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潮汐式灌溉在设施农业中的新应用,你了解吗?

放大字体  缩小字体   网站:中国农林科技网  来源:有机蔬菜栽培  发布日期:2019-01-07
核心提示:潮汐式灌溉的概念潮汐式灌溉,因为灌溉方法与海水的涨潮落潮相似,所以将这种灌溉方式称为潮汐灌溉。潮汐灌溉是一种高效、节水、

潮汐式灌溉的概念

潮汐式灌溉,因为灌溉方法与海水的涨潮落潮相似,所以将这种灌溉方式称为潮汐灌溉。潮汐灌溉是一种高效、节水、环保的灌溉技术,其基本原理是使灌溉水从栽培基质底部进入,依靠栽培基质的毛细管作用,将灌溉水供给植物。根据栽培池类型的不同,潮汐灌溉分为植床式潮汐灌溉和地面式潮汐灌溉。植床式潮汐灌溉是指在温室中修建的高出地面一定高度的栽培床等空中栽培设施中实施的潮汐灌溉。地面式潮汐灌溉是指在温室地面上修建的栽培池等在地面栽培设施中实施的潮汐灌溉。潮汐灌溉是一项成熟的农业灌溉技术,在发达国家得到了广泛的利用,很好的解决了灌溉与供氧的矛盾,且灌溉基本不破坏基质的“三相”构成,是一项高效高能的农业技术,在我国也正处于广泛利用的发展阶段。

潮汐式灌溉的优势

1、灌溉更为均匀

潮汐式灌溉是采用从植物底面给水给肥的方式,和喷淋等植物头上灌溉方式相比,不易发生头上灌溉经常会出现的苗床周边的植株得到的水肥较少的不均匀现象;同时能稳定根部介质水气含量,避免毛细根因靠近容器边部及底部干旱而死。

2、有利控制病害的发生

潮汐式灌溉避免了植物喷淋灌溉会有大量的水分粘附在植株叶片上,相对湿度容易控制,保持叶面干燥,减少化学药物的使用量以及控制病害发生。

3、节水节肥

潮汐式灌溉的营养液和喷淋灌溉不一样,它是重复多次使用的,节水高效,完全封闭的系统循环,可以达到90%的利用率;这样可以节约大量水和肥料,降低生产成本。

4、促进植物生长

和传统的灌溉相比,植物生长速度更快,每周苗龄可比传统育苗方式提前1天,提高设施利用率;同时能避免植物叶面产生水膜,使叶片接受更多的光照进行光合作用,促使蒸腾拉力从根部吸收更多的营养元素。

5、生产环境更整洁

和传统的灌溉水分会飞散到设施各处,潮汐式灌溉苗床下不会有水分积聚,苗床下比较干燥,因此无杂草生长,减少菌类滋生,生产环境更整洁。

6、提高劳动生产效率

无论是手动操作或辅助以微电脑控制器管理下,一个人在20-30min内可完成0.2~0.5ha穴盘苗的灌溉操作,节省了大量的劳力,提高了劳动生产效率。

潮汐式灌溉的实际应用

1、种子繁殖

潮汐式灌溉是理想的播种育苗灌溉方法。与顶部喷淋或手动灌溉相比,底部灌溉基质浸润更加均匀,基质表面土壤板结比例大幅下降,种子的萌发和出苗率显著髙于顶部喷淋灌溉,因此潮汐式灌溉可应用于种子育苗,尤其是小粒种子播种育苗。

2、扦插繁殖

基质积水造成枝条生根端腐烂一直是木本植物扦插繁殖成功率低的主要原因。而试验表明,用潮汐式灌溉的方法扦插丁香取得了成功。而在杜鹃的扦插繁殖试验中,应用底部灌溉方式替代雾培系统,提高了杜鹃的扦插生根率。

3、苗木培育

潮汐式灌漑自20世纪70~80年代推广应用以来,前人已经在多个品种,如相思树、北美红橡、北美云杉等,在不同培育条件,如露天和温室证明了潮汐式灌溉培育苗木的可行性。初始应用阶段只是在草本花卉育苗中应用,随着研究的深入和潮汐式灌溉的发展,以及培育技术的不断完善,如垫高容器,使空气能够在盆底和栽培床间流通,增加空气对根系的修剪,人们逐渐将这种灌溉方法应用到木本植物苗木培养方面。近几年,在松果菊、北美云杉、北美红椽树的研究和培育中相继应用了该项技术。

4、花卉栽培

潮汐式灌溉在花卉栽培中的大面积推广应用是与单体独栋连体智能温室的发展相契合。因其克服顶部灌溉“雨伞效应”和“边缘效应”,保证单株和群体养分、水分的均一。因此潮汐式灌溉条件下,花卉生长期短、生长势均匀、优质率高、观赏效果佳。生产实践和研究证明,一般品种如竹芋、红掌、蝴蝶兰等均适用于此种灌漑方式。潮汐式灌溉一个灌溉区域内只能种植单一品种或需肥、水规律相似的不同品种,因此其适合与花卉工厂化、集约化生产配套应用。

