劉新紅 宋修超 陳偉

摘要：水分對植物生長和栽培基質(zhì)內(nèi)水分蒸發(fā)和利用率具有重要影響。在聯(lián)棟設(shè)施蔬菜大棚內(nèi)，采用發(fā)酵床墊料基質(zhì)進(jìn)行不同水分用量下的小青菜槽式栽培試驗(yàn)。結(jié)果表明，水分供應(yīng)量過高或過低均不能夠獲得理想的產(chǎn)量，最優(yōu)供水量是最大持水量的63%～75%。最優(yōu)水分供應(yīng)量對應(yīng)根系生物質(zhì)量和葉面積也最高，但水分用量對株高影響不顯著。最優(yōu)水分供應(yīng)量時，栽培基質(zhì)每日自然蒸發(fā)（2.46%～4.56%）和水分利用效率（1.99%～6.71%）均處于中等水平。水分供應(yīng)量過高時，自然蒸發(fā)和水分利用效率也較低，植物根系和地上部生物質(zhì)量均較低。63%～75%最大持水量可以作為基質(zhì)栽培生產(chǎn)上水分控制指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵床墊料;基質(zhì);小青菜;產(chǎn)量;水分利用率

中圖分類號：S634.307?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0290-04

栽培基質(zhì)是一種新型栽培介質(zhì)，采用栽培基質(zhì)進(jìn)行蔬菜育苗和生產(chǎn)已經(jīng)被人們所認(rèn)可[1-2]。發(fā)酵床墊料是采用農(nóng)業(yè)廢棄物作為發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)的副產(chǎn)物，具有養(yǎng)分豐富的特點(diǎn)，能夠作為重要材料復(fù)配基質(zhì)[3-4]。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心近年來采用養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料成功開發(fā)了蔬菜育苗、栽培等多種基質(zhì)（專利號：CN201410410898.X，CN201710484093.3），近年來該類型栽培基質(zhì)已經(jīng)作為番茄、葉菜等蔬菜的栽培基質(zhì)用于蔬菜生產(chǎn)[5-7]。

由于發(fā)酵床墊料基質(zhì)本身疏松多孔，其中留存的水分相比常規(guī)土壤極易隨蒸發(fā)作用散失，而水分過多會影響其通透性。同時，水分使用量是蔬菜產(chǎn)量形成的重要因素[8]。因此，采用基質(zhì)進(jìn)行葉菜生長的過程中，水分使用量是重要的參數(shù)，是產(chǎn)量形成的重要影響因素[9]，粗放的管理方式勢必不能夠?qū)崿F(xiàn)水分高效應(yīng)用和蔬菜高產(chǎn)。然而相關(guān)研究一般是基于設(shè)施大棚立地栽培方式而進(jìn)行的[10-12]，針對基于基質(zhì)栽培的葉菜生產(chǎn)過程中水分使用量的相關(guān)研究還較少。尤其是設(shè)施大棚立體槽式栽培條件下，采用基質(zhì)栽培的過程中，水分在基質(zhì)內(nèi)的蒸發(fā)特征、水分利用效率還沒有較多報(bào)道。

本研究以小青菜為代表來探索基質(zhì)栽培過程中的水分應(yīng)用特征，旨在為實(shí)現(xiàn)蔬菜的基質(zhì)高效栽培提供技術(shù)支持和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時間地點(diǎn)

