孫 茜，王 湛，徐 凡，郭文忠，姚宇升，李靈芝，王保明

（1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院 寧夏固原 756000；2.神農(nóng)富通（山西）農(nóng)業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 太原 030006；3.北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心 北京 100097；4.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 山西太谷 030801）

21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)設(shè)施園藝呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)，2022 年“中央一號(hào)”文件也提出要加快發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，為今后我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有力支持，在國(guó)家鄉(xiāng)村振興政策助推下，設(shè)施園藝已成為山東壽光、河北衡水等地區(qū)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)[1]，但經(jīng)長(zhǎng)年的設(shè)施栽培，土壤暴露出板結(jié)、酸化、鹽漬化等威脅設(shè)施園藝可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。無(wú)土栽培技術(shù)人為創(chuàng)造作物生長(zhǎng)根系環(huán)境，可不受土壤條件限制，有效避免土壤連作障礙對(duì)作物生長(zhǎng)的影響，解決傳統(tǒng)土壤栽培下水氣肥三者的供應(yīng)矛盾，抑制土傳病害發(fā)生[2]。截止到2020 年，我國(guó)無(wú)土栽培面積在5 萬(wàn)hm2左右[3]。目前無(wú)土栽培主要包括水培和基質(zhì)栽培2 種，其中基質(zhì)栽培又分為有機(jī)基質(zhì)栽培、無(wú)機(jī)基質(zhì)栽培和混合基質(zhì)栽培三大類(lèi)。與水培相比，基質(zhì)栽培有固定植株、保持水分、透氣和緩沖等作用[4]，且投資少，設(shè)備簡(jiǎn)單易操作[5]；與土壤栽培相比，基質(zhì)栽培可按作物生長(zhǎng)需求動(dòng)態(tài)供給水分和養(yǎng)分，有利于作物提高光合效率[6]、產(chǎn)量[7]、品質(zhì)[8]和水肥利用效率[9]。

番茄為一年生或多年生草本植物，果實(shí)含豐富的維生素類(lèi)和鉀，無(wú)膽固醇，是深受人們喜愛(ài)的蔬菜。近些年，我國(guó)番茄生產(chǎn)規(guī)?；颈３址€(wěn)定，據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計(jì)，2018 年我國(guó)番茄栽培面積110.9 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量6 483.2 萬(wàn)t，其中設(shè)施番茄栽培面積達(dá)64.2 萬(wàn)hm2，占番茄總栽培面積的57.9%[10]。在番茄生產(chǎn)中，常規(guī)土壤栽培養(yǎng)分釋放緩慢，不易滿足番茄生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)高水肥的需求，基質(zhì)栽培作為番茄設(shè)施栽培的一種重要栽培手段，可以人為創(chuàng)造番茄生長(zhǎng)適宜的根系條件，并可通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液持續(xù)不斷供給番茄生長(zhǎng)發(fā)育所需的水分和養(yǎng)分，提高番茄產(chǎn)量[11]。因此，基質(zhì)栽培在設(shè)施番茄生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越廣。

設(shè)施番茄基質(zhì)栽培中，水肥管理是生產(chǎn)的關(guān)鍵，同時(shí)也是生產(chǎn)中的技術(shù)難點(diǎn)。目前，我國(guó)設(shè)施番茄基質(zhì)栽培水肥調(diào)控以經(jīng)驗(yàn)為主，生產(chǎn)者也普遍認(rèn)為高肥可獲高產(chǎn)，未考慮不同生長(zhǎng)階段番茄對(duì)養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)需求，導(dǎo)致養(yǎng)分供給與作物養(yǎng)分需求不匹配，造成水肥浪費(fèi)或養(yǎng)分供應(yīng)不足，影響番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。前人研究發(fā)現(xiàn)，平均每季日光溫室栽培蔬菜對(duì)氮（N）、磷（P）、鉀（K）養(yǎng)分的吸收量分別僅占總投入量的24.5%、5.9%和34.0%[12]，合理地控制肥料用量，甚至減少肥料用量不僅不會(huì)降低番茄產(chǎn)量，而且可以改善番茄光合特性，提高番茄品質(zhì)和肥料養(yǎng)分利用率[13-15]。番茄基質(zhì)栽培的養(yǎng)分主要來(lái)源于營(yíng)養(yǎng)液，其濃度、供給頻率和供液量以及元素配比是影響番茄養(yǎng)分吸收量、生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的主要因子[16-18]。因此，筆者就番茄營(yíng)養(yǎng)液濃度、營(yíng)養(yǎng)液灌溉量、灌溉頻率、灌溉方式及設(shè)施環(huán)境因子對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育的影響進(jìn)行綜述，指出當(dāng)前基質(zhì)栽培番茄營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)存在的問(wèn)題，并對(duì)今后的研究方向進(jìn)行展望，為番茄基質(zhì)栽培研究提供參考。

