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2006年3月12日 作者:ctnyzn [返回]
番茄王的智能化水平放任式栽培(论文)

番茄王的智能化水平放任式栽培


徐伟忠,朱丽霞,陈银华
浙江省丽水市农科所农业智能化快繁中心(邮编:323000)

 

摘要:综合性地对比与评价当前我国番茄王栽培技术存在的问题与限制产业发展的瓶颈,结合笔者生产实践及国外发展趋势,提出了番茄树水平放任栽培的新概念,并且阐明其原理与生产操作。分析与归纳了影响番茄王超常规生长发育所需的各项环境指标生理指标,从而形成了水平放任栽培的技术体系与各种优势,而且从番茄观光园建设的角度说明了该技术的广阔前景与发展空间。
关键词:番茄王;水平放任;生理潜能;环境控制;营养液;观光农业
引言
   番茄是当前果蔬生产中最为重要的蔬菜品种,是传统农业中占居重要地位菜蓝子项目,我国番茄的栽培已有悠久的历史,从露天的土壤栽培,到设施内的基质栽培,从季节性栽培到周年反季栽培,它都离不开环境的局限也离不开生长周期的生理限制,在人们的心目中早已形成了对番茄一种定势的印象。可是,当你眼前突现出一株结果近万个,产量逾千斤的番茄大树时,你会惊讶,你会倍感神奇,它是番茄吗?是番茄与大树杂交的基因品种吗?其实不然,它也是番茄,而且是用普通番茄(无限生长型的品种皆可)栽培出的大树,这就是番茄树或者叫做番茄王,它是利用现代设施与环境控制手段及新型栽培模式来实现的,利用现代生物与环控技术让番茄的生理潜能得到最大化的发挥所表现出来的超常规发育。这种栽培模式在发达的日本已较为流行,已成为观光农园中的主要项目,它除了能生产人们所需的高品质果品蔬菜外,更重要是它带来的观光效果与综合效益,是普通传统栽培所不能比拟的。为让大家对这种新型栽培模式有个概括性的了解,笔者结合自身多年实践经验及借鉴发达国家的技术前沿,对比当前国内外的多种栽培模式,筛选出一种投资较省,效率较高,更易规模化成片种植的新模式---番茄王的平台放任式栽培,现就该技术的相关原理及操作技术作些简单的综述,以更好地指导生产,促进我国番茄王观光园的建设与发展。

   一、番茄王栽培常用的模式及存在的问题
   自从日本植物学家野泽重雄于1981年栽培成功的世界上第一株番茄树以来,许多国家及我国也相继展开了番茄树栽培的技术偿试与研究,出现形成了多种适合我国国情的栽培模式与技术体系。如中国农科院及中国农大的番茄王大容器(1立方米水体)深液流栽培法[1],还有一种较易掌握最为方便的基质滴灌栽培法,以及当前最为先进的气雾栽培法等。这些栽培分别属于基质培、水培、气雾培范畴,是在模式上的演化与创新。其中大容器深液流利用单株根系营养液占有率最大化再加上环境控制的科学化来实现番茄潜能的最大发挥,可以使番茄根系处于最佳的水气温环境,但管理及控制成本较高,而且难以让普通人掌握与接受。而利用陶粒、珍珠岩或蛭石混合基质栽培,虽然管理较为方便,但根系的生长潜能得不到最大发挥,所以地上植株的生长也受到局限,比常规栽培有更大的生理潜能发挥优势,但要实现超常规的极限发挥还有一定难度,可以单株实现千果,而实现万果就有一定难度,关键在于基质对根系生长的机械阻力存在,再加上根系与营养液的直接接触程度没有水培高。而气雾培或水气培虽然从生长发育潜能发挥来说是最佳的,但从技术实现的角度来说,以及我国当前的生产力情况出发,还是较难让生产者接受,最为关键的问题,一旦停电,很快这会造成对植株的伤害,因为它的庞大根系是生长在悬空的空气容器中,营养及水分的供给全凭营养液的雾化补充,喷雾供液系统若一停电或故障,根系与植株的缓冲性极差,很快出现植株的蒸腾失水萎蔫。另外,根域环境的控制要求也是极为严格,这种方法如果在电力保障,设备齐全的生产基地无疑是最好的方法,它能使番茄的生理潜能正真实现最大化的发挥,生长速度快于水培与基质培。气雾法优势的体现关键在于根系是生长于空气中,具有氧气供给最大化,有氧呼吸提供根系吸收矿质营养的动力最大化,从而形成了生长与生理潜能发挥水平的最大化,这种方法在发达的国家已被采用。而在我国设施条件及环境控制手段有限的情况下,如何开发一种成本低又可克服上述局限因子的栽培模式显得极为重要,它直接关系到番茄王栽培技术的普及与运用推广。
   针对上述各种模式存在的问题,形成了水平放任栽培的技术思路。探求建立一种能够让根系生长像大容器深液流栽培一样能自由地伸展,又具有比深液流更有效的根系溶氧吸收空间,对于停电及运行故障又有较好适性的栽培方式;同时又要适应最为廉价实用的环境控制要求,甚至在露天情况都能适应栽培的栽培模式。根据番茄王生长发育所涉的温光气热因子与矿质营养水分氧气的生理因子,构建出一种科学的种植模式---水平放任式栽培。

