设施番茄营养液调控技术研究现状与展望

摘    要：近年来我国持续加快推进农业现代化建设以提升农业生产能力和生产水平，设施农业是农业现代化的重要形式，也是衡量一个国家或地区农业现代化水平的重要标志。在设施农业中，基质栽培由于水肥管理高效，节水节肥效果明显，且可有效防止土传病害发生，已成为设施番茄工厂化生产的重要手段。营养液的调控是设施番茄工厂化基质栽培的重点和难点，针对营养液调控，研究者已开展了营养液灌溉浓度、营养液配方、营养液灌溉频率等方面的探究，初步揭示了设施番茄工厂化基质栽培营养液调控机制，但依然还存在着营养液灌溉较为粗放、灌溉根区盐分积累严重等问题。综述了设施番茄工厂化基质栽培营养液调控的现状，概括了营养液调控中的一些方法，分析了营养液调控方面存在的问题和不足，探讨了今后的发展趋势。

关键词：设施番茄；基质栽培；营养液调控；数字农业

中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）04-012-07

Research status and future prospect of nutrient solution control in tomato facility cultivation

SUN Qian1，2，3， WANG Zhan1， XU Fan3， GUO Wenzhong3， YAO Yusheng2， LI Lingzhi4， WANG Baoming4

（1. Guyuan Branch， Ningxia Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Guyuan 756000， Ningxia， China; 2. Shennongfutong（Shanxi）Agricultural Planning and Design Ressearch Co.， Ltd.， Taiyuan 030000， Shanxi， China; 3. Beijing Research Centre of Intelligent Equipment for Agriculture， Beijing 100097， China; 4. Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： Recent years， the state proposes to accelerate the development of agricultural modernization， raise the production capacity and production level. Facility agriculture is one of the important form of agriculture modernization， and it is a significant sign for a country that measuring the level of agriculture modernization. Substrate cultivation is a vital method for tomato in greenhouse cultivation， which is convenient for nutrient management and can save the water and fertilize. Furthermore， it also can effectively limit the soil-borne disease. So it become the leading way that efficient cultivation of facility agriculture. The water and fertilizer managements are the key factors for substrate cultivation of tomato in greenhouse. Researchers have already carried out research on concentration of nutrient solution， nutrient solution recipe， irrigation frequency of nutrient solution and so on， which initially revealed nutrient solution management. But nutrient solution irrigation was still extensive and the salt accumulation of root zone was severe. Here， we presented status of substrate culture of tomato when it was cultivated in greenhouse， summarized some experience in regulating， analysed the problem and drawback in this respect， and discussed the development trend in the past several years.

Key words： Greenouse tomato; Substrate culture; Nutrient regulation; Digital agriculture

21世纪以来，我国设施园艺呈现快速发展的趋势，2022年“中央一号”文件也提出要加快发展设施农业，为今后我国设施农业发展提供了有力支持，在国家乡村振兴政策助推下，设施园艺已成为山东寿光、河北衡水等地区农业和农村发展的重要支柱产业[1]，但经长年的设施栽培，土壤暴露出板结、酸化、盐渍化等威胁设施园艺可持续发展的问题。无土栽培技术人为创造作物生长根系环境，可不受土壤条件限制，有效避免土壤连作障碍对作物生长的影响，解决传统土壤栽培下水气肥三者的供应矛盾，抑制土传病害发生[2]。截止到2020年，我国无土栽培面积在5万hm2左右[3]。目前无土栽培主要包括水培和基质栽培2种，其中基质栽培又分为有机基质栽培、无机基质栽培和混合基质栽培三大类。与水培相比，基质栽培有固定植株、保持水分、透气和缓冲等作用[4]，且投资少，设备简单易操作[5]；与土壤栽培相比，基质栽培可按作物生长需求动态供给水分和养分，有利于作物提高光合效率[6]、产量[7]、品质[8]和水肥利用效率[9]。

番茄为一年生或多年生草本植物，果实含丰富的维生素类和钾，无胆固醇，是深受人们喜爱的蔬菜。近些年，我国番茄生产规模基本保持稳定，据农业农村部统计，2018年我国番茄栽培面积110.9 万 hm2，产量6 483.2万t，其中设施番茄栽培面积达64.2 万hm2，占番茄总栽培面积的57.9%[10]。在番茄生产中，常规土壤栽培养分释放缓慢，不易满足番茄生长发育对高水肥的需求，基质栽培作为番茄设施栽培的一种重要栽培手段，可以人为创造番茄生长适宜的根系条件，并可通过营养液持续不断供给番茄生长发育所需的水分和养分，提高番茄产量[11]。因此，基质栽培在设施番茄生产中应用越来越广。

设施番茄基质栽培中，水肥管理是生产的关键，同时也是生产中的技术难点。目前，我国设施番茄基质栽培水肥调控以经验为主，生产者也普遍认为高肥可获高产，未考虑不同生长阶段番茄对养分的动态需求，导致养分供给与作物养分需求不匹配，造成水肥浪费或养分供应不足，影响番茄产量和品质。前人研究发现，平均每季日光温室栽培蔬菜对氮（N）、磷（P）、钾（K）养分的吸收量分别仅占总投入量的24.5%、5.9%和34.0%[12]，合理地控制肥料用量，甚至减少肥料用量不仅不会降低番茄产量，而且可以改善番茄光合特性，提高番茄品质和肥料养分利用率[13-15]。番茄基质栽培的养分主要来源于营养液，其浓度、供给频率和供液量以及元素配比是影响番茄养分吸收量、生长、产量及品质的主要因子[16-18]。因此，笔者就番茄营养液浓度、营养液灌溉量、灌溉频率、灌溉方式及设施环境因子对番茄生长发育的影响进行综述，指出当前基质栽培番茄营养液调控技术存在的问题，并对今后的研究方向进行展望，为番茄基质栽培研究提供参考。

