張　芳， 張建豐， 薛緒掌， 王利春， 李銀坤， 申亞賓

(1.西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院，陜西 西安710048； 2.國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心，北京 100097)

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溫室番茄基質(zhì)栽培供液決策方法研究

張芳1,2， 張建豐1， 薛緒掌2， 王利春2， 李銀坤2， 申亞賓1

(1.西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院，陜西 西安710048； 2.國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心，北京 100097)

為研究溫室番茄基質(zhì)栽培過程中供給營養(yǎng)液的決策方法，采用水分傳感器監(jiān)測基質(zhì)含水量作為決策控制供液量和時(shí)間的指標(biāo)，設(shè)計(jì)3個(gè)試驗(yàn)，即在番茄各生育期內(nèi)設(shè)定基質(zhì)含水量上、下限值進(jìn)行供液；以基質(zhì)持水量為供液上限，分別以設(shè)定的基質(zhì)含水量和間隔1 h監(jiān)測的基質(zhì)含水量為下限進(jìn)行非定時(shí)和定時(shí)供液。通過對比研究供液量、供液次數(shù)、可利用養(yǎng)分含量、基質(zhì)電導(dǎo)率和pH對植株長勢、果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，確定適宜的供液決策方法。結(jié)果表明，①在番茄各生育期設(shè)定基質(zhì)含水量上、下限條件下的供液量和供液次數(shù)不能滿足植株對養(yǎng)分的需求，植株長勢和果實(shí)品質(zhì)較差，產(chǎn)量較低；②以基質(zhì)持水量為上限，基質(zhì)含水量閾值為下限條件下，雖滿足植株對養(yǎng)分需求，但由于根系環(huán)境較劣而影響植株長勢；③以基質(zhì)持水量和間隔1 h監(jiān)測的基質(zhì)含水量為供液上、下限條件下，供給養(yǎng)分充足，植株長勢正常，果實(shí)品質(zhì)較優(yōu)，產(chǎn)量增加。由此可見，以基質(zhì)持水量和間隔1 h監(jiān)測的基質(zhì)含水量為上、下限定時(shí)供液的方法，可根據(jù)番茄日需水規(guī)律實(shí)現(xiàn)基質(zhì)栽培下營養(yǎng)液的高效決策管理。

基質(zhì)栽培； 營養(yǎng)液； 決策方法； 番茄

全球90%以上的無土栽培為基質(zhì)栽培，基質(zhì)栽培是用固體介質(zhì)固定植物根系，通過添加一定量的營養(yǎng)液供植物吸收利用[1]，具有水肥利用效率高、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、防止連作障礙和不易傳染根系病害等優(yōu)點(diǎn)。目前，植物通過營養(yǎng)液吸收水分和養(yǎng)分的栽培過程中，大多采用定時(shí)定量法、累積太陽輻射法和彭曼公式法來決策供給營養(yǎng)液的時(shí)間和液量。文獻(xiàn)[2]經(jīng)過上述3種方法試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)累積太陽輻射法和彭曼公式法均可在每日8:00～20:00時(shí)段內(nèi)按照植物需水量進(jìn)行決策供液，供液量趨勢呈早晚量少、午間量多的拋物線型，而相同時(shí)段內(nèi)定時(shí)定量法供給的液量呈一條直線，貫穿拋物線中心。其中，累積太陽輻射法雖考慮了植物蒸騰需求的日動(dòng)態(tài)變化，但隨植物生長需水強(qiáng)度增加，供液量則需靠經(jīng)驗(yàn)確定；而彭曼公式法需監(jiān)測較多參數(shù)才可計(jì)算出植物需水強(qiáng)度進(jìn)行供液；定時(shí)定量法[3-5]對植物早晚過量供液，午間耗液高峰時(shí)卻供液不足。此3種方法均沒有直接監(jiān)測基質(zhì)水分狀況，若采用水分傳感器監(jiān)測基質(zhì)水分狀況，既可根據(jù)植株所處的生育期和外界環(huán)境對植株需水量進(jìn)行供液，隨時(shí)滿足植株的所需液量，并且方法簡單，監(jiān)測指標(biāo)數(shù)量少，易于獲得。此外，文獻(xiàn)[2]指出，根據(jù)累積輻射法和彭曼公式對基質(zhì)每天供液頻次應(yīng)為6～13次，文獻(xiàn)[6-8]認(rèn)為夏天每天供液20～30次對維持根系基質(zhì)含水量很有必要，尤其作物快速生長階段，但文獻(xiàn)[9]認(rèn)為高頻次供液增加了基質(zhì)濕潤度，會減少根系氧氣可用率。對于開放式基質(zhì)栽培，文獻(xiàn)[10-12]認(rèn)為每天過量15%～30%供給作物營養(yǎng)液，其過量部分自行流失不再使用，以此避免基質(zhì)中鹽分積累而達(dá)到養(yǎng)分平衡。為避免植株受到旱澇脅迫，提高水肥利用效率和產(chǎn)量，正確供給營養(yǎng)液是非常重要的。本研究以番茄為研究對象，探索基質(zhì)栽培下基于水分傳感器決策供液對植株長勢、果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，以期為番茄基質(zhì)栽培的營養(yǎng)液高效管理提供參考。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)T1于2013年4～7月在北京市農(nóng)林科學(xué)院日光溫室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)T2和T3分別于2013年8～12月和2014年4～8月在北京小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究示范基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。

