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温室水肥一体化灌溉管理实现番茄优质高产!

来源:温室园艺农业工程技术     2022年10月25日 10:10


目前,中国已经成为全球最重要的番茄制品生产国和出口国,是继美国、欧盟之后的第三大生产地区和第一大出口国。据不完全统计,截止到目前连栋玻璃智能温室于国内的种植面积达到了630 hm2,且玻璃温室种植面积仍处于不断扩大中。温室中配备现代化设备,可以调整温室内作物的生长温度、湿度、CO2 浓度、光照及营养液等环境因素,创造适宜植物生长发育的环境条件,进而实现作物周年连续生产。

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连栋玻璃智能温室番茄种植生产一般采用无土栽培方式,水肥管理是其中的重要一环。以高标准水肥一体化硬件系统为基础,针对作物生长阶段,调控适宜的营养液浓度及配方并制定合适的灌溉策略,来实现作物的最佳生长状态,实现最终的高产目标。智能温室分传统连栋温室与新型半封闭温室,目前国内智能温室主要以传统连栋玻璃温室为主,通常在9 月份定植,次年7 月份拉秧,生产周期长达10 个月,采收期长达8 个月。本文将以凯盛浩丰德州番茄生产基地为例,对番茄不同生长阶段水肥灌溉的硬件配置、灌溉管理、配方调整、回液管理、营养液管理等方面进行总结,为玻璃温室番茄周年种植生产提供技术参考。

硬件配套

连栋玻璃温室灌溉设备的主要配套硬件有施肥机、清水池、回液池与消毒池、UV 消毒机、母液池、RO 反渗透制水、压力补偿器及滴箭、基质称等。

基质秤( 图1) 是一种集进回液量、dry-down(基质含水量损耗率)、EC、pH、基质重量、基质含水量等于一体的数据测量收集、存储与实时传输的智能设备,为种植者提供更多有关基质与根系的信息,以便实现精确灌溉。国内目前主要灌溉水包括RO 水、地下井水及雨水,雨水由于其可免费获得,且含有较少的矿物盐,较低的EC 被广泛使用,因此需要配套雨水池进行雨水收集。

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灌溉管理

工厂化生产采用精准化灌溉管理系统,实现了水肥的精准供应。一般来说水肥的精确供应主要涉及的技术要点有灌溉阶段、单次灌溉量/ 灌溉总量、灌溉频率与辐射积累量、灌溉起始时间等方面。

表1 灌溉阶段的定义

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灌溉阶段根据EC 与基质含水量WC 变化情况,主要分为日出后- 出现回液、回液稳定阶段、日落前灌溉3 个阶段。3 个阶段的具体定义见表1。第一阶段灌溉的目的在于冲洗基质中营养元素,促使基质WC 达到饱和,结束时必须保证出现回液,其主要为第二阶段高辐射条件下的高蒸腾量高光合速率做准备。第二阶段高频率灌溉事情,目的是满足植株在高辐射情况下高蒸腾速率对水的需求。第三阶段一般于日落前2~3 h(晴天)、3~5 h(阴天)时结束,末次灌溉结束时间与灌溉量主要用于调节dry-down 以植株营养生长与生殖生长之前的平衡。

灌溉量分为单次灌溉量与当日灌溉总量,其多少均与辐射积累量有直接关系。以凯盛浩丰德州为例,温室透光率约为50%,作物截光率经计算为75%,在室外光积累量为1000 J 情况下,在维持合适根际EC 的情况下,灌溉辐射比不小于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。荷兰经典灌溉模型为每积累1 J/cm2的辐射情况下,给与3 cc/m2的灌溉量。但该模型计算值与温度、湿度有很大的关系,此维持合适的绝对湿度HD(3~7) 或者水蒸气压差VPD(0.8~1.2)对于维持正常的蒸腾作用至关重要。

单次灌溉量的多少取决于灌溉阶段以及基质与植株状态。一般而言,每个基质条单次灌溉量按照2.5%~5% 的灌溉基质比(基质条单次灌溉总量/ 基质条泡发后体积比) 给与灌溉,其目的在于充分的冲洗替换基质中的矿质元素,偏多与偏少都会导致基质中部分区域未得到完全冲洗,进而导致营养元素的梯度如图2 所示。2.5% 的灌溉基质比积比意味着单次灌溉量少但频繁灌溉,即触发灌溉的辐射积累量低,而5% 则意味着低频率高灌溉量高辐射积累量触发值。灌溉频率的高低与基质种类相关,椰糠保水性及缓冲性优于岩棉,因此选用椰糠的情况下,其灌溉频率要低于岩棉,即选择更大的灌溉基质比,便于灌溉后氧气进入椰糠。

