氢科技无土栽培番茄现代种植技术：评估生物炭和氢炭在无土番茄栽培介质中的作用

用户投稿 2025年08月15日 11:24:02 31 0

番茄现代种植技术：评估生物炭和氢炭在无土番茄栽培介质中的作用

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番茄 (Solanum lycopersicum L.) 是世界范围内生产和消费量都很高的园艺作物。除了其营养价值、风味和香气外，番茄还被认为是一种令人感兴趣的功能性食品，因为它含有大量的抗氧化化合物，例如维生素 C、酚类、类胡萝卜素等。

1 、不同的栽培品种（基因型）不仅在这些方面有所不同化合物含量以及生长、产量潜力和对压力（盐度、干旱、有毒物质等）的耐受性，这些都与生长介质有关。

2 、在土壤质量差或不可用的情况下，在无土条件下种植番茄是一个不错的选择。在过去的五十年里，无土栽培培养基的主要成分一直是泥炭。

3 、然而，对泥炭提取的环境问题迫使培养基供应商寻找替代材料。从这个意义上说，使用生物炭和水炭作为园艺基质成分是新颖且有前途的。生物炭，主要是水炭，很少作为底物成分进行研究，而总是作为生长混合物的次要成分。

Chars是作为生长介质成分的新兴材料 。然而，不同来源的材料特征不同，需要更多的研究来批准它们来发挥这种作用。评估了与来自森林废物（BCH-FW）和橄榄磨废物（BCH-OMW）的两种生物炭 的0%、10%、25%、50%、75%和100%和一种来自森林废物（HYD-FW）的氢炭混合的材料。

Biochar 和 hydrochar 分别是通过干法热解和湿法水热碳化产生的炭化有机物（最好从有机废物中获得）。生物炭和水炭的物理和化学特性非常不同，并且可能会因原材料和制造条件的不同而有很大差异。来自木材等营养不良原料的生物炭通常恰好呈碱性、无盐且不易分解，而生物炭来自富含营养的原料（例如橄榄磨坊废料）的盐度很高。

水炭往往呈酸性并含有大量不稳定的有机碳，因此导致土壤中的 N 固定。此外，水炭被认为具有植物毒性，因为存在有机有毒物质，如酚类化合物和有机酸，与其高含量的不稳定有机碳有关。所有这些特征表明，并非所有生物炭和水炭都应考虑用于园艺。

此外，生物炭作为土壤改良剂或作为无土栽培介质成分对番茄的影响几乎没有研究，水炭的影响也没有进行过分析。

本研究的目的是确定从森林废弃物和橄榄磨坊废弃物中产生的两种生物炭以及从森林废弃物中产生的水炭对两个番茄品种（Gransol Rijk Zwaan [RZ] 和 Cuarenteno）的生长、果实产量和质量的影响它们的生产力和果实特征不同。

第二个目标是在不损害作物的生长介质中确定炭化物的有限可靠比例。为了达到这个目标，对生长培养基中的炭进行了从低 (10% v:v) 到高 (100%) 的比例分析。

一、分析

1、方法

在整个生长期间定期测定基质中的水分和盐度，即从 2 月底到 6 月底的每个月（5 次测量），水分 (%) 和盐度。使用 Wet 传感器（AT Delta-T 设备，剑桥）探针测量。由于不同月份之间的可变性很低，因此五次测量的平均值表示为每个底物的唯一值。

在整个生长期间测定基质内部大气中的O₂和 CO₂ 浓度呼吸、根系密度、灌溉制度等。为了测量这种成分，将连接到 CheckPoint 便携式气体分析仪 (Dansensor®) 的皮下注射针头（15 厘米长）浸入基质中，然后计算O₂和 CO₂ 浓度 (%)记录。测量在 3 月底和 5 月底重复进行。显示的结果是两个采样日期的平均值。

对于这两个实验，SPAD 测量是在 5 月份用叶绿素计 SPAD-5O₂（柯尼卡，美能达，东京）对每株植物的四片叶子进行的，并计算平均值.在两个实验结束时（6 月底），一些与生长相关的参数被记录下来。通过在基质表面正上方切割茎来分离枝条和根。

通过将根球从盆中取出并以 1 到 5 的定性等级评估根系的延伸，立即评估根的大小，表示根没有到达基质表面，而表示一个根系形成一个密实的网状结构，覆盖所有基质。由于气生生物量太大而无法烘干，因此将芽留在封闭的温室中干燥两周并称重。在夏季条件下，封闭的温室白天的温度很容易达到 55度，这被认为足以使嫩芽干燥。

