趙 鶴

（北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029）

目前，我國(guó)果類蔬菜無(wú)土栽培主要采用基質(zhì)栽培[1]，即將作物根系固定在有機(jī)或無(wú)機(jī)的基質(zhì)中，采用滴灌或細(xì)流灌溉的方式為植物提供營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液可通過(guò)栽培槽（或栽培袋）底部開(kāi)口排出形成回液并進(jìn)行循環(huán)利用。國(guó)外果類蔬菜無(wú)土栽培以連棟玻璃溫室?guī)r棉栽培為主，如荷蘭、美國(guó)等；中國(guó)對(duì)無(wú)土栽培技術(shù)的研究起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅速，在全國(guó)各地均有推廣應(yīng)用，主要與日光溫室和塑料大棚相結(jié)合，栽培模式包括支架巖棉栽培、簡(jiǎn)易折疊基質(zhì)栽培槽栽培、半地下式栽培槽栽培以及基質(zhì)袋栽培等[2]。北京地區(qū)果類蔬菜無(wú)土栽培生產(chǎn)中應(yīng)用的栽培模式較多，但是普遍存在植物根際通氣性差，回液裸露在空氣中造成設(shè)施內(nèi)濕度較大等問(wèn)題，容易誘發(fā)病蟲(chóng)害，影響產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。

為了解決普通設(shè)施（塑料大棚和日光溫室）無(wú)土栽培中根際通氣性差、回液裸露等問(wèn)題，北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站從改進(jìn)回液收集方式和提高根區(qū)環(huán)境調(diào)控能力著手，研發(fā)了適用于普通設(shè)施條件的拼插式自回水基質(zhì)栽培槽，并研究了其在黃瓜生產(chǎn)上的應(yīng)用效果，以期為其在蔬菜無(wú)土栽培生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

拼插式自回水基質(zhì)栽培槽由北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站研發(fā)，北京五英偉業(yè)泡塑材料有限公司生產(chǎn)。拼插式自回水基質(zhì)栽培槽結(jié)構(gòu)：栽培槽為倒梯臺(tái)形，槽體上口長(zhǎng)80 cm、上口寬40 cm、下口長(zhǎng)65.6 cm、下口寬23.6 cm、高35 cm，基質(zhì)填充量為56 L/個(gè)；槽體兩端設(shè)置連接管并與槽體合為一體，連接管由槽體兩端緊貼槽底向槽內(nèi)延伸；槽內(nèi)設(shè)置滲水隔板，滲水隔板設(shè)置滲水孔；槽體中間設(shè)置通氣管，通氣管一端插入滲水隔板中；槽體及滲水隔板均由聚苯乙烯壓制而成，通氣管的材質(zhì)為聚氯乙烯。

折疊基質(zhì)栽培槽購(gòu)自北京新河基石環(huán)境科技有限公司。折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水結(jié)構(gòu)：栽培槽由聚氯乙烯板折疊成長(zhǎng)700 cm、寬40 cm、高35 cm的槽體，基質(zhì)填充量為588 L/個(gè)；槽體底部放置同材質(zhì)底托，用于回液收集。

供試作物為黃瓜，品種為金胚98。試驗(yàn)采用椰糠基質(zhì)栽培，基質(zhì)體積田間持水量約為68%，購(gòu)自格陸谷有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于北京金六環(huán)農(nóng)業(yè)園的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，大棚長(zhǎng)50 m、寬8 m、脊高3 m，面積為400 m2。試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)栽培槽處理，分別為拼插式自回水基質(zhì)栽培槽（處理1）和折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水（處理2），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，以折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水為對(duì)照（CK）。處理1每667 m2使用500個(gè)拼插式自回水基質(zhì)栽培槽，處理2每667 m2使用折疊基質(zhì)栽培槽400 m。試驗(yàn)于2017年3月28日定植，東西向栽培，每667 m2種植3 000株，營(yíng)養(yǎng)液采用日本山崎黃瓜專用營(yíng)養(yǎng)液配方配制，不同處理的灌溉策略及田間管理均保持一致，2017年8月10日結(jié)束生產(chǎn)。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目及方法

