蔬菜工廠化生產（四）連棟溫室番茄工廠化生產環(huán)境調控技術

王艷芳馮 穎李新旭雷喜紅李 蔚牛曼麗

（1北京市農業(yè)技術推廣站，北京 100029；2北京佳禾四方農業(yè)科技有限公司，北京 102211）

在連棟溫室番茄工廠化生產中，適宜的溫度、光照、濕度等環(huán)境條件，是獲得成功和高產的必備條件。本文以2017～2018年北京市小湯山特菜基地連棟溫室番茄工廠化生產為例，詳細介紹番茄工廠化生產過程中溫度、光照、濕度等環(huán)境調控及數據監(jiān)測情況，以期為連棟溫室番茄工廠化生產園區(qū)提供技術參考。

番茄于2017年8月21日播種，9月25日定植，2018年7月10日拉秧，品種為中果型番茄Foticia，平均株高627.24 cm，莖粗8.89 mm，葉片數79片，采收28穗果，每平方米產量15.03 kg。為摸索大型連棟溫室的環(huán)境變化規(guī)律和不同季節(jié)的環(huán)境調控能力，從2017年8月21日起，對連棟溫室內的環(huán)境因子進行了連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測內容包括溫度、光照和濕度。

1 溫室結構及監(jiān)測方法

1.1 溫室結構參數 番茄栽培連棟溫室面積10 000 m2，東西長70 m，南北長145 m，肩高6 m，脊高7.5 m。溫室屋面為5 mm厚的浮法玻璃，外墻為中空玻璃。溫室加溫保溫設備有三維立體加溫管道、內保溫幕，降溫設備有高壓噴霧和內遮陽設備，空氣擾動系統(tǒng)為40個南北方向環(huán)流風扇（功率0.21 kW）。

1.2 監(jiān)測記錄方法 溫室內部采用PRIVA Connext環(huán)境自動監(jiān)測記錄系統(tǒng)。在溫室南北側中部位置各設置1個探測器（圖1）。監(jiān)測記錄項目包括溫度、相對濕度、光照，每5 min（分）記錄1次數據。該儀器記錄的數據與溫室環(huán)境調控系統(tǒng)連接，是控制環(huán)境和營養(yǎng)液系統(tǒng)的基礎依據。育苗溫室溫度記錄儀器同上。

圖1 溫室內環(huán)境探測器平面分布示意圖

2 溫室環(huán)境調控

2.1 溫室溫度管理

2.1.1 番茄溫度管理策略 番茄是喜溫作物，采用巖棉栽培的過程中，溫度是重要的環(huán)境指標。根據番茄生理變化，適合工廠化番茄生長的理想24 h（小時）溫度為19～20 ℃，每增加1 ℃意味著產量減少8%，24 h（小時）最高平均溫度為25 ℃，番茄不同生長階段溫度管理策略見表1。

在實際生產過程中，根據生產茬口及溫室內溫度變化情況，分5個階段進行溫度調控（表2），即苗期的強制降溫階段、定植后到9月30日的自然通風階段、10月初至翌年3月底的增溫保溫階段、4月的自然通風階段、5月上旬至7月上旬的強制降溫階段。根據監(jiān)測結果，整個生長期溫室內平均氣溫為20.74 ℃，可滿足番茄生長的需求。

表1 番茄不同生長階段溫度管理策略

表2 番茄不同生長階段溫度調控措施

2.1.2 增溫調控技術效果分析 溫室增溫保溫階段主要為2017年10月1日至2018年3月30日，該時期內外界氣溫較低，溫室溫度的調控以增溫為主。夜間采取暖氣管道進行三維立體加溫、保溫幕布等措施，使夜溫保持在15～20 ℃，極端天氣時不低于10 ℃；白天采取暖氣管道加溫和風口調節(jié)措施，調整溫度至25～30 ℃。實際監(jiān)測發(fā)現，10月上旬至12月底期間，室內平均溫度19.47 ℃，在外界最低溫度-11.17 ℃的情況下，溫室內最低溫度維持在15 ℃以上，溫室內夜間保溫能力達到了調控目標；白天溫室內最高溫度平均達27.13℃，從10月下旬開始，整個過程中溫室內最高溫度維持在25.55～26.60 ℃，溫度穩(wěn)定，基本達到調控目標（表3）。2018年1月上旬至3月下旬外界溫度逐漸上升，監(jiān)測期間平均溫度18.81 ℃，基本達到調控目標，其中，夜間室內最低溫度12.8℃，達到10 ℃以上目標且保持平穩(wěn)，白天最高溫度在24.49～26.86 ℃，達到調控要求且變化平穩(wěn)（表 4）。

