覆膜对日光温室垄嵌及沟嵌基质栽培根区温度和甜椒幼苗生长的影响

李宝石，李浩，王奇，刘文科，邵明杰，周成波

（1.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所／农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081；2.河北农业大学机电工程学院，河北 保定 071001）

在北方日光温室蔬菜生产中，起垄覆膜栽培是一种常见的栽培方式，有利于保水保墒、加厚活土层，增强土壤蓄水、保肥和抗旱能力［1］。起垄具有节水增产等优势，且起垄后增加田间通风透光和光辐射面积，有利于提高植株叶片的光合速率［2］。起垄栽培还能够有效提高作物根区温度，有利于作物根系抵御低温危害，这一特点对冬季日光温室蔬菜栽培极为有利［3］。覆盖地膜则通过改变土壤能量平衡来改变作物小气候［4，5］。Díaz-Pérez［6］研究表明，覆盖地膜有利于提高根区温度、促进花椰菜生长和产量提高。

近年来，随着无土栽培技术的发展，基质栽培研究受到广泛关注。然而大部分无土基质由于高有机质含量和低堆密度导致较低的表观热容量，以及高导热率等物理特性［7］，致使根区温度环境稳定性差，不利于抵抗冬季低温胁迫［8］。Gonzalez-Fuentes等［9］研究表明，根区温度波动大对草莓植株生长和叶面积有负面影响。针对上述问题，本研究提出一种新型栽培方式——起垄内嵌式基质栽培（soil-ridged substrate-embedded cultivation，SSC），即将基质嵌入到土垄中进行栽培［10］。SSC新型栽培方法将土壤栽培与无土栽培结合，不但可充分发挥无土栽培的高产高效优势，还可充分利用土垄的蓄热保温性能，且不同于传统的地上筑槽基质栽培，操作方便，节省建材成本。前期试验表明，低温环境下SSC栽培能够有效提高根区温度的稳定性，增强根区温度的缓冲能力，并能提高甜椒产量［11，12］。在此基础上，本试验以土垄覆膜栽培为对照，研究垄嵌和沟嵌基质栽培覆膜或不覆膜四种栽培方式对甜椒幼苗生长的影响，比较各栽培方式实际的生产效果，为新型栽培方式的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在北京市顺义区大孙各庄镇中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所试验基地的节能型日光温室中进行。试验地块面积48 m2，距温室南端2 m，离西侧山墙4 m。日光温室采用覆盖保温被方式维持夜间温度，保温被开闭时间分别为8:30和16:30。供试作物为甜椒，品种为海丰16号。采取穴盘育苗，两叶一心时（2020年9月23日）定植。

1.2 试验设计

采用土垄栽培（SR）、起垄内嵌基质栽培（SSC）、土壤沟嵌基质栽培（SE）共三种栽培方式栽培甜椒。SSC的构建：首先将特制的铁丝网槽沿南北方向放置在平整的地面上，将打孔后的塑料薄膜放置在网槽内，然后将草炭:蛭石:珍珠岩＝2:1:1（体积比）的三者均匀混合基质倒入网槽内，之后用土壤沿着铁丝网槽起垄，最后栽培垄覆膜。SE的构建与SSC相似，首先在地平面上挖沟（深度10 cm），然后将铁丝网槽放置到沟内，再放置塑料薄膜，再将草炭:蛭石:珍珠岩＝2:1:1（体积比）的三者均匀混合基质倒入网槽内，最后覆膜。

本试验以土垄栽培（SR）为对照，再设置4个处理，其中处理1为起垄内嵌基质栽培（SSC）；处理2为不覆膜起垄内嵌基质栽培（SSC－WF）；处理3为土壤沟嵌基质栽培（SE）；处理4为不覆膜土壤沟嵌基质栽培（SE－WF）。每处理重复3次。垄长均为3 m，每垄种植甜椒10株。各处理设施具体尺寸见表1。本试验采用全营养液滴灌施肥，苗期灌水施肥量为每天20 mL。