图2 单次灌溉量对基质的冲洗情况

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注 : 颜色越深代表基质含水量越高。

选用不同的灌溉基质比决定了单次灌溉量与频率,如植株偏向营养生长,则可以适当提高灌溉基质比,扩大灌溉间隔,降低灌溉频率。此外,单次灌溉量因当日不同阶段而有所区分,以当日第一阶段为例,如dry-down 测量值为10%,单位面积基质量为8.0 L/m2,在第一阶段24 h 平均温度22℃,日间均湿为75% 的情况下,如光积累量为400 J,初步计算蒸腾量为2 mL/J,加上10% 的dry-down,如果要将基质含水量WC 恢复到饱和情况下,则第一阶段灌溉总量为800 mL+800 L×10%×1000,即约为1600 mL,灌溉辐射比约为4。

灌溉频率即1 天内的灌溉次数及每次的灌溉量,其灌溉次数与灌溉总量、辐射积累量、最小/ 最大间隔时间相关。一般在晴天下,触发灌溉的辐射积累量(即当达到一定辐射积累量时触发一次灌溉)以凯盛浩丰德州番茄生产基地为例,第一阶段辐射积累量触发灌溉值为120 J,第二阶段为90 J,第三阶段则为150 J,具体的灌溉次数与当日辐射积累量有关。

而在阴天情况下,由于辐射积累量无法达到设定值,会导致灌溉间隔时间过长,为维持合适的基质WC,则需要设置最小间隔与最大间隔,最小间隔的目的在于避免两次灌溉间隔时间过短,常用于夏季高辐射季节,一般为15~30 min,而最大时间间隔一般用于阴天,一般120~150 min。

灌溉起始时间即当日首次灌溉的启动时间与末次灌溉的结束时间,其与辐射积累量、湿度、阴晴天气相关。一般日出后2 h 进行首次灌溉,大约10:00 结束。需要注意炎热天气日出后1.0~1.5 h 进行第1 次灌溉,而阴天时则通常在日出后3~4 h 进行第1 次灌溉。末次灌溉最早在日落前5 h 进行,最晚在日落前2 h 进行。阴天时提前结束灌溉,晴天则延迟。

灌溉目的是满足作物因蒸腾作用而触发根系对水肥的吸收,如果空气湿度偏高( 相对湿度RH>85%,或HD<2),则当下空气可再容纳的水蒸气空间变小,当及时辐射积累量超过灌溉设定值时,植株的蒸腾作用仍比较弱,此时若灌溉太早,则会打破植株水分平衡状态,表现为花穗柄细长(图3),坐果后果柄折断导致落果严重,因此日出后要及时通风除湿。

图3 植株花穗柄细长

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配方的最初来源是基于植株灰分测试后,从植株各个元素的含量组成归纳出作物的配方。表2 是番茄初始配方,分别代表开放系统( 无回液循环使用)、营养液循环使用系统以及根际各离子浓度。

表2 岩棉栽培下番茄初始配方

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配方的调整是基于定期的营养液/ 叶片组织检测结果情况下,在基础配方的水平上进行调整

回液是灌溉时多余的营养液从基质袋中流出的液体,回液量计算值为单个基质条回液量与灌溉总量的比值。在荷兰由于严格的环境保护法律,限制种植者将回液排放到周边,因此在荷兰现代化温室中,回液需要经收集系统、UV 消毒机后循环再用。目前灌溉系统分为开放系统与循环系统,前者将回液直接外排,而后者则将营养液回收消毒后再进行使用。

回液的目的在于确保植株有足够的水肥供应,维持根际EC 与各离子浓度在合适的范围,具体可以参考表2。一般而言,对于每一日的回液,其主要来源于第二阶段,第一阶段排液量不应超过当日总回液的40%,第三阶段不应出现回液。回液量的多少则主要取决于单日辐射积累量,通常植株于晴天高辐射情况下根系吸水量多于吸肥量,因此在晴天应增加回液量,确保根际EC 稳定并处于合理范围内,每日回液控制可参见表3。

消毒后的回液存储于回液消毒池中,在循环使用回液的情况下,需要定期(每月2~4 次)的营养液成分检测,以便根据回液调整母液配方,一般滴箭进液端,回液的用量不超过进液EC 的1/3,即进液为3 的情况下,回液使用的EC 不超过1。当回液中某一离子浓度超过进液目标浓度时,则进液中该离子来源于母液的浓度不应低于目标浓度的50%,例如进液中B 元素目标浓度50 nmol,回液中该离子浓度为60 nmol,则来源于母液的B 元素浓度不应低于25 nmol,以确保回液成分多变的情况下保证进液离子浓度,避免植株缺素出现。

表3 不同辐射积累量情况下回液控制范围

表3 不同辐射积累量情况下回液控制范围

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