設施番茄綠色增產潛力及技術體系建設

梁 斌 陳 清 董 靜 李俊良*

（1青島農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東青島 266109；2中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193；3壽光市農業(yè)局，山東壽光 262700；4山東省水肥一體化工程技術研究中心，山東青島 266109）

設施番茄綠色增產潛力及技術體系建設

梁 斌1，4 陳 清2 董 靜3 李俊良1，4*

（1青島農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東青島 266109；2中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193；3壽光市農業(yè)局，山東壽光 262700；4山東省水肥一體化工程技術研究中心，山東青島 266109）

我國設施番茄平均單產為92 t·hm-2，與發(fā)達國家差距較大。土壤退化、水肥資源損失嚴重等因素限制了我國設施番茄的高產高效發(fā)展。實現番茄綠色增產，一方面需選育高產多抗品種，提高增產潛力；另一方面要保持土壤健康，做到水肥耦合、良種與良法配套、栽培模式與水肥管理相適應，這也是至關重要的。為此，中國農業(yè)大學聯合青島農業(yè)大學先后提出了設施番茄氮素根層調控技術、水分實時監(jiān)測調控技術、水氮根層調控技術、水氮定額管理技術、起壟滴灌施肥技術和設施番茄退化土壤修復技術等。通過十幾年的技術研究得出，設施番茄起壟栽培滴灌施肥技術是保障設施番茄綠色增產的關鍵技術，可以使番茄產量顯著增加15%，施肥量和灌水量分別降低20%和30%以上，并且有利于保持土壤健康。

日光溫室；番茄；高產高效；土肥水管理；退化土壤修復

2015年2月，農業(yè)部制定出臺了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，該方案提出“力爭到2020年，主要農作物化肥使用量實現零增長的目標”。我國設施蔬菜生產在農業(yè)生產中占有重要地位，至2015年播種面積達到400萬hm2以上（喻景權和周杰，2016），對實現國家化肥零增長目標具有舉足輕重的作用。目前，設施蔬菜化肥投入過量，據統(tǒng)計設施蔬菜氮肥投入量在1 500 kg·hm-2以上（Yu et al.，2010），是蔬菜吸收量的3～4倍（姜慧敏 等，2013），過量施肥不僅浪費資源，而且導致土壤退化、蔬菜產量和品質降低（余海英 等，2006）。因此，無論從國家要求還是從農民切身利益來說，都亟須改進施肥方式，提高肥料利用效率，減少不合理投入，保障綠色增產。

1 設施番茄綠色增產潛力分析

按照農業(yè)部綠色增產的要求，設施蔬菜綠色增產一方面要減少肥料施用量；另一方面還要增加產量。大多數農戶對設施蔬菜繼續(xù)增產信心不足，普遍認為增產的可能性不大。但FAO統(tǒng)計數據（2013）顯示，比利時、荷蘭和英國番茄年均單產在400 t·hm-2以上，美國、以色列等國家番茄年均單產也達到80 t·hm-2左右，而我國番茄年均單產僅有52 t·hm-2，居世界第45位（表1）。我國設施番茄單產偏低的原因：一方面是統(tǒng)計數據中包括了露地栽培番茄產量，而歐洲高產番茄多來自設施栽培；另一方面是我國設施番茄生長期較歐洲等國家短，而番茄單產與生長期呈正比。另外，我國設施番茄多采用日光溫室土壤栽培，在水、肥、光、溫、氣等環(huán)境調控能力方面與歐洲的現代化大型溫室基質栽培相比相差甚遠（王樹忠 等，2016）。我國設施番茄生長期多為110～140 d，為了便于進行比較，將國內外所有番茄產量折算成125 d的產量。我國設施番茄一般一季的平均產量為92 t·hm-2，與齊艷花等（2014）報道的高產記錄188 t·hm-2相比，還有104%的增產空間；與2014年在設施蔬菜種植典型區(qū)山東壽光的調研結果相比，還有50%的增產空間?？梢姡覈O施番茄增產潛力巨大。

