李寶石，李浩，王奇，劉文科，邵明杰，周成波

（1.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；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河北 保定 071001）

在北方日光溫室蔬菜生產(chǎn)中，起壟覆膜栽培是一種常見的栽培方式，有利于保水保墑、加厚活土層，增強(qiáng)土壤蓄水、保肥和抗旱能力［1］。起壟具有節(jié)水增產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，且起壟后增加田間通風(fēng)透光和光輻射面積，有利于提高植株葉片的光合速率［2］。起壟栽培還能夠有效提高作物根區(qū)溫度，有利于作物根系抵御低溫危害，這一特點(diǎn)對(duì)冬季日光溫室蔬菜栽培極為有利［3］。覆蓋地膜則通過改變土壤能量平衡來改變作物小氣候［4，5］。Díaz-Pérez［6］研究表明，覆蓋地膜有利于提高根區(qū)溫度、促進(jìn)花椰菜生長和產(chǎn)量提高。

近年來，隨著無土栽培技術(shù)的發(fā)展，基質(zhì)栽培研究受到廣泛關(guān)注。然而大部分無土基質(zhì)由于高有機(jī)質(zhì)含量和低堆密度導(dǎo)致較低的表觀熱容量，以及高導(dǎo)熱率等物理特性［7］，致使根區(qū)溫度環(huán)境穩(wěn)定性差，不利于抵抗冬季低溫脅迫［8］。Gonzalez-Fuentes等［9］研究表明，根區(qū)溫度波動(dòng)大對(duì)草莓植株生長和葉面積有負(fù)面影響。針對(duì)上述問題，本研究提出一種新型栽培方式——起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培（soil-ridged substrate-embedded cultivation，SSC），即將基質(zhì)嵌入到土壟中進(jìn)行栽培［10］。SSC新型栽培方法將土壤栽培與無土栽培結(jié)合，不但可充分發(fā)揮無土栽培的高產(chǎn)高效優(yōu)勢(shì)，還可充分利用土壟的蓄熱保溫性能，且不同于傳統(tǒng)的地上筑槽基質(zhì)栽培，操作方便，節(jié)省建材成本。前期試驗(yàn)表明，低溫環(huán)境下SSC栽培能夠有效提高根區(qū)溫度的穩(wěn)定性，增強(qiáng)根區(qū)溫度的緩沖能力，并能提高甜椒產(chǎn)量［11，12］。在此基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)以土壟覆膜栽培為對(duì)照，研究壟嵌和溝嵌基質(zhì)栽培覆膜或不覆膜四種栽培方式對(duì)甜椒幼苗生長的影響，比較各栽培方式實(shí)際的生產(chǎn)效果，為新型栽培方式的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在北京市順義區(qū)大孫各莊鎮(zhèn)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所試驗(yàn)基地的節(jié)能型日光溫室中進(jìn)行。試驗(yàn)地塊面積48 m2，距溫室南端2 m，離西側(cè)山墻4 m。日光溫室采用覆蓋保溫被方式維持夜間溫度，保溫被開閉時(shí)間分別為8:30和16:30。供試作物為甜椒，品種為海豐16號(hào)。采取穴盤育苗，兩葉一心時(shí)（2020年9月23日）定植。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用土壟栽培（SR）、起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培（SSC）、土壤溝嵌基質(zhì)栽培（SE）共三種栽培方式栽培甜椒。SSC的構(gòu)建：首先將特制的鐵絲網(wǎng)槽沿南北方向放置在平整的地面上，將打孔后的塑料薄膜放置在網(wǎng)槽內(nèi)，然后將草炭:蛭石:珍珠巖＝2:1:1（體積比）的三者均勻混合基質(zhì)倒入網(wǎng)槽內(nèi)，之后用土壤沿著鐵絲網(wǎng)槽起壟，最后栽培壟覆膜。SE的構(gòu)建與SSC相似，首先在地平面上挖溝（深度10 cm），然后將鐵絲網(wǎng)槽放置到溝內(nèi)，再放置塑料薄膜，再將草炭:蛭石:珍珠巖＝2:1:1（體積比）的三者均勻混合基質(zhì)倒入網(wǎng)槽內(nèi)，最后覆膜。

