汪曉云　蔣衛(wèi)杰　高麗紅（北京綠東國創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技有限公司，北京 0008；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京0008；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，北京 009）

潮汐式灌溉基質(zhì)栽培設(shè)施系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

汪曉云1蔣衛(wèi)杰2高麗紅3
（1北京綠東國創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技有限公司，北京 100081；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京100081；3中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，北京 100193）

水肥潮汐式灌溉基質(zhì)栽培設(shè)施系統(tǒng)，其栽培箱與灌溉管道構(gòu)成有機整體（也可以分離），管道系統(tǒng)的主給水管（首端）與排液主管（末端）是分設(shè)的（由排液閥、上限液位控制分流管實現(xiàn)兩者連接），其余管網(wǎng)系統(tǒng)既是給液管網(wǎng)，也是排液管網(wǎng)，兩者功能合二為一，而且主管、一級支管、二級支管均埋設(shè)地下，三級支管與栽培箱底部的給排液口對接，形成整體封閉的系統(tǒng)。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的滴管灌溉管路易堵塞、灌溉不均勻及積水的問題，可較好地規(guī)避外界氣傳、昆蟲傳播的病蟲害，而且有機肥的浸泡液也有望成為無土栽培的有機營養(yǎng)液。

潮汐式灌溉是當今設(shè)施環(huán)境下盆花的工廠化生產(chǎn)及園藝作物工廠化育苗的一種新型灌溉方式，其特點是不需要從植株冠層及根表進行補水灌溉，能較好地避免設(shè)施環(huán)境下因灌溉導(dǎo)致的空氣相對濕度增加的問題，可減輕葉部感染病害的幾率。

但現(xiàn)有的潮汐灌溉方式，需要較大承載液體和布置盆栽植物的“床體”，通常是標準模塊的“塑料槽”，或直接在地表承建的混凝土“大床槽”。這兩種設(shè)施的施工難度比較大，要求精準度高，而且建成后的維護也比較困難，如發(fā)生地表沉降或支架水平傾斜，床槽很容易開裂，造成水肥的滲漏進而造成浪費。而且這種潮汐式灌溉模式只適用于中小型盆栽花卉、綠植生產(chǎn)，以及園藝、園林植物的工廠化育苗，無法實現(xiàn)瓜果蔬菜的長季節(jié)無土栽培。這種大槽式潮汐灌溉，盆栽植物的布置不可能完全覆蓋床槽的空間，營養(yǎng)液或灌溉水位上升“漫灌”至整個床槽時，盆間的“空閑面積”會大于30%，高的可達到80%，這些裸露的空間可導(dǎo)致水分直接揮發(fā)，使溫室空氣濕度升高。同時，溫室空間的塵土、病菌、昆蟲、盆栽植物的枯枝爛葉、凋謝的花瓣都很容易落入床槽內(nèi)，造成水肥的污染，也增添了營養(yǎng)液過濾、消毒的難度。

為此，筆者針對溫室果菜的無土栽培，發(fā)明了一套“潮汐式灌溉基質(zhì)栽培設(shè)施系統(tǒng)”，經(jīng)兩年來的栽培實踐，證明這套設(shè)施完全達到了設(shè)計發(fā)明的初衷，與傳統(tǒng)依靠滴管灌溉的基質(zhì)栽培相比，具有明顯的綜合優(yōu)勢。

1　設(shè)施裝備的構(gòu)成

1.1營養(yǎng)液池與管道系統(tǒng) 如圖1所示，營養(yǎng)液池一般設(shè)于地面以下，通常采用混凝土澆筑或磚混砌筑，做好防水、防滲處理。小規(guī)模栽培可以采用塑料罐或玻璃鋼儲液罐。營養(yǎng)液池（2）的容積要根據(jù)栽培面積或栽培箱的總數(shù)量來計算，通常每667 m2溫室可定植黃瓜、番茄、茄子1 800～2 000株，長方形的栽培箱（17）以每箱定植4株計算，需要450～500個栽培箱，單箱最大灌水量為22 L，需要營養(yǎng)液池的容積為11 m3，實際容積應(yīng)比理論體積大20%為宜。