表1 2013年部分國家番茄的年均單產

2 實現設施番茄綠色增產的措施

限制設施番茄增產的因素主要有天氣、溫室種植年限、土傳病害（主要是根結線蟲）、病蟲害及施肥等；另外，番茄品種、栽培模式等對番茄產量的影響也很大。其中，品種決定了產量的潛力；土壤管理關系到高產的可持續(xù)性；栽培模式的優(yōu)化有利于產量潛力的挖掘；在傳統(tǒng)設施生產中水肥管理主要影響資源的利用效率，在一定程度上影響產量的形成。因此，實現設施番茄綠色增產要在選擇高產抗病品種的基礎上維持土壤健康，使之持續(xù)高產；協(xié)調水—肥—作物之間的關系，降低番茄生產過程中對生態(tài)環(huán)境的不利影響，達到高效高產；優(yōu)化栽培模式，充分挖掘番茄產量潛力，達到綠色增產。

維持土壤健康主要包括降低土壤鹽漬化程度、防止土壤酸化以及調節(jié)土壤養(yǎng)分和微生物平衡，提高土壤碳氮比，防止板結等。主要技術措施：通過根層調控降低氮肥施用量、施用高碳氮比有機物料提高土壤碳氮比、施用土壤調理劑和微生物肥料等修復退化土壤。

協(xié)調水—肥—作物之間的關系包括合理的灌溉技術與灌溉制度。節(jié)水灌溉技術包括微噴灌、滴灌和小管出流等方式，目前設施番茄種植采用微噴灌的較多，但滴灌更有利于節(jié)水節(jié)肥。灌溉制度要根據種植季節(jié)及作物需水特性進行制定，以番茄為例，冬季栽培每次灌溉20～30 mm，隔10 d灌1次即可滿足番茄需水要求；但是夏季栽培每次灌水量需達到30 mm以上，間隔7 d左右就要灌1次。

只有在做好水分管理的基礎上才能做到高效施肥，尤其是氮肥。因為要維持土壤根層適宜的氮素供應水平，所需要施入的氮肥應與灌水量呈正比，灌水量越大，氮素損失越多，氮肥施用量就要越大。因此在施肥管理中要做到水肥耦合，同步提高灌溉水和肥料資源利用率以及番茄產量。高效施肥管理包括合適的施肥量、施用配比等。一方面要考慮有機肥和土壤的供肥能力；另一方面還要考慮作物的需肥特性。

目前設施番茄栽培多采用畦栽模式，這樣有利于大水漫灌。即使采用滴灌模式，由于受傳統(tǒng)思想的影響，大多數農戶仍然采用畦栽的方式。起壟栽培因其能提高地溫、增加土壤透氣性、有利于根系生長發(fā)育，在露地馬鈴薯、花生種植中增產效果明顯（徐彥軍 等，2013；司賢宗 等，2016），但設施栽培中大水漫灌模式制約了起壟栽培的發(fā)展，滴灌施肥模式的推廣應用為設施蔬菜起壟栽培創(chuàng)造了條件。此外，同一品種不同農戶的種植密度差異很大，缺乏品種與栽培方法的配套研究與應用。因此，優(yōu)化栽培管理，促進根系生長、提高光能利用率、調整庫源關系，做到良種與良法配套、水肥土管理與栽培管理配套等對番茄產量提高意義重大。

另外，光照和溫度等環(huán)境條件對設施番茄產量影響巨大，雖然在我國目前的設施栽培條件下難于調控，但是將來可以通過材料優(yōu)化、設施改造等措施加以實現，促進設施番茄產量的提高。

3 設施番茄綠色增產技術體系與效果

3.1 設施番茄氮素根層調控技術

2002～2014年間，中國農業(yè)大學圍繞設施番茄綠色增產進行了一系列的研究與示范推廣工作。2004年，初步提出設施番茄的氮素供應目標值，施氮量為氮素供應目標值與土壤礦質態(tài)氮含量之差；在灌溉水含氮量較高的情況下，還要減掉灌溉水所提供的氮素含量（湯麗玲 等，2004）。通過試驗優(yōu)化，2006年制定了漫灌模式下基于根層調控的氮素管理技術（湯麗玲 等，2005；何飛飛 等，2006）。該技術提出，在4～10月保持番茄根層0～30 cm氮素供應目標值200 kg·hm-2、11月至翌年3月保持氮素供應目標值250 kg·hm-2即可滿足番茄對氮素的需求。該技術在保障設施番茄產量的基礎上，化學氮素投入量由傳統(tǒng)的每年1 198 kg·hm-2降低至353 kg·hm-2，降幅達到71%，減少了66%的氮肥損失，氮素表觀利用率顯著提高，達到了節(jié)肥增效的目的。