本試驗(yàn)以土壟栽培（SR）為對(duì)照，再設(shè)置4個(gè)處理，其中處理1為起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培（SSC）；處理2為不覆膜起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培（SSC－WF）；處理3為土壤溝嵌基質(zhì)栽培（SE）；處理4為不覆膜土壤溝嵌基質(zhì)栽培（SE－WF）。每處理重復(fù)3次。壟長均為3 m，每壟種植甜椒10株。各處理設(shè)施具體尺寸見表1。本試驗(yàn)采用全營養(yǎng)液滴灌施肥，苗期灌水施肥量為每天20 mL。

表1 覆膜條件下壟嵌與溝嵌基質(zhì)栽培設(shè)施規(guī)格

1.3 測定方法

整個(gè)生長季采用美國產(chǎn)CR1000數(shù)據(jù)采集器和T型熱電偶線采集根區(qū)土壤或基質(zhì)的溫度、室內(nèi)外氣溫。根區(qū)測點(diǎn)位于壟中心位置5 cm深處，室內(nèi)外氣溫測點(diǎn)位于試驗(yàn)小區(qū)上方2 m高處。測點(diǎn)置于防輻射罩內(nèi)，避免太陽直射。數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為10 min。選取苗期（10月10—14日、11月10—14日）連續(xù)5 d的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，取連續(xù)5 d平均值作為測定溫度，以減小天氣突變?cè)斐傻恼`差。根據(jù)覆蓋棉被時(shí)間將8:00—16:30定為白天，16:30至次日8:00定為夜間。

于定植40 d（11月1日）時(shí)采用游標(biāo)卡尺測定甜椒莖粗，用直尺測定株高，用SPAD葉綠素儀測定葉片葉綠素含量。每處理選取5株甜椒測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0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10月和11月室內(nèi)外氣溫變化

由圖1可知，2020年10、11月室內(nèi)外氣溫變化趨勢(shì)相同，且室內(nèi)氣溫滯后于室外氣溫的變化，說明室內(nèi)氣溫變化受外界氣溫的影響。10月10—14日5個(gè)晝夜中白天室內(nèi)氣溫平均為26.76℃，夜間室內(nèi)氣溫平均為20.86℃，室內(nèi)最高氣溫平均為30.47℃，最低氣溫平均18.87℃；白天室外氣溫平均為18.62℃，夜間室外氣溫平均為12.51℃，室外最高氣溫的平均值為21.73℃，最低氣溫的平均值8.40℃。

圖1 日光溫室室內(nèi)外氣溫變化

11月10—14日5個(gè)晝夜室內(nèi)氣溫平均值為20.81℃，室外氣溫平均值為8.00℃。5個(gè)晝夜中白天室內(nèi)氣溫平均為26.10℃，夜間室內(nèi)氣溫平均為17.82℃，室內(nèi)最高氣溫的平均值為32.55℃，最低氣溫平均15.84℃；白天室外氣溫平均為13.52℃，夜間室外氣溫平均為4.87℃，室外最高氣溫的平均值為17.39℃，最低氣溫的平均值－0.59℃。由此說明日光溫室具有一定的增溫作用。

