盆栽负压灌溉供水规律与效果的试验研究

李松敏，王仰仁，张 辉

(1. 天津农学院水利工程学院，天津 300384；2. 水利部海河水利委员会，天津 300170)

0 引 言

目前，很多家庭都喜欢在家中养殖一些盆栽，而盆栽的养殖需要有人看护，否则就会导致植物因缺水而死亡，这就给忙碌的上班族带来了不便，尤其是长时间出差时就更为麻烦。且定期灌水会导致土壤处于一定范围内的干湿交替，土壤含水量的过度波动会使植物遭受旱涝胁迫，导致硝态氮被淋移出植物根区以外，不利于植物生长，因此需要一种简单易行的持续供水装置，保证土壤含水量处于一个稳定状态。

国内外对利用负压原理精确控制土壤含水量进行了多种研究，1908年Livingston首先提出了负压灌溉[1]，Richards和Read利用这一原理对自动灌水钵进行了研究[2]；1982年Kato利用负压原理对多孔材料应用于亚表层土壤灌溉进行了理论上的探索[3]；日本三菱化工集团于1996年推出了“负压灌溉器皿”，该系统可用于作物盆栽[4]。1998年,该公司将“负压灌溉器皿”中多孔管改为多孔板[5]。我国雷廷武等进行了负压灌溉的可行性法分析，采用土壤物理中悬挂水柱法测定水分特征曲线的装置进行负压灌溉的理论分析[6]。薛绪掌等研究了负水头灌溉技术，基于盘式负压入渗的负压控制原理研制出了负水头供水控水盆栽装置，后又将装置中的膜式供水器改为陶瓷盘供水器[7,8]，该装置能通过设置不同的供水吸力值来控制土壤不同的含水率。但这些供水装置制作精细，成本较高，如何在家庭盆栽的养殖过程中实现价格低廉、安装简易的负压供水装置，就成了我们研究的重点。

1 负压灌溉原理

负压灌溉是一种将灌水器埋入地下的亚表层灌溉技术。之所以称之为“负压”,是因为系统中灌溉水源的高程低于灌水器的高程,运行时供水水头为负值。在土壤吸力作用下,灌水器内的水流入土壤,输水管内形成负压,在大气压的作用下,水被“压入”输水管以补充流入土壤的水分,保证整个系统能不间断地运行，使得土壤的含水量在长时间内保持某一指定值(最适宜的土壤含水量)不变化，土壤水分变化幅度达到尽可能小的值，以保证植物可以始终处于最优土壤含水率的生长环境[6，9]。从而实现自动补给功能,无需提水加压设备。负压灌溉变断续灌溉为连续给水，并达到精准控制,减少土壤渗漏和蒸发损失, 达到节水。

2 材料与方法

2.1 实验装置

使用9个大小相等的透明塑料盆，在其中8个盆底分别钻孔，并编号为1～8号,未钻孔盆为0号。在1～4号盆底接入内径为30 mm的玻璃管，在其中装满沙壤土，并同时在4号盆玻璃管中接入尼龙绳一根。在5～8号盆底接入内径为15 mm的玻璃管，在其中装满沙壤土，并同时在8号盆玻璃管中接入尼龙绳一根。

向9个塑料盆中分别装入质地相同，重量相等的土壤，另准备8个盛水烧杯，在其中盛放体积相等的水，将盛水烧杯置于组装好的上部供水装置下方，并保证每个塑料盆组装好的玻璃管下端都能等长度的被水浸没。在9个塑料盆中分别种植生长情况大致相同的兰花，装置示意图如图1。

图1 实验装置示意图

2.2 实验方法

通过调整底部供水烧杯的高度控制供水高度,供水装置不同处理设置情况如表1所示。定期对盛水烧杯中进行补水，并记录补水量，保证玻璃管下端等长度浸没于水中，以保持1～8号兰花盆中水分的供应。由于室内环境中水分蒸发蒸腾量较少，因此认为各处理补水量即为各处理土壤吸水量。对0号花盆不进行浇水。

表1 试验处理设置明细表

3 结果与分析

3.1 不同供水高度累计吸水量变化过程

当供水采用的有机玻璃管直径分别为30和15 mm时，供水高度从30到50 cm变化，即处理1到处理3变化以及处理5到处理7变化，土壤累计吸水量均相应的有所减少，如图2所示，说明供水高度对负压灌溉的供水能力有一定的影响，供水高度较低(30 cm)时，两种内径玻璃导水管的吸水能力均高于供水高度为40和50 cm时的供水能力，且优势明显，说明在进行盆栽种植时，应根据植物的品种，考虑其对水的需求量，适当调整供水高度，实现既满足植物生长需水，同时又做到节约用水。

