潮汐式灌溉技術在蔬菜育苗上的應用*

（北京市農業(yè)技術推廣站，北京 100029）

潮汐式灌溉技術起源于北美、歐洲等設施農業(yè)發(fā)達的國家[1]，是一種高效、節(jié)水、節(jié)肥、省工的灌溉技術，適用于各種盆栽植物的種植和管理。潮汐式灌溉易于實現(xiàn)水肥閉合循環(huán)利用和水肥精準供給，有利于實現(xiàn)蔬菜育苗的智能化管理和工廠化生產，發(fā)展前景廣闊[2]。

潮汐式灌溉系統(tǒng)及工作原理

潮汐式灌溉是一種針對花盆、穴盤等容器或基質塊設計的底部灌溉方式[3]，適用于果蔬育苗及栽培，主要由栽培床、營養(yǎng)液循環(huán)部分（供回液管道、營養(yǎng)液儲備池、循環(huán)水泵、消毒設備等）、控制部分、植物栽培載體（基質塊或栽培容器）4 個部分組成[4]。潮汐式灌溉系統(tǒng)運行時，營養(yǎng)液由栽培床進水口漫出（稱為“漲潮”），當液面到達一定高度時，營養(yǎng)液從容器底部浸潤基質，通過基質的毛細作用被吸收，供栽培作物吸收利用。當灌溉完成后，營養(yǎng)液從回水口排出栽培床（稱“退潮”）[5]。

圖1 潮汐式灌溉系統(tǒng)的工作原理

潮汐式灌溉設備與技術的研發(fā)與應用

潮汐式栽培床的選型

目前，潮汐式栽培床主要有固定式栽培床、移動式栽培床、地面式栽培床、槽式栽培床和托盤式栽培床等5 種類型[6]。在國內應用于蔬菜集約化育苗的潮汐式栽培床主要是固定式和移動式，且栽培床支架和床箱已經實現(xiàn)國產化。為保證營養(yǎng)液均勻遍布床箱，液面高度一致，要求潮汐式床箱保持水平，或傾斜度小于5‰。栽培床在使用過程中地面常發(fā)生下沉，造成床箱難以水平，為解決該問題，國內科研人員已經研發(fā)了栽培床腿可升降調節(jié)的栽培床支架。國產化的床箱與進口床箱相同，都有縱、橫導流槽和下陷排灌水口區(qū)域，配有快開閥，從使用性能來看，可以替代進口產品，已經在北京、山東、河北等多地使用，能夠滿足蔬菜潮汐式育苗的要求。

潮汐式灌溉智能控制系統(tǒng)

潮汐式灌溉較頂部灌溉更易于實現(xiàn)智能控制。通過在生產現(xiàn)場安裝傳感器、控制器、攝像頭等多種物聯(lián)網(wǎng)設備，對作物生長環(huán)境參數(shù)、生長狀態(tài)等進行數(shù)字化監(jiān)測，運用先進的電子技術、計算機和控制技術，使潮汐式灌溉趨于智能化[7]。控制系統(tǒng)可以控制灌溉時間、灌溉水位、營養(yǎng)液的EC 和pH 等，并且可以根據(jù)不同作物、不同生長階段的需求自動調整營養(yǎng)液配比，完成供液、回液、營養(yǎng)液消毒處理等環(huán)節(jié)[8]。灌溉時間、灌溉水位、供回液等環(huán)節(jié)，通常由集成控制元器件和電磁閥、電動閥聯(lián)合完成，可以實現(xiàn)栽培床的分組控制或單獨控制。營養(yǎng)液濃度和pH 由施肥機程序設定控制，在簡易潮汐式灌溉系統(tǒng)中，可以由比例施肥器或人工參與調節(jié)完成。

栽培基質的篩選

潮汐式灌溉主要依靠基質的毛細作用吸收水肥，基質的理化性質直接影響吸水速率、養(yǎng)分吸持量、養(yǎng)分分布及移動等。目前，商品化的巖棉、椰糠、草炭、蛭石等無土栽培基質大多也適于潮汐式育苗，若個別基質孔隙度偏大或偏小均可通過調配來滿足潮汐式育苗要求[9-10]。在蔬菜潮汐式育苗方面，黃忠陽等[11]研究發(fā)現(xiàn)，茶渣蚓糞（茶渣和牛糞復配后經蚯蚓后的產物）、泥炭、蛭石、珍珠巖按照一定比例調配，當總孔隙度為66.6%、容重為0.24 g/cm3時，潮汐式灌溉條件下的番茄苗地上部、根系生長指標較好；陳傳翔等[12]以腐熟中藥渣、腐熟菇渣、泥炭、蛭石、珍珠巖等5 種材料復配成4種育苗基質，采用72 孔穴盤，進行辣椒潮汐式栽培時，腐熟中藥渣:泥炭:珍珠巖:蛭石體積比為 3:3:3:1 時，辣椒苗株高、莖粗、根系指標最優(yōu)；田雅楠等[13]比較椰糠塊、巖棉塊、商品基質在番茄、黃瓜潮汐式育苗中的應用效果，發(fā)現(xiàn)椰糠塊、巖棉塊潮汐式育苗發(fā)芽率、株高、莖粗、葉面積等指標均優(yōu)于商品基質。周曉平等[14]研究表明，以茶渣蚓糞、泥炭、蛭石、珍珠巖為原料自配基質和1 種商品基質比較，自配基質（4 0% 茶渣蚓糞、2 0% 泥炭、20% 蛭石、2 0% 珍珠巖）小白菜株高、生物量、葉綠素含量等均優(yōu)于其他處理，基質容重0.23 g/cm3、總孔隙度69.5%。

