我國設施草莓無土栽培技術的研究進展與發展建議

張更 顏志明 王全智 孫朋朋 王媛花 馮英娜 王祺

摘要：草莓果實營養豐富，種植經濟效益高，深受生產者和消費者的青睞。無土栽培草莓能克服土傳病蟲害、解決連作障礙問題，提高肥料的利用率和草莓的商品率，近年來在設施草莓生產中被廣泛應用。本文從草莓品種、栽培基質、營養液配方、CO2施肥和人工補光5個方面，綜述了我國設施草莓無土栽培技術的研究進展，并在此基礎上提出了我國設施草莓無土栽培研究進一步的發展建議。

關鍵詞：設施草莓;無土栽培技術;基質;營養液;CO2施肥;人工補光;研究進展;發展建議

中圖分類號： S668.404文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）18-0058-04

收稿日期：2018-05-20

基金項目：江蘇省農業“三新工程”項目[編號：SXGC（2017）179];江蘇省六大人才高峰項目（編號：2017-NY-019）;江蘇省“青藍工程”（編號：蘇教師〔2014〕23號）;江蘇省自然科學基金面上項目（編號：BK20160567）。

作者簡介：張?更（1989—），女，黑龍江大慶人，博士，講師，主要從事設施園藝技術及蔬菜栽培生理研究。E-mail：gengzhang89@sina.com。

通信作者：顏志明，博士，副教授，主要從事設施園藝技術及蔬菜栽培生理研究。E-mail：yanzming@sohu.com。

草莓（Fragaria ananassa Duch）又名洋莓、地果、紅莓等，為薔薇科草莓屬多年生草本植物，在園藝學上歸屬漿果類果樹。草莓果實鮮美紅嫩、果肉多汁、酸甜適口、營養豐富、香味濃郁，是水果家族中色、香、味俱佳的珍品，有“水果之王”的美譽[1]。草莓生長周期短、栽培后結果早、兼具食用和觀賞價值，經濟效益高，近年來在我國設施栽培和觀光采摘領域發展迅速，是各地發展農村經濟、促進農民增收致富的重要經濟作物[2]。目前，我國草莓種植面積已達10.994萬hm2，年產草莓299.8萬t，是世界上草莓生產和消費的第一大國[3]。

我國草莓的生產有常規露地栽培、保護地栽培和無土栽培等種植方式。傳統的土壤栽培存在勞動強度大、結果期短、果實表面易受污染等弊端，同時在土壤中病原菌大量積累，會導致土傳病害和一系列連作障礙問題，嚴重影響草莓的產量和品質，給草莓生產造成巨大損失。無土栽培以人工制造的作物根系環境替代土壤環境，采用營養液培育植物，結合環境控制手段，使作物在適宜的溫、光、水、氣、肥等條件下生長，充分發揮作物的生長潛力，提高經濟效益[4]。草莓實施設施無土栽培，可以克服土傳病蟲害，大幅降低化學農藥使用量，不僅可以有效解決連作障礙問題，而且可以降低果品農藥殘留及農藥對環境生態的不良影響[5]。此外，無土栽培營養液技術提高了水分和肥料的利用率、促進草莓成熟，大大提升了草莓的產量和品質。因此，設施草莓無土栽培技術近年來在我國迅速發展。為了促進我國設施草莓無土栽培技術的研究和市場化發展應用，本文從草莓品種選擇、栽培基質和營養液選用、CO2施肥、人工補光5個方面進行了綜述，旨在為設施草莓無土栽培的生產者和研究者提供參考和借鑒。

