潮汐灌溉营养液供应时间对番茄穴盘苗质量的影响

王 正武占会刘明池季延海刘海河*张彦萍

〔1河北工程大学农学院，河北邯郸 056038；2北京市农林科学院蔬菜研究中心，北京 100097；3农业部都市农业（北方）重点实验室，北京 100097〕

潮汐灌溉营养液供应时间对番茄穴盘苗质量的影响

王 正1武占会2，3刘明池2，3季延海2，3刘海河1*张彦萍1

〔1河北工程大学农学院，河北邯郸 056038；2北京市农林科学院蔬菜研究中心，北京 100097；3农业部都市农业（北方）重点实验室，北京 100097〕

以番茄品种硬粉8号为试材，选用草炭和蛭石混合基质，采用二元二次正交旋转组合设计，研究智能温室条件下潮汐灌溉营养液供液维持时间和间隔时间对番茄穴盘苗质量的影响。结果表明：穴盘苗长至五叶一心时，幼苗全株干质量和壮苗指数均随着供液维持时间的延长呈先增加后下降的趋势，随间隔时间的延长呈逐渐下降的趋势；供液维持时间8～18 min、间隔时间198～348 min，番茄穴盘苗质量达到理想状态，是本试验条件下最佳水肥供给方案。

潮汐灌溉；番茄；穴盘苗；供液时间；壮苗指数

潮汐灌溉系统起源于20世纪90年代设施栽培技术发达的荷兰，在生产中已得到广泛应用（刘铭 等，2010）。1994年Rigsby在美国申请了潮汐灌溉系统的专利（Rigsby，1994），此后人们对潮汐灌溉系统进行了优化设计，并且对潮汐灌溉技术在节水省肥和促进作物生长等方面进行了研究（Neal & Henley，1992；Poole & Conover，1992；James & van Iersel，2001）。该项技术最早应用于北美、欧洲等设施栽培技术发达的国家（周长吉，2005），在荷兰已成为温室花卉种植和蔬菜工厂化育苗的主要灌溉方式（辜松 等，2013）。我国的潮汐灌溉技术起步较晚，在设备设计、灌水指标和节水省肥等方面研究较多（张黎和王勇，2011；张晓文 等，2011）。包长征等（2010）、李建设等（2010a，2010b）对潮汐灌溉条件下蔬菜育苗进行了研究，结果表明，与传统灌溉相比，潮汐灌溉节水率达到40%；同时与上部喷水的灌溉方式相比，潮汐灌溉条件下黄瓜、辣椒和西葫芦幼苗的生长势和光合作用均最强，达到壮苗标准的幼苗数量也最多。潮汐灌溉底部供液，具有基质水肥供给均匀、快速；幼苗地上部保持干燥，降低病虫害发生；节省劳动力和生产成本，而且供液效率高等优点（赵颖雷和任莉，2013），从而解决了传统育苗每株秧苗之间水肥环境独立、出苗不整齐、长势不一致等问题。目前国内潮汐灌溉技术研究还处于起步阶段，系统设备和供液精确程度还有待于完善和提高。采用电子控制设备，提高灌溉效率和供液精确程度，保证育苗质量，是未来穴盘育苗发展的必然趋势。

正交旋转试验设计是一种研究多因素多水平的设计方法，根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，可以简化试验处理，是一种高效、快速、经济的试验设计方法。本试验借鉴前人研究经验，采用二元二次正交旋转组合设计，研究智能日光温室条件下潮汐灌溉营养液供液维持时间和间隔时间对番茄穴盘苗质量的影响，从而更加精确研究番茄苗期水肥需求规律，以最低成本、最佳的供液方式保证最优的育苗质量，为蔬菜育苗提供可靠的技术和方法，促进温室蔬菜生产的可持续稳定发展，为实现温室番茄育苗的优质高效生产提供科学的水肥供应方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2014年12月在北京市农林科学院蔬菜研究中心智能温室内进行，供试番茄品种为国家蔬菜工程技术研究中心选育的硬粉8号。

1.2 试验方法

选用72孔育苗盘，基质为草炭∶蛭石（体积比）为2∶1的混合基质，营养液采用北京市农林科学院番茄专用配方〔NH4+（N）含量为0.25 mmol·L-1，NO3-（N）含量为7.00 mmol·L-1，K含量为 6.00 mmol·L-1，Ca含量为 3.00 mmol·L-1，Mg含量为1.00 mmol·L-1，S含量为3.25 mmol·L-1），微量元素采用通用配方。试验设供液维持时间（x1）、间隔时间（x2）2个因子各5个水平（表1），采用二元二次正交旋转组合设计，设置16个处理（表2），每处理1个穴盘，5次重复。

表1 试验因子编码及水平设置

表2 二元二次正交旋转组合设计方案

每天8：00～18：00为有效循环供给营养液时间，其他时间段不作为循环供给营养液时间计算，整个过程由计时器操控。从2014年12月5日、幼苗第1片真叶展开开始进行处理，一叶一心期开始测定生长指标，包括幼苗株高、茎粗、叶片数，每处理定株10株进行测量；并随机抽取10株，分别测其地上部、地下部干、鲜质量。每隔5 d测定1次，至幼苗五叶一心期试验结束。

