陳同強(qiáng)，馬鐵民，魏 超，安康平，徐 陽(yáng)，徐鳳嬌

（凱盛浩豐農(nóng)業(yè)有限公司，山東青島 266000）

目前，中國(guó)已經(jīng)成為全球最重要的番茄制品生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，是繼美國(guó)、歐盟之后的第三大生產(chǎn)地區(qū)和第一大出口國(guó)[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到目前連棟玻璃智能溫室于國(guó)內(nèi)的種植面積達(dá)到了630 hm2，且玻璃溫室種植面積仍處于不斷擴(kuò)大中。溫室中配備現(xiàn)代化設(shè)備，可以調(diào)整溫室內(nèi)作物的生長(zhǎng)溫度、濕度、CO2濃度、光照及營(yíng)養(yǎng)液等環(huán)境因素，創(chuàng)造適宜植物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)。

連棟玻璃智能溫室番茄種植生產(chǎn)一般采用無(wú)土栽培方式，水肥管理是其中的重要一環(huán)。以高標(biāo)準(zhǔn)水肥一體化硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，針對(duì)作物生長(zhǎng)階段，調(diào)控適宜的營(yíng)養(yǎng)液濃度及配方并制定合適的灌溉策略，來(lái)實(shí)現(xiàn)作物的最佳生長(zhǎng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最終的高產(chǎn)目標(biāo)。智能溫室分傳統(tǒng)連棟溫室與新型半封閉溫室，目前國(guó)內(nèi)智能溫室主要以傳統(tǒng)連棟玻璃溫室為主，通常在9 月份定植，次年7 月份拉秧，生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)10 個(gè)月，采收期長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月。本文將以凱盛浩豐德州番茄生產(chǎn)基地為例，對(duì)番茄不同生長(zhǎng)階段水肥灌溉的硬件配置、灌溉管理、配方調(diào)整、回液管理、營(yíng)養(yǎng)液管理等方面進(jìn)行總結(jié)，為玻璃溫室番茄周年種植生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

硬件配套

連棟玻璃溫室灌溉設(shè)備的主要配套硬件有施肥機(jī)、清水池、回液池與消毒池、UV 消毒機(jī)、母液池、RO 反滲透制水、壓力補(bǔ)償器及滴箭、基質(zhì)稱等[2]。

基質(zhì)秤（圖1）是一種集進(jìn)回液量、drydown（基質(zhì)含水量損耗率）、EC、pH、基質(zhì)重量、基質(zhì)含水量等于一體的數(shù)據(jù)測(cè)量收集、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)傳輸?shù)闹悄茉O(shè)備，為種植者提供更多有關(guān)基質(zhì)與根系的信息，以便實(shí)現(xiàn)精確灌溉。國(guó)內(nèi)目前主要灌溉水包括RO 水、地下井水及雨水，雨水由于其可免費(fèi)獲得，且含有較少的礦物鹽，較低的EC 被廣泛使用，因此需要配套雨水池進(jìn)行雨水收集。

圖1 基質(zhì)秤

灌溉管理

工廠化生產(chǎn)采用精準(zhǔn)化灌溉管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水肥的精準(zhǔn)供應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)水肥的精確供應(yīng)主要涉及的技術(shù)要點(diǎn)有灌溉階段、單次灌溉量/ 灌溉總量、灌溉頻率與輻射積累量、灌溉起始時(shí)間等方面。

灌溉階段

灌溉階段根據(jù)EC 與基質(zhì)含水量WC 變化情況，主要分為日出后-出現(xiàn)回液、回液穩(wěn)定階段、日落前灌溉3 個(gè)階段。3 個(gè)階段的具體定義見表1。第一階段灌溉的目的在于沖洗基質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)元素，促使基質(zhì)WC 達(dá)到飽和，結(jié)束時(shí)必須保證出現(xiàn)回液，其主要為第二階段高輻射條件下的高蒸騰量高光合速率做準(zhǔn)備。第二階段高頻率灌溉事情，目的是滿足植株在高輻射情況下高蒸騰速率對(duì)水的需求。第三階段一般于日落前2～3 h（晴天）、3～5 h（陰天）時(shí)結(jié)束[2]，末次灌溉結(jié)束時(shí)間與灌溉量主要用于調(diào)節(jié)dry-down 以植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)之前的平衡。

