马宇婧，王 任，温祥珍，李亚灵（山西农业大学园艺学院，山西太谷 030801）

温度是重要的环境因子，目前蔬菜设施栽培中存在两大问题：一是夏季异常高温，温室内气温迅速升高，导致根际温度过高，但热量又无法挥散，过高的温度直接影响植株根系正常生长和根系功能的正常发挥，最后导致其品质和产量的下降[1]。二是冬季温室根际温度低，且土壤温度较难提高。根系长期生长在温度变幅较小的土壤环境中，习惯了这种稳定的环境，通常植物根系要求的温度略低于植物的地上部分，比较适宜的温度范围为15～25℃[2]。根际温度对于植物生长发育来说比气温更重要，一旦根际温度过高或过低，植株根系生长就会受到抑制，进而影响整个植株的生长[3]。

在无土栽培中，营养液温度即为植物的根际温度，对于作物的生长至关重要。不同作物对根温的要求不同。对于喜温性蔬菜（黄瓜、番茄等），根温大于30℃会加速根的老化过程，使根的木质化部位几乎达到根尖[4]，低于12℃以下则吸水困难，导致生长停滞。对于耐寒类蔬菜，一般最低液温8℃左右，最高不超过35℃，葱最适根温为20～26℃，生菜为15～28℃[5]。一般植物生长要求液温范围在13～25℃，最适液温为18～20℃[3]。对大多数作物来讲，夏季液温控制在28℃以下，以20～24℃为宜，冬季不低于12～15℃均适宜[6]。

无土栽培中液温和气温的配合很重要。液温高气温低，根生长和呼吸消耗较多的同化产物，地上部生长慢；液温低气温高，地上部生长快，长期会导致根系发育差，也会影响到地上部的生长[5]。所以气温高时液温也应高些，或略低于平均气温；冬季气温较低时，提高液温更有利于作物生长。

土壤栽培条件下缓冲性较好，但夏冬实施根温控制较为困难或成本较高，无土栽培中缓冲性相对较差，不注意根际环境控制容易导致生产失败，所以无土栽培中根温的控制技术尤为重要。

无土栽培中根温控制技术

无土栽培中影响根温稳定的因素有很多，如池温、输液管道、栽培设施、供液量、植被状态等。为了保证稳定的生产和品质，针对影响因子制定有效的根温控制技术是一项系统工程。

贮液池温度控制技术

贮液池用于存放供植物生长的营养液，提供基础温度（热量）。贮存设施有些是独立的营养液罐，有些是池；有些放置在室外，有些建造在地下，有些放置在专用房间内，有些放置在温室内，见图1。设置位置不同，营养液温度受环境温度的影响不同。营养液池设计在地下，能利用地温的稳定性，且占地少，建造成本低，是常见的选择，但清淤和消毒不彻底，而且开放式的贮液池见光容易滋生绿藻（图1a）；在环境稳定的现代化温室或专门房间内放置贮液罐，营养液温度比较稳定，容易维护和检查，是大型现代化温室常见的（图1b、1c）；在外界环境变化不大的地区（如荷兰），贮液池也可放置在室外（图1d），不占用温室用地。

贮液池（罐）的建造和材料选择对营养液温度也会产生影响。地下建造时要注意填注隔热材料或加填聚苯板隔热；大型贮液池需选择隔热材料和铝材，不仅耐锈蚀且起反光作用。

贮液池（罐）的加温与降温通常采用管道来实现，即在贮液池设置管道，夏季通入冷水循环来降温，冬季通入热水来提温，荷兰温室热水主要来自联合热电系统，部分来自温室降温时的热空气；液温加热也可使用加热棒、电热线等。温度的控制可以采用控温仪，或利用热敏电阻与控制计算机箱来实现智能控制。宋敏丽等[7]在试验研究中采用隔离冰降温和电热线加温的处理保持营养液的恒温状态取得了很好的控制效果。