溫室透光率均為75%左右。供試品種為番茄，品名為仙客8號?；|(zhì)配方為草炭、蛭石和珍珠巖，其體積比為5∶3∶1，基質(zhì)容重為0.3 g/cm3，總孔隙度為80.5%，pH值為6.95，EC值為0.98 mS/cm，基質(zhì)持水量(Substrate capacity，簡寫為SC)為0.62 cm3/cm3。營養(yǎng)液采用日本山崎番茄配方配制，于番茄定植～開花前、開花～第一穗花坐果前和第一穗花坐果～采收結(jié)束3個(gè)生育期分別供給濃度(用電導(dǎo)率表示)為1.0 mS/cm、1.5 mS/cm、2.5 mS/cm的營養(yǎng)液[13]。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)T1：設(shè)1個(gè)處理，即根據(jù)番茄3個(gè)生育期分別設(shè)定基質(zhì)含水量上、下限，如表1所示。采用單盆單株栽種，設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)以南北方向栽種10株番茄，每個(gè)重復(fù)之間的行距為80 cm，株距為50 cm，盆長、寬和高分別為30 cm、25 cm和20 cm。

試驗(yàn)T2：將番茄第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期的基質(zhì)含水量上、下限分別設(shè)5個(gè)處理，如表1所示，前期供液方法采用常規(guī)方法。試驗(yàn)采用反光膜包裹的基質(zhì)袋栽種番茄，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)以南北方向栽種10株，行距80 cm，株距50 cm。每行基質(zhì)袋長5 m，上底寬15 cm，下底寬30 cm，高15 cm，基質(zhì)袋底部邊側(cè)每間隔50 cm設(shè)排液孔，孔下設(shè)置收集容器。

試驗(yàn)T3：設(shè)1個(gè)處理。試驗(yàn)采用8個(gè)基質(zhì)栽培槽，每2個(gè)槽豎向排列為1個(gè)重復(fù)，共4個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)豎向錯(cuò)開布置。單個(gè)槽長60 cm，寬42 cm，高18cm，每個(gè)槽內(nèi)兩列錯(cuò)開共栽培3株番茄，株距30 cm，行距80 cm。基質(zhì)槽底面中心設(shè)排液孔，孔徑2 cm，排液孔下放置排液收集容器。

3個(gè)試驗(yàn)及其每個(gè)處理均設(shè)獨(dú)立的營養(yǎng)液源和供液管道，管道上依次連接潛水泵、過濾器、壓力表、電磁閥、流量計(jì)和滴灌管。試驗(yàn)T1和T2(5個(gè)處理)中每行重復(fù)的第3株和第8株植株基部水平距離10 cm處分別豎向插入1支水分傳感器，即每個(gè)處理共6支水分傳感器；每行重復(fù)均設(shè)一根滴頭間距為50 cm的壓力補(bǔ)償式滴灌管，滴頭滴速均為1.2 L/h。試驗(yàn)T3每個(gè)重復(fù)的第1個(gè)栽培槽內(nèi)，水平距離排液孔10 cm處各豎向插入1支水分傳感器，共4支水分傳感器；每個(gè)重復(fù)平行設(shè)置3根滴頭間距為10 cm的壓力補(bǔ)償式滴灌管，滴頭滴速均為1.2 L/h。每株番茄與鄰近滴頭的水平距離為10 cm。