灌溉制度的確定

灌溉制度是影響潮汐式育苗質量和作物栽培效果的重要因素。控制潮汐床箱上水回水速度，使營養(yǎng)液快進快排，可以使基質含水量更少、氧氣含量更多，從而促進根系代謝活動[15-17]。在循環(huán)潮汐式灌溉條件下，部分研究人員對灌溉高度、灌溉持續(xù)時間、灌水頻次等蔬菜潮汐式育苗關鍵因素開展研究。劉宏久[18]對供液高度、浸泡時間、灌溉頻次等綜合因素進行了研究，優(yōu)選方案是黃瓜穴盤育苗灌溉高度1.5 cm，浸泡時間30 min；西葫蘆穴盤育苗灌溉高度1.5 cm，浸泡時間15 min；結球甘藍穴盤育苗灌溉高度3 cm，浸泡時間15 min，灌溉頻次均為2 天灌溉1 次；辣椒穴盤育苗播后l～21 天需要3 天灌溉1 次，播后22～42 天增加灌溉頻次，2 天灌溉1 次。王正等[19]建議茄子苗期以灌溉持續(xù)時間8～16 min，間隔時間201～350 min 的模式進行供液為宜；番茄苗期供液維持時間8～18 min、間隔時間198～348 min，穴盤苗質量可以達到理想狀態(tài)[20]。王克磊等[21]認為潮汐式黃瓜育苗灌溉高度2 cm，浸盤時間1 h，灌溉頻率2 天1 次效果較好。李倩、田雅楠等[22-25]探索了4 種茄果類蔬菜潮汐式穴盤育苗的最適灌溉高度，發(fā)現(xiàn)黃瓜、番茄、茄子、辣椒潮汐式穴盤育苗時以2 cm 供液高度為宜，穴盤苗可健壯生長，根系活力旺盛，氮素利用率、水分利用效率較高，灌溉的供液動力成本以及回液處理成本較低。蔬菜潮汐式育苗最佳的灌溉高度、灌溉持續(xù)時間、灌溉頻次以及灌溉營養(yǎng)液濃度主要根據(jù)蔬菜種類、生長發(fā)育時期和環(huán)境因素決定。耐鹽蔬菜品種，在灌溉時可以適當增加營養(yǎng)液濃度；在夏秋季溫度高、光照強，幼苗蒸騰作用和基質水分蒸發(fā)作用顯著，灌溉頻次高，要適宜降低營養(yǎng)液濃度；在冬春季，氣溫低、光照強度弱，灌溉頻次低，可適當提高營養(yǎng)液濃度；當幼苗接近成苗期時，生長迅速，蒸騰作用旺盛，需肥量大，可以選擇高頻、高營養(yǎng)液濃度的模式進行灌溉[6]。

潮汐式灌溉技術優(yōu)勢

節(jié)約水肥 減少環(huán)境污染

目前，國內蔬菜育苗多以頂部灌溉為主，灌溉過程中營養(yǎng)液先經過植物莖葉，再進入基質中，也有部分肥水會灑落到地面，灌溉液不能完全作用于植物根部，造成水、肥的浪費。潮汐式灌溉采用了完全封閉的營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)，灌溉時營養(yǎng)液可以直接進入基質，解決了頂部灌溉時作物“雨傘作用”造成的灌溉困難，可減少氮素施用量33%[26]，水肥利用率可達90%[26]；同時肥液也不會滲入到土壤中，減少了農業(yè)生產對環(huán)境的影響。Holcomb[27]等研究表明，在常春藤的栽培過程中，潮汐灌溉可比頂部灌溉方式節(jié)約水肥40%。在辣椒育苗過程中，李建設[28]等人研究表明，與頂部灌溉方式比，底部灌溉最高節(jié)水率達36.98%；甘小虎[29]等發(fā)現(xiàn)，潮汐灌溉比人工噴灌節(jié)水31.5%。柳紅[30]等研究表明，在黃瓜育苗過程中，潮汐灌溉節(jié)約水肥21.36%。應用潮汐式灌溉方式進行蔬菜種苗生產，不但可以節(jié)約水肥，還可以避免多余水肥灑落地面，避免形成面源污染，有利于保護生態(tài)環(huán)境。

