雨蔬農(nóng)業(yè)
廣州雨蔬農(nóng)業(yè)科技有限公司由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生、本科生聯(lián)合創(chuàng)辦，致力于服務(wù)中國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，企業(yè)宗旨：用技術(shù)武裝現(xiàn)代農(nóng)民。
無土栽培是利用含有植物生長發(fā)育所必需元素的營養(yǎng)液來提供營養(yǎng), 并且可以使植物能夠正常完成整個生命周期的種植技術(shù)。無土栽培技術(shù)中, 深液流技術(shù)具有作物生長快、產(chǎn)量高、品質(zhì)好等優(yōu)點。筆者于2008年4~ 9月在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動化系試驗溫室中進行試驗, 以營養(yǎng)液深液流為栽培方式, 荷蘭“百利”番茄為研究對象, 制定了在營養(yǎng)液深液流栽培方式下使用的營養(yǎng)液配方。根據(jù)番茄不同生育期對環(huán)境的不同要求, 利用營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)及時調(diào)整營養(yǎng)液組成成分、濃度和酸堿度等對營養(yǎng)液進行動態(tài)管理, 并根據(jù)營養(yǎng)生長期和生殖生長期番茄對外界環(huán)境的不同要求, 采用以CAN 總線為通信平臺的計算機控制系統(tǒng)對溫室溫度、濕度和光照等因素進行調(diào)控。試驗通過對深液流栽培條件下番茄生育期的環(huán)境和營養(yǎng)狀況進行有效調(diào)節(jié)與控制, 為設(shè)施環(huán)境番茄高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)深液流栽培提供參考。
1 研究方法
1.1 材料
番茄品種為荷蘭“百利”。采用基于CAN 現(xiàn)場總線的溫室小氣候與營養(yǎng)液組分檢測控制系統(tǒng)對溫室內(nèi)小氣候環(huán)境和根際環(huán)境進行測量、采集和調(diào)控。系統(tǒng)由營養(yǎng)液自動檢測與循環(huán)系統(tǒng)和溫室環(huán)境測控系統(tǒng)2 部分組成。營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)主要由栽培床、貯液池、檢測池、供液管道系統(tǒng)和回流管道組成。其主要作用是自動供應(yīng)水和高濃度營養(yǎng)液, 并使?fàn)I養(yǎng)液在整個系統(tǒng)中自動循環(huán)。栽培床長100 cm,寬60 cm; 檢測池內(nèi)插有測量根際環(huán)境中主要離子濃度的電化學(xué)傳感器、電導(dǎo)電極和溫度傳感器, 各種傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入CAN 總線模塊 。溫室控制系統(tǒng)共有6 種傳感器: 溫度傳感器、濕度傳感器、照度傳感器、CO2 傳感器、風(fēng)速傳感器、和風(fēng)向傳感器。溫室內(nèi)環(huán)境因子的實時狀況由傳感器感應(yīng)經(jīng)由CAN 總線輸入模塊輸入到上位機后, 控制系統(tǒng)要根據(jù)控制目標(biāo)來操作溫室的各種設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)的溫室專用設(shè)備: 天窗、內(nèi)遮陽網(wǎng)、燃油熱風(fēng)爐、噴霧機、濕簾、風(fēng)機、鈉燈和二氧化碳鋼瓶, 共同構(gòu)成了溫度、濕度、照度和二氧化碳濃度控制系統(tǒng)。
1. 2 營養(yǎng)液配方