1?選擇適宜設施無土栽培的草莓品種

我國草莓種植歷史較短，目前設施草莓無土栽培的主栽品種以日本和歐美品種居多。例如，日本的章姬、紅顏、櫪乙女、幸香和鬼怒甘，荷蘭的美香莎，美國的卡麥羅莎和甜查理，法國的達賽萊克特等[6]。日本品種適合鮮食，果實色澤艷麗、果質較軟、甜度大、風味甜香、口感好，成熟期早但豐產性能一般，不耐高溫且易感病，耐貯運性一般。歐美品種適合加工和速凍，果實著色均勻、顏色鮮艷、果個大、果型好、豐產性能和抗病性強、果實硬度較高、耐貯運，但口感偏酸，風味不及日本品種[6]。由于我國幅員遼闊，南北氣候條件差異較大，因此適合各個地區栽培的草莓品種也大不相同。根據不同地區的氣候特點，研究適合該地區無土栽培的草莓品種，是增加草莓產量、提高草莓品質、促進農民增收的有效方法。趙恒田等利用日光節能溫室對適合黑龍江地區冬季無土栽培的草莓品種進行篩選，研究表明全明星、哈尼和鬼怒甘的產量最高，適合黑龍江地區冬季溫室內栽培[7]。王娟的研究表明童子1號、紅顏、章姬和玫瑰適合在黑龍江地區進行設施基質栽培，其中童子1號表現最佳，為中早熟品種，產量高且抗白粉病、耐灰霉病，紅顏表現次之[8]。王強等在遼寧地區對11個草莓品種進行了塑料大棚內的半促成栽培，結果表明除紅大外，紅實美、美香莎、甜查理、紅顏、櫪乙女、章姬、鬼怒甘、貴美人、幸香及佐賀清香均適合在遼寧地區進行半促成栽培[9]。鄧飛鵬等對3種草莓品種進行了比較，發現紅顏的長勢旺、產量高、果實品質好，綜合性狀表現優于豐香，適合在桂林地區進行大棚設施內栽種，而章姬的種植條件及技術要求較高，不適合在桂林地區進行推廣種植[10]。顧洪斌等對江蘇省南通市的草莓保護地栽培品種進行了比較，發現幸香的綜合性狀良好，其果實采收期比當地主栽品種豐香的采收期延后半個月，適合在南通市進行保護地栽培[11]。由于無土栽培的成本投入比傳統土壤栽培高，通過選擇合適的品種進行設施草莓無土栽培是提高產量和品質、增加收益的重要方法，南方氣候高溫多濕，應選擇早熟、優質、豐產、耐熱、耐貯運品種，北方氣候寒冷，則應選擇休眠淺、優質、豐產、耐寒、耐貯運品種[12]。此外，定植苗木一定要選擇根系發達、秧苗粗壯、花芽分化早且數量多的無病毒1年生壯苗。

2?草莓適宜栽培基質研究

在無土栽培中，基質是重要的介質，根據基質的不同可將無土栽培分為固體基質栽培和非固體基質栽培。目前，設施草莓無土栽培主要采用固體基質栽培方式，非固體基質栽培為輔助方式，且多用于科學研究，尚未大面積推廣。因此，本文主要就草莓固體基質栽培研究進行論述。

固體基質根據形態、成分和形狀分為無機基質、有機基質、混合基質和化學合成基質[13]。無機基質主要指一些天然礦物或其經過高溫等處理后的產物，化學性質較穩定，蓄肥能力較差，常用的無機基質有巖棉、沙、礫石、陶粒、蛭石、珍珠巖等。有機基質主要是一些含碳、氫的有機生物殘體及其衍生物構成的栽培基質，化學性質常常不太穩定，蓄肥能力相對較強，常用的有機基質有草炭、椰糠、樹皮、木屑、菌渣等。混合基質又稱復合基質，指由2種以上的基質按照一定比例混合制成的栽培基質，其將不同結構、性質的基質合理組配，克服了單一基質容量過輕或者過重，孔隙度太大或太小等缺點，為作物根系提供適宜的水、氣、肥環境，在設施無土栽培生產上的應用越來越廣泛。化學合成基質又稱人工土，是近10年研制出的新型固體基質，它是由有機化學物質人工合成的。目前用于生產的主要是脲醛泡沫塑料，可以根據需要生產不同顏色基質，觀賞效果佳，且不存在土傳病蟲害，但其生產成本較高，目前還未進行設施園藝生產的大規模使用，主要用于家庭綠化、作物育苗和教學教具等方面[13]。