1 營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)

番茄生長(zhǎng)所需的大量與微量元素中，除碳（C）、氫（H）、氧（O）3 種元素可從大氣中獲取外，其他必須依靠根系吸收才能供植株正常生長(zhǎng)發(fā)育，而營(yíng)養(yǎng)液是根系吸收養(yǎng)分的主要來(lái)源，也是無(wú)土栽培技術(shù)的核心，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)均有一定影響[19]。通常種植者會(huì)通過(guò)改變營(yíng)養(yǎng)液灌溉濃度、營(yíng)養(yǎng)液配方、營(yíng)養(yǎng)液灌溉頻率等方式促進(jìn)番茄吸收養(yǎng)分，提高番茄產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分利用效率等。

1.1 營(yíng)養(yǎng)液濃度

營(yíng)養(yǎng)液濃度是指一定量營(yíng)養(yǎng)液中所含有的營(yíng)養(yǎng)元素的量，通常用電導(dǎo)率（EC 值）表示，EC 值越大，濃度越高。營(yíng)養(yǎng)液EC 的變化對(duì)番茄品質(zhì)、產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率影響較為明顯，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液灌溉濃度升高，可以促進(jìn)番茄對(duì)氮、磷、鉀、鈣、鎂等礦物質(zhì)的吸收，提高品質(zhì)，但降低單果質(zhì)量[20]和養(yǎng)分利用效率[21]。目前普遍認(rèn)為隨著番茄生育期的延長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液灌溉濃度應(yīng)逐步提高。張芳等[22]研究了基于葉片數(shù)增長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)液濃度動(dòng)態(tài)調(diào)控法，表明番茄每增加一片葉，營(yíng)養(yǎng)液灌溉EC 值提高0.1 mS·cm-1時(shí)，有利于促進(jìn)番茄生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收，并提高了番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。魯少尉等[23]研究表明，基質(zhì)栽培番茄苗期、花期、坐果期、成熟期適宜的營(yíng)養(yǎng)液EC 值分別為1.2、2.5、3.8、5.2 mS·cm-1時(shí)果實(shí)品質(zhì)最好，干物質(zhì)量損失最少。劉佳等[24]用椰糠復(fù)合基質(zhì)栽培番茄的試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)提高營(yíng)養(yǎng)液濃度可以改善番茄品質(zhì)，但過(guò)高濃度會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降，番茄開(kāi)花后，灌溉EC 值為2.5、3.0、3.5 mS·cm-1時(shí)均適合番茄生長(zhǎng)，EC 值為4.0 mS·cm-1時(shí)適合短季節(jié)栽培，EC 值為2.0 mS·cm-1時(shí)適合長(zhǎng)季節(jié)栽培。何詩(shī)行等[25]的研究也表明，在巖棉短程栽培模式中，灌溉較高EC 值營(yíng)養(yǎng)液番茄生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)較好，EC 為4 mS·cm-1是最佳的灌溉EC 值。雷喜紅等[26]的的研究表明，在番茄第3 穗果坐果后，灌溉EC 值為3.0 mS·cm-1時(shí)番茄產(chǎn)量最高，灌溉EC 為4.0 mS·cm-1時(shí)品質(zhì)最好，灌溉EC 為5.0 mS·cm-1時(shí)雖然可提高番茄品質(zhì)，但嚴(yán)重影響了番茄植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高。綜合結(jié)果表明，番茄在幼苗期適宜的灌溉EC 值為0.8～1.0 mS·cm-1；定植到第一穗花開(kāi)花或結(jié)果所需的EC 值為1.0～1.5 mS·cm-1；結(jié)果初期適宜的灌溉EC 值為1.5～2.0 mS·cm-1；結(jié)果后期適宜的EC 值為2.0～4.0 mS·cm-1。短程栽培結(jié)果期營(yíng)養(yǎng)液EC 宜偏高，長(zhǎng)季節(jié)栽培宜偏低；冬季宜偏高，夏季宜偏低。在生產(chǎn)上要依據(jù)實(shí)際情況，合理調(diào)控番茄營(yíng)養(yǎng)液濃度。