  2、水平放任式栽培技术体系及操作要领
  2.1针对番茄王生长限制因子分析形成新的技术体系
  番茄王之所以能超常规的潜能发挥在于为其创造最优化的环境因子与生理因子。番茄生长离不开外环境的温度湿度光照,如气温会影响植株的生长开花结果及光合作用呼吸作用等代谢,温度过高会产生高温胁迫与危害,温度过低又会出现寒害或冻害,一般以15-33度为适温范围。光照要求全光照,但在夏季直射光极为强烈的中午进行适当的蔗光也是有利的,可以掌握在3-5万LX之间[2],南方地区的冬季因长期的阴雨天可采用人工补光技术以解决光照不足造成的徒长现象。另外湿度过高与过低也会影响其生长,通常掌屋在60-80%之间,可以采用通风与弥雾结合的方式来进行调控。这些栽培空间的大环境控制可以采用人工或温室大棚计算机控制系统来实现。而影响根域环境的相关因子是番茄成功栽培中最为关键的技术环节,它除了可借助养液控制的自动化系统外,更重要还受栽培模式的影响。植物生长的快慢从根域角度来说,就是根域环境是否最优化,只有根系发达才能有树体的繁旺。而根系代谢旺盛取决于水分矿质营养及氧气,这三者最适化的实现就可满足最佳的生理要求。在以上三种模式的栽培中,大容器深液流水培在水分与矿质营养上可以达到最大化的需求,但在高温季节常由于液温的升高而出现营养液的低氧胁迫,若采用致冷降温则需消耗大量的电能,使栽培成本大幅度的提高。而在液温过高情况下即使采用循环与曝气增氧也难以达到理想的效果,在普通设施下采用深液流栽培常会出现烂根或缺氧胁迫现象,严重影响植株的生长。而采用基质结合滴灌的栽培模式,虽然具有良好的透气高氧环境,但根系环境与水培相比,所处的水份营养环境没有深液流与气雾培充足,另外,基质的机械阻力存在也会影响根系的穿透与延伸生长。通常番茄以溶氧达到至少4-5g/L方可保证正常生长,以6-10g/L之间为最佳溶氧量[3],但液温的升高使饱和溶氧度大大下降,也会影响最佳溶氧环境的创造,这方面可以通过气液混合装置采用强制增氧法来实现。而气雾培的气雾根域环境能使根系处于最佳的水分营养及氧气环境,但对根域的精确控制及电力的保障常使当前简易设施条件下难以实现。针对上述根域环境优化所遇的技术问题与简易设施条件下如何实现根域环境最优化的现实问题,一种新型的水平放任式栽培能得以解决实现。这种模式让根系处于一个能自由伸展但液层又不深的环境下任其水平放任地生长,具有最大的气液界面[4],使大部份的根系处于液层的表面空间生长,即使水中溶氧不足也可从空气中获取最大量的氧气得以补充,即使在停电状况下,也不会造成有氧代谢的阻碍,是一种浅液流模式的改进与发展。让根系环境介于深液流与营养液膜环境之间,根系既有最大化的营养接触,又具有最大化的氧气接触空间,有效地解决上述的矛盾,而且它对夏季液温的控制远比深液流及气雾培有更广的适应范围,所以它已成为日本最为普及的番茄王栽培模式。