本試驗(yàn)在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動物科學(xué)基地的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)時間是2017年5月17日至6月5日。該塑料大棚高5 m，長24 m，寬20 m，配備通風(fēng)和濕簾降溫設(shè)備。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用生長介質(zhì)為發(fā)酵床墊料基質(zhì)。該基質(zhì)材料購自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動物科學(xué)基地堆肥廠，其含水量為40%，速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為0.9（NO3--N 0.8，NH4+-N 0.1）、0.2、1.2 g/kg，pH值為6.3，EC值為3.0。該發(fā)酵床墊料基質(zhì)采用養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料與椰糠、蛭石復(fù)配而成。供試品種為青梗小青菜。試驗(yàn)所用栽培槽為長 80 cm、寬 15 cm、深12 cm的長方形槽。該栽培槽平放于栽培架上，內(nèi)部填放栽培基質(zhì)進(jìn)行小青菜栽培。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5個用水量處理，即100%、88%、75%、63%、50%最大持水量，每個處理水分保持的下限是下降10%，基質(zhì)槽內(nèi)裝發(fā)酵床基質(zhì)2.5 kg，初次單槽用水量分別為4.0、3.5、3.0、2.5、2.0 L。為了保持栽培槽內(nèi)水分相對穩(wěn)定，每隔1 d基質(zhì)槽進(jìn)行稱質(zhì)量，然后根據(jù)基質(zhì)槽質(zhì)量變化減去植物生長量后計(jì)算水分的損失量，再進(jìn)行等量補(bǔ)充，使得基質(zhì)槽內(nèi)水分保有量始終保持在起始用水量處理水平。其中植物生長量根據(jù)最近收獲的植株質(zhì)量獲得。每個水分處理均設(shè)置10個重復(fù)。試驗(yàn)采用破壞性采樣，由移栽開始至植株收獲設(shè)置5個采樣時期，每個時期進(jìn)行植株地上和地下部分分別收獲并同步采集基質(zhì)樣品進(jìn)行分析。試驗(yàn)開始前選取提前育好的長勢均勻的小青菜苗[5葉1心，單株平均鮮質(zhì)量為（1.57±0.07） g]進(jìn)行移栽，每個基質(zhì)槽內(nèi)種植7株。

1.4 試驗(yàn)期間設(shè)施大棚內(nèi)主要?dú)庀髤?shù)

試驗(yàn)周期內(nèi)天氣情況以晴天或多云天氣為主，晴天或多云天氣光照度和溫度均在中午最高，濕度表現(xiàn)為夜晚最高，隨著日出后逐漸降低至中午最低，之后逐漸升高。其中采樣當(dāng)天最高光照度、平均溫度和最低濕度的監(jiān)測分析結(jié)果如表1所示，第12、15天為晴好天氣，光照度最高;第5、9天為多云天氣，光照度較低;第19天為陰雨天氣，光照度最低。由于設(shè)施大棚內(nèi)采用了濕簾降溫增濕設(shè)施，超過35 ℃進(jìn)行了調(diào)控，在第15天光照最強(qiáng)時仍保持平均溫度（25.70±1.92） ℃和最低濕度（65.80±1.21）%;而第12天由于溫度相對穩(wěn)定，沒有進(jìn)行溫濕度干預(yù)，中午12：00—14：00出現(xiàn)短暫濕度較低的情況，最低濕度為（33.00±1.60）%。

1.5 采樣頻率及指標(biāo)

采樣頻率設(shè)定為移栽后第5、9、12、15、19天。每次采樣首先稱量基質(zhì)槽內(nèi)基質(zhì)及殘留水分的總質(zhì)量m3，根據(jù)起始質(zhì)量來計(jì)算總水分損失率;然后測定植株的株高和葉面積（葉面最寬寬度和葉片最長長度）;之后任選一個重復(fù)處理進(jìn)行破壞性采樣，對植株地上及地下部稱質(zhì)量即為該時期植株的的總生物量m4，并采集該時期基質(zhì)樣品進(jìn)行基礎(chǔ)理化性狀分析，同步測定株間水分自然蒸發(fā)率。大棚內(nèi)光照度、溫度和濕度采用路格公司生產(chǎn)的LXS-99型光照儀進(jìn)行實(shí)時跟蹤測定。

1.6 測定方法

1.6.1 水分利用率計(jì)算方法 由于栽培槽不漏水，槽內(nèi)水分損失量主要來源于植物吸收和株間表面蒸發(fā)。植株水分利用率計(jì)算公式如下：

植株水分利用率=栽培槽水分總損失率%-顆間自然蒸發(fā)率%。

其中栽培槽水分總損失率計(jì)算公式為栽培槽水分總損失率=m1+m2-（m3-m4）m1×100%。

式中：m1是指起始栽培槽內(nèi)基質(zhì)的質(zhì)量;m2是指起始栽培槽內(nèi)添加水的量;m3是指經(jīng)過一個測定周期后栽培槽內(nèi)基質(zhì)和剩余水的質(zhì)量;m4是指同期破壞性采樣獲得的植株生物總質(zhì)量。

