设施番茄绿色增产潜力及技术体系建设

梁 斌 陈 清 董 静 李俊良*

（1青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛 266109；2中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3寿光市农业局，山东寿光 262700；4山东省水肥一体化工程技术研究中心，山东青岛 266109）

设施番茄绿色增产潜力及技术体系建设

梁 斌1，4 陈 清2 董 静3 李俊良1，4*

（1青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛 266109；2中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3寿光市农业局，山东寿光 262700；4山东省水肥一体化工程技术研究中心，山东青岛 266109）

我国设施番茄平均单产为92 t·hm-2，与发达国家差距较大。土壤退化、水肥资源损失严重等因素限制了我国设施番茄的高产高效发展。实现番茄绿色增产，一方面需选育高产多抗品种，提高增产潜力；另一方面要保持土壤健康，做到水肥耦合、良种与良法配套、栽培模式与水肥管理相适应，这也是至关重要的。为此，中国农业大学联合青岛农业大学先后提出了设施番茄氮素根层调控技术、水分实时监测调控技术、水氮根层调控技术、水氮定额管理技术、起垄滴灌施肥技术和设施番茄退化土壤修复技术等。通过十几年的技术研究得出，设施番茄起垄栽培滴灌施肥技术是保障设施番茄绿色增产的关键技术，可以使番茄产量显著增加15%，施肥量和灌水量分别降低20%和30%以上，并且有利于保持土壤健康。

日光温室；番茄；高产高效；土肥水管理；退化土壤修复

2015年2月，农业部制定出台了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，该方案提出“力争到2020年，主要农作物化肥使用量实现零增长的目标”。我国设施蔬菜生产在农业生产中占有重要地位，至2015年播种面积达到400万hm2以上（喻景权和周杰，2016），对实现国家化肥零增长目标具有举足轻重的作用。目前，设施蔬菜化肥投入过量，据统计设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），过量施肥不仅浪费资源，而且导致土壤退化、蔬菜产量和品质降低（余海英 等，2006）。因此，无论从国家要求还是从农民切身利益来说，都亟须改进施肥方式，提高肥料利用效率，减少不合理投入，保障绿色增产。

1 设施番茄绿色增产潜力分析

按照农业部绿色增产的要求，设施蔬菜绿色增产一方面要减少肥料施用量；另一方面还要增加产量。大多数农户对设施蔬菜继续增产信心不足，普遍认为增产的可能性不大。但FAO统计数据（2013）显示，比利时、荷兰和英国番茄年均单产在400 t·hm-2以上，美国、以色列等国家番茄年均单产也达到80 t·hm-2左右，而我国番茄年均单产仅有52 t·hm-2，居世界第45位（表1）。我国设施番茄单产偏低的原因：一方面是统计数据中包括了露地栽培番茄产量，而欧洲高产番茄多来自设施栽培；另一方面是我国设施番茄生长期较欧洲等国家短，而番茄单产与生长期呈正比。另外，我国设施番茄多采用日光温室土壤栽培，在水、肥、光、温、气等环境调控能力方面与欧洲的现代化大型温室基质栽培相比相差甚远（王树忠 等，2016）。我国设施番茄生长期多为110～140 d，为了便于进行比较，将国内外所有番茄产量折算成125 d的产量。我国设施番茄一般一季的平均产量为92 t·hm-2，与齐艳花等（2014）报道的高产记录188 t·hm-2相比，还有104%的增产空间；与2014年在设施蔬菜种植典型区山东寿光的调研结果相比，还有50%的增产空间。可见，我国设施番茄增产潜力巨大。

表1 2013年部分国家番茄的年均单产

2 实现设施番茄绿色增产的措施

限制设施番茄增产的因素主要有天气、温室种植年限、土传病害（主要是根结线虫）、病虫害及施肥等；另外，番茄品种、栽培模式等对番茄产量的影响也很大。其中，品种决定了产量的潜力；土壤管理关系到高产的可持续性；栽培模式的优化有利于产量潜力的挖掘；在传统设施生产中水肥管理主要影响资源的利用效率，在一定程度上影响产量的形成。因此，实现设施番茄绿色增产要在选择高产抗病品种的基础上维持土壤健康，使之持续高产；协调水—肥—作物之间的关系，降低番茄生产过程中对生态环境的不利影响，达到高效高产；优化栽培模式，充分挖掘番茄产量潜力，达到绿色增产。

维持土壤健康主要包括降低土壤盐渍化程度、防止土壤酸化以及调节土壤养分和微生物平衡，提高土壤碳氮比，防止板结等。主要技术措施：通过根层调控降低氮肥施用量、施用高碳氮比有机物料提高土壤碳氮比、施用土壤调理剂和微生物肥料等修复退化土壤。

