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目前,中國已經成為全球最重要的番茄制品生產國和出口國,是繼美國、歐盟之后的第三大生產地區和第一大出口國。據不完全統計,截止到目前連棟玻璃智能溫室于國內的種植面積達到了630 hm2,且玻璃溫室種植面積仍處于不斷擴大中。溫室中配備現代化設備,可以調整溫室內作物的生長溫度、濕度、CO2 濃度、光照及營養液等環境因素,創造適宜植物生長發育的環境條件,進而實現作物周年連續生產。
連棟玻璃智能溫室番茄種植生產一般采用無土栽培方式,水肥管理是其中的重要一環。以高標準水肥一體化硬件系統為基礎,針對作物生長階段,調控適宜的營養液濃度及配方并制定合適的灌溉策略,來實現作物的最佳生長狀態,實現最終的高產目標。智能溫室分傳統連棟溫室與新型半封閉溫室,目前國內智能溫室主要以傳統連棟玻璃溫室為主,通常在9 月份定植,次年7 月份拉秧,生產周期長達10 個月,采收期長達8 個月。本文將以凱盛浩豐德州番茄生產基地為例,對番茄不同生長階段水肥灌溉的硬件配置、灌溉管理、配方調整、回液管理、營養液管理等方面進行總結,為玻璃溫室番茄周年種植生產提供技術參考。
連棟玻璃溫室灌溉設備的主要配套硬件有施肥機、清水池、回液池與消毒池、UV 消毒機、母液池、RO 反滲透制水、壓力補償器及滴箭、基質稱等。
基質秤( 圖1) 是一種集進回液量、dry-down(基質含水量損耗率)、EC、pH、基質重量、基質含水量等于一體的數據測量收集、存儲與實時傳輸的智能設備,為種植者提供更多有關基質與根系的信息,以便實現精確灌溉。國內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行雨水收集。
灌溉管理
工廠化生產采用精準化灌溉管理系統,實現了水肥的精準供應。一般來說水肥的精確供應主要涉及的技術要點有灌溉階段、單次灌溉量/ 灌溉總量、灌溉頻率與輻射積累量、灌溉起始時間等方面。
表1 灌溉階段的定義
灌溉階段根據EC 與基質含水量WC 變化情況,主要分為日出后- 出現回液、回液穩定階段、日落前灌溉3 個階段。3 個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中營養元素,促使基質WC 達到飽和,結束時必須保證出現回液,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)時結束,末次灌溉結束時間與灌溉量主要用于調節dry-down 以植株營養生長與生殖生長之前的平衡。
灌溉量分為單次灌溉量與當日灌溉總量,其多少均與輻射積累量有直接關系。以凱盛浩豐德州為例,溫室透光率約為50%,作物截光率經計算為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。荷蘭經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。但該模型計算值與溫度、濕度有很大的關系,此維持合適的絕對濕度HD(3~7) 或者水蒸氣壓差VPD(0.8~1.2)對于維持正常的蒸騰作用至關重要。
單次灌溉量的多少取決于灌溉階段以及基質與植株狀態。一般而言,每個基質條單次灌溉量按照2.5%~5% 的灌溉基質比(基質條單次灌溉總量/ 基質條泡發后體積比) 給與灌溉,其目的在于充分的沖洗替換基質中的礦質元素,偏多與偏少都會導致基質中部分區域未得到完全沖洗,進而導致營養元素的梯度如圖2 所示。2.5% 的灌溉基質比積比意味著單次灌溉量少但頻繁灌溉,即觸發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值。灌溉頻率的高低與基質種類相關,椰糠保水性及緩沖性優于巖棉,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比,便于灌溉后氧氣進入椰糠。
圖2 單次灌溉量對基質的沖洗情況
注 : 顏色越深代表基質含水量越高。