1.2 營(yíng)養(yǎng)液元素配比

目前番茄基質(zhì)栽培營(yíng)養(yǎng)液配方有日本山崎配方、霍格蘭德配方、日本園試配方等，不同配方主要區(qū)別為大量元素配比不同。為使?fàn)I養(yǎng)液能滿足番茄生長(zhǎng)發(fā)育需求，研究者針對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中大量元素適宜配比開(kāi)展了許多研究[27-30]。氮（N）和鉀（K）作為番茄生長(zhǎng)中需求量最大的2 種元素，共同參與碳氮代謝[31]，也是研究最多的2 種元素。王軍偉等[30]的試驗(yàn)結(jié)果表明，N 是影響番茄產(chǎn)量、葉片葉綠素含量、葉片光合速率的主要因子，K 是影響可溶性糖、維生素C、番茄紅素含量等品質(zhì)指標(biāo)的主要因子。在基質(zhì)栽培條件下，營(yíng)養(yǎng)液中N、K 質(zhì)量濃度分別為378 mg·L-1和391 mg·L-1時(shí)，番茄產(chǎn)量最高、品質(zhì)最優(yōu)。李娟等[27]研究了番茄坐果后營(yíng)養(yǎng)液中不同氮鉀比對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，提高營(yíng)養(yǎng)液中K 的濃度，可改善番茄品質(zhì)，當(dāng)K、N 質(zhì)量比為2.9∶1.0 時(shí)，有利于生產(chǎn)高品質(zhì)番茄，但隨著K、N 質(zhì)量比的提高，番茄產(chǎn)量逐漸降低。許桂梅等[32]研究發(fā)現(xiàn)，番茄果實(shí)甜度與營(yíng)養(yǎng)液中K 含量呈正相關(guān)，適當(dāng)增加營(yíng)養(yǎng)液中K 含量，可以提高番茄品質(zhì)，但過(guò)量施用則會(huì)造成減產(chǎn)。也有研究結(jié)果表明，番茄對(duì)氮素的利用率較低，氮肥施用過(guò)多會(huì)降低番茄產(chǎn)量，增加硝酸鹽累積量[33]。而番茄對(duì)K 的需求較高，常規(guī)營(yíng)養(yǎng)液配方中的鉀濃度往往不能滿足番茄生長(zhǎng)發(fā)育所需[34]，當(dāng)鉀素供應(yīng)充足時(shí)番茄的葉綠素含量和光合速率均可達(dá)到最大值，并促進(jìn)了植株對(duì)N、P 的吸收[35]。番茄在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，對(duì)水肥的需求是動(dòng)態(tài)變化的，隨著生育期的延長(zhǎng)，番茄對(duì)水肥的需求逐漸增大，在果實(shí)膨大期和采收初期達(dá)到最大值，隨后對(duì)水分的需求逐漸減少，而對(duì)肥料需求也迅速降低，且對(duì)不同元素的需求量的變化也不盡相同，水肥需求特征的變化直接影響著營(yíng)養(yǎng)液中各元素含量的多少，不適宜的元素含量可能導(dǎo)致基質(zhì)根區(qū)EC 值增大或離子比例失衡，致使番茄植株缺素[36]。因此，在基質(zhì)栽培番茄長(zhǎng)季節(jié)生產(chǎn)中，不僅要調(diào)整N、K 元素的比例以符合番茄生產(chǎn)需求，還要隨著生育期延長(zhǎng)對(duì)其他元素需求的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液中其他元素的含量，避免根區(qū)鹽分積累嚴(yán)重和植株養(yǎng)分缺失。同時(shí)，微量元素在番茄生長(zhǎng)中也起著至關(guān)重要的作用[37-38]，在今后的研究中也要加強(qiáng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中微量元素的關(guān)注。