株高用皮尺测量基质表面到植株生长点的高度；茎粗用游标卡尺测量植株第1节位上部；鲜质量用千分之一天平称量；然后在通风干燥箱105 ℃下杀青30 min，75 ℃烘至恒质量，再用千分之一天平称量干质量。

壮苗指数=（茎粗/株高+根干质量/地上部干质量）×全株干质量

1.3 数据处理

试验数据采用DPS 7.05软件及Excel 2007软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 供液维持时间和间隔时间对番茄幼苗干质量的影响

番茄幼苗五叶一心期，根据全株干质量观测值（表3），以全株干质量（y）为因变量，营养液供液维持时间（x1）和间隔时间（x2）为自变量，由DPS软件求得番茄幼苗全株干质量与各因素的回归方程：

对回归模拟方程进行方差分析，由表4得相关系数R=0.811 8（P0.01=0.712），相关性达到极显著水平，说明模型能够反映本试验条件下潮汐灌溉番茄幼苗全株干质量与营养液供液维持时间和间隔时间之间的关系。由方程（1）可知，x1和x2二次项系数均为负值，说明过长的供液维持时间和间隔时间均不利于番茄幼苗干物质的积累；x1x2交互项系数为正值，说明两因素为正交互效应。

表3 番茄幼苗干质量和壮苗指数观测值

表4 番茄幼苗干质量回归方程方差分析

根据方程（1），利用Excel 2007软件，分别以编码值x1（维持时间）和x2（间隔时间）为x、y坐标，以番茄幼苗全株干质量为z坐标，作出供液维持时间和间隔时间对番茄幼苗全株干质量的综合效应图（图1），呈开口向下的凸面体。

图1 供液维持时间和间隔时间对番茄幼苗全株干质量的综合影响

图2 供液维持时间或间隔时间单因素对番茄幼苗全株干质量的影响

对方程（1）进行降维处理，得到供液维持时间或间隔时间单因素对番茄幼苗全株干质量的子模型及效应图（图2）。由图2可知，至五叶一心期，番茄幼苗全株干质量随供液维持时间延长呈先增加后下降趋势，在编码值为0.5附近取得最大值，维持时间缩短或延长都不利于番茄幼苗干物质的积累；番茄幼苗全株干质量随间隔时间延长呈逐渐下降趋势，较短的间隔时间有利于番茄幼苗干质量的增加。由此可以解释处理7（供液维持15.5 min，间隔120.0 min）单株平均干质量最大是因为供液维持时间适宜，有利于干物质积累，且另一个影响因子间隔时间最小；处理8（供液维持15.5 min，间隔600.0 min）虽然维持时间适宜，但平均单株干质量最小，主要是因为过长的间隔时间不利于其干物质积累。

根据方程（1）对番茄幼苗全株干质量模型进行模拟寻优，在置信区间95%水平下，取幼苗平均干质量的125%值作为目标值，进行模拟寻优供液维持时间和间隔时间配比方案，得出6套方案，其相应的供液维持时间为8～22 min，间隔时间为198～348 min（表5）。

表5 x1、x2取值频率分布及优化配比方案统计

2.2 供液维持时间和间隔时间对番茄幼苗壮苗指数的影响

根据番茄幼苗壮苗指数观测值（表3），以壮苗指数（y）为因变量，营养液供液维持时间（x1）和间隔时间（x2）为自变量，由DPS软件求得番茄幼苗壮苗指数与各因素的回归方程：

对回归模拟方程进行方差分析，由表6得相关系数R=0.772 4（P0.01=0.712），相关性达到极显著水平，说明模型能够反映本试验条件下潮汐灌溉番茄幼苗壮苗指数与营养液供液维持时间和间隔时间之间的关系。由方程（2）可知，x1和x2二次项系数均为负值，说明过长的供液维持时间和间隔时间均不利于壮苗的形成，x1x2交互项系数为正值，说明两因素为正交互效应。

表6 番茄幼苗壮苗指数回归方程方差分析

同样采用Excel 2007软件作出供液维持时间和间隔时间对番茄幼苗壮苗指数的综合效应图（图3），呈开口向下的凸面体。

对方程（2）进行降维处理，得到供液维持时间或间隔时间单因素对番茄幼苗壮苗指数的子模型及效应图（图4），壮苗指数随供液维持时间延长呈先增加后下降趋势，在编码值为0附近取得最大值；随间隔时间延长呈逐渐下降趋势。此结果与全株干质量基本一致。

图3 供液维持时间和间隔时间对番茄幼苗壮苗指数的综合影响

图4 供液维持时间或间编隔码时值间单因素对番茄幼苗壮苗指数的影响

根据方程（2）对番茄幼苗壮苗指数模型进行模拟寻优，在置信区间95%水平下，取幼苗壮苗指数的125%值作为目标值，进行模拟寻优供液维持时间和间隔时间配比方案，得出3套方案，其相应的供液维持时间为5～18 min，间隔时间为192～414 min（表7）。

