听说过用纳米膜技术栽培番茄吗？这里就有应用哦！
纳米膜高糖番茄栽培系统
尽管糖度是决定番茄风味的重要物质之一，但实际上不论番茄品种的选育，还是日常生产，更偏重增加产量、减少作物损失、延长保质期这些方面，番茄糖度并不是优先考虑的要素。不过，近年来越来越多的种植者逐渐认识到番茄口味、风味是其商品性的关键组成，番茄果实含糖量研究逐渐受到重视。在日本，番茄以鲜食为主，番茄生产从注重增加产量逐渐转变为提高品质。普通番茄的糖度（可溶性固形物）一般为4~6度，高糖度栽培技术能使糖度达到10度左右，因而可获得较高的收益。在加强高糖品种选育的同时，通过改变栽培技术，如采取控水栽培技术，使番茄植株经常处于缺水临界状态，可生产出高糖度的番茄果实，虽然其单果重较小，但市场价格要高出4~5倍。凝水纳米膜栽培“IMEC（R）栽培”（由MebiolCo，Ltd.制造，以下称为“纳米膜栽培”）就是一种番茄高糖度栽培方法，是由少量栽培基质、营养液和水凝胶薄膜（纳米膜）组成的栽培新技术。该技术可在隔离床上种植，具有灌溉量低、无废液、果实含糖量高等优点。
纳米膜栽培系统原理如图1所示。首先，在凝水纳米膜上种植作物时，由于只有营养液中的水和营养才能够被膜吸收，细菌、病毒无法穿过纳米膜，所以即使使用腐败的营养液，作物也不会生病。其次，凝水纳米膜吸收的水和养分不会释放，所以作物必须主动吸取凝水纳米膜中的水分和养分，由此生出数量庞大的根毛附着在凝水纳米膜的表面。为了从凝水纳米膜中吸取水分和养分，作物会大量合成糖和氨基酸提高体内渗透压，因此，番茄纳米膜栽培可以提高番茄果实含糖量。
与传统水培法相比，凝水纳米膜无需为了防止作物病害而对大量的营养液进行循环、杀菌，只需少量的营养液润湿凝水纳米膜即可，在降低成本的同时保证了少农药栽培带来的安全性。由于凝水纳米膜的作用，不仅激活了作物吸收水分和养分的能力，而且提高了其营养成分的合成能力，使得产品更富含营养。
经过6年的推广，日本已经有几十家农场采用了纳米膜栽培技术，栽培总面积超过30万m2，推广传播的速度较预期快。究其优势，第一，纳米膜栽培技术无需传统农耕经验，即使是没有种植经验的年轻人也可以进行种植。并且，该技术的工业属性使其可以在非耕地上进行种植生产。第二，在这几年里，人们对食品安全和营养的消费意识越来越强，通过凝水纳米膜栽培的番茄得到了消费者很高的评价。第三，7家采用纳米膜栽培的“种植工厂”获得了日本政府农林水产省的补贴，总面积达到了2.2万m2。图2所示的就是其中一个项目。第四，由于日本近年来受土壤退化、有害微生物和病毒污染、农药残留等因素影响，已经很难稳定的种出符合食品安全要求的产品，而该系统生产的番茄等农产品安全性和营养价值均较高，得到了消费者很高评价。如图3所示，用凝水纳米膜种植结合使用防水薄膜完全解决了上述问题。日本政府在海啸受灾地区和福岛核电站地区大力扶持农业再生耕地技术，纳米膜栽培是首选方案，他们已经在受污染的土地上恢复了种植。
纳米膜栽培系统如图3所示。在土地上铺设止水塑料布（隔绝所有物质），其上设下部营养液滴灌总管2条，滴灌总管供给的营养液被铺于其上的无纺布吸收，均匀地散开。铺在无纺布上的凝水纳米膜，从中吸取营养液。凝水纳米膜上铺撒1cm的栽培基质或铺设0.5cm厚的无纺布，其上再放置开有定植孔的泡沫定植板，然后再安装上部营养液点滴灌管，盖上多用途薄膜（地膜），系统就基本完成。纳米膜栽培系统在凝水纳米膜上下使用2种营养液滴灌管，作物通过纳米膜吸收下部营养液供给营养，通过直接吸取上部供给的营养液促进生长。因此，纳米膜栽培系统可以高效的生产高品质的农产品。