選用不同的灌溉基質比決定了單次灌溉量與頻率,如植株偏向營養生長,則可以適當提高灌溉基質比,擴大灌溉間隔,降低灌溉頻率。此外,單次灌溉量因當日不同階段而有所區分,以當日第一階段為例,如dry-down 測量值為10%,單位面積基質量為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,初步計算蒸騰量為2 mL/J,加上10% 的dry-down,如果要將基質含水量WC 恢復到飽和情況下,則第一階段灌溉總量為800 mL+800 L×10%×1000,即約為1600 mL,灌溉輻射比約為4。
灌溉頻率即1 天內的灌溉次數及每次的灌溉量,其灌溉次數與灌溉總量、輻射積累量、最小/ 最大間隔時間相關。一般在晴天下,觸發灌溉的輻射積累量(即當達到一定輻射積累量時觸發一次灌溉)以凱盛浩豐德州番茄生產基地為例,第一階段輻射積累量觸發灌溉值為120 J,第二階段為90 J,第三階段則為150 J,具體的灌溉次數與當日輻射積累量有關。
而在陰天情況下,由于輻射積累量無法達到設定值,會導致灌溉間隔時間過長,為維持合適的基質WC,則需要設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間過短,常用于夏季高輻射季節,一般為15~30 min,而最大時間間隔一般用于陰天,一般120~150 min。
灌溉起始時間即當日首次灌溉的啟動時間與末次灌溉的結束時間,其與輻射積累量、濕度、陰晴天氣相關。一般日出后2 h 進行首次灌溉,大約10:00 結束。需要注意炎熱天氣日出后1.0~1.5 h 進行第1 次灌溉,而陰天時則通常在日出后3~4 h 進行第1 次灌溉。末次灌溉最早在日落前5 h 進行,最晚在日落前2 h 進行。陰天時提前結束灌溉,晴天則延遲。
灌溉目的是滿足作物因蒸騰作用而觸發根系對水肥的吸收,如果空氣濕度偏高( 相對濕度RH>85%,或HD<2),則當下空氣可再容納的水蒸氣空間變小,當及時輻射積累量超過灌溉設定值時,植株的蒸騰作用仍比較弱,此時若灌溉太早,則會打破植株水分平衡狀態,表現為花穗柄細長(圖3),坐果后果柄折斷導致落果嚴重,因此日出后要及時通風除濕。
圖3 植株花穗柄細長
配方的最初來源是基于植株灰分測試后,從植株各個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( 無回液循環使用)、營養液循環使用系統以及根際各離子濃度。
表2 巖棉栽培下番茄初始配方
配方的調整是基于定期的營養液/ 葉片組織檢測結果情況下,在基礎配方的水平上進行調整
回液是灌溉時多余的營養液從基質袋中流出的液體,回液量計算值為單個基質條回液量與灌溉總量的比值。在荷蘭由于嚴格的環境保護法律,限制種植者將回液排放到周邊,因此在荷蘭現代化溫室中,回液需要經收集系統、UV 消毒機后循環再用。目前灌溉系統分為開放系統與循環系統,前者將回液直接外排,而后者則將營養液回收消毒后再進行使用。
回液的目的在于確保植株有足夠的水肥供應,維持根際EC 與各離子濃度在合適的范圍,具體可以參考表2。一般而言,對于每一日的回液,其主要來源于第二階段,第一階段排液量不應超過當日總回液的40%,第三階段不應出現回液?;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,因此在晴天應增加回液量,確保根際EC 穩定并處于合理范圍內,每日回液控制可參見表3。
消毒后的回液存儲于回液消毒池中,在循環使用回液的情況下,需要定期(每月2~4 次)的營養液成分檢測,以便根據回液調整母液配方,一般滴箭進液端,回液的用量不超過進液EC 的1/3,即進液為3 的情況下,回液使用的EC 不超過1。當回液中某一離子濃度超過進液目標濃度時,則進液中該離子來源于母液的濃度不應低于目標濃度的50%,例如進液中B 元素目標濃度50 nmol,回液中該離子濃度為60 nmol,則來源于母液的B 元素濃度不應低于25 nmol,以確?;匾撼煞侄嘧兊那闆r下保證進液離子濃度,避免植株缺素出現。
表3 不同輻射積累量情況下回液控制范圍
表3 不同輻射積累量情況下回液控制范圍