1.3 營(yíng)養(yǎng)液溫度

在基質(zhì)栽培中，營(yíng)養(yǎng)液直接灌溉于番茄生長(zhǎng)的根部，所以一定程度上，營(yíng)養(yǎng)液溫度影響著番茄根區(qū)溫度。前人研究認(rèn)為，根區(qū)溫度對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育的影響比氣溫更顯著[39]，不適宜的根區(qū)溫度會(huì)影響根系呼吸作用和根系生理代謝[40]。然而在設(shè)施基質(zhì)栽培的番茄生產(chǎn)中，營(yíng)養(yǎng)液儲(chǔ)液罐一般放置于設(shè)施內(nèi)，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)液溫度易受外界溫度的影響，尤其在冬季夜間、凌晨低溫或夏季正午高溫時(shí)段，設(shè)施最低溫不到10 ℃[41]，最高溫在35 ℃以上[42]。營(yíng)養(yǎng)液低溫會(huì)降低溶質(zhì)溶解度，導(dǎo)致部分溶質(zhì)析出，降低營(yíng)養(yǎng)液濃度，而營(yíng)養(yǎng)液溫度過(guò)高會(huì)促進(jìn)番茄根系的呼吸作用，減少其氧含量，加速根系衰老[43-44]。研究者針對(duì)營(yíng)養(yǎng)液溫度調(diào)控方式做了一些研究。李峰等[45]采用冷水機(jī)降溫技術(shù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行降溫處理，可將營(yíng)養(yǎng)液溫度控制在20 ℃左右，與室溫相比可降低2～3 ℃。張明云[46]采用電加熱方式在冬季對(duì)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行加溫。結(jié)果表明，加溫后番茄的單株產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)和水分利用率均有顯著提升。目前對(duì)于大范圍營(yíng)養(yǎng)液溫度或者根區(qū)溫度的控制還比較困難，相應(yīng)的設(shè)備也較少，或者調(diào)控成本較高，目前在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)營(yíng)養(yǎng)液溫度調(diào)控的案例也較少，今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低效高能的營(yíng)養(yǎng)液溫度調(diào)控方式的研究，減少不適宜的根區(qū)溫度對(duì)番茄生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，提高植株養(yǎng)分利用效率和生產(chǎn)者經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 營(yíng)養(yǎng)液灌溉模式

目前設(shè)施番茄基質(zhì)栽培常采用自動(dòng)化灌溉方式進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液灌溉，主要灌溉模式有定時(shí)定量灌溉、基質(zhì)含水量控制灌溉、輻射累積量控制灌溉等，后2 種模式與第一種相比，可更能滿足番茄生長(zhǎng)對(duì)水肥的動(dòng)態(tài)需求[22，47]。采用基質(zhì)含水量控制番茄營(yíng)養(yǎng)液灌溉的模式一定程度上可以有效探測(cè)番茄對(duì)于水分的需求，但目前在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)存在傳感器測(cè)量誤差大以及數(shù)據(jù)反饋時(shí)間延遲等問(wèn)題，影響了番茄對(duì)水分和養(yǎng)分的準(zhǔn)確吸收利用[48]。依靠輻射累積量控制番茄營(yíng)養(yǎng)液灌溉的模式是目前生產(chǎn)上使用效果較好的一種方式，在研究中也發(fā)現(xiàn)番茄適宜的灌溉量與番茄蒸騰作用密切相關(guān)，而光輻射是影響番茄蒸騰作用的主要環(huán)境因素，與養(yǎng)分之間存在“光肥平衡”關(guān)系[49]，所以光輻射不僅影響番茄耗水量，而且影響番茄吸收養(yǎng)分。因此，以輻射累積量為參考因子指導(dǎo)番茄水肥灌溉更加符合番茄對(duì)水分和養(yǎng)分需求規(guī)律。魏曉然[47]的研究也表明，與基質(zhì)含水量控制灌溉相比，以輻射累積量控制營(yíng)養(yǎng)液灌溉，更有利于番茄花期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和果期生殖生長(zhǎng)，降低番茄水肥用量，提高水分利用效率。