   2.2栽培系统的建设
   这种模式的独特之处就是栽培系统的创新与完善,把原本的大容量栽培池或栽培桶改建成水平栽培床[5],把原来的曝气增氧改为营养液的循环射流增氧与强制溶氧,把原来的分散或单株控制变为群体集中控制,更有利于成片番茄树林的建设。栽培床的建设是该模式有别于其它模式最重要的地方,让植株种植于置放有长方形栽培床的种植架上,这种种植架一般以钢管焊接而成,具有承重力好,又有通风透光良好之特别,而且利于搬动。而长方形的栽培床具有比深液流更大的表面积,规格通常为1mX3m,也就是一株番茄有3平方米的气液接触空间,制作床时选择隔热较好而致密坚固的泡沫材料,切制成床沿高15cm的长方形泡沫床,制作时可用泡沫胶粘接固定。栽培时在底部辅膜上盖泡沫定植板即可。这种泡沫切制的栽培床具有很好的保温与隔热效果,对于创造较为稳定的液温环境起到很好的作用。而钢制的支撑架则可解决承栽与番茄枝蔓的绑缚与空间伸展问题,能灵活地搬移,便于在空旷处与阳台楼顶处或公共场所处的单独栽培。在成片种植时可按6mX8M的株行距离进行布置栽培架,而且在营养液循环管道的布设上可共用同一系统,极利于成片番茄林的施工建设。
   2.3循环系统的形成
   营养液的循环是水培技术中最为重要的技术,它具有为根系源源不断地提供充足的水分与矿质营养外,更重要的是能促进根域环境溶氧量的增加,还可带走根系表面的各种有害的代谢中间产物,也大大提高根系吸收营养的离子交换速度,更有利于液温的集中控制与稳定。循环系统犹如人体的血脉,通过它把调控好的营养液源源不断地供给系统中的每一植株。在循环系统的建设中,主要是要科学地设计进液与回流方式,为了提高营养液中的溶氧量,在长方形栽培床的一端平行布设一条长度与床宽相同的进液管,支架在床沿上,在进液管的钭下方均匀地打孔或间隔10cm装上雾化喷头,循环时达到射流或雾化进液的效果,以最大量地溶入更多的氧气。在栽培床的另一尾端的床底开设一个养液回流管,回流管一般还需套接可伸缩的螺纹状软管,可自由伸缩以调整水位,并且施工时利用环形扣把栽培膜与回流管紧固密封以防漏水。另外在床底的末端还必须设计一个排水孔,这个排水孔是在彻底排液时所用,这样在换液与清理废液时更为方便,可以把床内的养液排干,平时通常用一具螺纹的塑料盖封严排水孔。而在成片栽培时,所有的进液支管与排液支管都必须与营养液循环主管联接,这样就形成了一个整体的养液循环系统,便于管理与集中控制。
   2.4养液的集中管理
   养液的集中管理与控制是营养液栽培中的技术核心[6],采用自动化的控制系统(即养液调控计算机)把各回流管回流至回液池中的营养液EC值、酸碱度与溶氧指标调节至最优状态是确保番茄快速正常生长的关键技术。它犹如人的心脏,所有的营养液在此处汇流调节适宜后再经动力泵输送至各个植株。回液池建造一般以地下式为宜,这样液温受外界的影响波动会更小,更有利于液温的调控。总回流管回流至液池时最好以一定高度呈瀑布式注入为好,这也是一种较好的增氧方式。