前人就草莓無土栽培基質配方的篩選和優化做過許多研究。有研究表明，在蛭石 ∶草炭 ∶沙 ∶珍珠巖（質量比，下同）1 ∶1 ∶1 ∶1 的情況下，草莓的產量和果實品質與土壤栽培無異，可以代替傳統土壤栽培[14]。當泥炭土 ∶珍珠巖 ∶河 沙=3 ∶1 ∶1時，草莓植株的地上部鮮質量、地下部鮮質量及產量最高[15]。對比日本草莓專用基質和自制基質（蛭石、草炭質量比為2 ∶1）對草莓生長、產量和果實品質的影響，發現專用基質理化性質較佳，果實口感和營養品質略優于自制基質，但自制基質可以促進植株生長，提高產量，且大大降低了投入成本[16]。當玉米基質秸稈 ∶草炭 ∶蛭石=1 ∶1 ∶2 時，基質較適宜草莓生長且果實的固酸比和維生素C含量較高[17]。當草炭 ∶棉花秸稈 ∶蛭石=1 ∶1 ∶1 時，基質理化性質理想，草莓果實硬度、果形指數、糖酸比、單果質量和株產量均高于對照草炭 ∶蛭石=2 ∶1的，是一種可以推廣應用的優質基質[18]。由于草炭是不可再生資源，且非產地價格相對昂貴，尋求和開發可替代草炭的新型基質是近些年來無土栽培研究的重點，研究人員也陸續開發了一些有機基質。趙智明研究發現，牛糞 ∶菇渣 ∶稻殼=5 ∶3 ∶2時，草莓的形態指標、生理指標和光合指標優于園土[19]。張新偉等將草炭、椰糠、營養土與珍珠巖按照不同比例混配，用于草莓育苗，結果發現草炭和椰糠的育苗效果無顯著差異，椰糠（草炭） ∶珍珠巖=7 ∶3時育苗效果最佳[20]。椰糠由于具有成本低、來源廣、理化性狀良好、質量輕、體積小、天然環保等優點，近年來逐漸成為重要的無土栽培基質，但在我國還主要局限于在展示型園區中使用，大規模應用于草莓生產的報道鮮有報道。

3?草莓適用營養液研究

營養液是將含有植物生長發育所必需的各種營養元素的化合物按照科學的數量和比例溶解于水中配制而成的溶液，在無土栽培中為作物生長發育提供所需的養分和水分[13]。營養液的配制是草莓無土栽培技術中的關鍵環節，關系到草莓無土栽培生產是否成功，科學的營養液配方、濃度和合理的營養液管理可以促進草莓的生長發育，提高產量和品質[1]。吳慧等比較了日本山崎草莓專用配方、日本園試通用配方和華南農業大學果菜配方，發現日本山崎草莓專用配方生產的草莓在植株長勢、產量和果實品質等方面明顯優于另外2種營養液配方[21]。唐忠建等采用磷酸二氫鉀 ∶農用硝酸銨鈣 ∶腐殖酸鉀=0.94 ∶2.46 ∶1的營養液結合基質（棉花秸稈 ∶草炭=1 ∶1）得出適合新疆地區草莓無土栽培的營養液和無土基質配方[22]。

氮是植物生長發育必需的大量元素之一，是提高產量和改善品質的重要元素，在肥料成本中氮肥也占有最大的比例[5]。因此，提高氮肥在草莓種植中的利用效率，減少氮肥用量，提高經濟效益，是草莓無土栽培的重點關注問題。銨態氮（NH4+-N）和硝態氮（NO3--N）是植物生長發育的良好氮源，硝態氮在任何條件下均可使用，而銨態氮在植物需氮量較大和缺氮時期使用較好[13]。研究表明草莓品種晶瑤在營養液中NH4+-N ∶NO3--N=5.5 ∶1時，產量以及每株花和果實的數量均最高[23]，但草莓品種Bokyo Josang[24]產量在營養液中NH4+-N ∶NO3--N=25 ∶75時最高，每株花和果實的數量則在營養液中NH4+-N ∶NO3--N=75 ∶25時最多。因此根據種植方式和選用品種的不同需要適當調整銨態氮和硝態氮的施用比例，以達到最大化產量和最優化品質的目的。

此外，營養液管理中電導率（EC）值和pH值的控制也十分重要。營養液中總鹽濃度越高，溶液EC值越大。草莓對鹽脅迫十分敏感，開花前營養液的EC值應控制在1.0～1.7 mS/cm[1]，開花期結果可以適當提高營養液EC值至2.5～3.5 mS/cm，結果后期則逐漸降低營養液EC值至2.0 mS/cm 左右[25]。營養液pH值每7 d會升高約1.0，pH值過高或者過低都會傷害植株根系，影響植株生長[1]。在植株生長過程中，根系會分泌一些有害化學物質，也會影響根系的正常生長。因此，須將種植草莓的營養液pH值控制在5.5～6.5，且保證每7 d更新1次營養液。