各元素間的比例要根據(jù)不同生育期養(yǎng)分吸收特性決定。N肥過多會造成枝葉過于茂盛, K 肥與Ca肥的比例最好維持在2：1, 收獲時K 與Ca的比例可為2. 5：1. 0。Ca與Mg的比例維持在5：1, K、Ca、Mg的比例為7. 5：5. 0：1. 0, K 與N 的比例為1. 4~ 1. 8：1. 0。P的濃度在40mg/L以上。各微量要素濃度最好為: Fe 1 mg /L、Cu 0. 05mg/L、Mn 0. 4 mg /L、B 0. 3 mg /L、Mo 0. 05mg /L。番茄對Zn比較敏感, Zn的濃度應(yīng)在0. 25 mg/L以下。因而, 采用的營養(yǎng)液配方為硝酸鈣680mg/L、硝酸鉀350mg /L、磷酸二氫鉀200mg/L、硫酸鎂250 mg/L、氯化鉀170 mg /L。微量元素采用常用的配方 。
1.3 栽培方法
試驗共栽培4株番茄, 其中1 株植于營養(yǎng)液大栽培池, 另外3株植于桶中(用于對比)。番茄苗于2008年5月1日植入營養(yǎng)池中, 6月初開始結(jié)果。到2008年7月12日, 對大池單株進行第1次采摘。
2 生長環(huán)境的管理與調(diào)控
2. 1 溫度
營養(yǎng)生長期番茄生育的溫度宜為25~ 28℃ 。白天氣溫應(yīng)保持在能夠促進葉片光合作用的溫度, 最好是28℃ ; 夜間氣溫應(yīng)保持在能把白天產(chǎn)生的同化物質(zhì)輸送到發(fā)育最旺盛的部位的范圍內(nèi), 最好是23℃ 。試驗中番茄栽培期為4~ 9月, 室外溫度偏高。溫度管理上以降溫為主。圖1為營養(yǎng)生長期每天17: 00溫室溫度。
番茄開花和開藥的極限低溫相當(dāng)于日最高溫15℃ 左右, 安全限度以30℃ 為宜。番茄開花結(jié)果期在6月, 在管理上主要用風(fēng)機濕簾系統(tǒng)降溫。圖2為生殖生長期每天下午17: 00溫室溫度。
2. 2 濕度
一方面, 較高的空氣濕度有利于番茄光合作用;另一方面, 高濕環(huán)境容易誘發(fā)病害。故番茄在其正常生長發(fā)育的時期內(nèi)適宜的相對濕度范圍是50% ~ 70%, 不宜超過80%。由于6~ 8月間室內(nèi)相對濕度較低, 在管理中主要用風(fēng)機濕簾系統(tǒng)增濕, 也可用噴霧系統(tǒng)進行增濕。
2. 3 營養(yǎng)液的管理與調(diào)控
2. 3. 1 液溫。
試驗在營養(yǎng)池周圍覆蓋一層白色泡沫板用于冬季保溫, 夏季隔絕太陽光直射; 在營養(yǎng)液中安裝了冷凝管,用于在高溫時適當(dāng)降低營養(yǎng)液的溫度, 其降溫原理與空調(diào)類似。試驗期間主要經(jīng)歷高溫的夏季, 因此降溫是液溫管理的主要工作。圖3為番茄營養(yǎng)液在2008年5月3 日~ 9 月8日的溫度變化曲線。營養(yǎng)液溫度保持在22~ 32℃ 。
2. 3. 2 營養(yǎng)液濃度。
在前期的營養(yǎng)生長期, 濃度(EC 值)要求較低, 以1 500~ 2 500 us / cm為宜; 而在結(jié)果期濃度可調(diào)至3 000~ 4 000 us / cm。4、5月份氣溫不高, 番茄吸收養(yǎng)分和水分的速度差不多, 營養(yǎng)液的濃度變化很小, 因此這段時間內(nèi)只需定期補充營養(yǎng)液即可; 6、7月份合肥地區(qū)光照強度非常強, 外界氣溫很高, 番茄蒸騰會耗散大量水分, 營養(yǎng)液中水分的耗散速度遠大于養(yǎng)分的耗散速度, 因此這段時間內(nèi)除定期補充營養(yǎng)液外還須每天視蒸騰耗水的多少給營養(yǎng)液中補充水分。
圖4所示的是番茄營養(yǎng)液在2008 年5月3日~ 8 月7日的EC 值變化曲線。營養(yǎng)生長期, EC 值保持在1 500~2 500 us / cm; 結(jié)果期, EC 值主要保持在3 000 ~ 4 000us / cm。EC值控制情況較為理想。
2. 3. 3 溶解氧。