表1　試驗(yàn)T1和T2基質(zhì)含水量控制上限和下限

試驗(yàn)T1和T2(5個(gè)處理)均由6支水分傳感器所測基質(zhì)含水量的均值與表1所示的基質(zhì)含水量上、下限值比較，若低于下限則開始供液，高于上限則停止供液。試驗(yàn)T3番茄定植～開花前和開花～第一穗花坐果期每日7:00～18:00整點(diǎn)時(shí)刻供液0.22 L/株，番茄第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期的供液量按式(1)計(jì)算。

W=(θmax-θmin)×V×α

(1)

式中，W為整點(diǎn)時(shí)刻供液量(L)；θmax為供液上限(cm3/cm3)，取基質(zhì)持水量0.62 cm3/cm3；θmin為供液下限(cm3/cm3)，即整點(diǎn)時(shí)刻4支水分傳感器所測得的基質(zhì)含水量平均值；V為基質(zhì)栽培槽內(nèi)基質(zhì)體積(cm3)；α為供液系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[10-12]提出的每次供液后排出液量的最大值，取α=1.3。

1.3測定項(xiàng)目與方法

基質(zhì)含水量由水分傳感器每10 min監(jiān)測一次；每小時(shí)供液量由控制器統(tǒng)計(jì)1 h內(nèi)流過流量計(jì)的液量。每小時(shí)排液量為1 h內(nèi)供給的營養(yǎng)液充滿基質(zhì)孔隙后，由排液孔流入收集槽的液量。采用5∶1和2.5∶1水基質(zhì)比提取法，提取基質(zhì)浸出液[14]。營養(yǎng)液、排出液和基質(zhì)浸出液的電導(dǎo)率及pH通過雷磁DDS-307型電導(dǎo)率儀和pH-HJ90B酸度計(jì)測量。

植株葉片顏色和果實(shí)外表病變狀況由目測所得。番茄成熟時(shí)進(jìn)行采摘，由電子天平(精度0.1 g)稱重后記錄鮮重，最后統(tǒng)計(jì)總產(chǎn)量。第二穗果成熟時(shí)，隨機(jī)選取5個(gè)果實(shí)測定縱橫徑、總可溶性固形物和可滴定總酸含量。果實(shí)縱、橫徑由游標(biāo)卡尺測量果實(shí)上下和左右最大長度，總可溶性固形物含量采用折射儀法(日本數(shù)字手持折射儀PR-32)測定，總酸含量采用指示劑滴定法(GB/T 12293-90)測定。

營養(yǎng)液配制采用軟化水，試驗(yàn)T1、T2和T3的軟化水電導(dǎo)率分別為0.045 mS/cm、0.026 mS/cm和0.026 mS/cm，酸堿度分別為7.08、7.01和7.01。選用山崎番茄配方為1個(gè)劑量，即為基礎(chǔ)濃度，以0.2的濃度梯度差配制一系列不同濃度的營養(yǎng)液，測出每級濃度(Concentration，簡寫為C)營養(yǎng)液所對應(yīng)的電導(dǎo)率(Electrical conductivity，簡寫為EC)，得到試驗(yàn)T1營養(yǎng)液濃度(C)與電導(dǎo)率(EC)間關(guān)系為EC=1.0950C-0.1079，相關(guān)系數(shù)R2=0.9934，試驗(yàn)T2和T3的C-EC關(guān)系均為EC=1.0079C+0.1165，R2=0.9994。

1.4數(shù)據(jù)計(jì)算與處理

營養(yǎng)液累積使用量(L/株)=

累積供液量(L/株)-累積排液量(L/株)

(2)

營養(yǎng)液電導(dǎo)率(EC)對應(yīng)的濃度(劑量)=

(EC+0.1079)/1.0950或(EC-0.1165)/

1.0079

(3)

營養(yǎng)液可利用總鹽含量(g/株)=營養(yǎng)液累積使用量(L/株)×營養(yǎng)液電導(dǎo)率(EC)對應(yīng)的濃度(劑量)×1個(gè)劑量的總鹽含量(g/L)

(4)

營養(yǎng)液各大量元素可利用總含量(mol/株)=營養(yǎng)液累積使用量(L/株)×營養(yǎng)液電導(dǎo)率(EC)對應(yīng)的濃度(劑量)×1個(gè)劑量時(shí)每升營養(yǎng)液含各大量元素摩爾數(shù)(mol/L)