3.2 水分實時監(jiān)測調控技術

水分實時監(jiān)測調控技術是分別利用張力計法和蒸發(fā)皿法來確定灌溉時間和灌水定額，即當張力計讀數值（上午10：00）達到控制灌水下限-25 kpa時開始灌溉；每次的灌水量根據兩次灌水間隔期內蒸發(fā)皿的累積蒸發(fā)量（ET），利用公式I=αET進行計算，番茄各生育階段內的蒸發(fā)皿系數α分別為：苗期0.45、開花孕果期0.77、果實膨大期至收獲結束1.04（李峰，2011）。

采用水分實時監(jiān)測調控技術可以使番茄每季灌水量由1 156 mm降至508 mm，降幅在50%以上，并且使番茄產量提高8%，水分利用效率由8.7 kg·m-3提高至21.6 kg·m-3（李峰，2011）。

3.3 基于水分調控的氮素根層調控技術（水氮根層調控技術）

根據氮肥隨灌水量減少淋溶損失降低的特性，2008年青島農業(yè)大學將水肥一體化技術與氮素根層調控技術相結合，提出了基于水分調控的氮素根層調控技術（高兵 等，2008）。該技術的重點在于維持土壤氮素供應目標值為200～250 kg·hm-2水平時，控制土壤適宜的供水量，減少水分和氮素淋溶損失。土壤適宜的供水水平可以通過水分實時監(jiān)測調控技術來保持；也可以在每次灌溉時灌水僅至田間最大持水量，最大限度地滿足作物對水分需求的同時避免超過田間最大持水量的水分在重力作用下損失。應用該技術進行灌溉時，首先需要測定0～30 cm土壤含水量，根據土壤含水量計算灌溉至最大持水量時的灌水量，然后確定氮素根層施用量。

水氮根層調控技術的氮素施用量較單項氮素根層調控技術降低27%，節(jié)氮83 kg·hm-2。與傳統(tǒng)模式相比，基于水分調控的氮素根層調控技術可以節(jié)肥372 kg·hm-2、節(jié)水1 530 m3·hm-2。傳統(tǒng)模式、單項氮素根層調控模式和基于水分調控的氮素根層調控模式下番茄單季產量相差不大，分別為94.1、94.4、97.1 t·hm-2。與傳統(tǒng)模式相比，單項氮素根層調控模式下氮素表觀損失量降低30%，水氮根層調控技術模式下降低43%。可見，基于水分調控的氮素根層調控技術較單項氮素根層調控技術不但大幅節(jié)水，而且進一步節(jié)氮，減少氮素損失。

3.4 水氮定額管理技術

為了使上述技術更具可操作性，在總結前期技術應用的基礎上，通過田間試驗確定了在有機肥傳統(tǒng)施用量10 t·hm-2以上的條件下，溫室番茄每次灌水30 mm、每次追施氮肥50 kg·hm-2即可達到氮素供應目標值200～250 kg·hm-2的水平，可以滿足番茄對水、肥的需求（李俊良 等，2011）。

根據設施番茄水氮定額管理技術，番茄整個生長季內灌溉9次、追肥4次，每次灌溉量和施肥量分別為30 mm和50 kg·hm-2，整個生育期較傳統(tǒng)模式節(jié)水29%、節(jié)肥59%，氮肥偏生產力和灌溉水利用效率分別提高1.45倍和0.42倍（高兵 等，2008）。