試驗(yàn)期間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)棚內(nèi)空氣相對(duì)濕度以及基質(zhì)相對(duì)含水量（體積相對(duì)含水量），定期調(diào)查黃瓜根際CO2濃度、根系干鮮質(zhì)量、植株長(zhǎng)勢(shì)及果實(shí)產(chǎn)量，委托中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院檢測(cè)基質(zhì)理化性狀。

1.3.1 空氣相對(duì)濕度與基質(zhì)相對(duì)含水量監(jiān)測(cè)

采用北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心提供的溫室環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)采集系統(tǒng)（綠園CJ-11），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)棚室的空氣相對(duì)濕度和基質(zhì)相對(duì)含水量，在每個(gè)大棚中部的相同位置設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)時(shí)間為4—7月，每30 min記錄1次。

1.3.2 基質(zhì)理化性狀測(cè)定

1.3.2.1 基質(zhì)物理性質(zhì)測(cè)定 將不同處理基質(zhì)加入容積為V、質(zhì)量為m1的容器，裝滿待測(cè)基質(zhì)后稱其質(zhì)量m2，浸泡24 h至飽和狀態(tài)后稱其質(zhì)量m3，將容器上口用濕潤(rùn)紗布包住并稱其總質(zhì)量m4，將容器倒置至無(wú)水分滲出時(shí)稱其質(zhì)量m5，將容器撤去紗布后連同基質(zhì)于105 ℃烘干至恒重后測(cè)量總質(zhì)量m6。按以下公式計(jì)算各處理基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度及大小孔隙比。

容重（g/cm3）=（m6－m1）/V；

總孔隙度Φ=（m3－m2）/（V×ρ水）×100%；

通氣孔隙度Φ1=（m4－m5）/（V×ρ水）×100%；

持水孔隙度Φ2=[m5－（m4－m3）－m2]/

（V×ρ水）×100%；

大小孔隙比=Φ1/Φ2。

1.3.2.2 基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)測(cè)定 采用飽和浸提法測(cè)量不同處理基質(zhì)的EC值和pH值，將100 g基質(zhì)放入燒杯中，加入500 mL去離子水，攪拌均勻后靜置2 h，用濾紙過(guò)濾得到浸泡基質(zhì)后的液體，采用電導(dǎo)率儀和pH計(jì)測(cè)量EC值和pH值。

1.3.3 根際CO2濃度測(cè)定

在結(jié)果盛期（5月25日），對(duì)不同栽培槽植株根際基質(zhì)中的CO2濃度進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)處理測(cè)量5個(gè)點(diǎn)，采用HD5BX泵吸式二氧化碳?xì)怏w檢測(cè)儀于上午同一時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.4 根系生長(zhǎng)情況調(diào)查

在結(jié)果盛期（5月25日），選取各處理的6株黃瓜根系進(jìn)行干鮮質(zhì)量測(cè)量。鮮質(zhì)量測(cè)量需將根系清洗干凈并吸干表面水分后稱重。干質(zhì)量測(cè)量采用烘干測(cè)量法，將測(cè)量鮮質(zhì)量后的根系于105 ℃殺青、75 ℃烘干至恒重后稱重。

1.3.5 植株長(zhǎng)勢(shì)

各處理隨機(jī)選取3株黃瓜植株做標(biāo)記，定期調(diào)查其株高、莖粗和葉片數(shù)，每15 d調(diào)查1次。

1.3.6 果實(shí)產(chǎn)量

4月29日開(kāi)始采收后實(shí)時(shí)記錄各處理產(chǎn)量，并換算成667 m2產(chǎn)量。

1.3.7 黃瓜病害情況調(diào)查

在結(jié)果盛期（6月2日），調(diào)查黃瓜白粉病和霜霉病的發(fā)生情況，每個(gè)處理小區(qū)隨機(jī)調(diào)查10株黃瓜。病害調(diào)查指標(biāo)和病情分級(jí)方法如下。

