砧木，以西瓜苗为接穗，进行嫁接育苗，成活后移栽到搭棚或田间的一种栽培方法[2-3]。西瓜嫁接育苗技术能够克服重茬栽培障碍，减少枯萎病、蔓枯病等土传病害发生，还可降低种植成本，提高西瓜品质和产量，是一项简单易学、易于掌握、适用性广的农业技术[4]。嫁接苗从嫁接完成到成活需要7~10d，嫁接苗对棚内温度要求较高，通常需要保持棚内温度25℃以上，因此冬季西瓜育苗必须采取增温措施保证嫁接苗的正常生长[5]。
传统增温多采用热风炉、采暖炉、电热线等，这些增温方式不仅能耗高、污染大、稳定性差、成本高，而且温度不稳定，导致种植成本较高[6]。而石墨烯电热线是由石墨烯为主要材料制成的新型加热材料，具有电热转化效率高、温度均匀、安装简单方便、绿色环保、使用寿命长等优点[7]，能够解决传统供暖方式所带来的高成本及环境污染问题。本试验以西瓜嫁接苗为试验材料，通过研究石墨烯电热线和普通电热线的增温效果及其对西瓜嫁接苗生长的影响，以期为培育蔬菜壮苗、节能高效栽培提供理论依据，也为推广石墨烯加温技术在蔬菜育苗中的应用提供科学支撑。
1材料与方法
1.1试验材料
试验材料为西瓜8424嫁接苗，育苗床增温材料为市场购买的普通电热线（功率1kw）和元然（苏州）新能源科技有限公司提供的石墨烯电热线（功率300w）。
1.2试验方法
试验于2023年1月开始，在南京蔬菜花卉科学研究所育苗棚内进行，于1月8日在2张育苗床上分别铺设石墨烯电热线和普通电热线，苗床规格均为1.7m×16m。将电热线于苗床两端楔子等间距缠绕，其中石墨烯电热线单根长16m，共4根，铺满半张苗床，功率为120w/m2，普通电热线单根长120m，共1根，铺满整张苗床，功率为71w/m2（如图1、图2）。砧木于1月9日浸种，1月12日播种，播种后覆盖地膜，调节电热线温度为28℃，砧木出芽后调节电热线温度为12℃。2月1日，播西瓜嫁接接穗8424，2月6日嫁接，嫁接后苗床覆盖小拱棚，调节电热线温度为28℃，7d成活后逐步降低电热线温度。棚内植株上方20cm设置精创温度计，记录西瓜嫁接后小拱棚内温湿度变化。于3月12日每处理取3盘，每盘取5株，分别用直尺和游标卡尺测定2种电热线培养的西瓜嫁接苗的株高、茎粗、叶片数、地上地下部干鲜重等，分析比较不同电热线的育苗效果。并在2个苗床分别安装电表，记录育苗过程中的能耗情况。
2结果与分析
2.1不同电热线小拱棚棚内温度变化情况
由图3可知，普通电热线的增温效果要优于石墨烯电热线，普通电热线小拱棚平均温度可达21.99℃，而石墨烯电热线的平均温度为17.43℃，说明石墨烯电热线的发热能力相较于普通电热线略有不足，但是也能够满足嫁接苗愈合过程中对温度的需求。
由图4可知，普通电热线的湿度变化比石墨烯电热线湿度变化更大，普通电热线小拱棚内平均湿度75.73%，最大达96.7%，最小仅60.7%；而石墨烯电热线的平均湿度是72.54%，最大仅81.8%，最小62.4%。说明石墨烯电热线加热更有利于维持棚内湿度稳定，对西瓜嫁接苗的生长更为有利。
2.2不同电热线处理对西瓜嫁接苗生长的影响
由表1可知，不同电热线处理下培育的西瓜嫁接苗在株高、茎粗、开展度和相对叶绿素含量方面无显著差异，但在石墨烯电热线处理下的西瓜嫁接苗的最大叶面积大于普通电热线处理下的西瓜嫁接苗，而最大叶面积反映了嫁接苗的长势，说明石墨烯电热线促进了西瓜嫁接苗生长发育。
由表2可知，2种电热线处理下西瓜嫁接苗地上部干鲜重和地下部干鲜重均是普通电热线处理优于石墨烯电热线处理，但根冠比方面石墨烯电热线优于普通电热线，说明石墨烯电热线处理下的西瓜嫁接苗地上部和地下部的生长较为均衡，但在壮苗指数方面2个处理并未表现出明显差异。
2.3不同电热线处理下的能耗比较
整个育苗期间，普通电热线耗电24kW·h，而石墨烯电热线耗电32kW·h，平均单株耗电费用石墨烯电热线是普通电热线的1.31倍。
3讨论
西瓜嫁接育苗栽培可以提高西瓜幼苗的抗枯萎能力，避免连作障碍，且方便苗期的集中管理。西瓜嫁接育苗根系越发达，其提高植株吸收营养的能力越强，抗低温能力也越强，可使西瓜播种期提前，提早上市时间，延长采收期，增加收益[8]。
本研究结果表明，石墨烯电热线在西瓜嫁接育苗中表现出良好的发热性，能够完全满足西瓜嫁接育苗的温度需要，普通电热线在加温过程中造成棚内湿度出现较为明显波动，棚内湿度变化不稳定，而石墨烯电热线加温对维持棚内湿度的稳定要优于普通电热线。相较于普通电热线处理，石墨烯电热线处理下的西瓜嫁接苗的最大叶面积要更大，反映出其嫁接苗长势更好[9]。
叶片是植物与环境之间用于气体交换、温度调控以及光照的媒介，在植物的生长发育之中起着至关重要的作用[10]，说明石墨烯电热线在壮苗方面的效果要好于普通电热线。虽然育苗期间石墨烯电热线耗电量稍高于普通电热线，但是石墨烯电热线优异的耐用性（50年使用寿命）和安全性大大减少了设备更换成本，适宜在蔬菜集约化育苗中使用。
综上所述，应用石墨烯电热线对反季节蔬菜进行加温，促进了蔬菜幼苗的发芽和生长发育，有效提早幼苗上市时间，预期可使企业和农户获得更高的经济效益。该项技术符合低碳环保的生产要求，发热稳定均匀、安全性高，具有显著的生态和经济效益。因此，石墨烯电热线在反季节蔬菜育苗中的应用前景十分广阔。