(5)

營養(yǎng)液各微量元素可利用總含量(g/株)=營養(yǎng)液累積使用量(L/株)×營養(yǎng)液電導(dǎo)率(EC)對應(yīng)的濃度(劑量)×1個(gè)劑量時(shí)每升營養(yǎng)液含各微量元素克數(shù)(g/L)

(6)

數(shù)據(jù)采用Microsoft office excel處理，利用SPSS-16.0軟件中 Duncan比較法進(jìn)行差異顯著性分析。

2　結(jié)果與分析

2.1對供液頻率和供液量的影響

由表2可看出， 試驗(yàn)T1番茄定植～開花前， 開花～第一穗花坐果前和第一穗花坐果～采收結(jié)束3個(gè)生育期內(nèi)的平均次供液量隨基質(zhì)含水量下限提高而減少。供液次數(shù)隨生育進(jìn)程推進(jìn)而增加，前2個(gè)生育期內(nèi)相鄰兩次供液的間隔時(shí)間均是8天，而第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期每次供液間隔時(shí)間由7天逐漸變?yōu)?天，原因是該時(shí)期基質(zhì)含水量下限提高和番茄植株耗液量增加。

試驗(yàn)T2(5個(gè)處理)于第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期的供液次數(shù)分別是試驗(yàn)T1的2.8倍、3.4倍、3.6倍、5.2倍和2.9倍，并且處理A1～A4的總供液量比試驗(yàn)T1分別提高了9.0%、12.0%、7.3%、13.7%。處理A1～A4的平均次供液量隨基質(zhì)含水量下限提高而減少， 與處理A1相比， 處理A2～A5的平均次供液量分別降低了14.8%、23.2%、44.3%和36.9%；供液次數(shù)隨基質(zhì)含水量下限提高而增加，與處理A1相比，處理A2～A5的供液次數(shù)分別增加了20.5%、28.2%、87.2%和5.1%。處理A5平均次供液量和供液次數(shù)的變化趨勢與處理A1～A4不同，可能是因?yàn)楣┮荷舷蘼愿哂诨|(zhì)持水量，有少量多余營養(yǎng)液需要排出而使基質(zhì)含水量較高，延長了番茄植株耗液的時(shí)間。

試驗(yàn)T3平均次供液量隨生育進(jìn)程推進(jìn)分別呈現(xiàn)減少再增加的趨勢。由于番茄定植～開花前和開花～第一穗花坐果2個(gè)生育期內(nèi)供液量由定時(shí)定量法全部和部分供給，所以前2個(gè)生育期的平均次供液量多于第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期的平均次供液量。第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期，試驗(yàn)T3的供液量比T1和T2(處理A1～A5)分別提高了2.0倍、1.7倍、1.7倍、1.8倍、1.6倍和3.1倍。試驗(yàn)T3在3個(gè)生育期內(nèi)的總排液量占供液量的37%左右。

表2　試驗(yàn)T1、T2和T3各生育期供液量和供液次數(shù)

注：表中數(shù)據(jù)為根據(jù)原數(shù)據(jù)計(jì)算后保留2位小數(shù)的結(jié)果。

試驗(yàn)T1和T3于第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期歷時(shí)分別為50 d和54 d，由表3可知，試驗(yàn)T1和T3于此階段的可利用營養(yǎng)液量分別為28.90 L/株和54.11 L/株，試驗(yàn)T3的可利用營養(yǎng)液量比T1增加了87.2%。其中，試驗(yàn)T3的可利用總鹽含量、大量元素含量和微量元素含量比試驗(yàn)T1均增加了87.7%，說明相對于試驗(yàn)T1，試驗(yàn)T3的供液方法可提高營養(yǎng)液供給量，同時(shí)增加番茄植株可吸收的鹽分含量、大量元素含量和微量元素含量。

圖1顯示了試驗(yàn)T3第一穗花坐果～采收結(jié)束前期(定植后44～48 d)、中期(定植后66～70 d)和后期(定植后83～87 d)各連續(xù)5天的供液量變化過程，可看出每日供液量過程呈拋物線型，前期和中期每日的供液量幾乎均呈雙峰，因?yàn)橹形鐣r(shí)段植株出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象，耗液量降低，供液量也隨之降低。前、中和后期番茄植株供液量高峰區(qū)隨生育進(jìn)程推進(jìn)在每日內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)間偏后，供液高峰區(qū)分別集中于每日9:00～18:00、10:00～18:00和11:00～18:00。還可看出隨生育進(jìn)程推進(jìn)，供液量呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，其中隨番茄果實(shí)生殖生長，植株耗液量逐漸升高，則供液量高峰出現(xiàn)在第一穗花坐果～采收結(jié)束中期；隨著果實(shí)陸續(xù)被采摘，植株耗液量降低，則第一穗花坐果～采收結(jié)束后期的供液量出現(xiàn)下降趨勢。