表3 2017年10月下旬至12月下旬溫室內外溫度對比 ℃

2017年9月下旬至10月中旬、2018年4～5月兩個階段，溫室白天以自然通風換氣、夜間少量加溫保溫為主，在該時期內，室內平均溫度20.71℃，其中白天最高平均溫度30.57 ℃，夜間最低平均溫度14.25 ℃，符合番茄生產的溫度需求。9月下旬定植后，室外最低溫度從10 ℃左右下降至10月上旬的5.7 ℃且持續(xù)下降，為保證生產，開始采取加溫措施，使溫室內最低溫度維持在15.5℃以上，可以滿足生產需求，此時室內白天最高溫度達到32.10 ℃，基本滿足生產需求，通過開風口、高壓噴霧等降溫措施，進入10月后室內最高溫度逐漸降低，10月中旬后滿足調控需求，低于30 ℃；4月由于室外夜間溫度仍較低，在-0.10～7.21 ℃，通過夜間少量加溫，溫室內最低溫度維持在12.6℃以上，可以滿足生產需求；白天室外最高溫度在30 ℃左右，室內基本可以滿足生產需求；5月由于室外夜間溫度仍多在10 ℃左右，需少量加溫，提高夜溫以保證生產（表5）。

2.1.3 降溫技術調控效果分析 2018年5月開始至7月10日番茄拉秧，白天外界氣溫達到30 ℃以上，溫室溫度管理以強制降溫為主。具體調控措施為白天高壓噴霧、噴涂利涼、環(huán)流風機加遮陽降溫，夜間通風降溫。

由表6可知，5月上旬至7月上旬溫室內溫度在20.83～28.21 ℃之間，平均溫度為24.09 ℃，超過番茄生長需求的平均溫度上限20 ℃。白天外界最高溫度在30.19～41.60 ℃，室內最高溫度在30.49～36.27 ℃，平均溫度為33.53 ℃，高于番茄需求30 ℃上限；室內夜間最低溫度在12.60～20.00℃，平均最低溫度為15.86 ℃，基本滿足番茄需求的夜間溫度，其中6月下旬至7月上旬室內夜間溫度達到20 ℃左右，達到番茄生長夜間溫度上限，降溫效果不明顯，溫室內番茄處于暗呼吸旺盛條件下，不利于生長。

表4 2018年1月上旬至3月下旬溫室內外溫度對比情況 ℃

表5 2017年9月下旬至10月中旬、2018年4～5月溫室內外溫度對比情況 ℃

通過溫室強制降溫措施的使用，溫室夏季降溫能力在0.62～2.21 ℃之間，室內平均溫度降低值為0.62 ℃；白天最高平均溫度降低值為2.77 ℃，最大降幅為6.82 ℃；夜間最低溫度平均是升高的，白天降溫能力顯著高于夜間降溫能力。

從2017年8月21日播種開始至9月11日番茄移栽進溫室，處于育苗階段。苗期處于北京市高溫季節(jié)，此階段調控以強制降溫為主，主要采取水簾風機、高壓噴霧、遮陽降溫等措施。從監(jiān)測情況來看（表7），苗期外界最高氣溫在34.63℃左右，最低氣溫在14.55 ℃，24 h（小時）平均氣溫為23.47 ℃。通過降溫調控，保證溫室內最高氣溫在29.63 ℃，最低氣溫17.25 ℃，24 h（小時）平均氣溫在23.67 ℃，基本滿足番茄苗期生長需要。