表1 灌溉階段的定義

灌溉量

灌溉量分為單次灌溉量與當(dāng)日灌溉總量，其多少均與輻射積累量有直接關(guān)系[3]。以凱盛浩豐德州為例，溫室透光率約為50%，作物截光率經(jīng)計(jì)算為75%，在室外光積累量為1000 J情況下，在維持合適根際EC 的情況下，灌溉輻射比不小于2.24 cc/m2/J。一般番茄成株期每天每株的需水量在1.5～2.0 L[2]。荷蘭經(jīng)典灌溉模型為每積累1 J/cm2的輻射情況下，給與3 cc/m2的灌溉量[2]。但該模型計(jì)算值與溫度、濕度有很大的關(guān)系，此維持合適的絕對(duì)濕度HD（3～7）或者水蒸氣壓差VPD（0.8～1.2）對(duì)于維持正常的蒸騰作用至關(guān)重要。

單次灌溉量的多少取決于灌溉階段以及基質(zhì)與植株?duì)顟B(tài)。一般而言，每個(gè)基質(zhì)條單次灌溉量按照2.5%～5% 的灌溉基質(zhì)比（基質(zhì)條單次灌溉總量/ 基質(zhì)條泡發(fā)后體積比）給與灌溉，其目的在于充分的沖洗替換基質(zhì)中的礦質(zhì)元素，偏多與偏少都會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)中部分區(qū)域未得到完全沖洗，進(jìn)而導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)元素的梯度如圖2 所示。2.5% 的灌溉基質(zhì)比積比意味著單次灌溉量少但頻繁灌溉，即觸發(fā)灌溉的輻射積累量低，而5%則意味著低頻率高灌溉量高輻射積累量觸發(fā)值。灌溉頻率的高低與基質(zhì)種類相關(guān)，椰糠保水性及緩沖性優(yōu)于巖棉，因此選用椰糠的情況下，其灌溉頻率要低于巖棉，即選擇更大的灌溉基質(zhì)比，便于灌溉后氧氣進(jìn)入椰糠。

圖2 單次灌溉量對(duì)基質(zhì)的沖洗情況

選用不同的灌溉基質(zhì)比決定了單次灌溉量與頻率，如植株偏向營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，則可以適當(dāng)提高灌溉基質(zhì)比，擴(kuò)大灌溉間隔，降低灌溉頻率。此外，單次灌溉量因當(dāng)日不同階段而有所區(qū)分，以當(dāng)日第一階段為例，如dry-down 測(cè)量值為10%，單位面積基質(zhì)量為8.0 L/m2，在第一階段24 h 平均溫度22 ℃，日間均濕為75% 的情況下，如光積累量為400 J，初步計(jì)算蒸騰量為2 mL/J，加上10% 的dry-down，如果要將基質(zhì)含水量WC 恢復(fù)到飽和情況下，則第一階段灌溉總量為800 mL+8 L×10%×1000，即約為1600 mL，灌溉輻射比約為4。

灌溉頻率與輻射積累量

灌溉頻率即1 天內(nèi)的灌溉次數(shù)及每次的灌溉量，其灌溉次數(shù)與灌溉總量、輻射積累量、最小/ 最大間隔時(shí)間相關(guān)。一般在晴天下，觸發(fā)灌溉的輻射積累量（即當(dāng)達(dá)到一定輻射積累量時(shí)觸發(fā)一次灌溉）以凱盛浩豐德州番茄生產(chǎn)基地為例，第一階段輻射積累量觸發(fā)灌溉值為120 J，第二階段為90 J，第三階段則為150 J，具體的灌溉次數(shù)與當(dāng)日輻射積累量有關(guān)。

而在陰天情況下，由于輻射積累量無(wú)法達(dá)到設(shè)定值，會(huì)導(dǎo)致灌溉間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，為維持合適的基質(zhì)WC，則需要設(shè)置最小間隔與最大間隔，最小間隔的目的在于避免兩次灌溉間隔時(shí)間過(guò)短，常用于夏季高輻射季節(jié)，一般為15～30 min，而最大時(shí)間間隔一般用于陰天，一般120～150 min。

