李寶石，王奇，劉文科，邵明杰

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能與廢棄物處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

日光溫室是中國特有的溫室類型，不僅成功解決了北方地區(qū)冬春季蔬菜短缺和周年均衡供應(yīng)問題，同時(shí)也為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收做出了積極貢獻(xiàn)[1]。目前，日光溫室多以傳統(tǒng)的土壤栽培為主，但由于過量水肥和農(nóng)藥投入導(dǎo)致資源浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境污染[2-4]。而且溫室反季節(jié)蔬菜栽培過程中，低溫脅迫是影響作物生長的重要環(huán)境因素[5,6]。Tahir等[7]研究表明，作物對(duì)根區(qū)溫度的反應(yīng)機(jī)制比對(duì)空氣溫度更加靈敏。Lee等[8]研究表明，當(dāng)根系處在低根溫環(huán)境時(shí)，水分傳導(dǎo)率和養(yǎng)分主動(dòng)運(yùn)輸顯著減小。Awal等[9]研究表明根區(qū)溫度從25℃降至12℃，根系供應(yīng)水分和養(yǎng)分的功能受阻。因此，根區(qū)溫度調(diào)控在設(shè)施園藝作物生產(chǎn)中具有重要意義[10]。

針對(duì)日光溫室蔬菜栽培過程中出現(xiàn)的冬季低溫脅迫和土壤栽培等一系列環(huán)境帶來的生產(chǎn)問題，傅國海等[11]基于土壤栽培根區(qū)環(huán)境穩(wěn)定和基質(zhì)栽培高效清潔生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)提出了一種新型栽培方式——起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培，即將土壤栽培與無土栽培相結(jié)合，利用土壟包被基質(zhì)，采用滴灌進(jìn)行蔬菜栽培。前期研究表明，相對(duì)土壟栽培，采用起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培甜椒，能夠提高夜間平均溫度1.34℃[12]；促進(jìn)甜椒幼苗生長，提高果實(shí)產(chǎn)量50%以上[13]。

有研究表明，起壟高度會(huì)影響根區(qū)溫度，進(jìn)而改變根區(qū)熱效應(yīng)，影響作物生長[14]。而地膜覆蓋則能夠顯著提高根區(qū)溫度，對(duì)促進(jìn)作物苗期生長具有積極影響[15]。而前人試驗(yàn)并未研究新型栽培方式壟高以及有無地膜對(duì)其生產(chǎn)性能的影響。為了進(jìn)一步探究新型栽培方式的生產(chǎn)性能，本試驗(yàn)研究壟嵌與溝嵌基質(zhì)栽培以及有無地膜共4種栽培方式對(duì)番茄生長及根區(qū)溫度的影響，比較它們的實(shí)際生產(chǎn)效果，以期為新型栽培方式的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在河北省衡水市饒陽縣良品果蔬種植合作社產(chǎn)業(yè)示范區(qū)的一個(gè)簡易土墻日光溫室中進(jìn)行。溫室頂部和底部均設(shè)通風(fēng)口。番茄采用基質(zhì)或土壤栽培。供試基質(zhì)由河北豐源生物科技有限公司生產(chǎn)。土壤有效磷含量為321 mg/kg，硝態(tài)氮含量為178 mg/kg；基質(zhì)有效磷含量為166 mg/kg，硝態(tài)氮含量為969 mg/kg。供試番茄品種為“羅拉”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，其中， SR處理(對(duì)照)：梯形土壟栽培；SSC處理：起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培(soil-ridged substrate-embedded cultivation，SSC)；SE處理：內(nèi)嵌槽全嵌入(20 cm)水平地面的土壤溝嵌栽培(soil embedment，SE)；SE+FM處理：土壤溝嵌上覆蓋地膜栽培。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)6次。小區(qū)面積120 m2。

起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培，即將塑料薄膜嵌在一定規(guī)格的土壟中，裝入混合基質(zhì)。塑料薄膜厚度為0.12 mm，側(cè)面打孔。通氣孔距離底部2 cm，孔徑1 cm，孔距15 cm。每條壟長7.5 m、壟高10 cm，基質(zhì)槽下嵌地面10 cm，壟上底寬20 cm、下底寬40 cm。

土壤溝嵌：即在水平地面上開溝，將塑料薄膜嵌在溝中。塑料膜厚度和通氣孔與起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培一致。每條溝長7.5 m，溝深20 cm。

土壟栽培規(guī)格與起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培一致。

所有處理完成后，進(jìn)行滴灌帶鋪設(shè)。番茄苗于2020年8月12日定植，株距0.45 m、行距0.6 m。小區(qū)兩側(cè)設(shè)置保護(hù)行。施肥量依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)用量，水肥管理采用滴灌進(jìn)行。溫室日常管理依照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行，于7—9月在溫室頂部加裝遮陽網(wǎng)，10月之后在頂部加裝棉被。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