贮液池的建造位置对液温也有影响，在气候温和的荷兰，温室多建于地上，而对于气候变化剧烈，一天中日较差大的中国，温室应建在地下，可借助周围土温稳定营养液温度，为作物更好的生长提供良好的环境。夏季当贮液池分别位于地平面、地上10 cm、地下10 cm时，营养液平均温度分别是 18.9、29.4、17.6℃，地上贮液池液温高于作物生长适温，作物生长出现萎蔫死亡症状，地下贮液池相对地平面营养液平均温度低1.3℃，更适于作物生长。

还可通过一些保温措施如周边保温和顶部保温等来调节贮液池温度。冬季当在营养液池周边或底部铺设聚苯板，与不附加聚苯板相比，营养液平均温度可分别升高0.5、1.5℃，可见底部附加聚苯板保温隔热效果更好，可增强稳温性能；当在叶菜生产系统顶部夜间覆盖保温材料时，营养液温度增加0.6℃，内部气温增加5.1℃。

贮液池的大小也影响贮液池温度，相同水位下，贮液池越大，热缓冲能力越强。

图1 贮液池的设计与放置位置

营养 液输送系统

营养液的输送主要是管道，多为无毒塑料管，相比金属或合金管道隔热性较好，但细长且距离远，容易受外界温度及阳光暴晒的影响，从而影响到根温。采取必要的隔热保温措施是好的选择，一般外部用航空棉、PVC泡沫软材、铝箔等包裹，进行供液管道隔热供应[5]。

若管道系统复杂可将其埋在地下，利于温度的稳定，这是较传统的做法。在室内温度能够稳定控制的温室中也可架设在空中，便于机械作业和维护（图2）。

图2 营养液输液系统的隔热处理

图3 不同栽培方式

栽培 方式

深 液 流（Deep Flow Technique，DFT）[6]营养液栽培系统所用营养液液层较深，一般深度为5～15 cm，营养液浓度、温度、pH等相对稳定，根际环境缓冲力大，受外界环境影响小。但不同季节，仍然受到一定的影响。在炎热夏季会由于气温升高引起液温升高，可高达30℃以上。

营养液膜技术（Nutrient Film Technique，NFT）[6]中营养液总量少，种植槽内液层浅，仅1～2 cm，物理化学性质变化快，液温变化快，易受环境温度的影响，尤其是暴露于空气中的根系部分易受气温的影响，根际缓冲能力差，在夏季高温期，根系易老化。

陈海生等[8]比较分析了DFT和NFT条件下水培系统中营养液液温的日变化。结果表明，NFT水培槽中营养液液温日变化相对较大，是随光照度和气温的趋势变化；DFT条件下日变化平缓。在早春气候条件下，DFT系统中营养液液温昼夜大部分时间高于NFT系统，对环境中气象因子变化的响应程度较弱。因此，在栽培樱桃番茄时，DFT水培方式要优于NFT。

另外，岩棉、椰糠等基质培环境温度较水培稳定，图3所示为生产中不同的栽培方式，其中图3a、3b为基质培，图3c为水培。

供液量

尽管营养液或者水的比热容大，但是营养液的供应量能显著影响根际温度的变化。

在NFT栽培中，液面浅，根温很容易受到气温的影响而产生较大变化，可以通过加大栽培槽的坡度，提高供液速度，来保障根温的相对稳定，尤其在我国夏季气温高的状态下能保障速生叶菜的正常生长。

在DFT（积液式）栽培条件下，营养液量较大，对稳定根温有很好的效果。我们研究认为营养液量（液面高低）对根温会产生一定影响，当叶菜生产系统[9-10]营养液深度为25 cm时，液温较20 cm低2℃，15 cm时液温较20 cm高约1℃，可见积液越多，升温越慢，缓热效果越好，池温与根温越接近；积液少则受环境变化影响大。另一方面，积液一致情况下（营养液深度20 cm），不同深度、不同季节，液温也不相同（表1）。分析一年四季中营养液表面即0 cm、液面以下5、10、15 cm的温度变化，各液层和内外气温的平均温、最高温、最低温及日较差，四季均表现出表层温度高，越往深处温度越低，变化越平缓，日较差越小。四季平均温分别是 18.4、28.8、20.8、6.8℃，春秋季液温均在适宜作物生长的范围内；由于夏季所选温度为未采取遮阳等降温措施的部分，表现出温度过高，表层日较差最大达7.9℃，深层日较差浮动小至1～2℃，液温基本在27℃以上，最高达到34℃，显著高于作物生长适温；冬季所选温度为未采取保温措施的部分，表现出温度过低，各层次日较差在0.5～2.2℃浮动，即使是深层液度也只有6～7℃，低于作物正常生长的温度。