养液调控中心的建设必须依托计算机自动调控技术来实现,利用EC值、PH值、溶氧、液温传感器,实时地对养液指示进行检测,再通过自动控制方式进行精确化的调节,如EC值过低会自动开启母液电磁阀添加母液,如EC值过高会自动开启清水电磁阀注入清水以降低EC值(营养液浓度指标);当水温传感器检测到液温过高会开启致冷系统进行降温,过低时会开启加热系统进行加温,达到调节最适液温的效果;另外溶氧的控制与检测也是同样道理,当传感器检测到低于溶氧设定值时,则自动开启气液混合泵强制性地溶入氧气,可以用纯氧也可以是压缩空气,通常以液态氧解压后混入为最好。要实现这些指标的最优化,建立养液调控中心,须配制养液调控计算机(浙江省丽水市农科所农业智能化快繁中心已成功研发)及相关的辅助设施,由它们构成了现代设施水培的技术核心。
   2.5环境的自动控制
   一个标准化现代化的水平放任式的番茄林建设,必须依赖于现代高科技的自动控制技术,在日本许多农场及观光园区都建设了以自动控制为特点,以观光休闲为经营特色的番茄园。从栽培大环境的空气温度、空气湿度、光照强度到根域环境的液温、溶氧、EC、PH值等都全方位地结合了自动控制技术进行科学管理;而且在专家系统的运用上也专业化地开发了番茄专家模式,可以按不同生长阶段自动调整各项指标,比如番茄营养液浓度EC值,专家系统参数就可轻松地实现自动切换[7]。幼苗期EC值为0.8—1,旺长期为1.2—1.6,结果期为1.6—2,生产者可按不同的生长阶段进行切换;其它指标也一样都可对不同阶段生长因子的阈值进行自动调控与切换。运用了计算机自动控制技术后,就是不懂番茄王栽培技术的普通从业者也可进行栽培管理,让复杂的技术简单化与专家化,这对于推进该技术的发展具有积极的意义。目前浙江省丽水市农科所农业智能化快繁中心也在结合日本技术的基础上,结合我国国情专业化地开发了用于番茄水平放任栽培的自动化控制系统与专家系统,为我国番茄栽培水平的提高,农业观光园番茄王项目的发展起到了极大的推动作用。
   2.6技术的综合运用
   番茄王的水平放任栽培在日本通常作为番茄高糖度栽培的一种重要技术措施[8],它利用栽培架上枝叶的水平伸展,创造番茄生长最充足的光照条件,为番茄的糖份积累提供了最佳的光合环境。在整形上一改传统的纵向生长为水平自由伸展,在修剪上一改传统的强势抹芽摘心变为适度控制的放任生长,使树体有更大的覆盖面积与生长空间。另外,采用支架式的水平放任栽培后通风透光条件大大改善,病虫害得到了更有效的控制,即使有病虫害的出现也可以结合物理杀菌治虫技术,达到无公害的免农药栽培,如结合诱虫灯、防虫网、生物或中药制剂达到虫害防治的无害化;结合电功能水技术实现病害防治的无残留化[9];结合空间电场技术创造最佳的光合同化环境与无菌空间,大大地促进了植株的快速生长与病害的物理控制;结合二氧化碳气肥技术,大大促进光合作用,提高糖度与生长速度;结合人工补光技术实现番茄的周年高效栽培;这些技术的有机结合使栽培的番茄完全实现免农药地公害的栽培效果;使番茄的水平放任栽培带来更大的观光经济社会效应。