在相同的營(yíng)養(yǎng)液供液模式下，不同的營(yíng)養(yǎng)液供液量和供液頻率對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)有不同程度的影響[50-52]。史晉鵬等[53]研究了番茄珍珠巖栽培條件下，在供液時(shí)間相同時(shí)，每天供液2 次比供液1、3、4、5次，番茄的產(chǎn)量高、品質(zhì)好。張?bào)丬绲萚54]的研究表明，番茄營(yíng)養(yǎng)液2 d 供應(yīng)1 次可以提高番茄果實(shí)可溶性糖、有機(jī)酸、維生素C 等的含量。不同研究結(jié)果相差較大可能是由于栽培基質(zhì)、栽培季節(jié)、品種以及供液量等因素不同。當(dāng)供液頻率相同時(shí)，加大番茄營(yíng)養(yǎng)液供液量，產(chǎn)量增加，但由于過(guò)量的水分供應(yīng)降低了番茄品質(zhì)。近些年，研究者針對(duì)供液量和供液頻率之間的耦合作用展開(kāi)研究。研究結(jié)果表明，適當(dāng)減少營(yíng)養(yǎng)液供液量，同時(shí)增加供液頻率可在保證產(chǎn)量的情況下提高番茄品質(zhì)[55-56]。哈婷等[57]的研究也表明，在采用有機(jī)基質(zhì)栽培番茄中，營(yíng)養(yǎng)液高頻灌溉及中等灌溉量時(shí)，有利于生產(chǎn)高糖番茄。在人工智能時(shí)代下，智能灌溉可依據(jù)對(duì)番茄的市場(chǎng)需求，通過(guò)判斷番茄植株生長(zhǎng)狀態(tài)、當(dāng)前生長(zhǎng)環(huán)境以及種植管理措施等因素，智能決定營(yíng)養(yǎng)液灌溉頻率、灌溉量、灌溉時(shí)間、灌溉濃度等。但目前植株生長(zhǎng)模型的缺失以及市面上傳感器靈敏度、精確度參差不齊等問(wèn)題，限制了番茄水肥智能化控制水平的提高，今后還需進(jìn)行深入的研究。

2 營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控現(xiàn)狀

營(yíng)養(yǎng)液灌溉是將作物吸收利用的營(yíng)養(yǎng)元素溶于水中，并以液體的形式灌溉于植物根部，實(shí)質(zhì)上為水肥一體化技術(shù)。雖然目前水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用也較為普遍，相較于傳統(tǒng)土壤栽培的施肥方法，養(yǎng)分利用率較高，但在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中還存在番茄根區(qū)鹽分積累嚴(yán)重、營(yíng)養(yǎng)液沉淀、養(yǎng)分利用效率低、生長(zhǎng)期短等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了設(shè)施長(zhǎng)季節(jié)基質(zhì)栽培番茄的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.1 營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控方式較為粗放

番茄在基質(zhì)栽培中可吸收利用的營(yíng)養(yǎng)液是有限的，需要頻繁的供給營(yíng)養(yǎng)液，以保證番茄的正常生長(zhǎng)，不同生育階段，番茄對(duì)礦質(zhì)元素吸收量不同。但目前對(duì)番茄礦物質(zhì)吸收特點(diǎn)機(jī)制還尚不清楚，盡管有研究結(jié)果表明隨著生育期延長(zhǎng)，N、P、K含量先升高后降低，干物質(zhì)積累速度表現(xiàn)為慢-快-慢的趨勢(shì)[58]，在番茄生長(zhǎng)后期，對(duì)養(yǎng)分的需求可能會(huì)降低[59]，但是相關(guān)方面的研究還較少。生產(chǎn)上，人們依舊是隨著生育期延續(xù)，依據(jù)種植經(jīng)驗(yàn)調(diào)高營(yíng)養(yǎng)液濃度或加大灌溉量等方式，未考慮番茄生長(zhǎng)中實(shí)際需求量，營(yíng)養(yǎng)液配方也未依據(jù)番茄實(shí)際生長(zhǎng)中對(duì)單一或多種礦物質(zhì)元素需求情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。在植株養(yǎng)分監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，植株養(yǎng)分無(wú)損傷測(cè)量技術(shù)還未真正得到應(yīng)用。目前采用的養(yǎng)分測(cè)量技術(shù)需要破壞植株，耗時(shí)耗力，這也成為番茄基質(zhì)栽培營(yíng)養(yǎng)液精準(zhǔn)調(diào)控的障礙之一。