發(fā)病級(jí)數(shù)：未發(fā)病為0級(jí)；葉部染病面積在20%～50%為2級(jí)；葉部染病面積在50%～75%為3級(jí)；葉部染病面積大于75%為4級(jí)。

黃瓜發(fā)病率=發(fā)病株數(shù)/觀測(cè)總株數(shù)×100%；

病情指數(shù)=∑（發(fā)病級(jí)數(shù)×各級(jí)發(fā)病葉數(shù)）/

（調(diào)查總?cè)~×最高發(fā)病級(jí)數(shù)）×l00%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培槽處理對(duì)基質(zhì)相對(duì)含水量的影響

7月5日—8月5日對(duì)不同處理的基質(zhì)相對(duì)含水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示：處理1的基質(zhì)相對(duì)含水量介于30.88%～50.00%，比CK低7%～20%。圖1為不同處理在7月17日12：12—7月18日12：12的基質(zhì)相對(duì)含水量監(jiān)測(cè)結(jié)果，圖中基質(zhì)相對(duì)含水量的高峰期均出現(xiàn)于灌溉期間。從圖1可知，在基質(zhì)、灌水時(shí)間和灌水量相同的情況下，處理1的基質(zhì)相對(duì)含水量整體低于CK且兩者的最大值相差較大，處理1的基質(zhì)相對(duì)含水量最高為41.31%，而CK的基質(zhì)相對(duì)含水量最高達(dá)74.69%。

2.2 不同栽培槽處理對(duì)棚室空氣相對(duì)濕度的影響

圖2為不同處理在8月8日00：00—24：00的空氣相對(duì)濕度的監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以看出處理1的空氣相對(duì)濕度整體低于CK處理，最大差距可達(dá)9.81%，這可能是由于拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的回液在回液室內(nèi)流動(dòng)，并未暴露于空氣中，從而降低了棚內(nèi)的空氣相對(duì)濕度。

2.3 不同栽培槽處理對(duì)基質(zhì)理化性狀的影響

容重是影響椰糠基質(zhì)通透性的重要因子之一，其大小與基質(zhì)的質(zhì)地、通透性、含水量及所含雜質(zhì)等密切相關(guān)。對(duì)于優(yōu)良基質(zhì)來(lái)說(shuō)，其良好的理化性狀主要表現(xiàn)為固、液、氣三相比例恰當(dāng)，容重在0.1～0.8 g/cm3，總孔隙度在75%以上[4-5]，EC值在0.75～3.49 mS/cm[6]。

圖1 不同栽培槽處理下基質(zhì)相對(duì)含水量變化情況（2017年7月17—18日）

圖2 不同栽培槽處理下棚室空氣相對(duì)濕度變化情況（2017年8月8日）

為了研究不同栽培槽處理對(duì)基質(zhì)理化性狀的影響，分別測(cè)定了定植前未使用過(guò)的基質(zhì)與生產(chǎn)中期2個(gè)處理的基質(zhì)的理化性狀。由表1可知，3個(gè)處理的基質(zhì)容重相差不大，在0.11～0.12 g/cm3；處理1的基質(zhì)總孔隙度最高（80.9%），CK次之（79.4%），CK0最?。?3.3%）；CK0的基質(zhì)通氣孔隙度最大（12.1%），分別比處理1和CK大89.1%和146.9%；處理1和CK的基質(zhì)持水孔隙度均為74.5%，高于CK0；處理1的基質(zhì)大小孔隙比大于CK，但小于CK0；3個(gè)處理的基質(zhì)pH值相差不大，在6.27～6.68；處理1的EC值最大（0.83 mS/cm），CK次之（0.60 mS/cm），CK0最?。?.33 mS/cm）。由此可見(jiàn)，基質(zhì)使用后部分理化性狀會(huì)發(fā)生變化，不同栽培槽處理對(duì)基質(zhì)理化性狀有一定影響?；|(zhì)使用后的總孔隙度增加，通氣孔隙度降低，持水孔隙度變大，大小孔隙比降低，EC值提高；拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的基質(zhì)理化性狀整體優(yōu)于CK。