1.6.2 株間自然蒸發(fā)測定方法 為了測定基質(zhì)槽內(nèi)水分自然蒸發(fā)，根據(jù)蒸滲儀的原理，試驗(yàn)采用一種埋置于栽培槽內(nèi)的圓杯內(nèi)水分散失率來考察。該圓杯為直徑5.5 cm、高8 cm的不透水的透明PVC圓杯。試驗(yàn)開始前內(nèi)部盛滿基質(zhì)并添加一定量的水，基質(zhì)與水的比例與對應(yīng)處理的栽培槽內(nèi)的基質(zhì)與水的比例一致。然后將準(zhǔn)備好的不同處理的圓杯埋置在對應(yīng)處理栽培槽內(nèi)2株植株之間，保持頂部開放狀態(tài)。圓杯每隔2 d從所埋基質(zhì)槽內(nèi)取出，小心蓋上蓋子立刻用電子天平稱質(zhì)量。之后再將圓杯內(nèi)水分補(bǔ)充至起始質(zhì)量放回栽培槽內(nèi)原處。株間自然蒸發(fā)率，計(jì)算公式如下：

株間自然蒸發(fā)率=m5+m6-m7m5×100%。

式中：m5是指起始時圓杯內(nèi)裝的基質(zhì)的質(zhì)量;m6是指起始圓杯內(nèi)添加的水的質(zhì)量;m7是指經(jīng)過1個蒸發(fā)周期后圓杯內(nèi)基質(zhì)和殘留水的質(zhì)量。

1.6.3 其他理化指標(biāo)測定方法 基質(zhì)樣品采集后在陰涼處自然風(fēng)干備用?；|(zhì)理化性狀測定：采用1 g：10 mL的基質(zhì)：水比例進(jìn)行低速振蕩浸提，浸提液采用三參數(shù)測定儀進(jìn)行pH值和EC值的測定。速效氮磷鉀的測定采用常規(guī)方法進(jìn)行。

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總分析，方差分析和多重比較分析采用最小顯著性分析（LSD）法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分處理下植株生長情況

2.1.1 植株總生物質(zhì)量變化情況 植株生物質(zhì)量隨生長期延長而明顯增加。不同水分處理收獲生物質(zhì)量介于（163.66±21.82）～（220.05±23.88） g/槽之間，2.5～3.0 L水處理植株總生物質(zhì)量最高，3.5～4.0 L處理顯著低于其他水分處理。如圖1所示，在移栽后的第12天期內(nèi)，總生物質(zhì)量表現(xiàn)出隨用水量的增加而增加的趨勢，2.0～3.0 L用水量處理生物質(zhì)量略低于3.5～4 L用水量處理，但差異不顯著。自第12天以后，總生物質(zhì)量隨用水量的增加呈先升高后下降的趨勢;第19天收獲時，二次方程擬合r2=0.70。2.0～3.0 L 用水量處理生物質(zhì)量顯著高于3.5～4.0 L用水量處理（P<0.05）。

2.1.2 不同水分處理植株根系生物質(zhì)量 根系在第15天之前（前期）生長較緩慢，生物質(zhì)量在（0.39±0.02）～（4.63±1.21） g/槽之間，各水分處理間差異不顯著;而在第15天之后進(jìn)入快速生長期，生物質(zhì)量在（6.07±0.89）～（12.22±1.70） g/槽之間，且2.0～3.0 L用水量根生物質(zhì)量顯著高于3.5～4.0 L用水量處理（圖2），這與總生物質(zhì)量情況一致。根系相對于總生物質(zhì)量比例較小，收獲時仍不足總生物質(zhì)量的10%，相關(guān)性分析表明，根系生物質(zhì)量與植株總生物質(zhì)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系（r2=0.85，P<0.01）。收獲時，根系生物質(zhì)量隨著用水量的增加呈先增加后下降的趨勢，二次方程擬合r2=0.92。