协调水—肥—作物之间的关系包括合理的灌溉技术与灌溉制度。节水灌溉技术包括微喷灌、滴灌和小管出流等方式，目前设施番茄种植采用微喷灌的较多，但滴灌更有利于节水节肥。灌溉制度要根据种植季节及作物需水特性进行制定，以番茄为例，冬季栽培每次灌溉20～30 mm，隔10 d灌1次即可满足番茄需水要求；但是夏季栽培每次灌水量需达到30 mm以上，间隔7 d左右就要灌1次。

只有在做好水分管理的基础上才能做到高效施肥，尤其是氮肥。因为要维持土壤根层适宜的氮素供应水平，所需要施入的氮肥应与灌水量呈正比，灌水量越大，氮素损失越多，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资源利用率以及番茄产量。高效施肥管理包括合适的施肥量、施用配比等。一方面要考虑有机肥和土壤的供肥能力；另一方面还要考虑作物的需肥特性。

目前设施番茄栽培多采用畦栽模式，这样有利于大水漫灌。即使采用滴灌模式，由于受传统思想的影响，大多数农户仍然采用畦栽的方式。起垄栽培因其能提高地温、增加土壤透气性、有利于根系生长发育，在露地马铃薯、花生种植中增产效果明显（徐彦军 等，2013；司贤宗 等，2016），但设施栽培中大水漫灌模式制约了起垄栽培的发展，滴灌施肥模式的推广应用为设施蔬菜起垄栽培创造了条件。此外，同一品种不同农户的种植密度差异很大，缺乏品种与栽培方法的配套研究与应用。因此，优化栽培管理，促进根系生长、提高光能利用率、调整库源关系，做到良种与良法配套、水肥土管理与栽培管理配套等对番茄产量提高意义重大。

另外，光照和温度等环境条件对设施番茄产量影响巨大，虽然在我国目前的设施栽培条件下难于调控，但是将来可以通过材料优化、设施改造等措施加以实现，促进设施番茄产量的提高。

3 设施番茄绿色增产技术体系与效果

3.1 设施番茄氮素根层调控技术

2002～2014年间，中国农业大学围绕设施番茄绿色增产进行了一系列的研究与示范推广工作。2004年，初步提出设施番茄的氮素供应目标值，施氮量为氮素供应目标值与土壤矿质态氮含量之差；在灌溉水含氮量较高的情况下，还要减掉灌溉水所提供的氮素含量（汤丽玲 等，2004）。通过试验优化，2006年制定了漫灌模式下基于根层调控的氮素管理技术（汤丽玲 等，2005；何飞飞 等，2006）。该技术提出，在4～10月保持番茄根层0～30 cm氮素供应目标值200 kg·hm-2、11月至翌年3月保持氮素供应目标值250 kg·hm-2即可满足番茄对氮素的需求。该技术在保障设施番茄产量的基础上，化学氮素投入量由传统的每年1 198 kg·hm-2降低至353 kg·hm-2，降幅达到71%，减少了66%的氮肥损失，氮素表观利用率显著提高，达到了节肥增效的目的。

3.2 水分实时监测调控技术

水分实时监测调控技术是分别利用张力计法和蒸发皿法来确定灌溉时间和灌水定额，即当张力计读数值（上午10：00）达到控制灌水下限-25 kpa时开始灌溉；每次的灌水量根据两次灌水间隔期内蒸发皿的累积蒸发量（ET），利用公式I=αET进行计算，番茄各生育阶段内的蒸发皿系数α分别为：苗期0.45、开花孕果期0.77、果实膨大期至收获结束1.04（李峰，2011）。

采用水分实时监测调控技术可以使番茄每季灌水量由1 156 mm降至508 mm，降幅在50%以上，并且使番茄产量提高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 基于水分调控的氮素根层调控技术（水氮根层调控技术）

根据氮肥随灌水量减少淋溶损失降低的特性，2008年青岛农业大学将水肥一体化技术与氮素根层调控技术相结合，提出了基于水分调控的氮素根层调控技术（高兵 等，2008）。该技术的重点在于维持土壤氮素供应目标值为200～250 kg·hm-2水平时，控制土壤适宜的供水量，减少水分和氮素淋溶损失。土壤适宜的供水水平可以通过水分实时监测调控技术来保持；也可以在每次灌溉时灌水仅至田间最大持水量，最大限度地满足作物对水分需求的同时避免超过田间最大持水量的水分在重力作用下损失。应用该技术进行灌溉时，首先需要测定0～30 cm土壤含水量，根据土壤含水量计算灌溉至最大持水量时的灌水量，然后确定氮素根层施用量。

水氮根层调控技术的氮素施用量较单项氮素根层调控技术降低27%，节氮83 kg·hm-2。与传统模式相比，基于水分调控的氮素根层调控技术可以节肥372 kg·hm-2、节水1 530 m3·hm-2。传统模式、单项氮素根层调控模式和基于水分调控的氮素根层调控模式下番茄单季产量相差不大，分别为94.1、94.4、97.1 t·hm-2。与传统模式相比，单项氮素根层调控模式下氮素表观损失量降低30%，水氮根层调控技术模式下降低43%。可见，基于水分调控的氮素根层调控技术较单项氮素根层调控技术不但大幅节水，而且进一步节氮，减少氮素损失。