管道系統(tǒng)采用PVC管材及相應(yīng)配件，在給液首端設(shè)攪拌管及攪拌閥（5）、強排管及強排閥（6）、給液主管及給液閥（8），給液主管連接潛水泵（4）。在給液主管（增粗緩流段）（10）設(shè)栽培箱上限液位控制裝置（分流管）（9），分流管與排液主管并聯(lián)連接，排液主管前端設(shè)排液控制閥（11），后端設(shè)紫外線消毒器（7）。

圖1　營養(yǎng)液池與管道系統(tǒng)示意圖

1.2栽培容器 栽培容器為長方形的栽培箱（17），內(nèi)置塑料過濾網(wǎng)杯（16），栽培箱上覆蓋3片互相插接的定植蓋（15），每箱可定植4株果菜。栽培箱長70 cm，頂蓋寬32 cm，高23.5 cm，箱子底部以四角為支腿，支腿內(nèi)部是“空腔”，具有存儲基質(zhì)、水的功能；在栽培箱底部中間設(shè)有一個直徑為29 mm的給排液口，給排液口邊沿具有可插接固定過濾網(wǎng)杯的卡口結(jié)構(gòu)；網(wǎng)杯的底部封閉，扣在箱底的給排液口上，四周為40～60目的塑料網(wǎng)紗；基質(zhì)填注后，網(wǎng)杯起到隔離、過濾基質(zhì)不進入管道系統(tǒng)的作用，而水肥（液體）可以雙向通過網(wǎng)杯，實現(xiàn)灌溉。

2　設(shè)施的安裝程序

2.1平整地面 在設(shè)施安裝前，首先要進行地面平整。在進行室內(nèi)地面平整的同時，就應(yīng)定位、開挖營養(yǎng)液池，將土方散布到室內(nèi)的低洼處，實現(xiàn)地面找平。

2.2放線定位 根據(jù)溫室的跨度、栽培面積進行作業(yè)道及栽培布局的設(shè)置，放線定位栽培箱的大行距、小行距、箱子縱向間距，以確定溫室的栽培箱數(shù)量。

2.3建造營養(yǎng)液池 營養(yǎng)液池建于地表以下，其容積設(shè)計要以“回水管口”以下的高度為有效空間。所需的營養(yǎng)液池容積要根據(jù)灌溉的栽培箱總體積來設(shè)計，即營養(yǎng)液池的有效體積等于栽培箱的體積總和。一般667 m2的栽培系統(tǒng)，需建12 m3的營養(yǎng)液池。池內(nèi)徑∶深2.2 m，寬2 m，長3 m。灌溉面積越大，營養(yǎng)液池的體積也要越大，以確保一個灌溉系統(tǒng)內(nèi)的一次性灌溉液量。

營養(yǎng)液池可磚砌，也可混凝土澆筑，池底必須夯實，在池體未完全固化前，做好周圍的排水工作，避免地下水倒?jié)B而影響營養(yǎng)液池的防水性能。

營養(yǎng)液池建造到距地平面40～50 cm的高度時，需要準確布設(shè)排液主管（直徑110～200 mm不等，視栽培系統(tǒng)的灌溉面積大小而定），在距地面20～30 cm高度時，需布設(shè)營養(yǎng)液給液管、自來水管（直徑25～32 mm，帶水位限位閥）、攪拌管（直徑40～75 mm）等。營養(yǎng)液池需要加蓋進行密封，避免地表水進入，確保營養(yǎng)液池蓋板后的地面標高與溫室地表標高一致。

營養(yǎng)液池需要設(shè)一個操作口（3），內(nèi)徑60 cm×60 cm，采用磚砌，壁厚10～12 cm，高度應(yīng)高出地表12 cm，內(nèi)外抹光，操作口需加不銹鋼蓋子（罩子）。

2.4給排液管路布設(shè) 潮汐式灌溉管路與栽培箱底部的給排水口銜接。栽培面積較大的溫室（4 000 m2以上）管道系統(tǒng)分設(shè)四級∶主管道、一級（13）、二級（12）、三級（18）支管，根據(jù)栽培箱的布局，確定主管道、一至三級支管的位置，放線開溝。其中三級支管的長度每段應(yīng)設(shè)置在10～12 m之間，支管的直徑為40～50 mm，承擔14～16個長方形栽培箱的給排液任務(wù)。二級支管長度應(yīng)在12～16 m之間，可承擔8～10段三級支管的給排液量，二級支管直徑在75～110 mm之間。一級支管的長度應(yīng)在20～40 m之間，承擔2～4組二級支管的給排液量，一級支管直徑在110～160 mm之間。主管道長度12～60 m不等，可承擔2～4組一級支管的給排液流量，主管道直徑在160～200 mm之間。一般面積小于667 m2的栽培系統(tǒng)，到二級支管的管徑就可滿足系統(tǒng)的給排液流量。