2、底物的物理和理化特性

整个生长期基质中的水分和盐度显示了整个实验过程中容器化基质的平均盐度和水分。

因此，这两个参数的数据受到了与培养相关的其他因素的影响（温度、灌溉施肥溶液的成分和体积、渗滤液体积、植物生长[水分吸收和蒸腾速率、养分吸收]等）而不仅仅是构成材料的性质。正如预期的那样，BCH-OMW 混合物比其他混合物含盐量更高，并且盐度随着混合物中炭比例的增加而增加。与盐度相关的是 BCH-OMW 基质中的水分含量，高于其他基质。

然而，盐度并不是影响水分的唯一因素，因为含有 75% BCH-OMW 和 25% CF 的混合物的水分含量高于纯 BCH-OMW，后者含盐量最高。纯 HYD-FW 的水分也大于 CF，而 BCH-FW 底物的水分，主要是纯底物的水分较低。在整个生长期间基质内部大气中的 O₂ 和 CO₂浓度显示了基质内部空气空间中O₂ 和 CO₂的浓度。

在实验 I 中，两个品种的植株生长都比实验 II 长。随着底物中 BCH-FW（剂量超过 10%）和 HYD-FW（所有剂量）的增加，Gransol RZ 的枝条生长减少。在这两种炭的中等至高比例（剂量超过 25%）下，根系生长受到负面影响。

BCH-OMW 仅在剂量大于 25% 时对芽和根的生长产生负面影响。对于 Cuarenteno，低剂量不影响芽的生长，而根的生长在 BCH-OMW 和 HYD-FW 处理中分别减少了 10% 和 25% 的剂量。对于该栽培品种，BCH-FW 和 HYD-FW 的剂量大于 25% 会随着基质中碳化物比例的增加而减少芽和根的生长。对于 BCH-OMW，这些高剂量不影响枝条生长，尽管根部生长减少。

3、产量和果实特征

将产量结果与对照进行比较，Gransol RZ 比 Cuarenteno 的产量更高。前者平均产 4.8 公斤，后者平均产 3.6 公斤。然而，Cuarenteno 比 Gransol RZ 结出更多果实，尽管个头较小。

关于炭化效应，在低剂量下，只有 10% 的 HYD-FW 导致 Gransol RZ 的产量降低，但 Cuarenteno 没有。在较大剂量下，BCH-FW 导致两个品种的产量（果实重量和每株果实数量）下降最明显，尤其是在 100% 剂量下。 HYD-FW 的负面影响不太显著。

在 Gransol RZ 中，所有剂量都引起相同的减少，以 kg plant-1表示。然而，剂量 75% 和 100% 的果实数量较少，但比剂量 50% 大。在 Cuarenteno，75% 和 100% 的剂量也降低了产量。关于 BCH-OMW，只有 100% 的剂量导致 Gransol RZ 中每株植物的公斤数和果实数量都减少。

在 Cuarenteno，由于果实重量减少，50% 剂量下每株植物的公斤数减少。

低炭化剂量和高炭化剂量下 Gransol RZ 和 Cuarenteno 的一些果实品质相关参数。这些品种表现出不同的糖和酸特征。 Gransol RZ 的苹果酸和谷氨酸含量低于 Cuarenteno，而柠檬酸含量较高。

关于糖类，Gransol 在实验 I 中比 Cuarenteno 积累了更多的葡萄糖和果糖，并呈现出更高的蔗糖当量 (SE)，但在实验 II 中则不然。

二、BCH-OMW 对番茄生产的适用性

在我们的条件下，BCH-OMW 在高剂量下使用时也会对植物生长产生负面影响。在 Gransol RZ 和 Cuarenteno 中发现了不同的反应，因为前者的芽重受到 50% 至 100% 剂量的负面影响，而后者仅受到最高剂量的负面影响。值得注意的是，由于果实数量减少，Gransol RZ 仅在最高剂量 (100%) 下产量降低。

在 Cuarenteno，产量的唯一下降是在中等剂量 (50%) 时发现的，这是由于果实重量的减少，而不是果实数量的减少。 Gransol RZ 是为高投入农业开发的 F1 杂交种，而 Cuarenteno 是适应低投入农业的传统乡村品种。尽管传统品种产量较低，但它们的质朴性使它们比杂交品种更能耐受压力条件，这可以解释 Cuarenteno 保持了高坐果率，导致果实生长减少。

