不同基质分层处理对日光温室袋培番茄生长和产量的影响

2021-01-30张金伟刘津冀徐继彤富宏丹孟思达孙周平

沈阳农业大学学报 2020年6期

张金伟，刘杰，刘津冀，徐继彤，富宏丹，孟思达，孙周平

（沈阳农业大学园艺学院/北方园艺设施设计与应用技术国家地方联合工程研究中心/设施园艺省部共建教育部重点实验室，沈阳110161）

基质栽培是无土栽培的主要形式。以荷兰为代表的发达国家在大型连体智能温室，采用岩棉、耶糠等基质材料通过基质袋式栽培取得了番茄年平均70kg·m-2的世界高产纪录[1-2]。其中，岩棉和椰糠等单一基质容重、大小孔隙比适宜且稳定，能够较好地协调根际水气矛盾，已经成为当前应用效果最好地无土栽培基质[3-4]。针对我国设施园艺较低的发展水平，以低成本和资源节约为目标，20 世纪90 年代中国农业科学院蔬菜花卉研究所成功研发出有机生态型无土栽培模式，推动了我国以秸秆[3-5]、菇渣[6]、中药渣[7]、畜禽粪肥[8]、稻壳[9]、玉米芯[10]、沼渣[11]、炉灰渣[12]等农林废弃物为主要原料的有机基质无土栽培的研究和应用，成为适宜我国国情的无土栽培主要形式。在我国，有机栽培基质多为3～5 种基质组成的复合基质，原料种类多样，稳定性较差，在植株生长过程中常常出现中下部基质通气不良的问题[13-14]。赵青松等[15]利用醋糟基质栽培黄瓜时发现，随着栽培时间的延长基质容重不断增加，基质通气性降低，黄瓜产量下降。因此，解决基质内部的通气问题是促进植株旺盛生长和获得更高产量的关键因素[16]。目前，解决基质栽培生产过程中通气不善的方法主要分为两种：第一种是通过调节基质粒径、孔隙度等物理指标达到提高根际通气性的目的[17-18]。第二种是通过对栽培基质进行曝气或增设氧气发生器来达到提高根际通气性的目的[19-20]。以上两种方法均可以有效的缓解根系通气不畅的问题，但通过增设氧气发生器和曝气的方法改善根际环境成本较高；通过单一调节基质粒径来提高空气含量时基质保水保肥能力会有所降低。因此，既想要改善基质内部的通气状态又有较好地保水保肥能力仍是基质配方研究需要努力的方向。本试验以基质配方的孔隙度为出发点，选取两种不同孔隙度的番茄基质配方为试验材料，研究不同孔隙度的基质配方分层处理对于基质袋培番茄生长和果实产量的影响，以期通过基质分层的手段来改善复合有机基质内部通气不善的问题，为设施番茄高产优质栽培提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验于2018 年2～7 月在沈阳农业大学园艺科研基地日光温室进行。供试番茄(Solanum lycopersicum)品种为美圣。供试基质配方为牛粪基质配方（牛粪∶草炭=4∶1）和中药渣基质配方（中药渣∶草炭=4∶1），供试基质原料与基质配方基础理化性质见表1。试验所用大量元素水溶肥黄博1 号氮磷钾养分比例为22:12:16，大量元素水溶肥黄博2 号氮磷钾养分比例为19∶6∶25。

表1 基质原料和基质配方初始理化性质Table 1 Initial physical and chemical properties of matrix materials and matrix formulations

1.2 方法

试验共设4 个配方处理：处理1（C 处理）为单一使用牛粪基质配方；处理2（D 处理）为单一使用中药渣基质配方；处理3（CD 处理）为基质袋上层牛粪基质配方，下层中药渣基质配方；处理4（DC 处理）为基质袋上层中药渣基质配方，下层牛粪基质配方。其中，基质分层处理（处理CD 和处理DC）上下层基质体积各占50%。试验采用基质袋培方式，基质袋材料为黑白膜，尺寸为50cm×20cm×10cm，基质容量约为5 L，每个基质袋定植1 株番茄苗。每个处理共60 株番茄，分3 行排列。 2018 年2 月6 日，选择3 叶1 心长势一致的壮苗进行定植，单杆整枝，吊蔓栽培。5 月20 日掐尖，留3 穗果，6 月15 日拉秧。试验采用滴箭式全自动灌溉施肥系统，定植15d 后，各处理番茄苗追施平衡肥，每株每7d 施3g；当番茄果实开始膨大时追施高钾肥，每株每5d 施3g，拉秧前20d停止施肥。

1.3 取样与分析方法

1.3.1 基质理化性质测定定植80d 时测定基质物理性质，包括容重和孔隙度（土壤三相测定仪）；在进行基质理化性质测定时，由双层基质配方组成的CD 和DC 处理需要分别测定上下层基质配方的理化性质。 CDS 代表CD 处理位于基质袋上层的牛粪基质配方；CDX 代表CD 处理位于基质袋下层的中药渣基质配方；DCS 代表DC 处理为于基质袋上层的中药渣基质配方；DCX 代表DC 处理位于基质袋下层的牛粪基质配方。