由此可知，試驗(yàn)T3是按照番茄植株生長特點(diǎn)和實(shí)際耗液量進(jìn)行供液的。

表3　試驗(yàn)T1和T3不同生育期可利用的液量和養(yǎng)分含量

圖1　試驗(yàn)T3第一穗花坐果～采收結(jié)束的前、中和后期供液量變化過程Fig.1　The change processes of supplying amounts of nutrient solution at early, middle and late stages in the first cluster until the end of the harvest with experiment T3

2.2對基質(zhì)電導(dǎo)率和pH的影響

由表4可看出，試驗(yàn)T1和T3的基質(zhì)電導(dǎo)率隨生育進(jìn)程推進(jìn)呈增加趨勢，且均高于各生育期供給的營養(yǎng)液濃度。試驗(yàn)T1每次供液后均無排出液，而T3則相反；第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期，與供給的營養(yǎng)液濃度(2.5 mS/cm)相比，試驗(yàn)T1和T3的基質(zhì)電導(dǎo)率分別增加2.35 mS/cm和1.01 mS/cm，可看出，在基質(zhì)電導(dǎo)率超過營養(yǎng)液供給濃度時(shí)，有液體排出可降低基質(zhì)電導(dǎo)率。試驗(yàn)T2中A1～A4每次供液后均無排出液，并且4個(gè)處理的基質(zhì)電導(dǎo)率隨供液上限增加而升高；與A1、A2、A3和A4的基質(zhì)電導(dǎo)率相比，A5的基質(zhì)電導(dǎo)率分別降低了5.0%、6.9%、10.9%和12.0%，這是因?yàn)锳5在每次供液時(shí)均有排出液，從而降低了鹽分積累。與供給的營養(yǎng)液濃度(2.5 mS/cm)相比，A1～A5的基質(zhì)電導(dǎo)率增加了2.47～3.15 mS/cm。

試驗(yàn)T1和T3的基質(zhì)pH值隨生育進(jìn)程推進(jìn)呈下降趨勢，即酸性逐漸加強(qiáng)，下降幅度分別為5.4%～7.2%和0.3%～2.7%；第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期，試驗(yàn)T3的pH比試驗(yàn)T1提高了12.0%。試驗(yàn)T2中A1～A5第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期的基質(zhì)pH在5.06～5.24范圍內(nèi)。

表4　試驗(yàn)T1、T2和T3各生育期基質(zhì)電導(dǎo)率和pH值

2.3對番茄植株長勢、果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

由表5可看出，試驗(yàn)T1番茄植株在第一穗花坐果～采收結(jié)束初期出現(xiàn)葉片黃化現(xiàn)象，此特征表示生長過程中營養(yǎng)元素缺乏，如氮、鉀、鈣、鎂、硫等元素；采摘時(shí)，果實(shí)出現(xiàn)臍腐病，可能是由缺鈣引起。試驗(yàn)T2番茄植株葉片呈綠色，為正常生長狀態(tài)，但第一穗花坐果～采收結(jié)束中期果實(shí)出現(xiàn)臍腐病，表示缺鈣。試驗(yàn)T3番茄植株葉片呈綠色，為正常生長狀態(tài)，果實(shí)無病變。

相對于試驗(yàn)T1，試驗(yàn)T2提高了供液上下限，增加了供液量，處理A1～A5的果實(shí)產(chǎn)量比試驗(yàn)T1分別提高了9.9%、7.0%、8.7%、2.3%和12.2%。試驗(yàn)T2中，隨供液下限的提高，處理A1～A4的果實(shí)產(chǎn)量呈下降趨勢，這是受較高的基質(zhì)電導(dǎo)率和較低的pH值影響所致。與處理A1相比，處理A2～A4的果實(shí)產(chǎn)量分別降低了2.7%、1.1%和6.9%；而處理A5的果實(shí)產(chǎn)量提高了2.1%，這是因?yàn)锳5的基質(zhì)電導(dǎo)率比A1～A4稍低，從而減小了對產(chǎn)量抑制的作用。