表7 x1、x2取值频率分布及最优化配比方案统计

3 结论与讨论

番茄温室栽培技术中，水肥条件控制最为关键，目前的研究主要集中在开花结果期对水肥的需求规律。Yuan等（2001）对滴灌条件下日光温室番茄生育期的耗水规律进行了研究，结果表明一定时间内实际累计灌水量、日光温室内的累计水分蒸发量和作物累计需水量存在正相关性；徐淑贞等（2000）研究得出，温室早春栽培番茄需水高峰出现在结果盛期；诸葛玉平和张玉（2005）在对保护地番茄栽培渗灌灌水指标的研究中得出每次灌水量0.93 m3·hm-2左右时，水分生产效率和番茄的产量均较高。但关于番茄苗期水肥供应对壮苗质量的影响还鲜见报道。有研究表明，亏缺灌溉可增加植株的干物质积累，促进根系生长，但严重亏缺灌溉可明显影响植株上部果实的生长和干物质积累（齐红岩和李天来，2004）。

在本试验条件下，潮汐灌溉营养液供液维持时间和间隔时间对番茄幼苗全株干质量的影响比较明显。随着供液维持时间的延长，幼苗全株干质量呈先增加后下降趋势，这与齐红岩和李天来（2004）的研究结果一致。供液维持时间过短，基质水肥吸收不充分；过长则基质水肥饱和，影响植株根系呼吸和吸收矿质元素，从而影响幼苗干质量的累积。随间隔时间延长，基质水肥蒸发、根系水分亏缺，影响植株正常生长。供液维持时间和间隔时间对幼苗壮苗指数的影响与全株干质量趋势一致，再次证明了根干质量和地上部干质量对壮苗指数具有决定性的正向直接作用，植株干质量与壮苗指数的关联度最大（韩素芹和王秀峰，2004）。

任何生育阶段发生水分亏缺均会降低番茄叶片光合速率及气孔开度，进而影响干物质的累积和运转，但不同时期水分亏缺的影响形式及程度有所不同，苗期水分亏缺会抑制番茄植株的正常生长（刘浩和段爱旺，2010），适当增加苗期灌水量不会引起秧苗徒长（韩建平，2011）。本试验再次证实植株苗期水分亏缺不利于壮苗形成，营养液供液维持时间过短和间隔时间过长均可导致育苗基质水分降低，甚至亏缺，从而对植株地上部蒸腾作用及地下部根系活力造成影响；适当延长供液维持时间有利于幼苗生长。本试验条件下，供液维持时间8～18 min、间隔时间198～348 min，为番茄幼苗生长和干物质累积最佳状态。然而，影响幼苗生长的因素较多，基质的理化性状、叶片中叶绿素含量和根系活力等生理指标也对幼苗生长质量发挥重要作用，育苗阶段供液时间对栽培基质和植株体内生理指标的影响还有待于进一步研究，从而更全面系统地为番茄育苗提供更完善的供液方案。

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Abstract：Taking tomato variety‘Yingfen No.8’as test material，this paper used peat and vermiculite as mixed matrix to study in tidal irrigation and under intelligent greenhouse condition the effects of nutrient supplying maintaining time and interval time on quality of tomato seedlings raised on trays with central composite rotatable designs of 2 factors．The results showed when tomato grew 5 leaves and 1 heart，with the increase of nutrient supplying time，the seedling dry matter and strong seedling index showed first increasing then declining trend．While along with the interval time extension of nutrient supplying，the seedling dry matter and strong seedling index showed a declining tendency．The optimal nutrient supplying scheme is in 8-18 min of maintaining time and 198-348 min of interval time．Thus the seedling quality could achieve an ideal situation．We believe under the experiment condition，this solution is the best water and fertilizer supplying scheme．

Effects of Nutrient Supplying Time on Quality of Tomato Cell Seedling in Tidal Irrigation

WANG Zheng1，WU Zhan-hui2，3，LIU Ming-chi2，3，JI Yan-hai2，3，LIU Hai-he1*，ZHANG Yan-ping1
〔1College of Agronomy，Hebei Engineering University，Handan 056038，Hebei，China；2Vegetable Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing 100097，China；3Key Laboratory of Urban Agriculture（North），Ministry of Agriculture，Beijing 100097，China〕

Tidal irrigation；Tomato；Plug seedling；Time for nutrient supplying；Strong seedling index

王正，男，硕士研究生，专业方向：设施蔬菜无土栽培，E-mail：wangzhezhengqi@163.com

*通讯作者（Corresponding author）：刘海河，男，教授，硕士生导师，专业方向：蔬菜栽培生理，E-mail：yylhh@hebau.edu.com

2015-04-06；接受日期：2015-05-11

农业部公益性行业科研专项（201303014-03），国家科技支撑计划项目（2014BAD05B05-04），北京市农林科学院设施蔬菜无土栽培科技创新团队建设项目（2013-2015），北京市农林科学院科技创新基金项目（CXJJ201306），国家大宗蔬菜产业技术体系项目（CARS-25-G-01）