尽管在两个品种的叶面养分含量上都发现了一些显着影响（正面和负面），但未检测到缺陷。 BCH-OMW 产生负面影响的原因与 BCH-FW 不同。尽管 BCH-OMW 具有高通气性，但由于其较小的粒径，它可以容纳足够的水。除了基于 BCH-OMW 的底物的高碱度之外，对它们的主要关注是由炭中大量可溶性钾引起的高盐度。对此，Schulz 和 Glaser28 指出，生物炭修正案最初增加了土壤中的 pH 值，但随后可能由于碱阳离子的浸出而降低了 pH 值。

在我们的例子中，在培养过程中使用的水培灌溉施肥导致 EC 减少到初始值的 50%。正如我们在这种材料（未发表的结果）和盐水堆肥的柱浸出分析中观察到的那样，EC 的这种下降可能是渐进的，在实验开始时快速而在实验结束时缓慢。

因此，我们相信 BCH-OMW 的先前漂洗将允许它在生长培养基中以高比例应用。与 BCH-FW 一样，BCH-OMW 对果实品质的影响非常有限。 Petruccelli 等人 8 还研究了用 10%-20% 的剂量从橄榄残渣中生产的生物炭。与我们的案例一样，这些作者发现糖分积累几乎没有影响。

三、HYD-FW 对番茄生产的适用性

HYD-FW 提供了所测定的三种炭的植物生长的最佳组合（pH 和 EC）条件。然而，即使在低剂量下，它也是对植物生长和产量最有害的物质。同样，这种效果在 Gransol RZ 中比在 Cuarenteno 中更为突出。应该在 HYD-FW 赋予基材的不良物理条件下寻找原因。

低通气量和该材料中的高微生物呼吸作用导致容器中 CO₂的积累和 O2的减少，这可能会产生周期性的缺氧条件。

此外，还必须考虑由水炭中存在的有毒有机化合物引起的直接植物毒性作用。然而，由于收获的果实数量（取决于开花和坐果过程）和果实品质没有受到影响，因此这种炭化并没有改变番茄植株中重要的生理生化机制。可能是植物生长缓慢，包括茎和根，导致生长果实的养分供应不足，最终长成小尺寸。

四、结论

BCH-OMW可以在生长培养基中以高比例使用，BCH-FW不能高比例使用，而 HYD-FW不适用于无土栽培番茄容器化

尽管含盐量高，但 BCH-OMW 可以在生长培养基中以高比例使用。这是由于灌溉降低了盐度以及番茄对盐度的耐受性。 BCH-FW粒径大，营养液保留能力低，不能高比例使用。然而，在调整粒径后可以探索使用更高比例的BCH-FW，以改善营养液的保留和对植物的养分供应。 HYD-FW保水性大，通气性差，CO₂排放量大，可能导致根系缺氧，不适用于无土栽培番茄容器化。

参考文献：

1、Tomato as a source of carotenoids and polyphenols targeted to cancer prevention. Martí R, Roselló S and Cebolla-Cornejo J, Cancers 8.6: 58 (2016).

2、Tomato (Solanum lycopersicum) health components: from the seed to the consumer. Dorais M, Ehret DL and Papadopoulos AP, Phytochem Rev 7.2: 231-250 (2008).

3、Growing medium constituents used in the EU. Schmilevski G, Acta Hort 81: 33-46 (2009).

4、Biochar impact on development and productivity of pepper and tomato grown in fertigated soilless media. Graber ER, Harel YM, Kolton M, Cytryn E, Silber A, David DR, Tsechansky L, Borenshtein M and Elad Y, Plant Soil 337: 481–496 (2010).

5、Pelleted biochar: chemical and physical properties show potential use as a substrate in container nurseries. Dumroese RK, Heiskanen J, Englund K and Tervahauta A, Biomass Bioenergy 35: 2018–2027 (2011).

6、Comparison of biochars derived from wood pellets and pelletized wheat straw as replacements for peat in potting substrates. Vaughn S F, Kenar J A, Thompson A R and Peterson S C, Ind Crops Prod 51: 437–443 (2013).

7、 Biochar as growing media additive and peat substitute. Steiner C and Harttung T, Solid Earth 5: 995–999 (2014).