2.2 日光溫室五種栽培方式甜椒根區(qū)平均溫度

由表2可知，10月10—14日連續(xù)5 d白天甜椒根區(qū)平均溫度以SSC處理最高，以SE－WF處理最低，表明SSC處理白天蓄溫能力較強(qiáng)，SEWF處理蓄溫能力較弱。夜間時(shí)段，SSC處理也能夠較好地維持根區(qū)溫度，SE－WF處理保溫能力也較差。相比于SR，盡管SSC、SSC－WF、SE處理對(duì)高溫的緩沖能力較弱，但卻能很好地抵御夜間低溫環(huán)境。5個(gè)晝夜中SR、SSC、SSC－WF、SE和SE－WF處理最低溫度平均值分別為24.23、24.65、24.33、24.49℃和23.53℃，其中覆膜的SSC、SE處理均比不覆膜的SSC－WF、SEWF處理的根區(qū)溫度有所提升，SE－WF處理的抗低溫能力較弱，SSC比SE處理抵抗低溫的能力要強(qiáng)。各處理最高溫與最低溫差值的平均值分別為5.31、5.94、5.52、5.30℃和5.64℃，即SSC＞SEWF＞SSC－WF＞SR＞SE，說明SSC處理的根區(qū)溫度波動(dòng)較大，SE處理波動(dòng)較小。

表2 不同處理10月10—14日甜椒根區(qū)平均溫度（℃）

由表3可知，11月10—14日5 d內(nèi)五種栽培方式甜椒根區(qū)溫度有一定差異。5個(gè)晝夜中SR、SSC、SSC－WF、SE和SE－WF處理夜間根區(qū)溫度平均值分別為22.76、23.32、21.78、22.96℃和21.34℃，即SSC＞SE＞SR＞SSC－WF＞SEWF，說明SSC、SE處理夜間保溫能力較強(qiáng)，SSCWF、SE－WF處理夜間保溫能力較弱，起壟栽培抵御低溫的能力也較強(qiáng)。各處理5 d的最低溫平均值分別為19.59、21.62、20.68、21.28℃和20.44℃，即SSC＞SE＞SSC－WF＞SE－WF＞SR，說明基質(zhì)栽培能夠較好地提高根區(qū)溫度。最高溫與最低溫差值的平均值分別為5.37、5.60、3.23、4.36℃和3.44℃，即SSC＞SR＞SE＞SEWF＞SSC－WF，說明SSC處理的根區(qū)溫度波動(dòng)較大，SSC－WF處理波動(dòng)較小。

表3 不同處理11月10—14日甜椒根區(qū)平均溫度（℃）

2.3 日光溫室五種栽培方式對(duì)甜椒形態(tài)及生理指標(biāo)的影響

由表4可知，相比SR，SSC、SSC－WF、SE處理均顯著提高甜椒幼苗株高，分別提高43.91%、43.48%和46.96%，這三種處理之間無顯著差異；SE－WF處理也促進(jìn)幼苗生長，但未達(dá)到顯著水平。相比SR，其它各處理均顯著提高甜椒莖粗，以SSC處理莖粗最高；相比SE－WF，SSC、SSC－WF、SE處理均顯著促進(jìn)莖粗生長，SSC與SSC－WF、SE與SSC－WF處理之間無顯著差異。SSC、SSC－WF處理莖粗顯著高于SE、SE－WF處理，說明壟嵌栽培要比溝嵌栽培更能促進(jìn)甜椒幼苗生長。從各處理SPAD值可以看出，壟嵌和溝嵌基質(zhì)栽培均比土壟栽培更能提高葉片葉綠素含量，尤以SSC處理數(shù)值最高，且顯著高于其它三種栽培方式。