图2 各处理累计吸水量随时间变化过程

图3 各处理阶段吸水量柱状图

3.2 各处理阶段吸水能力对比

由图2和图3综合可以看出,各处理阶段吸水能力变化均呈现先快速增加之后逐渐达到稳定的趋势,说明采用这种简易的负压灌溉装置,能够在较短时间内很快达到一定的土壤含水率,供给植物生长需要,根据负压灌溉的原理,当土壤含水率达到某个定值后,靠负压供给土壤的水分只是维持植物生长所需要消耗的水分,土壤含水率不会再发生较大的变化,因此达到了精准控制土壤水分的目的,同时避免了水分的浪费。

对比处理1、5，处理2、6、处理3、7和处理4、8，即相同供水高度情况下不同导水管直径对吸水能力的影响。由图3可以看出，相同供水高度情况下，导水管直径为15 mm处理的吸水能力均高于直径为30 mm的处理，说明在一定的范围内，导水管直径越小，供水能力越强。

3.3 内置绳索对土壤吸水能力的影响

处理4和处理8在导水管中出装满沙壤土之外，还分别加入了导水尼龙绳一根，由图2和图3可以看出，在供水高度和导水管直径均相同的情况下(处理1、4，处理5、8)，加入尼龙绳情况下的土壤吸水能力明显高于未加尼龙绳的情况，说明在土壤中加入吸水材料会明显提高土壤的吸水能力，在植物对水分需求量加大的时候可以考虑采用吸水材料提高水分供应量。

3.4 负压灌溉情况下植物的生长情况

实验结束时部分植物生长见图4。

图4 实验结束时处理4处理8以及无供水情况下的兰花生长情况对比

由图4可以清楚地看到处理4、处理8以及无供水处理0情况下兰花的生长情况。在采用负压灌溉方式对兰花进行水分补充的情况下，各处理兰花生长情况均呈现良好态势，叶片翠绿，且均有新生叶片不断长出，由于兰花喜水，因此供水较为充足的处理8的兰花生长尤为茁壮。而无水分供应情况下的兰花，在经过30多天之后，已经枯死，盆中土壤也已经干裂。

4 结 论

通过简易的负压灌溉供水装置对兰花盆栽的供水试验研究，可以看出在家庭盆栽种植中，采用这种简单的负压灌溉装置对盆栽实行自动灌水，是非常简单而且可行的，并且可以根据植物的品种和种植条件来调整供水高度和导水管的直径。供水高度增高，供水效率会相应的有所降低；在一定范围内，导水管直径缩小，供水效率提高。当植物对水分的需求量较大时，还可以考虑在导水管中加入导水材料(尼龙绳等)，以提高供水效率。这种简易的供水装置制作简单，成本低，又能实现良好的供水效果，可以为喜欢盆栽但又无暇照料的上班族提供一种很好的解决办法。

[1] Livingston B E. A method of controlling plant moisture[J]. Plant World, 1908,(11):39-40.

[2] Richard L A, W E Loomis. Limitation of auto-irrigations for controlling soil moisture under growing plant[J]. Plant Physicol, 1942,17:223-235.

[3] Kato Z S Tejima. Theory and fundamental studies on subsurface method by use of negative pressure[J]. Trans Jsidre, 1982,101:46-54.

[4] MITSUBISHI CHEM CROP(MITU). Negative pressure difference irrigation system has permeable porous pipe embedded in soil for irrigation water to flow[P]. Japan : JP093083962A,1996-05-18.

[5] MITSUBISHI CHEM CROP(MITU). Negative pressure difference irrigation system has pair of pipes which connect ends of porous pipe, embedded in soil layer, to separate reservoirs, arranged at lower level, to perform forced water flow[P]. Japan: JP103231332A,1998-09-15.

[6] 雷廷武,江培福,Vincent F.Bralts等.负压自动补给灌溉原理及可行性试验研究[J].水利学报，2005，26(3)：298-302.

[7] 邹朝望, 薛绪掌, 张仁铎, 等. 负水头灌溉原理与装置[J]. 农业工程学报, 2007,23(11):17-21.

[8] 李 邵, 薛绪掌, 郭文善, 等. 负水头供水控水盆栽装置及灌溉系统的研究与应用[J]. 上海交通大学学报: 农业科学版,2008,26(5):478-482.

[9] 李 邵，薛绪掌，郭文善,等．负水头灌溉系统供水规律研究[J]．灌溉排水学报，2008，27(5)：55-58．