灌溉起始時(shí)間

灌溉起始時(shí)間即當(dāng)日首次灌溉的啟動(dòng)時(shí)間與末次灌溉的結(jié)束時(shí)間，其與輻射積累量、濕度、陰晴天氣相關(guān)。一般日出后2 h 進(jìn)行首次灌溉，大約10:00 結(jié)束。需要注意炎熱天氣日出后1.0～1.5 h 進(jìn)行第1 次灌溉，而陰天時(shí)則通常在日出后3～4 h 進(jìn)行第1 次灌溉。末次灌溉最早在日落前5 h 進(jìn)行，最晚在日落前2 h 進(jìn)行。陰天時(shí)提前結(jié)束灌溉，晴天則延遲[5]。

灌溉目的是滿足作物因蒸騰作用而觸發(fā)根系對(duì)水肥的吸收，如果空氣濕度偏高(相對(duì)濕度RH>85%，或HD<2)，則當(dāng)下空氣可再容納的水蒸氣空間變小，當(dāng)及時(shí)輻射積累量超過(guò)灌溉設(shè)定值時(shí)，植株的蒸騰作用仍比較弱，此時(shí)若灌溉太早，則會(huì)打破植株水分平衡狀態(tài)，表現(xiàn)為花穗柄細(xì)長(zhǎng)（圖3），坐果后果柄折斷導(dǎo)致落果嚴(yán)重，因此日出后要及時(shí)通風(fēng)除濕。

圖3 植株花穗柄細(xì)長(zhǎng)

配方調(diào)整

配方的最初來(lái)源是基于植株灰分測(cè)試后，從植株各個(gè)元素的含量組成歸納出作物的配方。表2 是番茄初始配方，分別代表開放系統(tǒng)（無(wú)回液循環(huán)使用）、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)使用系統(tǒng)以及根際各離子濃度。

表2 巖棉栽培下番茄初始配方[4]

配方的調(diào)整是基于定期的營(yíng)養(yǎng)液/ 葉片組織檢測(cè)結(jié)果情況下，在基礎(chǔ)配方的水平上進(jìn)行調(diào)整。

回液管理

回液是灌溉時(shí)多余的營(yíng)養(yǎng)液從基質(zhì)袋中流出的液體，回液量計(jì)算值為單個(gè)基質(zhì)條回液量與灌溉總量的比值。在荷蘭由于嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法律，限制種植者將回液排放到周邊，因此在荷蘭現(xiàn)代化溫室中，回液需要經(jīng)收集系統(tǒng)、UV 消毒機(jī)后循環(huán)再用。目前灌溉系統(tǒng)分為開放系統(tǒng)與循環(huán)系統(tǒng)，前者將回液直接外排，而后者則將營(yíng)養(yǎng)液回收消毒后再進(jìn)行使用。

回液的目的在于確保植株有足夠的水肥供應(yīng)，維持根際EC 與各離子濃度在合適的范圍[6]，具體可以參考表2。一般而言，對(duì)于每一日的回液，其主要來(lái)源于第二階段，第一階段排液量不應(yīng)超過(guò)當(dāng)日總回液的40%，第三階段不應(yīng)出現(xiàn)回液?；匾毫康亩嗌賱t主要取決于單日輻射積累量，通常植株于晴天高輻射情況下根系吸水量多于吸肥量，因此在晴天應(yīng)增加回液量，確保根際EC 穩(wěn)定并處于合理范圍內(nèi)，每日回液控制可參見表3。

表3 不同輻射積累量情況下回液控制范圍

消毒后的回液存儲(chǔ)于回液消毒池中，在循環(huán)使用回液的情況下，需要定期（每月2～4 次）的營(yíng)養(yǎng)液成分檢測(cè)，以便根據(jù)回液調(diào)整母液配方，一般滴箭進(jìn)液端，回液的用量不超過(guò)進(jìn)液EC 的1/3，即進(jìn)液為3 的情況下，回液使用的EC 不超過(guò)1。當(dāng)回液中某一離子濃度超過(guò)進(jìn)液目標(biāo)濃度時(shí)，則進(jìn)液中該離子來(lái)源于母液的濃度不應(yīng)低于目標(biāo)濃度的50%，例如進(jìn)液中B 元素目標(biāo)濃度50 nmol，回液中該離子濃度為60 nmol，則來(lái)源于母液的B 元素濃度不應(yīng)低于25 nmol，以確保回液成分多變的情況下保證進(jìn)液離子濃度，避免植株缺素出現(xiàn)。