給排液管道埋設(shè)的坡度設(shè)置∶主管道、一級支管的布設(shè)坡度為400∶1；二級支管的布設(shè)坡度降為300∶1；三級支管的布設(shè)在地表面，一般不設(shè)坡度，為水平布置。特別要注意∶主管道、一級支管與二級支管均不能布設(shè)在同一水平上，主管道低于一級支管，一級支管低于二級支管，均埋設(shè)在地表以下，這樣可以確保水位下降后，三級、二級支管內(nèi)的營養(yǎng)液能回流到二級、一級支管及主管道中。2.5 地表隔離鋪裝 管道埋設(shè)完成，營養(yǎng)液池工程完工，液池周圍回填、沉降到位后再平整地面，將溫室地面的平整度誤差控制在±1 cm以內(nèi)，并輕輕夯實，而后進行地面隔離鋪設(shè)。一般栽培區(qū)域的地面（行間、栽培箱底部）鋪設(shè)園藝地布為好，操作主干道及溫室四周操作道采用硬質(zhì)鋪裝，鋪設(shè)5～6 cm厚的混凝土層或鋪設(shè)步道板、吸水磚等道路硬化材質(zhì)。

栽培區(qū)域鋪設(shè)園藝地布的同時，要找準二級支管的位置，在園藝地布上開口，地布鋪設(shè)完成后安裝地表的三級給排液支管及管接配件。栽培箱底部的給排液口要與地表的三級支管連接彎頭插接，同一栽培系統(tǒng)的三級支管上的向上彎頭接口應(yīng)保持在同一水平面上（水平誤差控制在±0.5 cm以內(nèi)）。

2.6布置栽培箱 每個栽培箱內(nèi)，應(yīng)先固定好塑料網(wǎng)杯，而后填注基質(zhì)，栽培基質(zhì)可選用單一基質(zhì)或多種基質(zhì)復(fù)配。同一栽培系統(tǒng)內(nèi)基質(zhì)的理化性狀應(yīng)保持一致。干燥基質(zhì)在裝箱前，要用營養(yǎng)液或自來水調(diào)節(jié)含水量達60%～65%的濕潤狀態(tài)為好，可避免起粉塵。將基質(zhì)填注到栽培箱至九成滿，即離開栽培箱上口3 cm的位置，輕輕拍壓，以確保灌水后不下沉為度。栽培箱運到栽培現(xiàn)場，將栽培箱底部的給排液管口對準三級支管上的彎頭接口，輕壓接觸到位即可。

系統(tǒng)內(nèi)所有栽培箱布置完成后進行試灌溉，檢查地面箱體底部是否有滲漏，找出原因，排除問題。

3　果菜的栽培設(shè)計

3.1大小行距、株距的設(shè)定 每個栽培箱可定植番茄、茄子、辣椒、甜椒、黃瓜等果菜4株，栽培箱南北向縱向緊挨排列，栽培箱的東西間距110～120 cm（栽培箱正中到另一栽培箱正中142～152 cm）；用于栽培草莓時，則栽培箱的橫向、縱向間距均應(yīng)按草莓的栽培密度來布置，每箱可定植8株草莓。

3.2日光溫室及連棟溫室周年茬口設(shè)計 春秋一大茬+冬茬∶3月上旬至11月下旬種植番茄、茄子、辣椒、甜椒等長季節(jié)果菜，冬茬12月上旬至翌年2月下旬種植耐低溫的葉菜，如甘藍、花椰菜、櫻桃蘿卜、蒜苗、小油菜、生菜等。

夏秋茬+冬春茬∶5月上旬至8月下旬種植西甜瓜、豇豆等耐高溫果菜，9月上旬至翌年4月底種植喜涼的草莓、西葫蘆及其他耐低溫葉菜。

3.3基質(zhì)的選擇和配制 潮汐式灌溉基質(zhì)栽培適用的基質(zhì)種類比較多，除了傳統(tǒng)的復(fù)配基質(zhì)以外，也適宜采用單一種類基質(zhì)進行栽培。例如單一的珍珠巖、蛭石、火山巖、巖棉、椰糠均是良好的栽培基質(zhì)。