1.3.2 植株生长与生理指标测定定植后30，50，70d 时分别测定植株形态指标，包括株高（茎基部到生长点之间的距离）、茎粗（生长点以下第4～5 片完全叶间茎杆的直径）和叶面积。定植80d 时测定植株干重、植株根系活力（TTC 法）、根系总长度、根系体积和根尖数（中晶双光源扫描仪）。在果实成熟后进行产量的测定，分别计算小区总产量和平均单果重。

1.4 数据处理方法

试验所得数据结果采用Excel 2016 进行分析和作图，采用SPSS 软件进行方差分析，采用Duncan 新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 基质分层处理对袋培基质物理性质的影响

容重能反映基质的紧实程度[21]。由表2 可知，定植80d 时，由牛粪基质配方构成的处理或基质层（处理C、CDS 和DCX）容重均显著高于由中药渣基质配方构成的处理或基质层（D、CDX 和DCS），其中，处理C 容重显著性高于CDS，与DCX 无显著性差异，处理D、CDX 和DCS 间无显著差异。总孔隙度能反应基质的孔隙含量，可以反映基质的通气状况[22]。处理C、CDS 和DCX 总孔隙度显著低于处理D、CDX 和DCS，其中处理D 总孔隙度显著性高于CDX，与DCS 无显著性差异，处理C、CDS和DCX 间无显著性差异。由此可见，由牛粪配方构成的处理或基质层通气性均较差于由中药渣构成的处理或基质层。在CD 处理中，基质袋下层的基质配方（CDX）比基质袋上层的基质配方（CDS）有更好的通气效果。

2.2 基质分层处理对袋培番茄植株地上生长的影响

2.2.1 基质分层处理对番茄株高的影响由图1 可知，定植30d 时，处理D 和处理CD 株高显著高于处理C；定植50d 时，处理CD 和处理DC 株高显著性高于处理C，其中，在定植30～50d，处理D、处理CD 和处理DC株高均没有显著性差异；定植70d 时，各处理株高均无显著性差异。

2.2.2 基质分层处理对番茄茎粗的影响由图2 可知，定植30d 时，处理C 和处理CD 茎粗显著性高于处理DC，其他处理间无显著性差异；定植50d 时，处理C 茎粗值最高，为0.914cm，处理DC 茎粗值最低，为0.821cm，但4 个处理茎粗不呈现显著性差异；定植70d 时，处理D 和处理CD 茎粗显著性高于处理DC，其他处理不存在显著性差异。

2.2.3 基质分层处理对番茄植株叶面积的影响由图3 可知，定植30d 时，处理D 的叶面积值最大，为32.32cm2，显著高于其他处理，其他各处理不存在显著性差异。定植50d 时，4 个处理叶面积均不存在显著性差异，其中，处理C 的叶面积最大，为49.24cm2，处理DC 叶面积值最小，为39.99cm2；定植70d 时，处理DC 的叶面积显著性高于处理C 和处理CD，其他处理间不存在显著性差异。

2.3 基质分层处理对袋培番茄植株地下生长的影响

2.3.1 基质分层处理对番茄根体积的影响由图4 可知，处理C 根系发育最小，根毛稀疏；处理D 根系发育最大，根毛生长最为旺盛；分层处理CD 根系大小适中，根毛旺盛且根毛长度适宜；分层处理DC 根系发育较小，根毛生长较粗但根毛总量较少。根系是作物吸收水分、养分和其他溶质溶液的重要器官，其分布特征和发育情况与作物地上部生长性状和产量密切相关[23-24]。根体积的大小与根系吸收面积直接相关，直接影响根系的吸收能力[25]。由图5 可知，处理D 的根系体积最大，为539.32cm3，显著高于其他处理，处理CD 根系体积显著性大于处理C 和处理CD，其中，处理C 和处理CD 无显著性差异。

2.3.2 基质分层处理对于番茄根尖数的影响由图6 可知，处理D 的根尖数最多，为2011 个，处理DC 的根尖数最少，为932 个。处理D 与处理CD 不存在显著性差异，但根尖数均显著性高于处理C 和处理DC。植株根尖的生长状态与植株根系的整个发育程度存在正相关[26]，由此可知，处理D 在4 个处理中根系的发育最大且CD处理的根系发育情况优于处理C 和处理DC。

表2 基质分层处理对袋培基质物理性质的影响Table 2 Effects of matrix stratification treatments on physical properties of bag culture matrix

图1 基质分层处理对番茄植株株高的影响Figure 1 Effects of matrix stratification treatments on plant height of tomato

图2 基质分层处理对番茄植株茎粗的影响Figure 2 Effects of matrix stratification treatments on stem thickness of tomato plant