4?CO2施肥研究

光合作用是綠色植物重要的生理功能之一，該過程中植物利用光能將CO2和水同化為有機物并釋放出氧氣，為植物的生長發育提供最基本的物質和能量。光合作用所需的碳源主要來源于空氣中的CO2，其濃度直接影響植物光合作用的能力。自然界中空氣CO2濃度日變化一般表現為日出前高、日中低，日較差約100 μmol/mol，年變化規律一般為夏季低、冬季高，年較差約50 μmol/mol[26]。設施內由于環境相對密閉、不易得到外界補充，冬季防寒保溫、通風量少等原因，CO2濃度日變化幅度高于露地。一般日出前設施內有較高的CO2濃度，可達1 000 μmol/mol以上，而日出后由于植物光合作用消耗大量CO2，濃度快速下降，低至200 μmol/mol 以下。據統計，當CO2濃度低于80 μmol/mol時，植物的光合速率達不到CO2濃度300 μmol/mol時的40%[26]。因此，CO2虧缺會嚴重影響植物光合作用，進而造成減產和品質下降。

許多研究人員和生產者已經注意到了這一問題，并有效地利用設施密閉CO2不易逸散這一特點，進行了設施內CO2施肥的許多研究。研究表明，設施草莓無土栽培中施用CO2可以提高植株葉片葉綠素含量和光合作用速率，促進植株的生長發育和果實的成熟[27-28]，進而增加草莓的單果質量和總產量[27，29]。同時，果實中的可溶性固形物和有機酸含量也會顯著增加，果實的品質得到了提升[27，30]。此外，施用CO2還可以提高細胞汁液濃度和細胞膜穩定性，增加植株抗性[27]。上述研究中通常是使用燃燒法、化學反應法及液態CO2鋼瓶法來增施CO2，燃燒法和化學反應法成本較低，但易產生有害氣體，不易控制，液態CO2鋼瓶法氣源穩定，但初期投入巨大且高濃度施放易產生泄露損失。為此，賀冬仙等提出了一種設施內外零濃度差的CO2增施方法，即當設施內CO2濃度低于設施外時，通過調控裝置在設施內自動施放CO2到等于或略高于設施外CO2濃度[31]。與不施用CO2對照相比，該方法顯著提高了草莓葉片的光合速率和糖酸比，增加了設施產量和果實品質;與定時施放和高濃度施放CO2調控相比，使用該方法的設施產量和果實品質無異，卻顯著提高了CO2利用率，并避免了高施CO2氣體外泄對環境的污染。該方法安全可靠、節能環保，是設施草莓的有效促產技術。

5?人工補光研究

光是影響植物生長發育、形態建成以及物質積累的重要因子。設施栽培由于覆蓋棚膜造成設施內光照度和光質變化，光照度低和光質差是設施內光環境的典型特點。此外，我國春季、冬季及晚秋光照時間短，南方梅雨季節持續陰天，北方冬季部分地區霧霾嚴重。這些因素直接造成設施內光照不足，導致植物生長不健全、落花落果嚴重、產量下降、品質劣變。采用人工補光技術，可以解決設施栽培作物生產中存在的光照不足問題，促進作物的生長、改善品質，是調控設施內光環境的一項重要技術。

國外已有研究證明，白天對草莓進行12 h人工補光可以增加葉片的干物質量、葉面積，提高葉片光合作用速率，進而增加結果數、單果質量及總產量，果實的可溶性糖含量也得到了提升[32-33]。LED發光二極管、鈉燈及熒光燈3種類型光源均可明顯增加植株的高度，促進植株生長，顯著增加草莓的產量，但LED處理時增產效果最佳[34]。近些年來，隨著我國現代農業的迅速發展、人工補光技術的日趨成熟，國內在設施草莓無土栽培上進行人工補光的研究也越來越多。胡波等研究發現，使用LED燈對溫室栽培草莓補光，可以抑制草莓苗徒長，提高葉片葉綠素含量，增加植株葉面積，提高產量和果實的可溶性固形物含量[35]。吳鵬飛等也得到類似的結果[36]，且發現補光光源選用LED（紅 ∶藍 ∶白=1 ∶1 ∶1）的效果顯著高于自然光。不同光照度補光對草莓生長發育和品質影響存在差異，光照度為150、100 μmol/（m2·s）的植株葉片光合速率、果實可溶性固形物含量和維生素C含量顯著高于光照度50 μmol/（m2·s）的[37]。夜間人工補光延長光照且對草莓生長的影響十分顯著，進行2周且每天3 h以上時間的夜間延長光照可以增加植株株高、莖粗和花莖粗，促進植株生長和后期草莓的開花結果[38]。