1 营养液调控技术

番茄生长所需的大量与微量元素中，除碳（C）、氢（H）、氧（O）3种元素可从大气中获取外，其他必须依靠根系吸收才能供植株正常生长发育，而营养液是根系吸收养分的主要来源，也是无土栽培技术的核心，对作物的生长发育、产量和品质均有一定影响[19]。通常种植者会通过改变营养液灌溉浓度、营养液配方、营养液灌溉频率等方式促进番茄吸收养分，提高番茄产量、品质、养分利用效率等。

1.1 营养液浓度

营养液浓度是指一定量营养液中所含有的营养元素的量，通常用电导率（EC值）表示，EC值越大，浓度越高。营养液EC的变化对番茄品质、产量和养分利用率影响较为明显，当营养液灌溉浓度升高，可以促进番茄对氮、磷、钾、钙、镁等矿物质的吸收，提高品质，但降低单果质量[20]和养分利用效率[21]。目前普遍认为随着番茄生育期的延长营养液灌溉浓度应逐步提高。张芳等[22]研究了基于叶片数增长的营养液浓度动态调控法，表明番茄每增加一片叶，营养液灌溉EC值提高0.1 mS·cm-1时，有利于促进番茄生长和养分吸收，并提高了番茄产量和品质。鲁少尉等[23]研究表明，基质栽培番茄苗期、花期、坐果期、成熟期适宜的营养液EC值分别为1.2、2.5、3.8、5.2 mS·cm-1时果实品质最好，干物质量损失最少。刘佳等[24]用椰糠复合基质栽培番茄的试验结果表明，适当提高营养液浓度可以改善番茄品质，但过高浓度会导致产量和品质下降，番茄开花后，灌溉EC值为2.5、3.0、3.5 mS·cm-1时均适合番茄生长，EC值为4.0 mS·cm-1时适合短季节栽培，EC值为2.0 mS·cm-1时适合长季节栽培。何诗行等[25]的研究也表明，在岩棉短程栽培模式中，灌溉较高EC值营养液番茄生长发育及品质较好，EC为4 mS·cm-1是最佳的灌溉EC值。雷喜红等[26]的的研究表明，在番茄第3穗果坐果后，灌溉EC值为3.0 mS·cm-1时番茄产量最高，灌溉EC为4.0 mS·cm-1时品质最好，灌溉EC为5.0 mS·cm-1时虽然可提高番茄品质，但严重影响了番茄植株生长和产量提高。综合结果表明，番茄在幼苗期适宜的灌溉EC值为0.8～1.0 mS·cm-1；定植到第一穗花开花或结果所需的EC值为1.0～1.5 mS·cm-1；结果初期适宜的灌溉EC值为1.5～2.0 mS·cm-1；结果后期适宜的EC值为2.0～4.0 mS·cm-1。短程栽培结果期营养液EC宜偏高，长季节栽培宜偏低；冬季宜偏高，夏季宜偏低。在生产上要依据实际情况，合理调控番茄营养液浓度。

1.2 营养液元素配比

目前番茄基质栽培营养液配方有日本山崎配方、霍格兰德配方、日本园试配方等，不同配方主要区别为大量元素配比不同。为使营养液能满足番茄生长发育需求，研究者针对营养液中大量元素适宜配比开展了许多研究[27-30]。氮（N）和钾（K）作为番茄生长中需求量最大的2种元素，共同参与碳氮代谢[31]，也是研究最多的2种元素。王军伟等[30]的试验结果表明，N是影响番茄产量、叶片叶绿素含量、叶片光合速率的主要因子，K是影响可溶性糖、维生素C、番茄红素含量等品质指标的主要因子。在基质栽培条件下，营养液中N、K质量浓度分别为378 mg·L-1和391 mg·L-1时，番茄产量最高、品质最优。李娟等[27]研究了番茄坐果后营养液中不同氮钾比对番茄生长的影响。结果表明，提高营养液中K的浓度，可改善番茄品质，当K、N质量比为2.9∶1.0时，有利于生产高品质番茄，但随着K、N质量比的提高，番茄产量逐渐降低。许桂梅等[32]研究发现，番茄果实甜度与营养液中K含量呈正相关，适当增加营养液中K含量，可以提高番茄品质，但过量施用则会造成减产。也有研究结果表明，番茄对氮素的利用率较低，氮肥施用过多会降低番茄产量，增加硝酸盐累积量[33]。而番茄对K的需求较高，常规营养液配方中的钾浓度往往不能满足番茄生长发育所需[34]，当钾素供应充足时番茄的叶绿素含量和光合速率均可达到最大值，并促进了植株对N、P的吸收[35]。番茄在生长发育过程中，对水肥的需求是动态变化的，随着生育期的延长，番茄对水肥的需求逐渐增大，在果实膨大期和采收初期达到最大值，随后对水分的需求逐渐减少，而对肥料需求也迅速降低，且对不同元素的需求量的变化也不尽相同，水肥需求特征的变化直接影响着营养液中各元素含量的多少，不适宜的元素含量可能导致基质根区EC值增大或离子比例失衡，致使番茄植株缺素[36]。因此，在基质栽培番茄长季节生产中，不仅要调整N、K元素的比例以符合番茄生产需求，还要随着生育期延长对其他元素需求的变化，动态调整营养液中其他元素的含量，避免根区盐分积累严重和植株养分缺失。同时，微量元素在番茄生长中也起着至关重要的作用[37-38]，在今后的研究中也要加强对营养液中微量元素的关注。