3.5 設施番茄起壟滴灌施肥技術

在上述大量研究的基礎上，通過田間試驗制定了設施番茄起壟滴灌施肥技術。番茄采用起壟栽培（壟高20 cm，壟寬60 cm），一壟雙行雙管。在天氣晴好的情況下，每年4～10月，每隔5～7 d滴灌施肥1次；11月至翌年3月，每隔7～12 d灌溉1次；如果安裝有張力計，則以張力計讀數為-25 kPa時開始灌溉更為準確。每次灌溉量以30～35 mm為宜。由于基施（10 t·hm-2以上有機肥）的磷肥已經可以滿足設施番茄對磷素的需求，定植后的追肥以兩個配方為主，分別為高氮（N-P-K為20-10-20）和高鉀（N-P-K為12-5-40）配方。從第3次澆水開始到開花坐果期，摘心之前施用高氮水溶肥，摘心之后施用高鉀水溶肥；采用氮素根層調控技術計算施肥量，摘心之前每次施肥量為150～200 kg·hm-2，隨水滴灌施肥2～3次；摘心之后每次施肥量約為200 kg·hm-2，隨水滴灌施肥4～6次。試驗結果表明，采用起壟滴灌施肥技術番茄產量顯著增加15%，同時施肥量和灌水量分別降低20%和30%，達到了綠色增產的目的，在今后的設施番茄生產中可以進行大面積推廣應用。

為了充分發(fā)揮該技術節(jié)水節(jié)肥、高效增產的作用，除了采用上述栽培和水肥管理措施之外，還需要注意以下事項，以保障滴灌施肥系統(tǒng)高效運轉。我國大部分設施土壤有效磷含量非常高，并且番茄等作物對磷肥的需求較少，主要集中在生長前期，故磷肥作為基肥施用較合理；另外，含磷量高的水溶肥容易與灌溉水或者肥料之間發(fā)生反應形成沉淀，增大滴灌系統(tǒng)阻塞風險。因此，設施番茄滴灌施肥應選擇含磷量低的水溶性肥料。滴灌施肥系統(tǒng)設備配套完善，缺一不可，并且要求設備選型合適，設備之間相互匹配，保障系統(tǒng)高效運轉。操作應用規(guī)范，保障滴頭不發(fā)生堵塞。第一，滴灌帶在鋪設時要滴孔朝上，防止鹽分在滴頭處結晶堵塞滴頭；第二，灌水施肥時應該先澆清水、后施肥，在灌溉結束前15～30 min停止施肥，用清水沖洗管道；第三，每季作物采收結束后，打開毛管末端，沖洗管中的沉淀物。

3.6 設施番茄退化土壤修復技術

針對設施土壤碳氮比低、酸化和次生鹽漬化等土壤退化現象嚴重的問題，近幾年中國農業(yè)大學聯合青島農業(yè)大學優(yōu)化推廣了設施土壤有機質提升技術、氰氨化鈣土壤消毒與酸化改良技術、填閑作物種植技術等，促進了設施番茄生產可持續(xù)發(fā)展。通過8 a的有機質提升技術（每季增施10 t·hm-2玉米秸稈），土壤碳氮比由傳統(tǒng)模式的7.39提高至8.19，減少了硝態(tài)氮的淋溶損失，番茄產量顯著增加7%（樊兆博，2014）。

通過上述技術，可以降低水肥投入30%以上，水、肥利用率明顯提高，土壤退化有所緩解，番茄增產也可達到15%，初步實現了綠色增產。但是，增產后的番茄產量水平依然與國外高產水平差距較大，因此需要繼續(xù)加強設施番茄土肥水管理，實現肥水管理的精準化、標準化和智能化，提高勞動生產率、番茄產量和資源利用率；另外還需要通過改善光溫環(huán)境、良種與良法配套、輕簡化栽培等技術提高番茄產量，達到綠色增產的目的。

樊兆博．2014．滴灌和漫灌施肥栽培體系下設施番茄產量和水氮利用效率的評價〔博士論文〕．北京：中國農業(yè)大學．

高兵，任濤，李俊良，陳清，江榮風，劉慶花．2008．灌溉策略及氮肥施用對設施番茄產量及氮素利用的影響．植物營養(yǎng)與肥料學報，14（6）：1104-1109．

何飛飛，肖萬里，李俊良，陳清，江榮風，張福鎖．2006．日光溫室番茄氮素資源綜合管理技術研究．植物營養(yǎng)與肥料學報，12（3）：394-399．

姜慧敏，張建峰，李玲玲，李樹山，張水勤，潘攀，郭俊娒，劉戀，楊俊誠．2013．優(yōu)化施氮模式下設施菜地氮素的利用及去向．植物營養(yǎng)與肥料學報，19（5）：1146-1154．