2.1.3 不同用水量處理下株高和葉面積變異 株高與葉面積均隨著生育期的延長呈增加趨勢。不同用水量處理株高在不同時期均沒有表現(xiàn)出顯著性差異（圖3），與用水量及總生物質(zhì)量的相關(guān)性均不顯著。而葉面積在第12天后表現(xiàn)出一

定的差異：2.5、3.0 L用水量處理高于其他處理;收獲時顯著高于 2.0、3.5、4.0 L用水量處理（圖4）。葉面積與總生物質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r2=0.85，P<0.01），與用水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。

2.2 不同水分處理下基質(zhì)水分利用情況

栽培基質(zhì)中水分自然蒸發(fā)速率隨著生長期的延長呈下降趨勢。不同水分處理下，自然蒸發(fā)率介于（2.70±0.22）%～（6.14±0.43）%之間（圖5）。株間蒸發(fā)率隨著用水量的增加而降低，二者呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r2=0.50，P<0.01），2.0、2.5 L處理株間蒸發(fā)速率顯著高于3.5、4.0 L處理。

如圖6所示，植株水分利用效率整體隨著生育期延長呈增加趨勢，同時受天氣情況影響又略有不同，最高利用率為（11.47±1.10）%，最低為（1.06±0.30）%。隨著用水量的增加，植株水分利用率呈下降趨勢，第12、15天（即晴天）呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r2>0.81，P<0.05）。第15天時4.0 L用水量處理水分利用率僅為2.5 L處理的57.82%，顯著低于2.0、2.5 L處理（P<0.05）。光照良好的天氣情況下，用水量增加會顯著降低水分利用效率，這在生育后期表現(xiàn)更為明顯。

2.3 基質(zhì)主要參數(shù)變化

不同水分處理下基質(zhì)pH值均隨著生育期的延長而增加，但不同水分處理間差異不大，后期（第19天）3.0 L用水量處理pH值顯著高于其他水分處理（P<0.05）（圖7）。

基質(zhì)電導(dǎo)率（EC值）隨著栽培生育期延長呈下降趨勢（圖8），而幼苗期（第5天）不同水分處理EC值變化不大，中后期3.0 L處理表現(xiàn)出低于其他處理的趨勢，尤其在第19天時顯著低于其他處理（P<0.05）。

基質(zhì)速效養(yǎng)分氮磷鉀含量均隨著生育期的延長而下降，氮素下降最多為70.71%～77.29%，磷素下降5.48%～17.41%，鉀素為11.34%～35.03%，不同水量處理下基質(zhì)養(yǎng)分總體上差異不顯著（表2）。

3 討論與結(jié)論

水是影響植物生長的重要因子?；|(zhì)中的水分狀況不僅是營養(yǎng)成分通過擴(kuò)散和質(zhì)流遷移的方式被植物利用的重要因素，還影響基質(zhì)本身的孔隙度及通氣性。水分過高和過低均不能夠?qū)崿F(xiàn)較高的蔬菜產(chǎn)量[13]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)小青菜最高生物產(chǎn)量適宜水分用量為2.5～3.0 L，即基質(zhì)最大持水量的63%～75%，過高或過低的用水量均不能獲得最高產(chǎn)量。這可能是由于基質(zhì)具有疏松多孔的特點(diǎn)，水分過少不利于養(yǎng)分向根系擴(kuò)散和遷移，進(jìn)而可能影響?zhàn)B分和水分的雙重吸收，從而影響植物各器官的形態(tài)建成。本研究也發(fā)現(xiàn)水分用量對葉面積大小和根系生物質(zhì)量的影響顯著，其中葉面積是小青菜產(chǎn)量形成的重要因子與生物質(zhì)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系（r2=0.85，P<0.01）; 同樣根系作為植株水分吸收的重要器官，與植株總生物質(zhì)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系（r2=0.85，P<0.01），這與前人研究結(jié)果[10，14]相同。而水分過多造成通氣孔隙減小，影響根系的呼吸作用，造成爛根死根現(xiàn)象，從而影響植物對水分和養(yǎng)分的吸收，最終影響植物生長和形態(tài)建成[15]。合理的水分使用量可能是通過促進(jìn)根系生長并影響葉面積增加而影響植株生物質(zhì)量[16-17]。

