植物灌溉的几点思考
——吉尔里·库格，园艺学学士
灌溉是生长过程中决定种植者成败的一大领域。一旦离开自然环境，进入到我们自己设计的栽培环境，并开始要求作物达到最佳性能，我们就打开了栽培的"潘多拉魔盒"。植物、基质和种植者之间的水分关系从根本上发生了改变。为了解决这个问题，种植业研发了各种各样的基质和栽培系统，能够很好地应对这种变化。"哪一种适合你"，则完全取决于你是哪种类型的种植者。
了解各个要素是如何共同发挥作用，可以帮助种植者了解哪种方法最适合自己的种植风格。通过调整灌溉方法，来调节植物可能遇到的所有变量，以适应不同的栽培情景，从而达到最好的结果。唯一不能调节的变量，就是不能够根据各类限制，对栽培方法或者栽培系统进行调整的栽培者。
栽培金字塔
首先，我们需要了解这样一个关于灌溉的事实：作物的成功栽培建立在一个金字塔形的基础之上（如图1-1）
图1-1 栽培金字塔
金字塔的面代表的是植物生长的四个主要因素。每个因素都是同等重要的，必须不断优化以适应其他因素。如图所示，金字塔的底部是水（纯水或溶液），它同时存在于所有的侧面。植物的类型将决定根系环境（以及所使用的栽培系统和栽培基质），和植物所需要的顶部环境（面2、3和4）。金字塔整体由四个面构成，彼此相互牵制。
植物或作物是首个决定性因素。你想要栽培的植物将决定你的栽培方式；根系环境和顶部环境也取决于所选择的植物。此外，种植者还应对系统以及作物的优缺点有所了解，从而作出正确决定。例如，若环境中没有足够的光照，种植番茄是没有任何意义的。在水资源稀缺的情况下，种植兰花同样毫无意义。虽然生菜可以在泥炭或椰糠中成功种植，但它也可以在NFT系统中种植，减少花费的时间、金钱和环境面积。叶型莴苣可以在室内成功种植，但这并不意味着头型莴苣也可以成功在室内生长，除非可以将室内温度降低到较低水平。仔细选择栽培植物，包括类型和品种，所有的植物都存在差异，会作出不同的反应。
金字塔的第二个面是根系环境，它决定着栽培过程中应当采用何种系统。什么样的根系环境才能与其他方面最为匹配呢？栽培系统决提供不同的根系环境，同时决定着使用何种基质。其中包括种植者为植物准备、提供和储存水、营养和空气的方式，它还可以保护植物，提供庇护。根的活动方式与植物顶部不同，但与顶部有着密切联系，并受到植物顶部的影响。基质为植物提供物理支持以及物质来源。使用何种基质基本上是根据植物和种植者的需求来决定的。虽然土壤或无土基质可以长期储存养分和水，并在物理上为植物提供支撑，使得栽培变得更加容易（免去不少头疼问题），但对种植者来说，即使在填满泥炭的容器中种植生菜，也几乎没有任何经济意义。
根据不同植物类型，根也需要基质提供比例合适的空气和水。所有植物的根都需要氧气才能活动。植物没有肺，也没有真正意义上的循环系统来将氧气从叶子输送到根部，氧气只能通过植物组织输送。大多数食虫植物只需要极少空气便能存活，而仙人掌等多肉植物则需要大量空气。其余大多数植物则处在两个极端之间。稳定的温度和适当的湿度是维持根系发育和生理活动的关键性因素；而这些因素均受到基质类型的影响。（图1-2）
图1-2 空气与孔隙空间的关系
顶部环境指的是叶冠或土壤之上的植物所接触到的一切，其中也包括植物生长的合适温度。此外，光线的强度（包括光线组成、光照时长以及穿透程度）、空气（组成成分、空气运动以及各成分的比例）和相对湿度等都是这一环境的组成部分（宏观来讲还包括病原体和外部压力等）。这些因素中任何一个发生不合理改变都会造成很大的伤害，但所有的因素在一定程度上可以相互缓和。碳原子是我们熟知的生命的基本组成部分，但植物只能从空气的组成部分——二氧化碳中吸收碳原子。这些因素并非是单一地产生巨大影响，而是结合在一起，共同影响着整个栽培过程，当然也影响着最后一方面——灌溉。
水堪称万能的溶剂，它构成了金字塔的最后一面，也就是底面，水以溶液的形式存在。这里是从广义上来说的，由单个原子构成的液体，将营养物质大量输送到根表面，然后再经茎部向上输送到植株的其他部分。水具有多方面的作用，就如同顶部层环境中的湿度一样，它输送着养分，并帮助基质中的其他物质活动，从而直接控制着植物的所有生理活动，并将必要的养分输送给最终发挥作用的植物部位的细胞中。