2.4 不同栽培槽處理對(duì)黃瓜植株長(zhǎng)勢(shì)的影響

由表2～4可知，在緩苗期，處理1的株高小于CK，莖粗大于CK，葉片數(shù)與CK相同；而在始瓜期和盛瓜期，處理1的株高、莖粗及葉片數(shù)均大于CK；處理1的黃瓜株高、莖粗和葉片數(shù)的日均生長(zhǎng)量分別為2.52 cm、0.14 mm和0.27片，較CK分別提高3.28%、27.27%和50.00%。由此可見(jiàn)，處理1的植株長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)于CK。

表1 不同栽培槽處理的基質(zhì)理化性狀情況

表2 不同栽培槽處理的株高生長(zhǎng)情況 cm

表3 不同栽培槽處理的莖粗生長(zhǎng)情況 mm

表4 不同栽培槽處理的葉片數(shù)生長(zhǎng)情況

2.5 不同栽培槽處理對(duì)植株根系生長(zhǎng)的影響

調(diào)節(jié)植物根際通氣條件能夠有效改善植物根系生長(zhǎng)，更好地發(fā)揮根系的生產(chǎn)潛力[7]；為此，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽設(shè)置了根系通氣管，以改善黃瓜植株根際通氣情況。從根際CO2濃度和根系干鮮質(zhì)量來(lái)看（表5），處理1的根系通氣管設(shè)計(jì)取得了良好效果，有效改善了根際氣體環(huán)境，CO2濃度較CK降低了0.28%，促進(jìn)了根系生長(zhǎng)，根系鮮質(zhì)量和干質(zhì)量較CK分別提高了4.4%和18.6%。

2.6 不同栽培槽處理對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

由表6可知，處理1折合667 m2產(chǎn)量為3 822.6 kg，比CK高25.9%；生產(chǎn)中2個(gè)處理的水肥管理均一致，667 m2用水量為113.2 m3，667 m2用肥量為167.7 kg；處理1每立方米水產(chǎn)出為33.8 kg，每千克肥料產(chǎn)出為22.8 kg，分別比CK高26.1%和26.0%。

2.7 不同栽培槽處理對(duì)病蟲(chóng)害的影響

由表7可知，2個(gè)處理均有白粉病和霜霉病發(fā)生，發(fā)病率均為100%，其中，處理1白粉病和霜霉病的病情指數(shù)分別為15.3和14.6，分別比CK低8.9%、47.5%。特別是CK的霜霉病，發(fā)病較嚴(yán)重，可能是由于折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水處理的回液裸露，導(dǎo)致空氣相對(duì)濕度偏高，植株易感染霜霉病且不易控制。

2.8 不同栽培槽處理的成本效益分析

由表8可知，處理1的總投入比CK高2.4%，主要是因?yàn)槠湓耘嗖弁度搿⑷斯ね度刖菴K高；但處理1的總效益和產(chǎn)投比均大于CK，說(shuō)明拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的經(jīng)濟(jì)效益高于CK。

3 結(jié)論與討論

3.1 拼插式自回水基質(zhì)栽培槽應(yīng)用效果良好

3.1.1 回液回流順暢

在基質(zhì)栽培中，一般為栽培畦設(shè)置一定的地面坡度（0.246°），便于回液的收集，避免基質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)液積存而導(dǎo)致漚根。通過(guò)2種栽培模式的基質(zhì)相對(duì)含水量與回液室（槽）的定期監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的基質(zhì)相對(duì)含水量低于折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水處理，且回液室內(nèi)無(wú)積存營(yíng)養(yǎng)液，未發(fā)現(xiàn)基質(zhì)下漏、根系扎進(jìn)回流室等情況，說(shuō)明回液能夠順暢地流入回液池內(nèi)；而折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水處理的基質(zhì)相對(duì)含水量偏高，可能是由于排水孔貼近底托不易滲水以及底托回液回流不暢而導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)液積存于基質(zhì)中。