采用YM-CJ型智能土壤溫度記錄儀(國產(chǎn)，精度為±0.05℃)測定土壤溫度。共設(shè)置11個(gè)測點(diǎn)，分別布置在每個(gè)處理壟根區(qū)基質(zhì)內(nèi)，埋深10 cm。日光溫室內(nèi)設(shè)置2個(gè)測點(diǎn)，測室溫，懸掛高度1.5 m；室外設(shè)置1個(gè)測點(diǎn)測室外溫度變化，懸掛高度1.5 m；室內(nèi)外氣溫測點(diǎn)置于輻射罩內(nèi)，避免太陽直射。溫度采集時(shí)間間隔為10 min。根據(jù)日光溫室保溫被開閉時(shí)間，本試驗(yàn)將白天定義為8∶30—16∶30，夜間為16∶30—次日8∶30。溫度數(shù)據(jù)采集時(shí)間分別為2020年8月29日—9月1日和10月25—28日兩個(gè)階段。

8月29日每處理選5株番茄進(jìn)行生長指標(biāo)的測定。采用游標(biāo)卡尺測定莖粗；直尺測定株高。10月31日選定5株番茄分別使用SPAD葉綠素儀測定老葉和新葉葉綠素含量。每處理隨機(jī)選定4株用天平稱量累加產(chǎn)量，即為番茄的單株產(chǎn)量，并根據(jù)行株距計(jì)算每平方米產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 日光溫室不同時(shí)段內(nèi)外氣溫變化

由圖1可知，兩個(gè)時(shí)段的室內(nèi)外溫度峰值變化相同，最高氣溫出現(xiàn)在13∶00左右，最低氣溫出現(xiàn)在6∶00左右，而且室內(nèi)氣溫隨室外氣溫的變化而變化。8月29日—9月1日出現(xiàn)的極端高溫(>40℃)天數(shù)較多，這對(duì)于番茄苗期生長極為不利。8月29日—9月1日4個(gè)晝夜中溫室內(nèi)白天氣溫平均值為33.31℃，夜間為24.68℃；室內(nèi)最高氣溫在32.30～47.35℃，最低氣溫在20.88～24.30℃。4個(gè)晝夜中白天室外氣溫平均值為29.24℃，夜間為22.77℃；室外最高氣溫在29.05～35.95℃，最低氣溫在18.45～22.65℃。

10月份4個(gè)晝夜中白天室內(nèi)氣溫平均值為22.22℃，夜間為17.64℃；室內(nèi)最高氣溫在24.52～30.70℃，最低氣溫在15.55～17.55℃。4個(gè)晝夜中白天室外氣溫平均值為18.35℃，夜間為7.74℃；室外最高氣溫在19.60～23.85℃，最低氣溫在0～8.00℃。

圖1 日光溫室內(nèi)外氣溫變化

2.2 日光溫室四種栽培方式對(duì)根區(qū)平均溫度的影響

由表1看出，8月29日—9月1日，SE+FM處理和SSC處理的白天平均溫度高于SR處理，白天室內(nèi)氣溫較高時(shí)對(duì)高溫的緩沖能力較弱，溫度隨氣溫上升較快。而在夜間時(shí)段，SSC、SE+FM和SE處理的根區(qū)溫度高于SR處理，說明夜間這三種處理能夠較好地維持根區(qū)溫度。其中SE+FM處理有利于提高根區(qū)最低溫度。各處理最高溫與最低溫平均值之差為SR>SSC>SE>SE+FM，說明SE+FM處理的根區(qū)溫度變化較小，SR處理的波動(dòng)較大。

由表2看出，10月25—28日，SSC、SE、SE+FM處理的夜間根區(qū)平均溫度均高于SR處理，其中以SE+FM處理最優(yōu)，分別比SR、SSC和SE處理高1.44、0.68℃和0.71℃。4個(gè)處理根區(qū)最低溫度分別為17.86、18.74、18.83、19.50℃，即SE+FM>SE>SSC>SR，說明SE+FM處理維持夜間低溫的能力最強(qiáng)。4個(gè)處理最高溫與最低溫平均值之差分別為1.36、1.05、0.85、0.81℃，說明覆膜栽培具有較好維持根區(qū)溫度穩(wěn)定的能力，而SE與SSC處理間的根區(qū)溫度差異不明顯。

表1 8月29日—9月1日四種栽培方式根區(qū)平均溫度 (℃)