與試驗(yàn)T1相比，試驗(yàn)T3果實(shí)可溶性固形物含量、糖酸比、橫徑、縱徑和產(chǎn)量分別提高了39.8%、131.9%、45.2%、34.8%和71.5%。與試驗(yàn)T2(處理A1～A5)相比，試驗(yàn)T3的果實(shí)產(chǎn)量分別提高了56.1%、60.3%、57.8%、67.6%和52.9%。

表5　試驗(yàn)T1、T2和T3的葉色、果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量

3　討論與結(jié)論

主要依靠營養(yǎng)液供給植株吸收利用養(yǎng)分的基質(zhì)栽培中，依據(jù)基質(zhì)含水量上、下限管理營養(yǎng)液的方法研究相對較少。目前，基質(zhì)或土壤內(nèi)施底肥后，單純供給水或另外施用營養(yǎng)液的番茄栽培技術(shù)中，常用的供給水分或營養(yǎng)液方法是固定供給上限，設(shè)其接近田間持水量；在作物不同生育期設(shè)定不同下限，設(shè)下限均為田間持水量的百分比，并隨生育期的延長，下限逐漸增加，但小于上限。本文中試驗(yàn)T1的供液方法是依據(jù)上述方法和范圍進(jìn)行劃分的，但試驗(yàn)T1中不施底肥。通過試驗(yàn)T1可知，供液時(shí)間間隔較長，供液次數(shù)和平均次供液量較少，造成營養(yǎng)元素缺乏，葉色呈黃綠色，番茄果實(shí)出現(xiàn)臍腐病，基質(zhì)內(nèi)電導(dǎo)率偏高，pH偏酸性，說明此種供液上、下限指標(biāo)并不適用于不施底肥的基質(zhì)栽培。因?yàn)楫?dāng)基質(zhì)內(nèi)混有底肥后，種植過程中主要考慮水分管理問題；營養(yǎng)液型基質(zhì)栽培(不施底肥)依靠營養(yǎng)液提供水分和養(yǎng)分，所以養(yǎng)分供給也是需要考慮的主要方面，以此提高供液次數(shù)和增加供液量來及時(shí)補(bǔ)充營養(yǎng)元素，滿足番茄植株生長。

試驗(yàn)T2中處理A1～A5的供液上、下限均設(shè)定在基質(zhì)持水量左右。結(jié)果表明，第一穗花坐果～采收結(jié)束時(shí)期的供液次數(shù)分別是試驗(yàn)T1的2.8倍、3.4倍、3.6倍、5.2倍和2.9倍，處理A1～A4的供液量比試驗(yàn)T1分別提高了9.0%、12.0%、7.3%、13.7%，處理A1～A5的果實(shí)產(chǎn)量比試驗(yàn)T1分別提高了9.9%、7.0%、8.7%、2.3%和12.2%。試驗(yàn)T2(處理A1～A5)雖然提高了供液量，但并未改善基質(zhì)電導(dǎo)率和pH值，尤其電導(dǎo)率均偏高，原因是根系在代謝過程中的分泌物及脫落、死亡的根表皮細(xì)胞會存留在基質(zhì)內(nèi)；此外，植物根系對營養(yǎng)液中氮磷鉀的吸收量往往大于對鈣鎂硫的吸收量，故在基質(zhì)中會出現(xiàn)鈣鎂離子富集的鹽分累積現(xiàn)象。雖然葉色呈綠色，但果實(shí)仍有臍腐病，可能是基質(zhì)鹽類濃度較高，使番茄根系受到鹽害，阻礙了番茄果實(shí)對鈣素的吸收。另外，提高處理A5供液上限可使每次供液后均有排出液，相對處理A1～A4來說，處理A5降低了基質(zhì)電導(dǎo)率，說明供液時(shí)有排出液淋洗基質(zhì)可降低基質(zhì)電導(dǎo)率。由試驗(yàn)T2可知，營養(yǎng)液型基質(zhì)栽培的供液量不僅取決于基質(zhì)含水量的上、下限值，還需通過加大供液量對基質(zhì)進(jìn)行淋洗，與文獻(xiàn)[10-12]觀點(diǎn)一致。