在岩棉培或椰糠培条件下，供液量对包裹着塑料的基质温度的变化影响也十分明显，采用白、黑膜来反射光热和维持根际环境温度是重要的措施。另外在桶栽（图3b）和袋栽中加强营养液循环是维持根温稳定的重要措施。

表1 四季各液层和内外气温的平均温度和极端温度/℃

栽培系统

栽培系统是指栽培植株的栽培槽，常见的有PVC、聚苯板槽、镀锌铁皮、铝材、塑料等。栽培系统采用镀锌铁皮、铝合金等，强度高，容易加工成型，成本较低，在早期的无土栽培槽中很常见，但热交换量大，传热快，容易受气温的影响，引起根温的变化。所以在选择支撑材料时不仅要考虑耐受力、承重力，还要考虑其传热系数，传热越慢，其周围的环境温度变化越慢，根际环境越稳定，现在多采用PVC、聚苯板做成的专用型材，材料厚实、隔热好，根际环境稳定，但成本也会升高。简易无土栽培采用塑料袋栽、塑料桶栽和塑料膜栽，环境容积有限，容易受外界温度的影响。

其他

植被状态：植株封垄状况下光线照射到栽培槽的机会很少，根际温度较为稳定，主要受供液温度的影响，当植被量低，阳光直射栽培槽，根际温度会发生变化。

环境温度也是影响根际温度的重要因素，精确控制环境有助于根温的稳定。在生产上利用设施的结构材料以及增设辅助设备，在一定程度上可以控制营养液温度。前人有提出利用地下水，但这需要有充足的地下水源，且易造成水资源的浪费；也有提出向营养液中添加冰袋降温的方法[11]，但存在费时费力的问题；还可以采用机械压缩式制冷的方法等；祝宝英等[12]使用一种半导体制冷系统用于番茄DFT栽培的营养液温度控制，满足无限生长栽培条件下番茄根际生长环境对营养液液温的要求；在营养液槽上铺一层反射材料，减少营养液和外界的传热也是一种方便实现的方法。夏季利用喷雾设备增加叶菜生产系统内空气湿度，降低温度，或用潜水泵冲击营养液产生水花，液体流会同化周围液体的温度，从而起到降温作用，并改善根际环境，为植物提供更好的生长条件。

检测与控制设备

在无土栽培系统中根温的检测主要依靠温度传感器，实时监测营养液中的温度，一旦高于或低于植物正常生长温度及时采取措施使营养液稳定在适温范围。检测的范围包括多个方面，如营养液池、管道、栽培系统、环境温度等。

综合控制

综上所述，无土栽培系统中根温控制是一项系统工程，为了给作物生长创造更良好的环境，尤其是根际环境，需要对生产系统进行综合控制，做好根温控制与气候之间的协调配合。根据不同季节不同气候，采取适当的增温降温措施进行根际温度的控制，同时对温室内部的温度、湿度、光照强度、CO2浓度和作物根际的水分、营养组分等环境因子进行调节，获得作物生长的最佳条件，从而达到增加产量、改善品质的目的，进一步提高经济效益[13]。

随着科技水平的提高，采用无土栽培进行温室生产是重要发展方向，在节约用工、克服土壤连作障碍，显著提高作物的产量和保障品质方面都具有优势，精准控制根际环境是传统生产中难以实现的，无土栽培能成为现实可用的技术。