5、穴盘育苗

工厂化穴盘育苗正在取代传统育苗,成为推动蔬菜生产现代化的新兴产业,穴盘育和普通的幼苗不同,基质容积小,幼苗生长容易出现缺水缺肥的现象,同时,穴盘育苗的发展离不开机械化播种和移栽,所以,幼苗生长的均一性在穴盘育苗中又显得更为重要,潮汐式灌溉保证了灌溉的均匀性,能使幼苗生长更为整齐。

6、绿叶菜生产

绿叶菜是一类主要以鲜嫩的绿叶、叶柄和嫩茎为产品的速生蔬菜。由于生长期短,采收灵活,栽培十分广泛,品种繁多,深受消费者的喜爱,绿叶菜和果菜类蔬菜相比,由于生长速度快,株高较低,适宜于较高的栽植密度,潮汐式灌溉更适宜于这种快速生长的绿叶蔬菜。

 

潮汐式灌溉给水和排水的方式

1、先灌后排式

我们设计了一种潮汐式灌溉自动给水和营养液回收的苗床系统(已获得发明专利授权证书),通过电磁阀控制营养液的供应,同时,所有的下水口也设置了电磁阀开关,向苗床灌入营养液的时候,所有下水口的电磁阀关闭,等到苗床中的营养液水位达到设置的水位时,营养液灌入的电磁阀停止工作,根据控制系统中设定的营养液的滞留时间,等滞留时间达到设定值时,开启下水口的电磁阀,排出潮汐式苗床滞留的营养液。

2、边灌边排式

后来在我们的试验温室搭建潮汐式灌溉给苗床的时候,发现如果每个下水口都设置一个排水电磁阀,相对代价还是较高的,我们又设计了一种边灌边排的营养液灌入和排出的方式,只是前提条件是进水的流速FI要大于水池底部有排水口的排水流速是FO,这样经过一段时间,苗床内的水位也能达到设定的水位,又节省了建造潮汐式苗床的成本。

潮汐式苗床营养液的滞留时间的控制

通过研究发现,植株的蒸腾和总辐射量关系密切,所以我们也开发了潮汐式苗床灌溉的控制软件,通过前一天整天的总辐照量,来确定后面一天营养液在苗床的滞留时间。

在边灌边排式的潮汐式苗床中,我们通过改变进水的流速FI来达到控制营养液在苗床中的滞留时间,首先在FI>FO的前提下,启动进水泵,经过一定的时间后,使水池的水达到设定的水位,然后调节进水的流速FI,使FI=FO,然后根据控制系统中设定的营养液的滞留时间,以这样的进水速度和排水速度保持设定的时间,达到时间以后,关闭进水电磁阀,营养液则通过排水口自然排除。

我们一般采用潮汐式灌溉,只在每天上午灌溉1次,我们在实际应用中也发现,一些穴盘育苗和叶菜类的栽培,温度高的夏季,有发生植物缺水萎蔫的现象,所以我们后来有修正了灌溉控制程序,在高温季节,如果光总辐照量达到了一定的值,在上海地区。下午5点以后,补充灌溉1次,但营养液在苗床的滞留时间比上午要短,且在第二天计算营养液滞留时间的时候,要做相应的调整。

 

营养液的消毒

和传统的顶喷淋灌溉方式相比,潮汐式灌溉对营养液的消毒显得更为重要,我们采用过两种方式,一种是臭氧消毒,另一种是超滤系统,两者各有特点:

1、臭氧消毒

营养液利用臭氧技术,通过射流法进行消毒。系统包括臭氧发生器、氧气发生器、气水射流混合器三部分组成。通过射流器,使强劲的水流与臭氧发生器产生的臭氧混合喷射,使搅拌均匀、完全,产生的气泡多而细腻,溶氧效率高,采用射流形式的曝气设备氧的转化率可达25%以上,成本较低,但要另外配置回流营养液的过滤装置。

2、超滤系统

我们在国家设施农业工程技术研究中心潮汐式苗床中应用的是效果更好的超滤系统,超滤是一种加压膜分离技术,即在一定的压力下,使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜,而使大分子溶质不能透过,留在膜的一边,从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤系统并经有良好的消毒的作用,而且对于回流的营养液也有很好的过滤作用,防止杂质堵塞管道,但成本较高。

经验和体会

1、潮汐式灌溉的营养液温度调控的重要性

我们在做潮汐式灌溉苗床的时候,起先并没有考虑到营养液的温度控制问题,只是考虑到在智能温室,有空气加温和降温就可以,在实践中发现这是一大失误,在上海地区,即使有热风加温和湿帘风机降温,营养液的温度也难以控制,营养液的温度最好控制在20℃左右,而实际上,在上海,冬天,营养液温度不控制,在温室里,也只能保持在10℃左右,在夏天,往往高于28℃,特别对于绿叶菜的生产影响很大,所以不管是何种设施生产条件,只要是采用潮汐式灌溉这种方式,营养液温度的调控是必需实施的。

2、基质特性差异

土壤毛细管作用是潮汐式灌溉浸润基质的主要动力,而毛细管作用力大小又取决于基质的孔隙度和孔隙类型。基质不同,潮汐式灌溉控制差异也相当大,我们试验过用泥炭、珍珠岩和蛭石混配的标准基质、用椰慷基质、用有机肥、菌渣等自配的营养基质和岩棉作基质,其吸水特性和应采取的灌溉控制策略相差很大,在实际生产上要有一个摸索的过程。(有机蔬菜栽培)

 
 
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