營(yíng)養(yǎng)液管理

營(yíng)養(yǎng)液的管理工作主要包含營(yíng)養(yǎng)/ 回液EC、pH、溫度檢測(cè)與控制。EC 反映的是營(yíng)養(yǎng)液中大量元素陰離子與陽(yáng)離子濃度和，其值越高代表營(yíng)養(yǎng)液中離子濃度之和越高，番茄于不同生長(zhǎng)階段適宜EC 有所不同，夏季番茄植株對(duì)水的需求量高于營(yíng)養(yǎng)離子，因此夏季低進(jìn)液EC 與根際EC，一般建議根際EC 于3～5 mS/cm，進(jìn)液EC在2.5～3.5 mS/cm，冬季輻射強(qiáng)度低，濕度高，植株容易偏營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，因此維持稍高的進(jìn)液EC與根際EC，一般建議根際EC 于4～6 mS/cm，進(jìn)液EC 在3.5～4.0 mS/cm 左右。

營(yíng)養(yǎng)液pH 以及根際pH 的適宜范圍為5.5～6.5 偏弱酸性，其主要考慮的是根際各離子可被植株吸收的有效性（圖4），在不同pH 環(huán)境下，各元素其對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)離子在5.5～6.5 時(shí)其不易發(fā)生沉淀，可被植物吸收，因此維持合適的根際EC 可以避免植株缺素的發(fā)生。

圖4 各元素離子在不同pH 下沉淀

根際pH 的調(diào)節(jié)可以通過(guò)以下兩種方式進(jìn)行，一種是調(diào)節(jié)進(jìn)液的pH，用硝酸、磷酸或者氫氧化鉀進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)基質(zhì)進(jìn)行大量灌溉，以使得基質(zhì)pH 恢復(fù)正常值。另外一種情況通過(guò)生理堿性鹽（硝酸鹽）或者生理酸性鹽（銨鹽）進(jìn)行，根系在吸收NH4+離子會(huì)釋放H+導(dǎo)致根際pH 下降，而吸收NO3-離子時(shí)，會(huì)釋放OH-離子，導(dǎo)致根際pH 上升，一般營(yíng)養(yǎng)液中NH4+濃度不應(yīng)超過(guò)1.5 mmol。

番茄生產(chǎn)過(guò)程中，每天需要對(duì)灌溉液和回液的EC 與pH 進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般于當(dāng)日末次灌溉結(jié)束30 min 后進(jìn)行檢測(cè)。此外，對(duì)于配方的調(diào)整，建議每周進(jìn)行一次進(jìn)液與回液的檢測(cè)，基于檢測(cè)值確保配方的準(zhǔn)確性，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整配方，每周送檢營(yíng)養(yǎng)液，在出現(xiàn)缺素情況下則同時(shí)送檢葉片，其檢測(cè)結(jié)果如圖5。營(yíng)養(yǎng)液溫度一般維持在18～24 ℃，溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致根系及細(xì)胞中酶活性降低，影響對(duì)水肥的吸收，溫度偏高則會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)液中溶解氧降低，導(dǎo)致根系缺氧。

圖5 番茄葉片檢測(cè)

總結(jié)

生產(chǎn)中番茄水肥管理是動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，種植者借助現(xiàn)代化水肥管理設(shè)備，并依據(jù)番茄生長(zhǎng)規(guī)律，調(diào)整營(yíng)養(yǎng)配方，為番茄生長(zhǎng)提供精準(zhǔn)的水肥供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量品質(zhì)優(yōu)化。未來(lái)可進(jìn)一步加強(qiáng)智能水肥管控，從而實(shí)現(xiàn)番茄的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。