3.4 水氮定额管理技术

为了使上述技术更具可操作性，在总结前期技术应用的基础上，通过田间试验确定了在有机肥传统施用量10 t·hm-2以上的条件下，温室番茄每次灌水30 mm、每次追施氮肥50 kg·hm-2即可达到氮素供应目标值200～250 kg·hm-2的水平，可以满足番茄对水、肥的需求（李俊良 等，2011）。

根据设施番茄水氮定额管理技术，番茄整个生长季内灌溉9次、追肥4次，每次灌溉量和施肥量分别为30 mm和50 kg·hm-2，整个生育期较传统模式节水29%、节肥59%，氮肥偏生产力和灌溉水利用效率分别提高1.45倍和0.42倍（高兵 等，2008）。

3.5 设施番茄起垄滴灌施肥技术

在上述大量研究的基础上，通过田间试验制定了设施番茄起垄滴灌施肥技术。番茄采用起垄栽培（垄高20 cm，垄宽60 cm），一垄双行双管。在天气晴好的情况下，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；如果安装有张力计，则以张力计读数为-25 kPa时开始灌溉更为准确。每次灌溉量以30～35 mm为宜。由于基施（10 t·hm-2以上有机肥）的磷肥已经可以满足设施番茄对磷素的需求，定植后的追肥以两个配方为主，分别为高氮（N-P-K为20-10-20）和高钾（N-P-K为12-5-40）配方。从第3次浇水开始到开花坐果期，摘心之前施用高氮水溶肥，摘心之后施用高钾水溶肥；采用氮素根层调控技术计算施肥量，摘心之前每次施肥量为150～200 kg·hm-2，随水滴灌施肥2～3次；摘心之后每次施肥量约为200 kg·hm-2，随水滴灌施肥4～6次。试验结果表明，采用起垄滴灌施肥技术番茄产量显著增加15%，同时施肥量和灌水量分别降低20%和30%，达到了绿色增产的目的，在今后的设施番茄生产中可以进行大面积推广应用。

为了充分发挥该技术节水节肥、高效增产的作用，除了采用上述栽培和水肥管理措施之外，还需要注意以下事项，以保障滴灌施肥系统高效运转。我国大部分设施土壤有效磷含量非常高，并且番茄等作物对磷肥的需求较少，主要集中在生长前期，故磷肥作为基肥施用较合理；另外，含磷量高的水溶肥容易与灌溉水或者肥料之间发生反应形成沉淀，增大滴灌系统阻塞风险。因此，设施番茄滴灌施肥应选择含磷量低的水溶性肥料。滴灌施肥系统设备配套完善，缺一不可，并且要求设备选型合适，设备之间相互匹配，保障系统高效运转。操作应用规范，保障滴头不发生堵塞。第一，滴灌带在铺设时要滴孔朝上，防止盐分在滴头处结晶堵塞滴头；第二，灌水施肥时应该先浇清水、后施肥，在灌溉结束前15～30 min停止施肥，用清水冲洗管道；第三，每季作物采收结束后，打开毛管末端，冲洗管中的沉淀物。

3.6 设施番茄退化土壤修复技术

针对设施土壤碳氮比低、酸化和次生盐渍化等土壤退化现象严重的问题，近几年中国农业大学联合青岛农业大学优化推广了设施土壤有机质提升技术、氰氨化钙土壤消毒与酸化改良技术、填闲作物种植技术等，促进了设施番茄生产可持续发展。通过8 a的有机质提升技术（每季增施10 t·hm-2玉米秸秆），土壤碳氮比由传统模式的7.39提高至8.19，减少了硝态氮的淋溶损失，番茄产量显著增加7%（樊兆博，2014）。

通过上述技术，可以降低水肥投入30%以上，水、肥利用率明显提高，土壤退化有所缓解，番茄增产也可达到15%，初步实现了绿色增产。但是，增产后的番茄产量水平依然与国外高产水平差距较大，因此需要继续加强设施番茄土肥水管理，实现肥水管理的精准化、标准化和智能化，提高劳动生产率、番茄产量和资源利用率；另外还需要通过改善光温环境、良种与良法配套、轻简化栽培等技术提高番茄产量，达到绿色增产的目的。

樊兆博．2014．滴灌和漫灌施肥栽培体系下设施番茄产量和水氮利用效率的评价〔博士论文〕．北京：中国农业大学．

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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，专业方向：设施蔬菜水肥资源高效管理，E-mail：liangbin306@163.com

*通讯作者（Corresponding author）：李俊良，博士，教授，博士生导师，专业方向：设施蔬菜水肥资源高效管理，E-mail：jlli1962@163.com

2016-04-08；接受日期：2016-11-21

国家自然科学基金青年基金项目（31401947），国家大宗蔬菜产业技术体系项目（CARS-25），山东省2015年度农业重大应用技术创新课题