温室营养液管理策略的研究进展

来源:用户上传      作者: 倪纪恒 毛罕平 马万征

　　摘要：营养液管理是现代化农业技术体系中的重要组成部分。本文回顾了基于EC、养分添加和基于作物模型这3种不同的营养液管理方法的研究进展，并对今后的研究方向进行了展望。
　　关键词：温室；营养液管理；研究进展
　　
　　无土栽培是现代农业的重要组成部分，而营养液管理技术又是无土栽培技术体系中的核心部分。营养液供给系统将营养液浇灌在基质上，作物通过吸收基质中的养分和水分来满足自身生长发育的需要，营养液浇灌的多少，直接影响作物的生长。营养液浇多了，会造成不必要的浪费，增加温室的运营成本，污染环境；营养液浇不足，作物生长不良，降低产量，直接影响温室的经济效益。因此，加强营养液管理的研究，对于增加温室经济效益、降低成本，具有十分重要的意义。按需浇水，定量施肥，也是对精细农业必要的、有益的补充。本文对目前国内外营养液管理方式进行总结，以期推动我国营养液管理技术体系的发展。
　　
　　1　国内外研究现状
　　
　　目前生产上营养液管理模式主要有3种，分别基于EC值的营养液管理方式、养分添加的营养液管理方式和基于作物模型的营养液管理方式。
　　
　　1.1基于EC值的营养液管理模式
　　这类营养液调控系统类似于荷兰的A－B箱式系统，主要根据营养液的电导率值和pH值进行营养液管理。按照配方将母液分别放在A－B两个容器中，有的还要加上酸液容器，通过调整营养液的EC值和pH值对营养液进行管理。我国在这方面进行了很多研究，主要有：毛罕平等开发了无土营养液循环灌溉系统，该系统具有营养液自动定时灌溉、营养液自动加温、酸碱度和浓度自动调控等功能。程月华等研制了基于单片机控制的设施农业营养液供给系统，实现了温室营养液的自动控制，提高了控制精度和响应速度。许维胜等用单片机实现的智能温室营养液混合系统，能有效地实施对营养液混合系统的参数设置、修改、检测和控制。李锐等开发的用单片机实现自动灌溉及施肥系统，可以人工或自动控制灌溉、施肥时间，自动控制营养液浓度。
　　由于作物对营养液中各元素的需求不同，很容易造成营养液中养分失衡，造成循环液中某些营养成分的不足或过剩，仅通过调控营养液的EC和pH值无法反映出营养液的组分变化。解决这个问题一般采用更换营养液的方法，这不仅造成了肥料与水分的浪费，增加了温室的运行成本，同时也容易形成非点性污染。
　　为了提高对营养液中各元素浓度的控制，需要对营养液中各离子浓度进行检测，在段增强等研制的设施栽培中营养液全自动控制系统中，利用各营养液中营养液元素浓度之间比例的变化关系，通过试验绘出各种经验曲线，从而由EC值、pH值及可检测的某几种离子浓度来判断因传感器限制而无法直接、简单检测的其他营养液元素浓度。秦琳琳等在营养液系统中增加了选择电极，实现温室无土栽培中营养液的在线检测，该系统可以实现营养液中温度、K+、Ca2+、NO3、pH值、EC值和溶氧值的在线检测。
　　在营养液管理系统中增加的在线检测装置，通常为离子选择电极与电极电位装置，需要手动操作进行温度补偿，难以校正温度变化引起的测量误差，测定精度不高，同时昂贵的费用也很难在生产中推广。
　　
　　1.2基于养分添加法的营养液管理模式
　　这种营养液管理方式最初由美国的Asher在1987年提出，具体方法是将每种化学试剂放在一个营养液罐中，采用计算机控制，依据作物在不同生育时期的需肥要求，按照一定的比例供给作物，以满足作物生长需要。这种方式不考虑营养液的EC值和pH值。同基于EC的营养液管理方式相比，这种管理方式节水、节肥，但需要生产者对作物的需肥特性有十分清楚的了解。
　　Alberot比较了基于EC值的营养液管理方式和养分添加的管理方式在甜瓜上的应用，结果表明：同基于EC值的营养液管理方式相比，养分添加法需水量减少40％～50％，肥料利用率提高60％～80％，而在产量和果实品质上没有差别。目前在美国温室作物栽培中营养液管理大多采用这种方式。
　　不同的温光条件影响作物对养分的吸收速率，也影响作物的生长速率。因此，采用养分添加法的营养液管理模式，其前提是必须对作物的养分吸收规律及其与温度、辐射的关系进行深入的研究。美国由于无土栽培的研究开始较早，且对作物的养分吸收规律有深刻的认识，因此这种方法适合于美国国情。但对于我国来说，温室作物栽培种类、栽培模式多种多样，各地气候条件之间差异很大，对作物养分吸收规律还没有深入的了解，这种营养液管理方法在我国的推广还需要进一步加强对作物养分吸收规律的深入研究。
　　
　　1.3基于作物生长模型和蒸腾模型的营养液管理模式
　　这种管理模式目前在欧洲刚刚兴起，原理是利用作物生长模型精确预测作物干物质产量，通过作物的干物质产量确定作物的需肥量，利用作物蒸腾模型来确定作物需水量，达到精确、按需施肥浇水的目的。
　　Marcelis构建了甜椒的养分吸收模型，并在此基础上构建了CLOSYS系统，进行温室作物营养液的管理。M.Gallardo将作物生长模型TOMGROW和作物蒸腾模型有机组合，很好地模拟了温室番茄的氮素吸收和氮素流失量。G.Carmassit采用这种方法很好地提高了温室番茄的水分利用效率。目前国内关于这类研究尚未见报导。
　　
　　2　研究展望
　　
　　随着我国设施农业的发展，无土栽培在设施农业发展中所占的比例也越来越大，加强对营养液管理方面的研究也就显得越来越重要。其中依据作物对水分、肥料的需求进行营养液管理越来越成为研究的共识，需要对以下几方面加强研究：
　　
　　2.1加强对作物水分、养分状况进行实时精确监测方面的研究
　　加强对无损监测技术、作物生长信息传感器方面的研究，实时获取作物水分、养分信息，并精确了解作物的养分、水分状况，依据作物水分、养分状况，进行营养液的管理。
　　
　　2.2加强对作物养分、水分评价体系方面的研究
　　作物水分养分亏缺，大多是由两种或两种以上环境因子共同作用的效果。如何依据采集到的作物养分水分信息，对作物养分、水分水平进行评价，需要进一步加强这方面的研究。
　　
　　2.3构建多启动模式的温室营养液管理系统
　　我国幅员辽阔，气候条件差异很大，栽培管理方式各不相同，而目前生产上的营养液管理模式大多为单一启动模式(累积辐射、土壤水分含量和冠气温差)，很难适应我国多种多样的环境条件和栽培模式，因此，加强多启动模式研究，建立一套适合我国国情的温室营养液管理方法，对推动我国温室产业的发展将起到重要的作用。

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