嚴(yán)宗山,楊世梅,李彥榮,王 蕾,張想平,陳 亮,王翠麗,張自強(qiáng)

(甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅 武威 733006)

河西走廊是甘肅省設(shè)施蔬菜的主產(chǎn)區(qū)，受品種布局、種植經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)業(yè)集中度等因素影響，設(shè)施蔬菜重茬現(xiàn)象較為普遍，土壤連作障礙嚴(yán)重，病蟲(chóng)防治難度加大，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證，制約了產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1-2]?；|(zhì)栽培是解決土傳性病害的有效手段[3]。目前，栽培基質(zhì)多采用草炭和巖棉，易造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染[4]。有機(jī)生態(tài)基質(zhì)有效利用了廢棄資源，但也需要定期更換或消毒，成本偏高[5]。黃沙攜帶病源少、透氣性好、成本低廉，作為栽培基質(zhì)可以預(yù)防土傳病害，其結(jié)合水肥一體化技術(shù)在番茄、辣椒等高產(chǎn)栽培中取得較好效果[6-7]。河西走廊黃沙資源豐富，充分利用河西地區(qū)黃沙資源，對(duì)發(fā)展戈壁農(nóng)業(yè)具有重要意義。

根際溫度是農(nóng)田作物管理和氣象氣候變化研究的重要物理參量之一[8]，根際溫度有別于棚溫，提高根際溫度是設(shè)施蔬菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的關(guān)鍵措施，提高1 ℃根際溫度相當(dāng)于增加2 ℃氣溫[9]。WALKER[10]認(rèn)為，植物生長(zhǎng)發(fā)育受根際溫度影響較大，根際溫度變化1 ℃能引起植物生長(zhǎng)明顯變化。根際溫度低于12 ℃影響植物根系活性[11]，增加根際溫度能夠促進(jìn)養(yǎng)分吸收，提高產(chǎn)量[12]。馮玉龍等[13]研究結(jié)果顯示，適宜的根際溫度能夠提高植株光合速率，促進(jìn)葉片生長(zhǎng)、生物量積累和礦質(zhì)元素吸收。任志雨[14]認(rèn)為，增加根際溫度可以提高番茄光合特性和產(chǎn)量。前人[15-17]有關(guān)根際溫度的研究大多集中于土壤和蛭石等基質(zhì)栽培，針對(duì)黃沙栽培根際溫度的研究較少。因此，研究黃沙栽培模式下根際溫度變化對(duì)黃沙栽培模式推廣意義重大。鑒于此，以不同黃沙栽培模式為研究對(duì)象，探究不同栽培模式下番茄根際溫度變化，以期為黃沙栽培模式創(chuàng)新和種植技術(shù)改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)條件及材料

試驗(yàn)于2018年4—10月在甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院試驗(yàn)基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行，該區(qū)位于東經(jīng)101°59′～103°23′，北緯37°23′～38°12′，具有干旱少雨、日照充足、晝夜溫差大的特點(diǎn)，年平均降水量100 mm，年平均溫度7.7 ℃，無(wú)霜期150 d左右。

供試番茄品種：愛(ài)吉155。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3種不同類型的黃沙栽培模式，分別為黃沙調(diào)溫栽培(T1)、黃沙地下槽式栽培(T2)和黃沙地上槽式栽培(T3)，以平地土壤栽培(CK)為對(duì)照。每種模式面積為60 m2，包含5個(gè)種植槽，每個(gè)種植槽種植2行番茄，株距為40 cm。槽面鋪設(shè)地膜，槽內(nèi)黃沙為風(fēng)積沙，pH值7.0左右。

在番茄根際深10、20、30 cm處分別埋入2027型溫度智能SD卡測(cè)試記錄儀探頭記錄根際溫度；另在溫室內(nèi)設(shè)置3個(gè)測(cè)量點(diǎn)，懸掛溫度記錄儀探頭，用來(lái)測(cè)量空氣溫度，懸掛高度為2 m；溫度測(cè)定均設(shè)置為每隔1 h自動(dòng)記錄1次。