表5 不同栽培槽處理的根系干鮮質(zhì)量與根際CO2濃度

表6 不同栽培槽處理的黃瓜產(chǎn)量及水肥利用效率

表7 不同栽培槽處理的黃瓜白粉病和霜霉病發(fā)病情況

表8 不同栽培槽處理的成本效益分析

3.1.2 降低了棚室空氣相對(duì)濕度

在基質(zhì)栽培中，為了減緩栽培基質(zhì)鹽分的累積和保障營(yíng)養(yǎng)元素的均衡，部分灌溉液從基質(zhì)中滲漏后形成回液，并收集后重復(fù)利用。在實(shí)際生產(chǎn)中，多數(shù)基質(zhì)栽培模式的回液均呈開(kāi)放式暴露在空氣中，從而導(dǎo)致棚室濕度過(guò)大。本試驗(yàn)的拼插式自回水基質(zhì)栽培槽設(shè)計(jì)亮點(diǎn)在于采用營(yíng)養(yǎng)液封閉回流方式，試驗(yàn)結(jié)果表明：該設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期效果，與CK相比，空氣相對(duì)濕度的降幅可達(dá)9.81%。

3.1.3 緩解了基質(zhì)理化性狀的惡化

容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度和大小孔隙比等指標(biāo)是衡量基質(zhì)物理性狀的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)中，新椰糠基質(zhì)應(yīng)用70 d以后，其物理性質(zhì)發(fā)生了一定變化，但總體上拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的基質(zhì)理化性狀優(yōu)于CK，通氣孔隙度和大小孔隙比是CK的1.3倍，緩解了栽培基質(zhì)物理性質(zhì)的惡化。

從基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定結(jié)果來(lái)看，基質(zhì)使用前后的pH值變化不大，但由于應(yīng)用過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)液的持續(xù)供給，導(dǎo)致基質(zhì)EC值有所升高，所以在生產(chǎn)中要注意定期灌水，進(jìn)行鹽分清洗，以避免EC值過(guò)高而造成鹽漬傷害[7]；拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的EC值和pH值均高于折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水處理，這可能是由于拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的上口水分蒸發(fā)面積大于折疊基質(zhì)栽培槽所致。

3.1.4 促進(jìn)了植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成

拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的多余營(yíng)養(yǎng)液能夠順暢回流，使基質(zhì)保持適宜的相對(duì)濕度，同時(shí)根系通氣裝置改善了根際氣體環(huán)境，促進(jìn)了植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的形成。相比CK，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的植株根系干鮮質(zhì)量分別提高了18.6%和4.4%，株高、莖粗和葉片量的日均生長(zhǎng)量分別提高了3.28%、27.27%和50.00%，產(chǎn)量增加了25.9%，水、肥生產(chǎn)效率分別提高了26.1%和26.0%。

3.1.5 經(jīng)濟(jì)效益良好

與CK相比較，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的總投入較高，但是其相應(yīng)的總效益和產(chǎn)投比也較高，分別比CK高25.9%和23.0%；因此，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的經(jīng)濟(jì)效益符合生產(chǎn)要求，適宜在塑料大棚蔬菜無(wú)土栽培中應(yīng)用。

3.2 拼插式自回水基質(zhì)栽培槽存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)拼插式自回水基質(zhì)栽培槽存在一些問(wèn)題需要改進(jìn)與完善。一方面，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽上口面積較大，水分蒸發(fā)面積較大，容易導(dǎo)致夜間濕度大，為了有效控制棚室空氣相對(duì)濕度，宜進(jìn)行覆蓋栽培；另一方面，槽體材質(zhì)為聚苯乙烯泡沫板，強(qiáng)度較低，遇重力拉抻時(shí)容易導(dǎo)致槽體兩側(cè)變形，可增添固定繩來(lái)固定槽體兩側(cè)或采用聚氯乙烯作為槽體材質(zhì)，以增加槽體的支撐力。

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