節(jié)省用工 降低人工成本

在集約化育苗過程中，當植株枝葉繁茂、冠部郁閉時，若采用人工噴灌或移動噴灌車灌溉，則水肥難以進入基質，每667 m2溫室需要1 人操作2～3 h 才能完成灌溉。采用潮汐式灌溉方式，控制系統(tǒng)和營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)配合使用，可實現(xiàn)水肥的自動化管理，自動完成營養(yǎng)液的調配、供液、回液等環(huán)節(jié)，與移動噴灌車相比，可節(jié)省用工60% 以上。

促進作物生長發(fā)育

與傳統(tǒng)頂部噴灌相比，潮汐灌溉避免了植物表面水膜的形成，有利于植物進行光合作用和蒸騰作用，使根際環(huán)境更利于毛細根的生長，對植物的生長發(fā)育具有促進作用。Morvant 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，與頂部灌溉相比，潮汐灌溉更有利于天竺葵根系的生長，且作物生長勢也更優(yōu)。Wilson等[32]研究表明，潮汐灌溉有助于鼠尾草生物量的積累。在蔬菜集約化育苗方面，黃瓜、辣椒、西葫蘆的幼苗在潮汐式灌溉條件下的生長勢和光合作用最強，壯苗率高[30,33-35]。與滴灌相比，使用潮汐式灌溉進行小青菜穴盤栽培，生長狀況最佳、產量最大、葉綠素含量最高[36]；使用潮汐式灌溉進行八仙花、紅掌、蝴蝶蘭的栽培時，花卉觀賞品質更好[37-39]。

減緩病害的發(fā)生和傳播

應用潮汐式灌溉可以在為植物提供充足水肥的同時，解決因灌溉造成的設施內相對濕度增加的問題，保持植物表面干燥，切斷傳播途徑，降低病蟲害的發(fā)生頻率。研究發(fā)現(xiàn)，與頂部灌溉相比，應用潮汐式灌溉種植藿香4 周后，螨蟲減少了76.4%，西花薊馬減少了35.8%[40]；在西瓜嫁接苗的培育過程中，頂部灌溉細菌性果斑病的病情指數(shù)日增長率較潮汐式灌溉高35.4%[41]；給盆栽辣椒接種疫霉屬病菌，潮汐式灌溉下的辣椒比頂部灌溉的多存活4 周，如果在潮汐式灌溉的水肥中加入一種表面活性劑，更是可以完全控制盆栽辣椒疫霉屬病菌的傳播[42]。綜上所述，與頂部灌溉相比，潮汐式灌溉可有效減少蟲害發(fā)生頻率，降低病原菌和害蟲的生物數(shù)量并減緩病蟲害的傳播速度。

潮汐灌溉技術發(fā)展建議

雖然潮汐式灌溉技術較頂部灌溉具有諸多優(yōu)勢，仍存在一些問題使其難以在蔬菜育苗領域大面積應用和推廣，為此，筆者提出以下發(fā)展建議。

加大技術培訓力度雖然潮汐式灌溉系統(tǒng)的設備如苗床、營養(yǎng)液循環(huán)模塊等已經實現(xiàn)國產化，但是較傳統(tǒng)苗床架和移動水車等設備價格偏高，在短時間難以被廣大育苗企業(yè)接受[43]。應開展低成本潮汐式灌溉系統(tǒng)的研發(fā)和推廣，并加大技術培訓力度，提高育苗企業(yè)的應用積極性，以擴大蔬菜潮汐式育苗生產面積。

逐步健全技術規(guī)范蔬菜潮汐式灌溉技術的研究，如專用基質、營養(yǎng)液配方、灌溉策略等方面的研究大多還停留在試驗階段，急需制定相應的技術規(guī)范和生產規(guī)程，總結標準化的潮汐式育苗技術體系用于指導大面積生產，從而實現(xiàn)蔬菜潮汐式育苗技術的標準化。

制定有效病蟲害防治方案潮汐式灌溉條件下，病蟲害的發(fā)生規(guī)律和營養(yǎng)液消毒處理方面的研究尚少，難以應對突發(fā)的病害傳播。應加大對于病蟲害發(fā)生規(guī)律的研究力度，結合現(xiàn)有無土栽培病害發(fā)生及消毒設備等方面的研究，探索適用于潮汐式灌溉技術的營養(yǎng)液消毒設備，制定有效的病蟲害防治方案。