新技术：番茄无土栽培实现数字化精准管理

新技术：番茄无土栽培实现数字化精准管理

韦武青等

番茄（ Solanum lycopersicum L. ）是茄科番茄属一年生草本植物，其口感酸甜，风味浓郁，深受广大消费者青睐。镇江地区气候温暖湿润，年均气温为15.4~17.1℃ ，全年日照时长 2 009~2 113 h ，无霜期238 天左右，年均降水量 1 088.2 mm 左右，适宜高品质番茄生产。近年来，随着休闲采摘农业的蓬勃发展，镇江地区多采用保护地栽培番茄，主要有春提早、秋延后、越冬栽培等方式，栽培面积逐年增加，番茄种植产业发展迅速，并取得了良好的经济效益与社会效益。

番茄简易无土栽培打破了传统种植模式，具有生长势强、产量高、品质好，省水、省肥、省工、省力，无污染，病虫害少等优势，可避免土壤连作障碍，不受地域限制，充分利用空间 [3] 。由于从荷兰、以色列引进的无土栽培模式投资和生产成本极高，亏损严重，根据本地实际栽培情况，推出了以 PVC 管为栽培支架 ， A 、 B 肥为主 ，辅以数字化精准调控的营养液循环模式 进行番茄简易无土栽培 ，主要包括简易无土栽培的设施条件和栽培要点。

1 简易无土栽培的设施条件

1.1 设施准备

在 667 m 2 温室里建 1 个 6 m×1 m×1 m 水培池，配备 1.5 kW DB－5 自吸离心泵 1 台 ， 110 mm PVC 管900~1 000 m ， 50 mm PVC 管 3 m ， 50 mm PE 管 100 m ，塞 6 （内径 6 mm ）滴头和滴灌管各 100 个，时控开关1 个， EC 计 1 只，水桶 2 个。

1.2 设施安装

安装底脚，底脚和栽培管道均为 110 mm PVC管，底脚坡度为 15 cm ，底脚间距为 3 m ，底脚上方开 U 型槽，栽培管道下方卡在 U 型槽上；栽培管道间距 60 cm ，人行道宽 90 cm ，栽培管道上方每隔45 cm 开 1 个直径 75 mm 的栽培孔，管道上方拉铅丝，铅丝上每隔 45 cm 扣 1 根吊绳；水泵下方接 50 mmPVC 管，上方接 50 mm PE 管，通过三通接头接到栽培管道顶端的下方，每个栽培管道接 2 根滴灌管，栽培管道末端安装回水管道接入水培池。定植前 1 周，用高锰酸钾清洗栽培管道和水培池，回水管道口罩过滤网，防止异物进入水培池。

1.3 灌溉施肥系统

由 1.5 kW DB－5 自吸离心泵、肥水供给管道、滴灌系统、栽培管道、回水管道、过滤网、水桶、水培池组成。水源要求 EC 值小于 0.1 mS/cm ， pH 值为 6~7 。

2 栽培要点

2.1 品种选择

按照番茄高效、绿色、数字化无土栽培要求，选择耐高温，连续坐果能力强，商品性好，抗病性强的番茄品种。当前，本地栽培选用的番茄品种有杭州良峰蔬菜种子有限公司选育的金宝贝、粉珍珠 等。

金宝贝 是无限生长型，黄色近圆形樱桃番茄，植株长势健壮，单果质量 20 g 左右，果穗均匀对称，口感好，含糖量高，商品性好。 粉珍珠 是无限生长型，粉红色圆形樱桃番茄，早熟，植株长势健壮，单果质量 20 g 左右，含糖量高，口感好，商品性好。

2.2 定植

镇江地区春提早栽培于 11~12 月播种，翌年 2月中旬至 3 月上旬定植， 4 月下旬至 7 月中旬采收。越冬栽培于 10 月中下旬播种， 12 月中下旬定植，翌年 2 月下旬至 6 月上旬采收。

建议选择工厂化、集约化育苗，既可促进种苗发芽分化，又有利于减少病虫害的发生。苗龄 35~45 天时即可定植 ，定植前，用 72% 霜霉威盐酸盐水剂 750 倍 +30% 噁霉灵水剂 1 500 倍 + 甲壳素、氨基酸类生根剂 300 倍混合液蘸根处理。选择晴天下午或多云天气定植，防止光照太强，造成幼苗萎蔫。定植时，直接将苗放入每个栽培孔中，每 667 m 2 定植2 000 株左右。

