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潮汐式灌溉技術(shù)起源于北美、歐洲等設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家[1]，是一種高效、節(jié)水、節(jié)肥、省工的灌溉技術(shù)，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(zhǔn)供給，有利于實現(xiàn)蔬菜育苗的智能化管理和工廠化生產(chǎn)，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(zhì)塊設(shè)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(shè)備等）、控制部分、植物栽培載體（基質(zhì)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(jìn)水口漫出（稱為“漲潮”），當(dāng)液面到達(dá)一定高度時，營養(yǎng)液從容器底部浸潤基質(zhì)，通過基質(zhì)的毛細(xì)作用被吸收，供栽培作物吸收利用。當(dāng)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(shè)備與技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)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(nèi)應(yīng)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(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)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(nèi)科研人員已經(jīng)研發(fā)了栽培床腿可升降調(diào)節(jié)的栽培床支架。國產(chǎn)化的床箱與進(jìn)口床箱相同，都有縱、橫導(dǎo)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(jìn)口產(chǎn)品，已經(jīng)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(chǎn)現(xiàn)場安裝傳感器、控制器、攝像頭等多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，對作物生長環(huán)境參數(shù)、生長狀態(tài)等進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)測，運用先進(jìn)的電子技術(shù)、計算機(jī)和控制技術(shù)，使潮汐式灌溉趨于智能化[7]?？刂葡到y(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(diào)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(jī)程序設(shè)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(diào)節(jié)完成。

栽培基質(zhì)的篩選

潮汐式灌溉主要依靠基質(zhì)的毛細(xì)作用吸收水肥，基質(zhì)的理化性質(zhì)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(zhì)大多也適于潮汐式育苗，若個別基質(zhì)孔隙度偏大或偏小均可通過調(diào)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(fù)配后經(jīng)蚯蚓后的產(chǎn)物）、泥炭、蛭石、珍珠巖按照一定比例調(diào)配，當(dāng)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(biāo)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(fù)配成4種育苗基質(zhì)，采用72 孔穴盤，進(jìn)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(biāo)最優(yōu)；田雅楠等[13]比較椰糠塊、巖棉塊、商品基質(zhì)在番茄、黃瓜潮汐式育苗中的應(yīng)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(biāo)均優(yōu)于商品基質(zhì)。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(zhì)和1 種商品基質(zhì)比較，自配基質(zhì)（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(zhì)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(zhì)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?fàn)I養(yǎng)液快進(jìn)快排，可以使基質(zhì)含水量更少、氧氣含量更多，從而促進(jìn)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(guān)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(jìn)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(jié)球甘藍(lán)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(jìn)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(zhì)量可以達(dá)到理想狀態(tài)[20]。王克磊等[21]認(rèn)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(dāng)增加營養(yǎng)液濃度；在夏秋季溫度高、光照強(qiáng)，幼苗蒸騰作用和基質(zhì)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(qiáng)度弱，灌溉頻次低，可適當(dāng)提高營養(yǎng)液濃度；當(dāng)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(jìn)行灌溉[6]。

潮汐式灌溉技術(shù)優(yōu)勢

節(jié)約水肥 減少環(huán)境污染

目前，國內(nèi)蔬菜育苗多以頂部灌溉為主，灌溉過程中營養(yǎng)液先經(jīng)過植物莖葉，再進(jìn)入基質(zhì)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(jìn)入基質(zhì)，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(dá)90%[26]；同時肥液也不會滲入到土壤中，減少了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(shè)[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(dá)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(yīng)用潮汐式灌溉方式進(jìn)行蔬菜種苗生產(chǎn)，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(hù)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(dāng)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(jìn)入基質(zhì)，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(diào)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(jìn)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(jìn)行光合作用和蒸騰作用，使根際環(huán)境更利于毛細(xì)根的生長，對植物的生長發(fā)育具有促進(jìn)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(qiáng)，壯苗率高[30,33-35]。與滴灌相比，使用潮汐式灌溉進(jìn)行小青菜穴盤栽培，生長狀況最佳、產(chǎn)量最大、葉綠素含量最高[36]；使用潮汐式灌溉進(jìn)行八仙花、紅掌、蝴蝶蘭的栽培時，花卉觀賞品質(zhì)更好[37-39]。

減緩病害的發(fā)生和傳播

應(yīng)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(shè)施內(nèi)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(yīng)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(xì)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(shù)發(fā)展建議

雖然潮汐式灌溉技術(shù)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(lǐng)域大面積應(yīng)用和推廣，為此，筆者提出以下發(fā)展建議。

加大技術(shù)培訓(xùn)力度雖然潮汐式灌溉系統(tǒng)的設(shè)備如苗床、營養(yǎng)液循環(huán)模塊等已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，但是較傳統(tǒng)苗床架和移動水車等設(shè)備價格偏高，在短時間難以被廣大育苗企業(yè)接受[43]。應(yīng)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(shù)培訓(xùn)力度，提高育苗企業(yè)的應(yīng)用積極性，以擴(kuò)大蔬菜潮汐式育苗生產(chǎn)面積。

逐步健全技術(shù)規(guī)范蔬菜潮汐式灌溉技術(shù)的研究，如專用基質(zhì)、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(yīng)的技術(shù)規(guī)范和生產(chǎn)規(guī)程，總結(jié)標(biāo)準(zhǔn)化的潮汐式育苗技術(shù)體系用于指導(dǎo)大面積生產(chǎn)，從而實現(xiàn)蔬菜潮汐式育苗技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)對突發(fā)的病害傳播。應(yīng)加大對于病蟲害發(fā)生規(guī)律的研究力度，結(jié)合現(xiàn)有無土栽培病害發(fā)生及消毒設(shè)備等方面的研究，探索適用于潮汐式灌溉技術(shù)的營養(yǎng)液消毒設(shè)備，制定有效的病蟲害防治方案。