表4 不同處理11月1日甜椒的株高、莖粗及SPAD值

由圖2可知，SSC、SSC－WF和SE處理的葉片繁茂，較SR（CK）均能夠提高甜椒幼苗的葉片數(shù)和冠層尺寸。

圖2 五種栽培方式移栽40 d后的甜椒幼苗冠層

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，日光溫室對(duì)室內(nèi)氣溫具有明顯的提升作用，當(dāng)室外環(huán)境不利于甜椒生長的情況下，室內(nèi)仍然能夠較好地提供甜椒生長所需的環(huán)境溫度，說明日光溫室在秋冬季具有較好的增溫效果。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，SSC、SE處理相比于未覆膜的SSC－WF、SE－WF處理均能夠有效提高根區(qū)溫度，且對(duì)于最低溫的提高作用大于最高溫，這與朱秋穎等［13］的研究結(jié)果一致，說明覆膜具有明顯的增溫作用。地膜覆蓋后隔絕土壤或基質(zhì)與外界環(huán)境的水分交換，抑制潛熱和顯熱交換，削弱膜下長波反輻射，使夜間溫度下降減緩，進(jìn)而提高根區(qū)溫度［14］。與SR相比，SSC、SE處理對(duì)于高溫的抵御能力較弱，但是抗低溫的能力較強(qiáng)。其主要原因?yàn)椋夯|(zhì)的組成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差［15］，溫度變化受外界氣溫影響較大，外界氣溫較高時(shí)基質(zhì)溫度上升較快，而良好的結(jié)構(gòu)特性使土壤對(duì)氣溫變化具有較好的緩沖性能，因此土壤溫度變化滯后于外界氣溫變化［16］；而在夜間低溫階段，由于基質(zhì)在白天能夠蓄積更多的熱量，又由于覆蓋地膜，使基質(zhì)內(nèi)熱量與外界交換減弱，進(jìn)而能提高夜間的根區(qū)溫度。

有研究表明，起壟能夠有效提高作物根區(qū)環(huán)境溫度［3］。本研究結(jié)果表明，無論是否覆膜，壟嵌基質(zhì)栽培的根區(qū)溫度均比土壤溝嵌基質(zhì)栽培有所提升，尤其是在白天蓄熱階段。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)榘滋煸鰷仉A段，起壟栽培能增加其受熱面積［13］，對(duì)根區(qū)接受太陽輻射有利。然而溝嵌基質(zhì)栽培的根區(qū)溫度穩(wěn)定性較好，雖然白天升溫較為遲緩，但夜間也能夠減緩熱量的散失，進(jìn)而維持了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的根區(qū)環(huán)境。

劉景霞等［17］研究表明，基質(zhì)栽培因其根區(qū)特性及水肥特點(diǎn)相對(duì)于土壤栽培能夠促進(jìn)作物的生長發(fā)育。本試驗(yàn)結(jié)果表明，相比于土壟栽培，壟嵌與溝嵌基質(zhì)栽培均顯著促進(jìn)甜椒幼苗生長。在水肥條件一致的前提下導(dǎo)致這種差異的原因可能是受根區(qū)溫度的影響，也可能是由于壟嵌與溝嵌基質(zhì)栽培底部封閉而使養(yǎng)分更為集中，而土壟栽培沒法將養(yǎng)分截留在根區(qū)，營養(yǎng)液中的養(yǎng)分會(huì)向更深土層淋溶，導(dǎo)致根區(qū)養(yǎng)分不足而弱化了生殖生長。唐永金等［18］研究表明，壟栽會(huì)影響甘薯的生長發(fā)育。本研究中，壟嵌基質(zhì)栽培對(duì)甜椒幼苗生長的促進(jìn)作用要優(yōu)于溝嵌基質(zhì)栽培，盡管兩者的株高無顯著差異，但莖粗和SPAD值指標(biāo)優(yōu)于溝嵌基質(zhì)栽培。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是起壟栽培具有改善田間小氣候，進(jìn)而促進(jìn)作物生長的作用［19－21］。

綜上所述，覆膜條件下壟嵌與溝嵌基質(zhì)栽培根區(qū)溫度均比不覆膜處理有所提升，且壟嵌基質(zhì)栽培的根區(qū)環(huán)境要優(yōu)于溝嵌基質(zhì)栽培，盡管其根區(qū)穩(wěn)定性相對(duì)較弱，但對(duì)于甜椒幼苗的生長影響不大。就甜椒幼苗生長指標(biāo)而言，以起壟內(nèi)嵌基質(zhì)栽培的幼苗生長最優(yōu)，故其在日光溫室的生產(chǎn)中具有更好的應(yīng)用前景。