蔬菜工厂化生产（四）连栋温室番茄工厂化生产环境调控技术

王艳芳冯 颖李新旭雷喜红李 蔚牛曼丽

（1北京市农业技术推广站，北京 100029；2北京佳禾四方农业科技有限公司，北京 102211）

在连栋温室番茄工厂化生产中，适宜的温度、光照、湿度等环境条件，是获得成功和高产的必备条件。本文以2017～2018年北京市小汤山特菜基地连栋温室番茄工厂化生产为例，详细介绍番茄工厂化生产过程中温度、光照、湿度等环境调控及数据监测情况，以期为连栋温室番茄工厂化生产园区提供技术参考。

番茄于2017年8月21日播种，9月25日定植，2018年7月10日拉秧，品种为中果型番茄Foticia，平均株高627.24 cm，茎粗8.89 mm，叶片数79片，采收28穗果，每平方米产量15.03 kg。为摸索大型连栋温室的环境变化规律和不同季节的环境调控能力，从2017年8月21日起，对连栋温室内的环境因子进行了连续监测，监测内容包括温度、光照和湿度。

1 温室结构及监测方法

1.1 温室结构参数 番茄栽培连栋温室面积10 000 m2，东西长70 m，南北长145 m，肩高6 m，脊高7.5 m。温室屋面为5 mm厚的浮法玻璃，外墙为中空玻璃。温室加温保温设备有三维立体加温管道、内保温幕，降温设备有高压喷雾和内遮阳设备，空气扰动系统为40个南北方向环流风扇（功率0.21 kW）。

1.2 监测记录方法 温室内部采用PRIVA Connext环境自动监测记录系统。在温室南北侧中部位置各设置1个探测器（图1）。监测记录项目包括温度、相对湿度、光照，每5 min（分）记录1次数据。该仪器记录的数据与温室环境调控系统连接，是控制环境和营养液系统的基础依据。育苗温室温度记录仪器同上。

图1 温室内环境探测器平面分布示意图

2 温室环境调控

2.1 温室温度管理

2.1.1 番茄温度管理策略 番茄是喜温作物，采用岩棉栽培的过程中，温度是重要的环境指标。根据番茄生理变化，适合工厂化番茄生长的理想24 h（小时）温度为19～20 ℃，每增加1 ℃意味着产量减少8%，24 h（小时）最高平均温度为25 ℃，番茄不同生长阶段温度管理策略见表1。

在实际生产过程中，根据生产茬口及温室内温度变化情况，分5个阶段进行温度调控（表2），即苗期的强制降温阶段、定植后到9月30日的自然通风阶段、10月初至翌年3月底的增温保温阶段、4月的自然通风阶段、5月上旬至7月上旬的强制降温阶段。根据监测结果，整个生长期温室内平均气温为20.74 ℃，可满足番茄生长的需求。

表1 番茄不同生长阶段温度管理策略

表2 番茄不同生长阶段温度调控措施

2.1.2 增温调控技术效果分析 温室增温保温阶段主要为2017年10月1日至2018年3月30日，该时期内外界气温较低，温室温度的调控以增温为主。夜间采取暖气管道进行三维立体加温、保温幕布等措施，使夜温保持在15～20 ℃，极端天气时不低于10 ℃；白天采取暖气管道加温和风口调节措施，调整温度至25～30 ℃。实际监测发现，10月上旬至12月底期间，室内平均温度19.47 ℃，在外界最低温度-11.17 ℃的情况下，温室内最低温度维持在15 ℃以上，温室内夜间保温能力达到了调控目标；白天温室内最高温度平均达27.13℃，从10月下旬开始，整个过程中温室内最高温度维持在25.55～26.60 ℃，温度稳定，基本达到调控目标（表3）。2018年1月上旬至3月下旬外界温度逐渐上升，监测期间平均温度18.81 ℃，基本达到调控目标，其中，夜间室内最低温度12.8℃，达到10 ℃以上目标且保持平稳，白天最高温度在24.49～26.86 ℃，达到调控要求且变化平稳（表 4）。

表3 2017年10月下旬至12月下旬温室内外温度对比 ℃

2017年9月下旬至10月中旬、2018年4～5月两个阶段，温室白天以自然通风换气、夜间少量加温保温为主，在该时期内，室内平均温度20.71℃，其中白天最高平均温度30.57 ℃，夜间最低平均温度14.25 ℃，符合番茄生产的温度需求。9月下旬定植后，室外最低温度从10 ℃左右下降至10月上旬的5.7 ℃且持续下降，为保证生产，开始采取加温措施，使温室内最低温度维持在15.5℃以上，可以满足生产需求，此时室内白天最高温度达到32.10 ℃，基本满足生产需求，通过开风口、高压喷雾等降温措施，进入10月后室内最高温度逐渐降低，10月中旬后满足调控需求，低于30 ℃；4月由于室外夜间温度仍较低，在-0.10～7.21 ℃，通过夜间少量加温，温室内最低温度维持在12.6℃以上，可以满足生产需求；白天室外最高温度在30 ℃左右，室内基本可以满足生产需求；5月由于室外夜间温度仍多在10 ℃左右，需少量加温，提高夜温以保证生产（表5）。