6?我國設施草莓無土栽培技術的發展建議

草莓是我國設施園藝中的主要種類，設施草莓生產具有周期短、見效快、效益高、果品無公害等特點。近些年來，我國設施草莓栽培發展迅猛，但無土栽培技術還應不斷完善，要想真正發揮設施草莓無土栽培的優勢，建議做好以下工作：（1）加快引進和選育適合我國設施無土栽培的草莓品種。草莓品種退化快，一般需要3～5年更新換代1次[39]。目前，我國主栽品種多為日本和歐美的早年引進品種，我國自主培育的品種還相對較少。國外品種在我國栽種時間較長，種性退化嚴重，生長勢、產量和品質都明顯衰退，容易感病。草莓品種區域性強，由于氣候、土壤和栽培條件不同，國外引進的品種也會出現“水土不服”的現象。日本選育的草莓品種雖然顏色艷麗、果實風味佳、肉質柔軟多汁，但其不耐貯運、抗病抗逆性較差;歐美選育的品種果個大、果型好、耐貯運，但風味偏酸，不符合我國國民的消費習慣。因此，加快引進國外優良品種，同時加大國產適宜本土栽培、綜合性狀突出、符合國民消費習慣的草莓新優品種的選育和推廣是目前亟待解決的重要問題。（2）立足我國國情，篩選和開發價格低廉、經濟實用、質量優良的無土栽培基質。目前，巖棉和草炭是世界上公認的較理想的無土栽培基質，但巖棉不可降解，大量使用會給環境造成二次污染，草炭為不可再生資源，過量開采有耗竭的危險，且價格越來越高、質量越來越差[40]。我國是椰子主產區之一，在椰子加工生產過程中會產生大量椰糠，大部分椰糠的處理方式為焚燒和堆積自然降解，給環境帶來污染并造成資源的浪費[41]。椰糠保水性能佳、透氣性好、養分豐富、成本低廉、取材容易、天然環保，是非常好的栽培基質，但在草莓無土栽培上椰糠還未被大面積應用，以椰糠為基礎的各種新型基質（配方）的研究和開發還有待深入。此外，醋糟和食用菌廢渣等農業生產廢棄物也可以在經過生物處理后作為草炭、珍珠巖等的替代基質。因此，對椰糠、醋糟、食用菌廢渣等材料進行變廢為寶的資源化利用不僅可以降低成本，提高經濟效益，而且可以減少環境污染，具有較高的生態效益。（3）優化和完善無土栽培營養液配方的研發和管理配套措施。無土栽培過程中草莓生長發育所需的營養物質主要由營養液提供，營養液的配方和管理不僅決定著草莓的產量和品質，而且關系到生產成本和經濟效益。不同草莓品種以及同一品種的不同生長時期所需的營養元素各有不同，為不同品種量身定做不同生長時期的營養液配方和營養液施用方法，可以促進我國設施草莓無土栽培的標準化、規模化和工業化生產進程，實現集約化周年供應的目的。此外，利用營養液中元素含量可控的特點，可以生產功能性水果，如通過降低營養液中鉀的含量生產含鉀量較低的草莓，為慢性腎病患者提供可生食的新鮮低鉀草莓，豐富患者飲食選擇，提高患者生活質量。（4）提高產量和品質是設施草莓無土栽培的核心目標。CO2施肥和人工補光技術可以提高植株的生長勢、增加葉片光合作用、提高產量、增加果實可溶性固形物和維生素C等營養物質的含量、提升果實品質。但CO2施肥和人工補光技術都需要額外的成本投入，如何把握投入與產出的平衡（如控制CO2施肥的時期和方法，人工補光的位置、時間和光照度等），最大化生產和經濟效益是未來我國設施草莓無土栽培中CO2施肥和人工補光技術研究發展的重點。

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