試驗(yàn)T3每天固定了供液時(shí)間和上限，同時(shí)還提高一定比例的液量，可達(dá)到每天12次供液，且有多余液量流出，與文獻(xiàn)[2]觀點(diǎn)相符。并且試驗(yàn)T3的3個(gè)生育期的排出液電導(dǎo)率分別為1.50 mS/cm、2.05 mS/cm和3.51 mS/cm，與Lizarraga等[2]提出排出液電導(dǎo)率與原液電導(dǎo)率的差值在1 mS/cm為宜的觀點(diǎn)一致。由此可見，一天內(nèi)多次供液和適宜的供液量可將基質(zhì)中富集的鹽分淋洗出，使番茄根系處于養(yǎng)分和水分平衡的環(huán)境中。另外，試驗(yàn)T3完全按照番茄植株的生長特點(diǎn)和實(shí)際耗液量進(jìn)行供液，避免了定時(shí)定量法在植株早上和晚上供液過大，午間供液過少的弊端。相對于試驗(yàn)T1和T2(處理A1～A5)，試驗(yàn)T3提高了果實(shí)產(chǎn)量，改善了果實(shí)品質(zhì)。

營養(yǎng)液型基質(zhì)栽培中，利用水分傳感器監(jiān)測基質(zhì)含水量，以基質(zhì)持水量和基質(zhì)實(shí)時(shí)含水量為供液上、下限的供液決策方法，可以根據(jù)植株生長特點(diǎn)和需水規(guī)律及時(shí)供給適宜的營養(yǎng)液量，避免耗液量大時(shí)供液不足、耗液量小時(shí)供液過多而使植株受到水分脅迫或水肥浪費(fèi)的情況出現(xiàn)，精確管理水肥供液時(shí)間和供液量，維持養(yǎng)分充足且均衡，確保植株長勢正常，增加產(chǎn)量，達(dá)到節(jié)水省肥的效果，實(shí)現(xiàn)基質(zhì)栽培下營養(yǎng)液的高效管理。

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(責(zé)任編輯王衛(wèi)勛,王緒迪)

Research on the decision method of supplying nutrient solution of tomatoes with substrate culture in greenhouse

ZHANG Fang1,2, ZHANG Jianfeng1, XUE Xuzhang2, WANG Lichun2, LI Yinkun2, SHEN Yabin1

(1.School of Water Resources and Hydroelectric Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China；2.National Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture, Beijing 100097, China)

To research the decision method of supplying nutrient solution of tomatoes with substrate culture in greenhouse, using the substrate water content monitored by moisture sensor as decision index of the amount and time for supplying nutrient solution, three experiments are conducted, which set the threshold ranges of upper and lower limit of substrate water content in the each growth periods of tomatoes to supply solution, and set the substrate water capacity as upper limit and those as lower limits which the known thresholds of substrate water content and the substrate water contents by monitoring every 1 hour to supply solution with off-time and fixed timing. Appropriate decision method of supplying nutrient solution is determined, through comparing effects of amount and time for supplying nutrient solution, available nutrient content, electrical conductivity and pH in the substrate, plant growth, fruit quality and yield in the three experiments. The results show three points. The first, the amount and time for supplying nutrient solution can not meet the requirements of plants for nutrients under the condition of the different threshold ranges of upper and lower limit of substrate water content in each growth period of tomatoes, so that it gets poorer plant growth, fruit quality and lower yield. The second, though the demand of plants for nutrients is met under the condition that the substrate water capacity and the known thresholds of substrate water content respectively as upper and lower limits, plant growth are affected by the bad root environments. The third, under the condition that the substrate water capacity and the substrate water contents by monitoring every 1 hour respectively as upper limit and lower limits, the demand of plants for nutrients are met, thus it gets the normal plant growth, better fruit quality and the higher yield. The third decision method can realize the efficient decision management of nutrient solution with substrate culture, according to the daily water demand regulation of tomatoes.

substrate culture; nutrient solution; decision method; tomato

10.19322/j.cnki.issn.1006-4710.2016.03.008

2016-01-06

北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(6142008)；國家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012AA101903-1)；北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)專項(xiàng)資助項(xiàng)目(KJCX20140415)

張芳，女，博士生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)水土工程。E-mail:zf200612915@126.com

張建豐，男，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)橥寥浪诌\(yùn)動(dòng)與灌區(qū)自動(dòng)化等。E-mail:1jfzhang@mail.xaut.edu.cn

S274.3； S641.2

A

1006-4710(2016)03-0295-07