2.1.3 降温技术调控效果分析 2018年5月开始至7月10日番茄拉秧，白天外界气温达到30 ℃以上，温室温度管理以强制降温为主。具体调控措施为白天高压喷雾、喷涂利凉、环流风机加遮阳降温，夜间通风降温。

由表6可知，5月上旬至7月上旬温室内温度在20.83～28.21 ℃之间，平均温度为24.09 ℃，超过番茄生长需求的平均温度上限20 ℃。白天外界最高温度在30.19～41.60 ℃，室内最高温度在30.49～36.27 ℃，平均温度为33.53 ℃，高于番茄需求30 ℃上限；室内夜间最低温度在12.60～20.00℃，平均最低温度为15.86 ℃，基本满足番茄需求的夜间温度，其中6月下旬至7月上旬室内夜间温度达到20 ℃左右，达到番茄生长夜间温度上限，降温效果不明显，温室内番茄处于暗呼吸旺盛条件下，不利于生长。

表4 2018年1月上旬至3月下旬温室内外温度对比情况 ℃

表5 2017年9月下旬至10月中旬、2018年4～5月温室内外温度对比情况 ℃

通过温室强制降温措施的使用，温室夏季降温能力在0.62～2.21 ℃之间，室内平均温度降低值为0.62 ℃；白天最高平均温度降低值为2.77 ℃，最大降幅为6.82 ℃；夜间最低温度平均是升高的，白天降温能力显著高于夜间降温能力。

从2017年8月21日播种开始至9月11日番茄移栽进温室，处于育苗阶段。苗期处于北京市高温季节，此阶段调控以强制降温为主，主要采取水帘风机、高压喷雾、遮阳降温等措施。从监测情况来看（表7），苗期外界最高气温在34.63℃左右，最低气温在14.55 ℃，24 h（小时）平均气温为23.47 ℃。通过降温调控，保证温室内最高气温在29.63 ℃，最低气温17.25 ℃，24 h（小时）平均气温在23.67 ℃，基本满足番茄苗期生长需要。

2.1.4 不同季节温差变化情况 番茄生长过程中，昼夜温差是重要的环境指标之一，一般认为昼夜温差12 ℃左右可使番茄获得较高产量。实际生产中监测发现，定植后9月下旬昼夜温差控制在10.01℃，适宜缓苗；10月由于白天温度仍较高，夜间温度降低明显，虽然通过加温使夜温有所提升，但相对较低，昼夜温差达到13.34 ℃，略高于标准温差；11～12月外界温度持续下降，通过加温管道、保温幕布等措施的使用，保证夜间温度稳定在15℃左右，白天温度稳定在26 ℃左右，昼夜温差稳定在10 ℃左右；1～3月由于夜间加温，温室内夜间平均最低温度在14.59 ℃，白天最高温度在25 ℃左右，平均昼夜温差在10.35～11.57 ℃，略低于标准昼夜温差；4月由于白天温度开始升高，夜间温度还比较低，所以昼夜温差略高于标准昼夜温差为15.94 ℃；5～6月，由于白天可通过遮阳、喷雾、喷涂利凉、风机等措施控制最高温度，夜间外界温度仍在18.97 ℃以内，所以昼夜温差较大，在18℃左右；7月上旬由于夜间降温手段有限，夜温上升，昼夜温差缩小至15.38 ℃，但仍高于标准昼夜温差。

从昼夜温差来看（表8），2017年10月至2018年3月，由于加温措施的使用，温室内昼夜温差较适宜番茄生长，4～7月由于白天温度急速上升，夜间温度仍保持较低水平导致昼夜温差加大，此时夜间番茄呼吸消耗减少，光合同化物积累过多，不利于番茄正常生长。

表6 2018年5月上旬至7月上旬温室内外温度对比情况 ℃

表7 番茄苗期温室内外温度对比情况 ℃

表8 2017年9月至2018年7月番茄生育期内不同月份温室内昼夜温差对比情况 ℃

2.2 温室光照管理

2.2.1 番茄需光特性 番茄属于喜光作物，生长发育需充足的光照，光饱和点为7万lx（1 W·m-2=80 lx，7万lx=875 W·m-2），光补偿点为2 000 lx（25 W·m-2）。平均日照时数12～14 h（小时），光照强度达3.0万～3.5万 lx（500～625 W·m-2），为理想的番茄生长光照条件。荷兰生产管理中遵循光饱和点以内增加1%光照番茄产量可提高1%。

2.2.2 温室内光照强度变化 番茄定植后的整个生长时期温室内光照如表9所示，一天内室内光照辐射强度逐渐增强到最高值，随后逐渐降低，不同季节根据日出与日落的时间光照强度一天内变化规律略有不同。定植后9月下旬至来年3月下旬，光照强度略低于理想光照条件，10：00～12：00内光照强度达到最大值，在此阶段最低低至298.1 W·m-2，最高达到663.6 W·m-2，处于光照略不足的条件下；进入4月，光照逐渐开始增强，除去5月中旬连续两周阴天的影响外，其他时间段均处于番茄光合作用理想光照强度下，适宜番茄生长。从监测结果来看，光照水平不是限制番茄生长的主要因素，不同季节光照条件基本能满足番茄正常生长，其中4～7月最为适宜。