黃沙調(diào)溫栽培(T1處理，圖1)：走道寬60 cm，走道之間挖寬60 cm、深40 cm的U型槽，內(nèi)覆塑料膜隔絕土壤，槽底平放直徑12 cm的PVC圓管作為調(diào)溫通氣道，圓管側(cè)面每隔20 cm開(kāi)孔，孔徑5 cm，孔外裹阻沙網(wǎng)，防止細(xì)沙進(jìn)入調(diào)溫通氣道，PVC圓管北端彎管向上伸出地面接軸式風(fēng)扇，南端彎頭向下接排水道，槽內(nèi)裝滿風(fēng)積沙。調(diào)溫通氣道可傳導(dǎo)溫度、氣體交換和導(dǎo)出余水，排水道收集和排出余水，防止?jié)a根。軸式風(fēng)扇按設(shè)定溫度自動(dòng)啟閉運(yùn)行，將熱風(fēng)鼓入調(diào)溫通氣道。

黃沙地下槽式栽培(T2處理，圖2)：走道寬60 cm，走道之間挖寬60 cm、深40 cm的U型槽，內(nèi)覆塑料膜隔絕土壤，槽內(nèi)裝滿風(fēng)積沙。

黃沙地上槽式栽培(T3處理，圖3)：走道寬60 cm，走道之間用磚塊碼出畦面寬60 cm、高40 cm的槽，底部鋪設(shè)塑料膜，槽內(nèi)裝滿風(fēng)積沙。

平地土壤栽培(CK)：走道寬60 cm，走道之間種植帶寬60 cm，常規(guī)土壤種植。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)選用2018年5—8月每月3日、13日、23日12 d內(nèi)0：00—24：00同一時(shí)刻溫室氣溫及不同深度根際溫度平均值進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)采用 Excel 2007軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄不同栽培模式氣溫日變化

由圖4可知，溫室氣溫變化規(guī)律呈降低后升高再降低趨勢(shì)，6:00氣溫最低，15:00氣溫達(dá)到全天溫度峰值，23:00—6:00氣溫較低，變化平緩，6:00—22:00氣溫變化較大。

2.2 番茄不同栽培模式根際10 cm溫度變化

根際溫度測(cè)量結(jié)果表明(圖5)，除T1處理外，其余各處理全天各時(shí)段根際10 cm深溫度均高于CK。3種黃沙栽培模式根際10 cm深溫度變化趨勢(shì)基本一致，8:00最低，隨后溫度迅速升高，16:00—17:00達(dá)到當(dāng)天最高；CK全天根際溫度變化較平緩，9:00最低，18:00最高。說(shuō)明10 cm深黃沙栽培模式達(dá)到當(dāng)天最高和最低根際溫度時(shí)間早于土壤栽培。同一天不同時(shí)間段根際溫度均表現(xiàn)為T3處理最高，T2處理次之，CK較低，T1處理最低(除13:00—19:00 T1處理略高于CK外)，T3處理、T2處理、CK和T1處理下最高根際溫度依次為30.80、27.70、24.10、24.69 ℃，最低根際溫度依次為24.44、22.07、21.16、19.13 ℃，日較差依次為6.36、5.63、2.94、5.56 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對(duì)照高-2.03～6.70 ℃(表1)。

表1 番茄不同栽培模式不同深度根際溫度變化Tab.1 Changes of rhizosphere temperature in different

2.3 番茄不同栽培模式根際20 cm溫度變化

如圖6所示，一天不同時(shí)間段根際20 cm深溫度表現(xiàn)為T3處理最高，T1處理次之，T2處理較低，CK最低。T1處理根際溫度于9:00降至最低值，隨后溫度迅速上升，18:00達(dá)到最高值；其余3種栽培模式根際溫度變化趨勢(shì)基本一致，在9:00溫度最低，隨后逐漸上升，于19:00達(dá)到最高值。T3處理、T1處理、T2處理和CK最低溫分別為24.93、23.13、22.81、21.43 ℃，最高溫分別為29.29、27.39、25.51、23.76 ℃，日較差分別為4.36、4.26、2.70、2.33 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對(duì)照高1.39～5.53 ℃(表1)。