要让每一面的要素都正常运转，水作为与各面相连的底面，就必须首先确保正确。在光转化为能量的初始阶段和呼吸作用的最后阶段都需要水分，它必须与植物的需求相吻合。偏好干旱的植物不应该栽培在水培系统中；而水生植物不适宜栽培在干燥基质中。水中的化学成分对于发挥水的作用至关重要，只有与需求相匹配，并保持平衡，才能正常发挥功效。虽然植物通常能够适应金字塔中其他几个侧面上的限制（虽然无法达到理想外观或产量，但仍然可以存活和繁育，这是植物唯一的真正目标），但植物无法忍受水分的耗尽。限制水分供应，植物的生理功能就会削弱或停止运转，从而进入休眠状态或彻底死亡。保证合理的水分供应是最为艰难的，也是最容易搞砸的事。
金字塔的任何一面缺少，其他几面也无法发挥作用。如果在某一面要素上出现错漏，即使其他几面保持正确，产量也会有所降低。金字塔的任何一面在数量、质量、成分或可用性方面发生变化，都需要通过改变其他几个方面来加以补偿。目前人们已经充分了解了植物关于每一面的几乎所有需求，并且可以利用当前的栽培技术来满足。问题在于，考虑到种植者的时间、知识、预算、工作量或脾性，是否能够掌握植物的这些需求信息。
经验法则
接下来，让我们通过了解几个关键因素以及经验法则来进一步加深理解。
1. 首先，草本植物的根系需要接近100%的湿度，最好是在任何情况下都保持这一湿度，否则根尖会死亡。根尖是根极为细小的一端，分为3个区域。根尖长度依据不同因素而有所不同，例如植物品种，温度，之前的水位等等。根尖吸收绝大多数矿物质和水。根毛有助于上述吸收过程进行，该吸收过程通常发生在根的最末或第三区。在第三个区之后，根组织开始木质化，水和养分的渗透率降低。根尖死亡后，根部必须再生才能继续生长。
2. 根系生长是对消耗区，也就是根系吸收所有矿物质和水分的区域作出的反应。当上述物质没有得到及时补充时，根就会延伸去寻找更多的物质，根便会生长。当养分和水分充足时，根系的生长与芽的生长之间无法保持平衡，碳水化合物吸收受限，不利于植株发育。因此，给予植物充分的时间去干燥，从而消耗掉现有的矿物质。但如果让植物过于干燥，就会出现慢性缺水或者养分缺乏的情况，那么根尖也会枯萎，从而限制植物的进一步发育。（图1-3）
图1-3 椰糠基质中茁壮的根系。
3. 过度浇水指的是根系浸泡在水中而无法接触到氧气。这更多地与时间和排水量有关，而不是浇水量。深水栽培法可能是个例外，这种方法看起来十分整洁，但对任何有经验的种植者来说都不太实际，因此切勿让根在水中停留超过20分钟，否则就会导致部分根系死亡。记住，根需要在其表面扩散的氧气来完成生理活动。向排水良好的基质中浇水，能够承受的浇水时间更久，因为多余的水可以很快从基质中排出。而排水不良的基质，相应的浇水时间应当更短（但浇水速度较慢以充分吸收），因为水分从根系周围排出所需的时间更久。（排水性极差的基质是无法使用的，因为浇水的速度必须极为缓慢才能保证吸收，但在同时排水的情况下，永远无法充分浇水。）（图1-4）
图1-4 不同类型土壤的灌溉深度示意图
4. 判断根系健康状况以及灌溉需求的一般经验法则是，每1平方米覆盖了叶片的栽培工作台，每天需消耗4-6升水。新栽培的植物，或者没有完全被叶片覆盖的地方，每平方米平均每天消耗3升水。无论该平方米区域内的植物数量是2还是20，均是如此。建立栽培系统时，要使其能够在每次浇水时保证上述浇水量，且无需中途添加更多的水。上述标准还可用于判断植物的生长状况。若浇水量不合理，要么会导致根部状况变差，要么会导致湿度过高，或者温度过低。
5. 当计算含有超过一种植物的水分循环过程时，应当以所有植物的平均值进行计算。例如，当大约50%的水被吸收或耗尽时（气栽系统除外）就可以浇水了。设置自动系统，当50%的作物需要水分时进行浇水。与此同时，需要保持其他因素不变，例如基质、植物年龄与大小、光照、气流等等。最重要的就是要保持作物的均衡生长。
6. 对于有机或惰性介质，当上次浇灌的水耗尽50%时便可再次浇水。种植者可以先称量容器干燥时的重量，待排水后再次称重。差值便是容器能够容纳的水量。当该重量一半的水分消耗完时就可以再次浇水了。在种植后的早期阶段也同样如此。之后，种植者可根据植物重量的增加，来判断何时浇水。（图1-5、1-6）