表2 10月25—28日四種栽培方式根區(qū)平均溫度 (℃)

2.3 日光溫室四種栽培方式對(duì)番茄生長及產(chǎn)量的影響

由表3可知，SR和SE+FM處理番茄苗期株高顯著高于其他兩個(gè)處理。莖粗以SE+FM處理的值最高，SE處理最低，二者差異顯著，但與SR、SSC處理無顯著差異。從SPAD值可以看出，老葉明顯高于新葉，無論老葉還是新葉均以SE+FM處理最大，說明覆膜處理能夠顯著促進(jìn)番茄幼苗的生長。SSC和SE處理之間各指標(biāo)值無顯著差異，說明壟嵌和溝嵌基質(zhì)栽培對(duì)番茄幼苗生長的影響不顯著。各處理產(chǎn)量依次為：SE+FM>SSC>SR>SE，與SR相比，SE+FM處理顯著提高番茄產(chǎn)量14.31%；SSC和SE、SR處理無顯著差異。

表3 四種栽培方式對(duì)番茄生長及產(chǎn)量的影響

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，4個(gè)處理在8月份和10月份兩個(gè)時(shí)段根區(qū)最高溫與最低溫平均值差值均以SR處理最高。這與李宗耕等[16]的試驗(yàn)結(jié)果一致，說明SR處理根區(qū)溫度變化劇烈。盡管土壤具有良好的蓄熱保溫性能，但是其熱量傳導(dǎo)速率較慢[17]，熱量常常到達(dá)根區(qū)后便受到阻滯。SSC和SE處理的白天平均溫度相差不大，但在夜間較冷時(shí)根區(qū)溫度有所提升，說明SSC處理能較好抵御夜間的低溫階段；但是SSC處理的溫度穩(wěn)定性差，這與傅國海等[18]的研究結(jié)果一致，說明內(nèi)嵌膜嵌入深度會(huì)影響根區(qū)溫度的穩(wěn)定性。與SSC相比，SE處理的平均溫度較低但較為穩(wěn)定，原因可能是由于其完全位于地面以下，能夠有效吸收和利用來自地下土壤儲(chǔ)存的熱量[19]。本研究結(jié)果表明，地膜覆蓋通過影響熱平衡來提高土壤溫度，SE+FM處理不僅具有較好的抵御低溫的能力，同時(shí)還能夠維持根區(qū)溫度的穩(wěn)定性。其原因可能是地膜覆蓋減少了熱量的散失，一方面儲(chǔ)存在基質(zhì)中；另一方面儲(chǔ)存在內(nèi)嵌膜兩邊的土壤中。

番茄幼苗的株高、莖粗和SPAD值等指標(biāo)能夠反映其生長情況。與SSC、SE處理相比，SE+FM處理提高了番茄幼苗的株高、莖粗、SPAD值。這主要因?yàn)榈啬じ采w條件下，根區(qū)溫度、含水量、養(yǎng)分的可用性等特性均得到提高，對(duì)于植物周圍的小氣候產(chǎn)生積極影響，進(jìn)而促進(jìn)苗期的生長。SSC和SE處理的生長指標(biāo)無顯著差異，但是SSC處理更有優(yōu)勢(shì)。與SR相比，SE+FM處理的生長指標(biāo)無顯著提高，這與傅國海等[18]的研究結(jié)果不一致，其原因可能是定植前在土壤中施入了有機(jī)肥，SR處理的番茄幼苗不僅能夠吸收滴灌輸入的營養(yǎng)元素還能夠利用土壤中本身儲(chǔ)存的營養(yǎng)，進(jìn)而促進(jìn)幼苗的生長。然而從產(chǎn)量指標(biāo)來看，與SR處理相比，SSC和SE處理并未顯著提高番茄產(chǎn)量，這與先前的試驗(yàn)結(jié)果不一致，原因可能是水肥投入過高，導(dǎo)致根溫脅迫對(duì)植株產(chǎn)量的影響削弱。此外這三種處理均未覆膜，這與先前的試驗(yàn)有所差異。SE+FM處理能夠顯著提高番茄產(chǎn)量的原因是，覆膜栽培具有保水保墑、提高根區(qū)溫度和改善田間小氣候的作用[20]。盡管SE與SR處理的產(chǎn)量無顯著差異，但SE+FM處理則在SE處理的基礎(chǔ)上能夠進(jìn)一步提高番茄產(chǎn)量，這在之前已有研究[21]。

綜上表明，SE+FM處理的根區(qū)溫度及其生產(chǎn)性能較優(yōu)，能夠有效解決番茄苗期面臨的根區(qū)低溫問題，對(duì)促進(jìn)冬季日光溫室作物生長起著重要作用。