2.4 番茄不同栽培模式根際30 cm溫度變化

由圖7可見(jiàn)，同一天不同時(shí)間段根際30 cm深溫度為T3處理最高，CK最低，0:00—11:00 T1處理根際溫度高于T2處理，11:00—24:00 T1處理低于T2處理。T2處理根際溫度變化較大，于9:00溫度降至最低，隨后迅速升高，18:00升至最高；其他3種栽培模式根際溫度變化趨勢(shì)基本一致，10:00—11:00溫度最低，隨后逐漸升高，21:00—22:00溫度達(dá)到峰值。T3處理、T2處理、T1處理和CK最低溫分別為25.50、22.96、23.33、21.90 ℃，最高溫分別為28.01、26.24、25.40、23.73 ℃，日較差分別為2.51、3.29、2.07、1.83 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對(duì)照高1.06～4.29 ℃(表1)。

2.5 同一栽培模式下番茄根際不同深度溫度變化

由圖8可以看出，不同栽培模式不同深度根際溫度日變化趨勢(shì)均呈先降低后升高再降低趨勢(shì)。CK在21:00—11:00，根際溫度為30 cm>20 cm>10 cm；12:00—21:00，基本表現(xiàn)為10 cm>20 cm>30 cm；最低根際溫度為30 cm>20 cm>10 cm，最高根際溫度為10 cm>20 cm>30 cm，平均根際溫度為30 cm>10 cm>20 cm，日較差為10 cm>20 cm>30 cm(表1)。T1處理10 cm根際溫度明顯低于20 cm和30 cm，在3:00—10:00,30 cm高于20 cm，其他時(shí)間均為20 cm大于30 cm；最低溫度為30 cm>20 cm>10 cm，最高溫度為20 cm>30 cm>10 cm，平均值為20 cm>30 cm>10 cm，日較差為10 cm>20 cm>30 cm。T2處理，22:00—11:00，根際溫度為30 cm>20 cm>10 cm；11:00—22:00，根際溫度為10 cm>20 cm>30 cm；最低溫度為30 cm>20 cm>10 cm，最高溫度為10 cm>20 cm>30 cm，平均值為10 cm>20 cm>30 cm，日較差為10 cm>20 cm>30 cm。T3處理，22:00—10:00，根際溫度為30 cm>20 cm>10 cm；10:00—22:00，根際溫度基本表現(xiàn)為10 cm>30 cm>20 cm；最低溫度為30 cm>20 cm>10 cm，最高溫度為10 cm>30 cm>20 cm，平均值為10 cm>20 cm>30 cm，日較差為10 cm>30 cm>20 cm。不同深度日平均溫度：T3處理為27 ℃左右，T1和T2處理為25 ℃左右，CK為22 ℃左右。