李峰．2011．設施番茄膜下微噴灌施肥制度及水肥利用和環(huán)境效應研究〔碩士論文〕．青島：青島農業(yè)大學．

李俊良，張經緯，王麗英，金圣愛，陳清．2011．根層調控對設施番茄生長及氮素利用的影響．中國蔬菜，（22）：31-37．

齊艷花，楊恩庶，徐進，張立新，劉洋，張月強．2014．北京市日光溫室番茄產量再創(chuàng)新高栽培經驗．中國蔬菜，（11）：88-90．

司賢宗，張翔，毛家偉，李亮，李國平，余輝．2016．耕作方式與秸稈覆蓋對花生產量和品質的影響．中國油料作物學報，38（3）：350-354．

湯麗玲，陳清，張福鎖，李曉林．2004．日光溫室番茄的氮素追施與反饋調控．植物營養(yǎng)與肥料學報，10（4）：391-397．

湯麗玲，陳清，李曉林，陳永智，丁光國．2005．日光溫室秋冬茬番茄氮素供應目標值的研究．植物營養(yǎng)與肥料學報，11（2）：230-235．

王樹忠，陳殿奎，李新旭，高麗紅，張福墁，張振賢．2016．北京現代化大型連棟溫室發(fā)展的回顧、現狀與展望．中國蔬菜，（9）：1-4．

徐彥軍，孫能熙，岑建，毛銳，盧啟貴，趙小平．2013．起壟覆膜栽培對菜用馬鈴薯生長及產量的影響．北方園藝，（14）：36-37．

余海英，李廷軒，周健民．2006．典型設施栽培土壤鹽分變化規(guī)律及潛在的環(huán)境效應研究．土壤學報，43（4）：571-576．

喻景權，周杰．2016．“十二五”我國設施蔬菜生產和科技進展及其展望．中國蔬菜，（9）：18-30．

Yu H Y，Li T X，Zhang X Z．2010．Nutrient budget and soil nutrient status in greenhouse system．Agricultural Sciences in China，9（6）：871-879．

Yield-increasing Potential of Tomato and Integrated Soil-fertilizer-water Managements Under Greenhouse System

LIANG Bin1，4，CHEN Qing2，DONG Jing3，LI Jun-liang1，4*
（1College of Resources and Environment，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，Shandong，China；2College of Resources and Environmental Sciences，China Agricultural University，Beijing 100193，China；3Shouguang Agricultural Bureau，Shouguang 262700，Shandong，China；4Shandong Engineering Research Center for Integrated Management of Irrigation and Fertilization，Qingdao 266109，Shandong，China）

The average yield of tomato under plastic greenhouse production system in China is 92 t·hm-2per season，which is much lower than that in the developed countries．Soil degradation，improper irrigation and fertilizer management decreased the yield of tomato and use efficiency of water and fertilizers．Besides the breeding and integrated irrigation and fertilizer management，sustainable soil management and optimal cultivation mode are also the keys to increase the yield and resource use efficiency．Therefore，a series of technologies about the managements of soil，irrigation and fertilizers，such as integrated root zone management technology，water real-time monitoring technology，drop irrigation with ridging cultivation technology，and remediation techniques for soil，were built by China Agricultural University and Qingdao Agricultural University．Decades of research has shown the drop irrigation with ridging cultivation technology increased tomato yield by 15% and cut the irrigation and fertilizer amount by more than 20% and 30%，respectively．Thus the drop irrigation with ridging cultivation technology would play an important role in developing high-yield，high-efficiency，eco-friendly，and safe agriculture in the future．

Greenhouse；Tomato；High-yield and high-efficiency；Integrated soil-fertilizer-water managements；Remediation techniques for soil

梁斌，博士，副教授，專業(yè)方向：設施蔬菜水肥資源高效管理，E-mail：liangbin306@163.com

*通訊作者（Corresponding author）：李俊良，博士，教授，博士生導師，專業(yè)方向：設施蔬菜水肥資源高效管理，E-mail：jlli1962@163.com

2016-04-08；接受日期：2016-11-21

國家自然科學基金青年基金項目（31401947），國家大宗蔬菜產業(yè)技術體系項目（CARS-25），山東省2015年度農業(yè)重大應用技術創(chuàng)新課題