栽培要求是“四個一”，即∶一套系統(tǒng)、一種基質(zhì)（或統(tǒng)一的復(fù)配基質(zhì)）、一個品種、一致苗齡，才有利于統(tǒng)一灌溉量和灌溉的間隔時間。

4　設(shè)施的運行管理

4.1灌排水（營養(yǎng)液）設(shè)計 潮汐式灌溉基質(zhì)栽培，要根據(jù)基質(zhì)的保水性、季節(jié)溫濕度、品種及生育階段的需水量來確定灌排水設(shè)計。以復(fù)配基質(zhì)（蛭石∶珍珠巖∶草炭為5∶2∶3）為例，提供參考的灌溉周期及次數(shù)見表1。如果采用單一的火山巖、珍珠巖、沙子作為栽培基質(zhì)，則需縮短間隔時間，增加灌溉次數(shù)，以確保植株的水分需求。灌溉的頻率應(yīng)當根據(jù)基質(zhì)的保水性能、植株耗水量、基質(zhì)的含水量來科學(xué)調(diào)控，表中所列僅供參考。

灌溉水位的設(shè)置∶潮汐式灌溉對同一栽培系統(tǒng)的栽培箱，要求同一水平布置，誤差控制在±1 cm的范圍內(nèi)，以確保灌溉時所有栽培箱內(nèi)水位的一致。

給排液管路與栽培容器之間形成整體的“U型”水位原理，互通的管路使灌溉時水位能同步上升，所有栽培箱內(nèi)的基質(zhì)“同時、同位、同量”接受水肥的灌溉。灌溉結(jié)束后打開排液閥，排出多余水肥液。將灌溉最高液位即上限液位設(shè)定在能“淹沒栽培箱基質(zhì)表面”的高度上，水泵動力經(jīng)給液主管提升的營養(yǎng)液超過設(shè)定的上限液位時，能從上限液位分流管流到排液主管中，再流回到營養(yǎng)液池。

表1　果菜無土栽培的潮汐式灌溉的灌溉周期及次數(shù)

開啟潛水泵使營養(yǎng)液提升進入管道中，緩緩流向每一個栽培箱，液位緩緩升高，直至淹沒基質(zhì)表面，繼續(xù)保持5～10 min（分），隨后關(guān)停水泵，開啟排液閥，使營養(yǎng)液在短時間內(nèi)排出栽培箱，排凈為止。

4.2水肥的消毒或更換 果菜潮汐式灌溉基質(zhì)栽培，管道與栽培箱底部的連接形成封閉式，外界病蟲害、枯枝爛葉基本不會進入管道系統(tǒng)，消毒主要是針對營養(yǎng)液中可能滋生或積累的病菌，在主管道給液首端或排液末端處安裝紫外線消毒器，使營養(yǎng)液在給、排通過時實現(xiàn)消毒，儲存?zhèn)溆谩?/p>

營養(yǎng)液循環(huán)運行一段時間，當營養(yǎng)液出現(xiàn)“鹽分”積累時，應(yīng)考慮進行更換。在果菜長季節(jié)栽培過程中，強光、高溫、干燥季節(jié)植株處于生長旺盛階段時，要特別注意檢測、調(diào)控基質(zhì)及營養(yǎng)液的濃度，避免鹽分積聚，應(yīng)采用低濃度營養(yǎng)液或灌以清水來稀釋降鹽。

4.3換茬與基質(zhì)消毒 盡管潮汐式灌溉基質(zhì)栽培具有諸多優(yōu)勢，但基質(zhì)中礦物質(zhì)養(yǎng)分的失衡或鹽分積累，植物自身分泌“化感物質(zhì)”的積累，氣傳病蟲害侵染與菌量的積累，同樣也困擾著這一栽培模式。因此，為了獲得安全、高效、優(yōu)質(zhì)的蔬果產(chǎn)品，避免栽培風險，每茬作物栽培結(jié)束后要進行基質(zhì)消毒或進行換茬，以確保后茬作物的健康生長。