2.2 栽培基質(zhì)根區(qū)鹽分積累較為嚴(yán)重

前人研究認(rèn)為，當(dāng)根區(qū)營(yíng)養(yǎng)液濃度超過(guò)6 mS·cm-1（根區(qū)脅迫臨界值）時(shí)，則會(huì)造成根區(qū)鹽分脅迫[60]。這種現(xiàn)象是由多種因素造成的，一方面番茄植株耗水量大，尤其是在夏天，葉片蒸騰作用較強(qiáng)，水分吸收較多，導(dǎo)致礦質(zhì)養(yǎng)分逐漸累積到基質(zhì)中，長(zhǎng)時(shí)間造成根區(qū)鹽分脅迫，影響番茄水分和養(yǎng)分吸收，表現(xiàn)較多的為Ga2+缺失而引起的臍腐病[61]。另一方面，由于不同生育時(shí)期番茄對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)元素的需求不盡相同[62]，長(zhǎng)期對(duì)某種元素吸收減少必然會(huì)導(dǎo)致元素逐漸累積于根區(qū)。除以上原因之外，還有可能由于營(yíng)養(yǎng)液沉淀，在灌溉到根區(qū)時(shí)，不能被植株吸收，而累積到根部，這種情況同時(shí)還會(huì)堵塞滴灌管，影響灌溉。研究者針對(duì)根區(qū)鹽分脅迫的現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)整灌溉量和灌溉頻率[63]、營(yíng)養(yǎng)液配方[48]以及根區(qū)淋洗[64]等多種方式，以減緩番茄基質(zhì)栽培中鹽分脅迫的問(wèn)題，但并未達(dá)到理想的效果。

2.3 營(yíng)養(yǎng)液灌溉設(shè)備應(yīng)用程度較低

營(yíng)養(yǎng)液精細(xì)化管理一般需配套完善的滴灌系統(tǒng)，包括施肥機(jī)、灌溉管道等，一次性投入較多，生產(chǎn)中水溶肥與普通肥相比價(jià)格較高，增加了生產(chǎn)成本。營(yíng)養(yǎng)液精細(xì)化管理對(duì)技術(shù)員水平要求較高，不僅需要掌握基質(zhì)栽培番茄的種植技術(shù)，而且還要對(duì)農(nóng)業(yè)氣象、植株缺素癥狀、營(yíng)養(yǎng)元素配比、水肥一體化設(shè)備等方面的綜合知識(shí)有深入了解。但目前的管理員普遍年齡偏大，受教育程度不高，在基質(zhì)番茄栽培灌溉過(guò)程中，依靠人工經(jīng)驗(yàn)判斷營(yíng)養(yǎng)液灌溉水平，即使在前期營(yíng)養(yǎng)液灌溉的水肥一體化設(shè)備配備完善，也未能充分發(fā)揮其作用，限制了無(wú)土栽培技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

3 總結(jié)與展望

營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)是無(wú)土栽培技術(shù)的關(guān)鍵，不斷優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)，提高無(wú)土栽培番茄營(yíng)養(yǎng)液灌溉水平，減少水肥浪費(fèi)，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)與智慧農(nóng)業(yè)，是今后無(wú)土栽培的重要發(fā)展方向。

3.1 集成營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)

從營(yíng)養(yǎng)液配方、營(yíng)養(yǎng)液灌溉模式、營(yíng)養(yǎng)液灌溉裝置等多方面綜合發(fā)力，研究開(kāi)發(fā)適用于我國(guó)特色的營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)。在營(yíng)養(yǎng)液配方方面，積極推廣有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液，加強(qiáng)有機(jī)廢棄物發(fā)酵技術(shù)及發(fā)酵配方研究，提高有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液養(yǎng)分含量。前人研究表明，使用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液替代傳統(tǒng)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)液，不僅可以提高作物品質(zhì)，而且可以減輕化肥施用造成的農(nóng)業(yè)面源污染[65]。積極推行營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用，加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用中營(yíng)養(yǎng)液消毒、回液養(yǎng)分調(diào)整等的技術(shù)難題攻關(guān)，提高養(yǎng)分利用效率，減少不必要的水分與養(yǎng)分浪費(fèi)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展。同時(shí)，加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)液根區(qū)鹽分脅迫、根區(qū)溫度調(diào)控以及營(yíng)養(yǎng)液滴灌管堵塞等方面問(wèn)題的研究解決，全方位提升營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)水平。