2.3 光照、温度、湿度管理

定植后，棚顶覆盖遮阳网遮荫， 5~7 天缓苗结束后，白天逐步撤掉棚顶遮阳网。撤掉遮阳网前 3~4 天，于晴天 11 ： 00~14 ： 00 覆盖遮阳网遮荫， 10 天后完全撤掉遮阳网； 5 月前，晚上棚顶覆盖遮阳网以增温。定植后，保持白天温度 20~25℃ ，夜间 10~15℃ ；坐果后，保持白天温度 25~28℃ ，夜间 12℃ ；夏季高温期间，可通过湿帘和风扇降低温度和增加湿度；整个生长期间，空气相对湿度控制在 60% 左右，注意通风排湿，防止病害发生。

2.4 营养液配制

适宜的营养液配方与浓度是番茄无土栽培成败的关键。番茄营养液浓度（ EC 值）不同生长阶段有所不同（表 1 ）。选用上海美妮生态农业有限公司的番茄专用 A 、 B 肥，定植后 1~3 天浇灌清水， 3 天后加 A 、 B 肥。将 A 、 B 肥在不同的水桶中溶解，先加A 肥，再加 B 肥，在水培池中搅拌均匀后使用，每 2天调整 1 次 EC 值和 pH 值， EC 值低于参照值时及时加肥， pH 值过高可加入适量硝酸调节，过低时加入适量氢氧化钾调节，实现了肥水的精准使用，加肥时间 16 ： 00 左右，有助于提高品质，确保产量。

表 1 番茄生长期所需营养液浓度

2.5 循环次数

番茄定植后，通过时控开关控制营养液循环次数（表 2 ），每天循环 16 次，每次 60 min ，循环间隔30 min ； 5 月开始，晴天中午循环时间 80 min ，循环间隔 20 min ，以利于番茄生长。

表 2 循环次数和时间

2.6 植株调整

番茄 6~7 片叶时吊蔓，绳下端用活结固定在茎基部，茎蔓与吊绳按顺时针方向相互缠绕，以保持茎蔓直立生长。采用单秆整枝，只保留主干生长结果，摘除全部侧枝，第 1 穗果成熟后及时摘除下部老叶和植株间过多过密的叶片，以减少养分消耗，改善通风透光条件， 8 穗果时摘心封顶。

2.7 病虫害防治

近年来，简易无土栽培番茄的主要病害有灰霉病、早疫病、晚疫病、叶霉病、病毒病、脐腐病、青枯病等；主要虫害有蚜虫、烟粉虱、斑潜蝇等。按照“预防为主，绿色防治为辅”的原则，从源头降低病虫害的发生概率。大棚四周设置 50 目左右的防虫网物理阻隔害虫，保持棚内环境清洁、通风透光；番茄定植后，每 667 m 2 悬挂 25 cm×30 cm 黄板、蓝板各30~35 张，以诱杀蚜虫、烟粉虱等害虫，黄板、蓝板距离番茄植株约 20 cm ，随着番茄植株的生长不断调整悬挂高度；番茄采收后，及时清除棚内番茄秸秆，以降低病虫害的发生概率，必要时可采取生物农药或低毒高效低残留化学农药进行综合防治。

灰霉病，可用 8% 宁南霉素水剂 800~1 000 倍液、 50% 速克灵（腐霉利）可湿性粉剂 2 000 倍液或50% 多菌灵可湿性粉剂 500 倍液进行防控。早疫病，可用 10% 苯醚甲环唑水分散粒剂 800~1 000 倍液喷雾防治。晚疫病，可用 68% 精甲霜·锰锌水分散粒剂 600~800 倍液或 50% 烯酰吗啉可湿性粉剂800~1 000 倍液等喷雾防治。叶霉病，可用 75% 百菌清可湿性粉剂 600 倍液或 10% 苯醚甲环唑水分散粒剂 1 500~2 000 倍液进行防治。病毒病发病初期，可用 5% 氨基寡糖素水剂 800~1 000 倍液或 0.5%香菇多糖水剂进行喷雾防治。脐腐病，可喷洒 0.1%硝酸钙溶液进行防治。青枯病，一旦发现病株及时拔除，并使用 40% 春雷·噻唑锌悬浮剂 800 倍液或50 亿 CFU/g 多粘类芽孢杆菌可湿性粉剂 1 000~1 500倍液等药剂对其他番茄植株进行灌根处理。