表9 2017年9月上旬至2018年7月上旬温室内不同时间光照情况 W·m-2

2.3 温室内湿度管理 维持适宜的湿度是保证番茄生长的条件之一，湿度与番茄的蒸腾作用、温室内温度、光照条件关系密切，应进行耦合调整。为及时掌握连栋温室内湿度变化情况，番茄生长期间对温室内湿度变化情况进行了监测和记录。

番茄生育期内室内平均气温在18.81～24.09℃，一般情况下，在温度18～24 ℃范围内，相对湿度在65%～85%之间番茄可以进行正常的蒸腾作用。从监测数据来看，2017年9月下旬定植后至12月下旬，室内平均湿度在63.19%～74.44%，基本稳定在72%左右，可以满足番茄正常生长需要。10月由于番茄植株处于幼苗期，蒸腾量低，温室内最低湿度较低，进入11月，植株逐渐进入成株期，蒸腾量加大，室内最低湿度略有升高，平均湿度较稳定，需在白天温度高时适当开放风口，增加通风量（表10）；2018年1～2月由于加温措施的采取，室内最高、最低湿度均略有降低，总体湿度保持在72%左右，较稳定；进入3月由于白天通风量的持续增大，室内最低湿度持续降低，但平均湿度依然维持在较稳定的状态，适宜番茄生长（表11）；进入4月，温室停止加温，通风量继续增大，室内湿度降低，白天开始采用高压喷雾加湿的方式使湿度保持在较高水平，夜间没有有效加湿手段，室内湿度较低，但平均相对湿度显著上升，最高在5月中旬达到82.62%，需减少喷雾开启时间，适当降低湿度（表12）。

温室内湿度主要通过开关风口、高压喷雾等措施调节，因此，湿度变化水平与风口调节、高压喷雾的开启密切相关。冬季加温期间（2017年10月下旬至2018年3月下旬）通风量较小，但采用暖气加温可降低湿度水平，此时室内湿度水平较适宜番茄生长；春季4月停止加温后，温室内通风量增大，室内湿度略有降低；夏季高温季节（5月至7月上旬），由于外界湿度较大，且出于降温需求开启喷雾系统，温室内湿度维持在较高水平，但基本可以满足番茄生长。

表10 2017年9～12月温室内湿度变化 %

表11 2018年1～3月温室内湿度变化 %

表12 2018年4～7月温室内湿度变化 %

3 结论

3.1 温室内环境调控策略及效果 根据温室内温度变化规律，2017年10月上旬至2018年3月下旬通过暖气加温及温室保温幕布的使用，温室内白天及夜间温度均较适宜，昼夜温差最为适宜，调控效果最为明显；4月由于白天外界温度持续上升，夜间温度缓慢上升，昼夜温差较为适宜，环境调控主要以高压喷雾降温及风口的开闭为主，在此期间，由于夜间降温难度大，番茄消耗增加，调控效果并不理想；5～7月北京地区进入高温季节，外界的高温高湿使得温室内温度过高、湿度过大，喷雾的使用受到限制，降温调控只能依靠风口的开闭，有限的降温效果使得温室内环境不利于番茄生长。从光照监测结果看，正常天气条件下自然光可以满足番茄生长所需。从湿度监测结果看，10月下旬至3月下旬暖气加温阶段，温室内湿度水平较适宜番茄生长，在停止加温后的4月上旬至7月上旬，室内湿度偏高，应在保证降温的基础上，尽可能通风除湿。综合番茄生长期内环境调控策略及室内环境变化规律，连栋温室内春、秋、冬季，通过环境调控措施可有效调节室内环境至适宜番茄生长目标，实现连栋温室番茄工厂化生产。

3.2 环境调控措施的改进 小汤山特菜基地生产用连栋温室属于半封闭结构，其内部环境具有强耦合、多扰动、非线性的特点。为了调控温室内环境达到番茄适宜生长的状态，需全面考虑室内温度、光照、湿度等多个环境因素。从本研究中可以看出，连栋温室本身封闭性好、透光率高的条件给环境调控奠定了良好的基础，在有效地加温、降温、增湿、除湿等环境调控措施下，可以初步达到满足冬季番茄正常生长的需求。由于冬季燃气增温成本较高，应在保证加温的基础上，尽可能合理设置加温条件，减少能源损失来降低加温成本；另一方面，冬季室内光照条件基本可以满足番茄正常生长，但较最大光合仍有明显差距，低成本、高效率的补光措施应是目前急需摸索及改进的方面；夏季由于外界湿度大、温度高，室内降温除湿技术有限，尤其夜温的降低难度大，应针对成熟有效的降温除湿技术进行深入研究。