图3 基质分层处理对番茄植株叶面积的影响Figure 3 Effects of matrix stratification treatments on leaf area of tomato plants

图4 定植80d 时不同基质分层处理袋培番茄根系扫描成像图Figure 4 Tomato root scanning imaging images of different matrix stratification treatments after planted 80d of tomato

2.3.3 基质分层处理对于番茄植株根系活力的影响根系活力的强弱是根系吸收、合成能力的表现，可以反应植株根系的生活状态[27]。基质的通气状况和植株的生长状态是影响根系活力的关键因素。由图7 可知，CD 处理的根系活力值最高，为264.78μg·g-1·h-1，与处理D 不存在显著性差异，显著性高于处理C 和处理DC。其中，处理CD 比处理C、处理D 和处理DC 根系活力分别提高35.6%、8.5%和95.8%。

图5 基质分层处理对番茄植株根系体积的影响Figure 5 Effects of matrix stratification treatments on root volume of tomato plants

图6 基质分层处理对番茄植株根尖数的影响Figure 6 Effects of matrix stratification treatments on root tips of tomato plants

2.4 基质分层处理对袋培番茄植株生物量的影响

由表3 可知，在定植80d 时，CD 处理地上部干物质的量最高为59.53g，与处理D 和处理DC 无显著性差异，显著性高于处理C；处理D 根干重最大，与处理CD无显著性差异，显著性高于处理C 和处理DC，处理CD根干重显著性高于处理C，与处理DC 无显著性差异；总生物量反映了各处理植株地上部和地下部植株整体干物质积累情况[28]。处理D、处理CD 和处理DC 总生物量无显著性差异，处理CD 显著性高于处理C；处理CD 根冠比值最高，为0.15，与处理DC 无显著性差异，显著性高于处理C 和处理D。

2.5 基质分层处理对袋培番茄果实产量的影响

由表4 可知，处理CD 的平均单果重和小区产量最高，分别为0.26kg 和63.68kg。处理CD 与处理D 平均单果重没有显著性差异，其中，处理CD 显著性高于处理C 和处理DC；分层处理CD 与单一使用牛粪基质配方的处理C 相比，小区产量增加17.1%，与单一使用中药渣基质配方的处理D 相比，小区产量增加7.7%，与分层处理DC 相比，小区产量增加了21.9%。由此可见，基质袋上层采用牛粪基质配方，基质袋下层采用中药渣基质配方的处理CD 能够促进产量提升。

图7 基质分层处理对袋培番茄植株根系活力的影响Figure 7 Effect of matrix stratification treatments on root activity of tomato plants

表3 基质分层处理对袋培番茄盛果期生物量和根冠比的影响Table 3 Effects of matrix stratification treatments on biomass and root-cap ratios of tomato at fruiting stage

3 讨论与结论

栽培基质的通气性直接影响着基质内部水分和养分的含量，也直接影响植株根系的生长，是衡量基质优劣最重要的理化指标之一。基质孔隙度过大，容易造成基质养分和水分的流失；总孔隙度过小，会降低基质的通气能力，植物根系的伸展会受到限制，容易老化，不利于水分和养分的吸收[29-30]。熊静[16]研究发现，基质袋式栽培的应用中常常出现基质中下通气不良的情况，制约果实产量。产生上述现象的原因主要在于两方面：一方面是在灌溉过程中水分受到重力的影响会向基质袋下层移动，水分大多聚集在基质袋的中下部，因而挤占空气体积，从而造成基质中下部通气不良；另一方面是基质袋底部与地面塑料膜接触，通气性差，因而造成了基质底部通气性差[6]。根系是作物吸收水分、养分和其他溶质溶液的重要器官，发达的须根可以促进植株养分和水分的吸收。许多研究表明，不同基质分层的方法可以促进根系的生长发育。田田等[31]利用塑料材料和蛭石进行分层处理，在进行马铃薯微型薯瓶苗移栽和剪枝扦插试试验发现，采用两种不同理化性质的基质分层栽培，可促进马铃薯生根和匍匐茎生长，还可对提高基质的利用率；张明等[32]利用沙土和腐殖土进行基质分层处理培养黄花棘豆种苗，发现基质分层处理比单一基质处理更利于植株生长，上层的沙土有较好的透气性，利于根的呼吸和伸长，幼根不易腐烂，同时下层有机土也为后期生根提供了较好的营养基础，种苗生长更加旺盛。

本试验中，CD 处理基质袋上层采用总孔隙度73.95%的牛粪基质配方，基质袋下层采用总孔隙度83%的中药渣基质配方，在根系活力方面，CD 处理比其余处理提高8.5%～95.8%；在小区产量方面比其余处理提高7.7%～21.9%。这主要与CD 处理上层总孔隙度73.95%的牛粪基质配方能够更好地保水保肥以及下层总孔隙度83%的中药渣基质能够更好的通气有关。因此，在未来可以将基质配方分层作为提高基质通气性能，提升果实产量的手段之一。