图1-5 刚浇水时的重量 图1-6 需要浇水时的重量
7. 对于气培系统，种植者需要判断根表面何时缺少自由水分，而空气湿度又不会低于100%过多。这需要进行持续的监测，尤其是在根部暴露在自由空气中的地方。
8. 根偏好黑暗环境，并总是远离光线。在薄聚氯乙烯(PVC)膜或空气室栽培系统中，尽可能使根少接触光线。
9. 请记住，在填满基质、有排水孔的容器中，不可过多浇水，浇水时间也不可过长。例如，5加仑的罐子可以在5分钟内浇水3加仑，也可以浇水20加仑（假设基质不会被冲走），但是在停止浇水后10分钟，容器含有水的量是相同的，这是关键。
10. 浇水周期必须在照明周期中的暗时期进行调整，因为这时植物利用的水分量要少得多。暗时期对植物的发育至关重要，即使在阴天或高湿度时期也同样如此。易储水基质（例如泥炭、岩棉等）很少需要在夜间浇水，种植者可调整浇水周期，在光照的最后半小时或前半小时浇水即可。空气栽培或粘土卵石基质需要在夜间少量浇水几次。
人工浇水是所有系统中最简单、成本最低的。只需把软管握在手里，手动开启阀门，通过滴水器、喷桩或其他灌溉器具（包括洒水器和浸水软管）等系统进行浇水。这给种植者提供最大的控制，只需注意给每个容器或者每株植物浇水的量保持合理即可。若使用装满土的7加仑容器进行种植，浇灌1加仑的水是远远不够的。浇水时需浇到至少有20%的水排出，从而确保浇水量完全饱和，并冲走积累的盐。若要进行精确灌溉，则需要配合使用灌溉系统，向每个灌溉点浇灌定量的水。
要实现这一点，就需要配置自动化系统。系统应当根据植物对水的需求来设计。首先，在一定时间内需要有多少水浇灌进容器中，确保根部浸没在水中的时间不会超过建议时间。其次，由于滴管有不同的深度规格，需要选择合适类型的滴管，确定进入容器中的水量，以满足植物需求。之后，计算系统所需的滴管总数，设计相应的管道和泵，满足滴管正常工作所需的压力。然后调整水箱的大小，确保每次浇水时都达到一定量，并保证水箱更换间隙需要的水量。记住，每个滴管的体积必须相等，以确保整个系统所需的压力和所提供的水量在每个滴管上都是适用的，并允许一定的误差。还要记住，随着压强的增加，浇灌的水量将减小。若系统中需要提供至少40psi、每分钟500加仑的水量，那么所使用的水泵也要达到相应的规格。
对于像深水培养这样的极端栽培系统，需要更换根区的水以保持溶液清洁，并且必须借助气泵等曝气技术来维持空气饱和度。空气栽培系统必须满足同样的需求，但可关闭的时间极短，且必须在黑暗中进行。这同样适用于Hydroton以及卵石栽培系统，但这类系统的可关闭时间较长，因为颗粒状的基质有助于在其表面保持水分，使得根可以在维持较长时间的高湿度。
总的来说，目前市面上所有的系统可分为手动和自动两大类。时间以及浇水所需的劳动力是重要的考虑因素。其他一切则不过是将水经管道输送而已。简单地说，灌溉的目标就是按时、准确地将水输送给植物根区，其他的因素都是出于方便或准确的目的。两大类系统中又包含各种不同的系统。最简单的才是最好的。
由人工直接从植物顶部浇水是最佳方法，尤其是利于浸出盐分，也可用喷水桩来完成，只要确保所有容器都浇到水即可。淹灌再排水虽然不是笔者推崇的方法，在一定程度上也是有效的，但应注意定期过滤，以冲洗那些未从容器中流出、但向植物移动的盐分。对于通风性较差的基质来说，滴管灌溉较为有效，但它依靠的是水分横向运动来达到饱和，几乎无法起到冲洗基质的作用。
洒水装置固然有效，但前提是作物以及建筑物能够承受，此外，喷洒方式也需要有严格的限制，否则易出现疾病或者漏掉某些容器。这种方式也会使得大量的水流失到空气中造成浪费。喷雾桩可适用于绝大多数基质，但不包括空气。空气栽培中的喷洒器应当为 水雾喷头，它可以在向基质中喷洒水，确保均匀，并实现良好的冲洗作用。
30年的知识与经验很难在一篇简短的文章中全部介绍，但如果遵循上述指导方针，植物表现、成本等体现成功的一般性要素将得以实现。本文所讨论的内容中，最关键的因素还是种植者。种植者影响着整个系统，成败也完全掌握在他们手中。