3 結(jié)論與討論

根際溫度是保證作物正常生長(zhǎng)的重要因素之一[18]，對(duì)作物地上部生長(zhǎng)、果實(shí)膨大、新生根活性、冠層光合作用和土壤養(yǎng)分吸收等均有影響[19-20]。根際溫度對(duì)作物生長(zhǎng)的影響高于氣溫[21]，其隨氣溫變化，但滯后于氣溫[22]。本研究結(jié)果表明，不同處理不同深度根際溫度變化趨勢(shì)與氣溫變化規(guī)律基本一致，達(dá)到最低溫和最高溫的時(shí)間滯后于氣溫，且隨著根際深度增加達(dá)到極值的時(shí)間推遲，與張俊鵬等[23]研究結(jié)果一致。10 cm深根際溫度為黃沙地上槽式栽培最高，依次為黃沙地下槽式栽培、土壤栽培、黃沙調(diào)溫栽培，日較差分別為6.36、5.63、2.94、5.56 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對(duì)照高-2.03～6.70 ℃，3種黃沙栽培模式達(dá)到當(dāng)天最高和最低根際溫度時(shí)間早于土壤，說(shuō)明黃沙淺層根際溫度對(duì)氣溫變化的靈敏性高于土壤；20 cm深根際溫度為黃沙地上槽式栽培最高，黃沙調(diào)溫栽培次之，黃沙地下槽式栽培較低，土壤栽培最低，日較差分別為4.36、4.26、2.70、2.33 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對(duì)照高1.39～5.53 ℃；30 cm深根際溫度為黃沙地上槽式栽培最高，對(duì)照最低，日較差為1.83～3.29 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對(duì)照高1.06～4.29 ℃。由此可知，除10 cm深黃沙調(diào)溫栽培外，其他黃沙栽培模式不同深度根際溫度均高于對(duì)照，可能由于黃沙表面較土壤疏松，反射率小、根際溫度增幅大、往下傳遞的熱量多，熱量到達(dá)的深度深[24]。3種黃沙栽培模式日較差均高于對(duì)照，邱譯萱[25]認(rèn)為，日均溫為25 ℃時(shí)，6 ℃晝夜溫差更能促進(jìn)番茄株高和莖粗增加，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量最高，單果質(zhì)量也高于12 ℃和0 ℃溫差[26]。本研究結(jié)果顯示，黃沙處理10 cm根際溫差為6 ℃左右，20 cm和30 cm根際溫差也高于土壤栽培，推測(cè)黃沙栽培模式更有利于番茄生長(zhǎng)。黃沙地上槽式栽培根際10～30 cm深溫度均高于其他模式，與地上栽培槽直接裸露于空氣中受熱升溫更快有關(guān)，但過(guò)高根際溫度不利于植物生長(zhǎng)，因此，黃沙地上槽式栽培對(duì)植株生長(zhǎng)的影響有待進(jìn)一步研究。

溫室番茄主要根系層分布在0～30 cm[27]。本研究中，通過(guò)對(duì)番茄10～30 cm深根際溫度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，根際溫度日變化規(guī)律呈先降低后升高再降低趨勢(shì)，其中,3:00—10:00較低，此時(shí)間段土壤栽培、黃沙地下槽式栽培、黃沙地上槽式栽培和黃沙調(diào)溫栽培模式均為30 cm>20 cm>10 cm；12:00—21:00屬于一天中根際溫度較高階段，此時(shí)間段內(nèi)除調(diào)溫栽培模式20 cm深最高外，其余模式均為10 cm深最高。不同栽培模式日較差均為10 cm>20 cm>30 cm，說(shuō)明根際溫度隨深度增加變動(dòng)幅度減小，深層土壤由于其相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，具有一定的保溫性[16,28]。番茄適宜生長(zhǎng)溫度為20～25 ℃，低于15 ℃不能開(kāi)花或授粉不良，高于30 ℃光合作用減弱[29]。本研究結(jié)果表明，黃沙地上槽式栽培日均溫為27 ℃左右，黃沙調(diào)溫栽培和黃沙地下槽式栽培日均溫為25 ℃左右，土壤栽培為22 ℃左右。

綜上所述，3種黃沙栽培模式均有利于提高番茄根際不同深度溫度，黃沙栽培模式日較差高于土壤。黃沙地上槽式栽培根際溫度最高，其日均溫高于25 ℃，其余2種黃沙栽培模式日均溫為25 ℃左右，較適宜作物生長(zhǎng)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可以用黃沙作為基質(zhì)進(jìn)行番茄栽培，以此來(lái)解決土傳性病害問(wèn)題。