2.1.4 不同季節(jié)溫差變化情況 番茄生長過程中，晝夜溫差是重要的環(huán)境指標之一，一般認為晝夜溫差12 ℃左右可使番茄獲得較高產量。實際生產中監(jiān)測發(fā)現，定植后9月下旬晝夜溫差控制在10.01℃，適宜緩苗；10月由于白天溫度仍較高，夜間溫度降低明顯，雖然通過加溫使夜溫有所提升，但相對較低，晝夜溫差達到13.34 ℃，略高于標準溫差；11～12月外界溫度持續(xù)下降，通過加溫管道、保溫幕布等措施的使用，保證夜間溫度穩(wěn)定在15℃左右，白天溫度穩(wěn)定在26 ℃左右，晝夜溫差穩(wěn)定在10 ℃左右；1～3月由于夜間加溫，溫室內夜間平均最低溫度在14.59 ℃，白天最高溫度在25 ℃左右，平均晝夜溫差在10.35～11.57 ℃，略低于標準晝夜溫差；4月由于白天溫度開始升高，夜間溫度還比較低，所以晝夜溫差略高于標準晝夜溫差為15.94 ℃；5～6月，由于白天可通過遮陽、噴霧、噴涂利涼、風機等措施控制最高溫度，夜間外界溫度仍在18.97 ℃以內，所以晝夜溫差較大，在18℃左右；7月上旬由于夜間降溫手段有限，夜溫上升，晝夜溫差縮小至15.38 ℃，但仍高于標準晝夜溫差。

從晝夜溫差來看（表8），2017年10月至2018年3月，由于加溫措施的使用，溫室內晝夜溫差較適宜番茄生長，4～7月由于白天溫度急速上升，夜間溫度仍保持較低水平導致晝夜溫差加大，此時夜間番茄呼吸消耗減少，光合同化物積累過多，不利于番茄正常生長。

表6 2018年5月上旬至7月上旬溫室內外溫度對比情況 ℃

表7 番茄苗期溫室內外溫度對比情況 ℃

表8 2017年9月至2018年7月番茄生育期內不同月份溫室內晝夜溫差對比情況 ℃

2.2 溫室光照管理

2.2.1 番茄需光特性 番茄屬于喜光作物，生長發(fā)育需充足的光照，光飽和點為7萬lx（1 W·m-2=80 lx，7萬lx=875 W·m-2），光補償點為2 000 lx（25 W·m-2）。平均日照時數12～14 h（小時），光照強度達3.0萬～3.5萬 lx（500～625 W·m-2），為理想的番茄生長光照條件。荷蘭生產管理中遵循光飽和點以內增加1%光照番茄產量可提高1%。

2.2.2 溫室內光照強度變化 番茄定植后的整個生長時期溫室內光照如表9所示，一天內室內光照輻射強度逐漸增強到最高值，隨后逐漸降低，不同季節(jié)根據日出與日落的時間光照強度一天內變化規(guī)律略有不同。定植后9月下旬至來年3月下旬，光照強度略低于理想光照條件，10：00～12：00內光照強度達到最大值，在此階段最低低至298.1 W·m-2，最高達到663.6 W·m-2，處于光照略不足的條件下；進入4月，光照逐漸開始增強，除去5月中旬連續(xù)兩周陰天的影響外，其他時間段均處于番茄光合作用理想光照強度下，適宜番茄生長。從監(jiān)測結果來看，光照水平不是限制番茄生長的主要因素，不同季節(jié)光照條件基本能滿足番茄正常生長，其中4～7月最為適宜。

表9 2017年9月上旬至2018年7月上旬溫室內不同時間光照情況 W·m-2

2.3 溫室內濕度管理 維持適宜的濕度是保證番茄生長的條件之一，濕度與番茄的蒸騰作用、溫室內溫度、光照條件關系密切，應進行耦合調整。為及時掌握連棟溫室內濕度變化情況，番茄生長期間對溫室內濕度變化情況進行了監(jiān)測和記錄。