   三、水平放任栽培的广阔前景与市场空间
   番茄王水平放任式栽培的推广应用,彻底改变了人们心目中番茄的印象,它由普通的蔬菜变成了高大的果树,从蔬菜供应为主变成了果品供就与观光为主,从大田作物走进城市绿化,走进公园景观,走进人们阳台与楼顶的美化,走进人们最贴近生活环境中。它以其庞大的树型及超常规的产量而成为观光农业建设中的主要项目,成为高等学校生物教育及中小学校科普素质教育重要素材。农民或企业利用该技术投资建设一个既可生产高糖度优品质的果园,又可结合自采自娱与收取门票为经营方式的现代化休闲观光园[10],使番茄种植的效益实现了多元化的几何提升,这对于番茄在新时期的产业发展开辟了一条崭新的种植模式与经营方式,具有广阔的发展前景与市场空间。

 

Tomato king's intellectualized horizontal laissez faire type cultivation
Xu Weizhong Zhu Lixia Chen Yinhua 
Agricultural Intelligentized Rapid Propagation Center of Lishui Institution of Agricultural Science
Abstract:
Comprehensively the contrast and the appraisal current our country tomato king cultivation technology existence question and the limit industry development bottleneck, unifies the author production practice and the overseas development tendency, proposed the tomato tree horizontal laissez faire cultivation new concept, and expounds its principle and the production operation. Analyzed and has induced each item of environment target physiology target which the influence tomato king ultra convention growth growth needed, thus has formed the horizontal laissez faire cultivation technical system with each kind of superiority, moreover went sightseeing the garden construction angle from the tomato to explain this technical broad prospect and the development space.
Key word: Tomato king; Horizontal laissez faire; Physiological ON potential; Environment control; Nourishing cream; Goes sightseeing the agriculture

参考文献:

1、宋卫堂,张树阁 ,黄之栋.番茄营养液深液流无限生长型栽培.中国农学通报.2003,19(4).-92-95 
2、仁科弘重.東 幸太.久枝和昇.有馬誠一 大規模トマト生産温室における環境制御特性の解析 農業環境工学関連5学会合同大会要旨集 138  2003
3、大石直記 トマトの養液栽培における水分ストレスに応じた給液制御システムの開発(4)一布センサを用いた培地水分量に基づく給液制御― 生物環境調節 40(3) 301-310 2002
4、山口隆英 トマト高品質大量生産のためのウィング栽培システム ハイドロポニックス 10(1) 18-19 1996
5、地球交響曲(ガイア・シンフォニー)―トマトの生命力に学ぶ    ゼンブックス―能力開発シリーズ 野沢 重雄 (著), 原口 庄輔 (著) 単行本 (October 1995) 善文社
6、守谷栄樹・大石直記 高糖度トマト生産のための強制換気システムの開発 農業環境工学関連5学会合同大会要旨集 332  2003
7、吉田建実 トマトの品質開発戦略 施設と園芸 118 24-30 2002
8、ハイポニカの不思議―新しい「生命の可能性」を求めて PHP文庫 野沢 重雄 (著) 文庫 (May 1995) PHP研究所
9、中部支部 施設栽培のトマト、イチゴで発生する病害虫や天敵に対する電解機能水利用への試み 農業電化 54(10) 20-28 2001
10、トマトの巨木の生命思想  草柳 大蔵 (著), 野沢 重雄 (著) 単行本 (June 1985) ABC出版

作者简介:徐伟忠,浙江省丽水市农科所农业智能化快繁中心主任,2004年度全国农村青年创业致富带头人,曾主持研究开发植物非试管快繁技术,植物水生诱变技术,温室大棚控制计算机,芽苗菜智能化栽培技术等十多项技术,其中,植物非试管快繁技术经鉴定居国内领先水平,获国家星火计划项目,无形资产评估达1.4亿元。

联系电话:0578-2268927,2367609
邮箱:clonezwkf@hotmail.com

 

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