纳米膜栽培与传统槽式基质栽培有一些类似，不同之处在于纳米膜将营养液与栽培基质隔离。纳米膜栽培系统的安装流程见图4，①将聚氯乙烯管（Ф25mm、4m管、接头、弯管）连接成田垄的外框（外宽60cm），放在底层垫上。②将卷成筒状的止水塑料布铺开在聚氯乙烯管框上，止水塑料布的两端从聚氯乙烯管的外侧向聚氯乙烯管的下面折进去。③将下部滴灌管（点滴阀间隔30mm）插入田垄端部的连接口，末端用终端零件塞住。下部滴灌管（每垄2根）放置在田垄两端，尽量拉开距离。④将卷成筒状的无纺布（扬水布）铺开在田垄上（下部为灌水管）。注意无纺布不要超出田垄框架。⑤打开凝水纳米膜的包装，注意不要损坏薄膜。将卷成筒状的凝水纳米膜铺开在田垄上，两边应包覆住聚氯乙烯管的外侧。⑥将准备好的培养土铺在凝水纳米膜上，厚度12cm。该营养土中含有均匀混合0.2%（2g/L）~0.4%（4g/L）的保湿胶浆。⑦将纳米栽培定植泡沫板（宽×长×厚为60cm×90cm×2.5cm）放置在栽培田垄上。⑧将上部灌水管（点滴阀间隔15mm）插入田垄端部的连接口（田垄中间1根），末端用终端零件塞住。⑨用黑白多用途薄膜将田垄总体包覆，在苗的定植位置（按定植板的孔）用小刀将黑白多用途薄膜割开。⑩准备生长3周左右（或3片真叶）的种苗。从定植孔将种苗插入，种入栽培基质内，根要达到凝水纳米膜。
日本宮城県農業・園芸総合研究所在2013~2014年展开了番茄纳米膜栽培与常规营养液栽培（以下简称常规水培）的对比工作。纳米膜栽培播种时间为2013年5月27日，定植时间6月20日；常规水培播种日期2013年5月27日，育苗时间为6月20日，7月1日定植。2种栽培方式摘心时间均为2014年4月17日，2014年6月18日生产结束。每个栽培方法采样数量9株，2次重复，共18株，无迭代。从2013年11月27日~2014年4月20日，使用RA-434K从日出开始施用CO2气肥5h。2012~2013年展开的种植与2013~2014年的情况基本相同，纳米膜播种时间为2012年2月24日，3月22日定植，摘心时间2013年4月1日，2013年4月30日栽培结束。每次调查20株，无重复。
在纳米膜栽培栽培中，种植后1个月至耕作结束后的灌溉量少于常规水培，相对灌溉量约为1/10（图5）。纳米膜栽培每1000m2左右的种植数量为7010株，而常规水培为3120株，即在这种情况下单位面积的灌溉水量约为常规水培的1/5。从收获开始至11月份纳米膜栽培番茄果实含糖量与常规水培差距很小，12月份后的纳米膜栽培番茄糖远高于常规水培，5、6月份的糖含量可达到10~11度（表1）。在纳米膜栽培中，番茄单果重较常规水培少了50%~60％，单株产量约为常规水培的30％，每1000m2左右年产量约11~13t，约为常规水培的70％。番茄收获果实段数，纳米膜栽培比常规水培少7~8段果实（表2）。纳米膜栽培与常规水培相比，果实硬度略高（表2）。
纳米膜使用上、下两部分营养液滴灌管使得植物生长可以同时吸收来自凝水纳米膜两面的养分，提高了作物营养成分含量和品质。由于植物通过凝水纳米膜的过滤才能吸收到养分，所以生长较慢。因此，凝水纳米膜上部滴灌管营养供给可以促进生长。这造就了高增长（生产力）与高营养（高质量）并存的现象，传统的农业耕作技术很难做到这一点。土壤种植系统中，植物根系生长必然需要大量的土壤、肥料和水。在纳米膜栽培技术中，大量的植物须根生长在凝水纳米膜薄薄的表面，植物生长只需要非常少的固体介质（厚度约1cm的基质层），肥料和水的利用率极高。因此，农业资源利用率显著增加。该栽培系统中，隔水薄膜完全防止了栽培基质营养的流失损耗，节水、节肥且更加环保。同时，隔水薄膜也完全阻止了土壤种植中的有害物质，如有害微生物和病毒、化学物质残留、盐分等，使得出产的产品更符合食品安全。此外，纳米膜栽培系统使得在传统农业不可能种植的地方，如沙漠、混凝土、冻土，受辐射污染的土壤表面等，也实现农业生产。除番茄外，薄膜栽培还适用于黄瓜、哈密瓜、草莓、生菜等园艺作物的生产。特别在日照强烈的沙漠地区，具有更大的优势。下图分别列举了采用纳米膜栽培技术种植的各类产品（图6）。
该项技术自2014年引进至今，已在上海、江苏、浙江、四川、河南等地的多个农场试用和推广，取得了较好的社会和经济效益。整个种植系统以3000m2为一个种植单元，种植方案包括规划设计、纳米膜种植系统、营养液供给系统及相关所需附件等一系列覆盖生产全程的细节。同时也提供净水、取暖、植物生长辅助照明灯等现代农业解决方案。相信将来该技术的引进与推广，必将惠及更多种植者。
作者：李军（苏州市农业科学院），徐民华 （上海优能环保科技有限公司）
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