溫度越高, 日照強度越大, 番茄對營養(yǎng)液中溶解氧的消耗越多; 反之, 番茄對營養(yǎng)液中溶解氧的消耗越少。為確保供氧充足, 采用小功率的增氧泵對番茄根系附近區(qū)域的營養(yǎng)液進行24 h供氧。
2. 3. 4 酸堿度。
番茄生長最適宜的酸堿度為5. 5~ 6. 9, 為弱酸性[ 4]。當(dāng)營養(yǎng)液的pH 值上升時, 可以用稀H3 PO4 調(diào)節(jié); 當(dāng)營養(yǎng)液的pH 值下降時, 可以用稀KOH 調(diào)節(jié)。試驗營養(yǎng)液的pH值保持在6附近, 控制情況較為理想。
2. 3. 5 營養(yǎng)液模型。
營養(yǎng)液的潛熱交換主要包括番茄的蒸騰作用和營養(yǎng)液水分蒸發(fā)等過程中水的相變所伴隨的吸熱和放熱。試驗通過測量一段時間內(nèi)總的營養(yǎng)液減少的體積來表示番茄蒸騰作用和營養(yǎng)液蒸發(fā)消耗的能量。在2008年7月20日將其中一株獨立栽培于桶中的番茄的增氧泵停掉, 在接下來的20多天里觀測發(fā)現(xiàn), 營養(yǎng)液液面高度、EC值、pH 值基本不變, 莖粗減少了2. 6 cm; 而其他正常生長的番茄EC值、莖粗都在增長, 說明這株番茄幾乎沒有生命力, 其潛熱交換主要是水分的蒸發(fā)。栽培的桶外覆蓋有黑膜, 營養(yǎng)液的表面有塑料泡沫和黑膜覆蓋, 僅在番茄主枝通過的地方留有小孔, 可見即使是在炎熱的夏天, 營養(yǎng)液中水分的直接蒸發(fā)也是很小的, 營養(yǎng)液的減少主要是由于番茄的蒸騰作用。
那么番茄由于蒸騰作用消耗的能量為
式中p為水的蒸發(fā)潛熱, 為水的密度。
圖5為2株植于藍桶中的番茄在2008年5月29日~ 7月15日每天因蒸騰作用消耗的能量變化曲線, 這2株番茄生長狀況相似, 并且置于溫室中緊鄰的位置, 故它們的能量變化曲線相近。蒸騰作用日消耗能量的不同主要由當(dāng)天的溫度、光照強度、濕度等綜合因素決定。圖6為大池中的番茄在2008年6月2日~ 9月8日每天因蒸騰作用消耗的能量變化曲線, 由于大池體積為124 L, 每天測得的體積變化量比較小, 在計算過程中取平均值。其中在7月26日和8月8日這2天蒸騰量比較大, 約為17 k J/d, 這是由于這2 天溫度很高(正午時分7月26日室外超過36℃ , 8月8日室外超過34℃ ), 番茄蒸騰作用加強。
3 結(jié)論與討論
( 1)根據(jù)番茄不同生長階段對溫度、濕度、光照以及營養(yǎng)液的不同要求, 研究了對于溫度、濕度、光照和營養(yǎng)液的調(diào)控方法。2008年7月12日, 對大池單株進行了第1次采摘, 成熟果32個, 掛果12個, 成熟果單果平均質(zhì)量約130 g, 平均直徑約65mm, 最大直徑約80mm。到2008年10月1日, 大池單株以累計采摘162個, 當(dāng)時仍掛果43個。大池中的番茄植株冠層面積約10m2, 根莖直徑26. 68mm, 番茄長勢良好。
( 2)根據(jù)作物品種和作物不同生長階段對環(huán)境的不同要求, 研究了對于溫室小氣候環(huán)境(溫度、濕度) 和作物的根際環(huán)境(營養(yǎng)液的溫度、EC值及pH 值)的調(diào)控方法, 并采用作物營養(yǎng)生長和生殖生長的實測數(shù)據(jù)描述了檢測與控制的效果。經(jīng)過番茄的營養(yǎng)液深液流栽培試驗證明, 營養(yǎng)液自動循環(huán)系統(tǒng)和基于CAN 總線的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)能夠完成預(yù)期的環(huán)境調(diào)控任務(wù), 帶來番茄的優(yōu)質(zhì)與高產(chǎn)。利用研究的無土栽培營養(yǎng)液循環(huán)控制系統(tǒng), 可以將深液流栽培推廣到其他蔬菜、瓜果, 研究不同種類作物的無土栽培技術(shù)。
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