水分自然蒸發(fā)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水分控制的重要影響因素[18-19]，環(huán)境溫度和濕度均會影響自然蒸發(fā)率[20]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)自然蒸發(fā)率隨生育期增加而下降，這可能是由于生育后期葉面積增加（圖4）對基質(zhì)表面的遮陰作用造成的[21]。本研究首次對設(shè)施栽培環(huán)境槽式栽培條件下的水分自然蒸發(fā)進(jìn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，設(shè)施大棚內(nèi)濕度視天氣和日照狀況最低33%，最高100%，該環(huán)境下水分自然蒸發(fā)率根據(jù)用水量不同而不同，介于（2.70±0.22）%～（6.14±0.43）%之間，并隨著用水量的增加而降低，二者呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r2=0.50，P<0.01），這與露地土壤的結(jié)論[19-20]相反。這種現(xiàn)象的原因可能是相比露地土壤，栽培基質(zhì)的成分主要是廢棄的農(nóng)作物秸稈，秸稈材料雖然疏松多孔但卻容易變形，原有的通氣大孔隙極易隨著用水量增加而下降或者消失，導(dǎo)致基質(zhì)結(jié)構(gòu)變得緊實(shí)，不利于水分蒸發(fā)散失。這很可能是小青菜生育中后期，根系生物質(zhì)量較低（4 L用水量）而水分利用效率顯著降低（P<0.05）（圖6）2種現(xiàn)象的主要原因。該結(jié)論與前人研究結(jié)論相似，即水分利用率與供水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，供水量可能是通過對根系形態(tài)和功能的抑制作用來影響水分的利用率[22]，這種趨勢在高溫高光照的晴好天氣更加明顯。因此，在采用栽培基質(zhì)進(jìn)行栽培時，為了保持基質(zhì)物理狀態(tài)和通氣性，水分供應(yīng)量不能夠過多。

發(fā)酵床墊料基質(zhì)速效養(yǎng)分含量較高，有效態(tài)氮營養(yǎng)以硝態(tài)氮為主，隨著小白菜生長，pH值變異較小而EC值逐漸降低，基質(zhì)內(nèi)速效養(yǎng)分逐漸降低，主要表現(xiàn)為氮素?fù)p失較多，磷鉀素?fù)p失較少富余較多的趨勢，但養(yǎng)分變異與用水量均無顯著性相關(guān)。同等條件下氮素相對其他元素?fù)p失量大（>70%），因此對于基質(zhì)栽培來說氮素養(yǎng)分管理尤為重要?；|(zhì)內(nèi)速效氮素?fù)p失途徑一是植物的吸收，二是微生物的固定，三是反硝化途徑脫除，而本研究收獲植株生物質(zhì)量較低（<220.05 g/槽），植物吸收途徑損失氮素量很少，微生物固定和反硝化脫除途徑可能是栽培基質(zhì)內(nèi)氮素?fù)p失的主要途徑[23]。

綜上所述，采用發(fā)酵床墊料基質(zhì)進(jìn)行小青菜的槽式栽培，水分供應(yīng)量過高或過低均不能夠獲得理想的產(chǎn)量，最優(yōu)供水量是2.5～3.0 L/槽或者1 ∶ 1～1.2 ∶ 1的水：基質(zhì)使用比例。最優(yōu)水分供應(yīng)量能夠滿足最高根系生物質(zhì)量，并主要通過顯著增加葉面積來實(shí)現(xiàn)較高的生物量。最優(yōu)水分供應(yīng)量時，栽培基質(zhì)每日株間自然蒸發(fā)（2.46%～4.56%）和水分利用效率（1.99%～6.71%）均處于中等水平。水分供應(yīng)量過高時，株間自然蒸發(fā)和水分利用效率也較低，并且植物根系和地上部生物質(zhì)量均較低。

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