番茄生育期內室內平均氣溫在18.81～24.09℃，一般情況下，在溫度18～24 ℃范圍內，相對濕度在65%～85%之間番茄可以進行正常的蒸騰作用。從監(jiān)測數據來看，2017年9月下旬定植后至12月下旬，室內平均濕度在63.19%～74.44%，基本穩(wěn)定在72%左右，可以滿足番茄正常生長需要。10月由于番茄植株處于幼苗期，蒸騰量低，溫室內最低濕度較低，進入11月，植株逐漸進入成株期，蒸騰量加大，室內最低濕度略有升高，平均濕度較穩(wěn)定，需在白天溫度高時適當開放風口，增加通風量（表10）；2018年1～2月由于加溫措施的采取，室內最高、最低濕度均略有降低，總體濕度保持在72%左右，較穩(wěn)定；進入3月由于白天通風量的持續(xù)增大，室內最低濕度持續(xù)降低，但平均濕度依然維持在較穩(wěn)定的狀態(tài)，適宜番茄生長（表11）；進入4月，溫室停止加溫，通風量繼續(xù)增大，室內濕度降低，白天開始采用高壓噴霧加濕的方式使?jié)穸缺３衷谳^高水平，夜間沒有有效加濕手段，室內濕度較低，但平均相對濕度顯著上升，最高在5月中旬達到82.62%，需減少噴霧開啟時間，適當降低濕度（表12）。

溫室內濕度主要通過開關風口、高壓噴霧等措施調節(jié)，因此，濕度變化水平與風口調節(jié)、高壓噴霧的開啟密切相關。冬季加溫期間（2017年10月下旬至2018年3月下旬）通風量較小，但采用暖氣加溫可降低濕度水平，此時室內濕度水平較適宜番茄生長；春季4月停止加溫后，溫室內通風量增大，室內濕度略有降低；夏季高溫季節(jié)（5月至7月上旬），由于外界濕度較大，且出于降溫需求開啟噴霧系統(tǒng)，溫室內濕度維持在較高水平，但基本可以滿足番茄生長。

表10 2017年9～12月溫室內濕度變化 %

表11 2018年1～3月溫室內濕度變化 %

表12 2018年4～7月溫室內濕度變化 %

3 結論

3.1 溫室內環(huán)境調控策略及效果 根據溫室內溫度變化規(guī)律，2017年10月上旬至2018年3月下旬通過暖氣加溫及溫室保溫幕布的使用，溫室內白天及夜間溫度均較適宜，晝夜溫差最為適宜，調控效果最為明顯；4月由于白天外界溫度持續(xù)上升，夜間溫度緩慢上升，晝夜溫差較為適宜，環(huán)境調控主要以高壓噴霧降溫及風口的開閉為主，在此期間，由于夜間降溫難度大，番茄消耗增加，調控效果并不理想；5～7月北京地區(qū)進入高溫季節(jié)，外界的高溫高濕使得溫室內溫度過高、濕度過大，噴霧的使用受到限制，降溫調控只能依靠風口的開閉，有限的降溫效果使得溫室內環(huán)境不利于番茄生長。從光照監(jiān)測結果看，正常天氣條件下自然光可以滿足番茄生長所需。從濕度監(jiān)測結果看，10月下旬至3月下旬暖氣加溫階段，溫室內濕度水平較適宜番茄生長，在停止加溫后的4月上旬至7月上旬，室內濕度偏高，應在保證降溫的基礎上，盡可能通風除濕。綜合番茄生長期內環(huán)境調控策略及室內環(huán)境變化規(guī)律，連棟溫室內春、秋、冬季，通過環(huán)境調控措施可有效調節(jié)室內環(huán)境至適宜番茄生長目標，實現連棟溫室番茄工廠化生產。

3.2 環(huán)境調控措施的改進 小湯山特菜基地生產用連棟溫室屬于半封閉結構，其內部環(huán)境具有強耦合、多擾動、非線性的特點。為了調控溫室內環(huán)境達到番茄適宜生長的狀態(tài)，需全面考慮室內溫度、光照、濕度等多個環(huán)境因素。從本研究中可以看出，連棟溫室本身封閉性好、透光率高的條件給環(huán)境調控奠定了良好的基礎，在有效地加溫、降溫、增濕、除濕等環(huán)境調控措施下，可以初步達到滿足冬季番茄正常生長的需求。由于冬季燃氣增溫成本較高，應在保證加溫的基礎上，盡可能合理設置加溫條件，減少能源損失來降低加溫成本；另一方面，冬季室內光照條件基本可以滿足番茄正常生長，但較最大光合仍有明顯差距，低成本、高效率的補光措施應是目前急需摸索及改進的方面；夏季由于外界濕度大、溫度高，室內降溫除濕技術有限，尤其夜溫的降低難度大，應針對成熟有效的降溫除濕技術進行深入研究。