3.2 營(yíng)養(yǎng)液灌溉精細(xì)化

不同作物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)養(yǎng)分、水分的需求不盡相同[11]，傳統(tǒng)依據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行作物營(yíng)養(yǎng)調(diào)控的方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，作物養(yǎng)分吸收了多少，還需要多少，還需要什么元素，這些是作物種植者在給作物補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)時(shí)應(yīng)該考慮的問(wèn)題。因此，不論是土壤栽培還是無(wú)土栽培，依據(jù)作物自身需求的精準(zhǔn)施肥，均被認(rèn)為是一種對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有效，且綠色、科學(xué)的施肥方法。其依托于多種現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的支撐，其中包含人工智能、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、高光譜無(wú)損探測(cè)技術(shù)、水肥一體化技術(shù)等[3]。在國(guó)家近幾年對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的大力支持下，這些技術(shù)的研究和應(yīng)用都有了一定的進(jìn)展，為植株精準(zhǔn)施肥提供了技術(shù)支撐，同時(shí)也促進(jìn)了無(wú)土栽培植株?duì)I養(yǎng)液精細(xì)調(diào)控技術(shù)發(fā)展。今后，還應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)設(shè)施環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、植株養(yǎng)分無(wú)損檢測(cè)等技術(shù)方面的研究，提高番茄營(yíng)養(yǎng)液精細(xì)化灌溉水平。

3.3 設(shè)施水肥與環(huán)境綜合調(diào)控

水肥調(diào)控是設(shè)施番茄基質(zhì)栽培的核心，但設(shè)施環(huán)境的調(diào)控也同樣重要，尤其是夏季高溫和冬季低溫嚴(yán)重影響番茄正常生長(zhǎng)發(fā)育[66]，目前生產(chǎn)上常采用濕簾風(fēng)機(jī)降溫，電或水根部加溫，但并未有效減緩低溫或高溫對(duì)作物的危害。尤其是北方夏季晴天，白天設(shè)施溫度基本達(dá)到30 ℃以上，甚至超過(guò)40 ℃，常規(guī)濕簾風(fēng)機(jī)降溫作用微弱，而采用遮陽(yáng)網(wǎng)又影響植株光合作用[67]。因此，調(diào)控設(shè)施中的一項(xiàng)環(huán)境因子，會(huì)改變其他環(huán)境因子對(duì)作物生長(zhǎng)影響，且環(huán)境因子間也存在正相關(guān)、負(fù)相關(guān)關(guān)系，這些環(huán)境因子與水肥條件共同對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育起作用。在調(diào)控中需要綜合考慮，合理調(diào)控設(shè)施栽培條件下植株適宜的營(yíng)養(yǎng)液灌溉濃度和環(huán)境指標(biāo)，以滿足作物正常生長(zhǎng)需求，提高產(chǎn)量與種植收益。

3.4 設(shè)施智能化發(fā)展

在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)的推動(dòng)下，數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展迎來(lái)了更大發(fā)展機(jī)遇，并為轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提供有力支撐[68]。研究者也針對(duì)溫室智能控制決策[69]、智能溫室環(huán)境調(diào)控方法[70]、溫室智能機(jī)器人[71]等方面開(kāi)展了許多研究，但由于目前作物生長(zhǎng)模型、作物營(yíng)養(yǎng)元素動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法等的缺失，致使當(dāng)前的智能控制只是基于溫度、濕度、養(yǎng)分、光照、水分、CO2濃度環(huán)境傳感器，對(duì)環(huán)境設(shè)定值和水肥設(shè)定值等的控制，無(wú)法感知植物是否需求這樣的控制，不能達(dá)到按照植物真實(shí)動(dòng)態(tài)需求信息進(jìn)行反饋控制。因此，不僅設(shè)施作物水肥與環(huán)境耦合調(diào)控是今后研究的重點(diǎn)方向，而且不同作物生長(zhǎng)模型的構(gòu)建也是今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容，與植物對(duì)話式的智能控制方式是智能溫室今后高效利用的目標(biāo)。