基質(zhì)消毒采用熏蒸消毒法，將容器及基質(zhì)堆碼起來，覆蓋1層厚薄膜，四周準備好封壓的泥土，按每立方米基質(zhì)用甲醛80～100 mL、高錳酸鉀40～50 g，混合發(fā)生“氣化”反應(yīng)，進行熏悶消毒。事先準備好廣口玻璃瓶或瓷瓶，分裝好高錳酸鉀晶體，分散均勻布設(shè)到需消毒的基質(zhì)堆中，另準備好對應(yīng)比例的甲醛溶液瓶，操作時要多人協(xié)同作業(yè)，將甲醛溶液倒入高錳酸鉀瓶中，最快速度覆蓋薄膜，用事先準備好的泥土壓緊四周薄膜，封嚴避免漏氣，封閉24 h（小時）即可完成基質(zhì)及連帶容器的消毒。

5　潮汐式灌溉基質(zhì)栽培的主要優(yōu)勢

5.1灌溉均勻，可避免缺水、積水的弊端 潮汐式灌溉基質(zhì)栽培設(shè)施系統(tǒng)，不必擔心管路堵塞、灌溉不均勻及積水的問題。栽培箱底部的給排液口直徑29 mm，在這種封閉的管道系統(tǒng)內(nèi)，只要不是人工安裝及栽培過程的操作失誤，管道堵塞的問題是可以避免的。

5.2上限液位可調(diào)，可避免基質(zhì)表面的鹽分積聚

灌溉的上限液位可調(diào)，可根據(jù)生育階段或季節(jié)來設(shè)定上限液位，也可一次性設(shè)定好，以能漫過基質(zhì)表面設(shè)為“上限液位”，每次灌溉相當于進行一次“大水漫灌”，使栽培箱內(nèi)的基質(zhì)及全部根系得到均勻的水肥滲透，也可以避免或延緩基質(zhì)表面的鹽分積累問題。

5.3給排液管道系統(tǒng)不受外界病蟲侵染 管路系統(tǒng)是封閉的，栽培箱表面（基質(zhì)表面）也是覆蓋的，可較好地規(guī)避外界氣傳、昆蟲傳播的病蟲害，提高栽培系統(tǒng)抵御外界病蟲干擾、避免塵土和枯枝爛葉污染的能力。

5.4可選擇的栽培基質(zhì)種類更多 通常的無土栽培對基質(zhì)的理化性狀要求比較嚴格，對基質(zhì)的吸水性、持水性、透氣性、容重、陽離子交換量等均有嚴格要求。本系統(tǒng)除了適用于巖棉、椰糠、海棉等優(yōu)良的商品栽培基質(zhì)以外，常規(guī)滴管灌溉不適用的基質(zhì)也可用于本系統(tǒng)，如火山巖、珍珠巖、沙子等。

5.5灌溉可實現(xiàn)自動化、智能化 潮汐式灌溉基質(zhì)栽培不需要在灌溉時檢查滴灌堵塞和積水的問題，只要設(shè)置好營養(yǎng)液池內(nèi)的“上限水位”，設(shè)定好栽培箱灌溉的“上限液位”，營養(yǎng)液的調(diào)配、管道閥門的開閉均可實現(xiàn)智能化控制，基本可以達到無積水、缺水的問題。

5.6有機營養(yǎng)液的灌溉成為現(xiàn)實 蔬菜無土栽培通常采用無機營養(yǎng)液，此前不少科研人員及生產(chǎn)者都在嘗試采用有機營養(yǎng)液來進行栽培，以求提高蔬菜的品質(zhì)。但是，有機營養(yǎng)液并非完全可溶解，除了無法用于水培，因其中含有顆粒物或絮凝物，也不可避免會造成常規(guī)滴管灌溉的滴頭“堵塞”。所以，滴管灌溉很難采用常規(guī)有機肥的浸泡液、沼液或商品有機營養(yǎng)液來供給營養(yǎng)。而本套潮汐式灌溉栽培系統(tǒng)不存在堵塞問題，普通的有機肥經(jīng)浸泡、過濾后，均不會造成管路堵塞。因此，無論普通有機肥還是商品有機肥，只要經(jīng)浸泡過濾，可望成為無土栽培的有機營養(yǎng)液。

汪曉云，董事長，主要從事蔬菜無土栽培研究，電話∶010-62116058，E-mail∶wangxiaoyun423@sohu.com

∶2016-06-30；接受日期∶2016-07-20