表1 覆膜条件下垄嵌与沟嵌基质栽培设施规格

1.3 测定方法

整个生长季采用美国产CR1000数据采集器和T型热电偶线采集根区土壤或基质的温度、室内外气温。根区测点位于垄中心位置5 cm深处，室内外气温测点位于试验小区上方2 m高处。测点置于防辐射罩内，避免太阳直射。数据采集时间间隔为10 min。选取苗期（10月10—14日、11月10—14日）连续5 d的数据进行分析，取连续5 d平均值作为测定温度，以减小天气突变造成的误差。根据覆盖棉被时间将8:00—16:30定为白天，16:30至次日8:00定为夜间。

于定植40 d（11月1日）时采用游标卡尺测定甜椒茎粗，用直尺测定株高，用SPAD叶绿素仪测定叶片叶绿素含量。每处理选取5株甜椒测定。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0进行数据分析和作图。

2 结果与分析

2.1 日光温室10月和11月室内外气温变化

由图1可知，2020年10、11月室内外气温变化趋势相同，且室内气温滞后于室外气温的变化，说明室内气温变化受外界气温的影响。10月10—14日5个昼夜中白天室内气温平均为26.76℃，夜间室内气温平均为20.86℃，室内最高气温平均为30.47℃，最低气温平均18.87℃；白天室外气温平均为18.62℃，夜间室外气温平均为12.51℃，室外最高气温的平均值为21.73℃，最低气温的平均值8.40℃。

图1 日光温室室内外气温变化

11月10—14日5个昼夜室内气温平均值为20.81℃，室外气温平均值为8.00℃。5个昼夜中白天室内气温平均为26.10℃，夜间室内气温平均为17.82℃，室内最高气温的平均值为32.55℃，最低气温平均15.84℃；白天室外气温平均为13.52℃，夜间室外气温平均为4.87℃，室外最高气温的平均值为17.39℃，最低气温的平均值－0.59℃。由此说明日光温室具有一定的增温作用。

2.2 日光温室五种栽培方式甜椒根区平均温度

由表2可知，10月10—14日连续5 d白天甜椒根区平均温度以SSC处理最高，以SE－WF处理最低，表明SSC处理白天蓄温能力较强，SEWF处理蓄温能力较弱。夜间时段，SSC处理也能够较好地维持根区温度，SE－WF处理保温能力也较差。相比于SR，尽管SSC、SSC－WF、SE处理对高温的缓冲能力较弱，但却能很好地抵御夜间低温环境。5个昼夜中SR、SSC、SSC－WF、SE和SE－WF处理最低温度平均值分别为24.23、24.65、24.33、24.49℃和23.53℃，其中覆膜的SSC、SE处理均比不覆膜的SSC－WF、SEWF处理的根区温度有所提升，SE－WF处理的抗低温能力较弱，SSC比SE处理抵抗低温的能力要强。各处理最高温与最低温差值的平均值分别为5.31、5.94、5.52、5.30℃和5.64℃，即SSC＞SEWF＞SSC－WF＞SR＞SE，说明SSC处理的根区温度波动较大，SE处理波动较小。

表2 不同处理10月10—14日甜椒根区平均温度（℃）

由表3可知，11月10—14日5 d内五种栽培方式甜椒根区温度有一定差异。5个昼夜中SR、SSC、SSC－WF、SE和SE－WF处理夜间根区温度平均值分别为22.76、23.32、21.78、22.96℃和21.34℃，即SSC＞SE＞SR＞SSC－WF＞SEWF，说明SSC、SE处理夜间保温能力较强，SSCWF、SE－WF处理夜间保温能力较弱，起垄栽培抵御低温的能力也较强。各处理5 d的最低温平均值分别为19.59、21.62、20.68、21.28℃和20.44℃，即SSC＞SE＞SSC－WF＞SE－WF＞SR，说明基质栽培能够较好地提高根区温度。最高温与最低温差值的平均值分别为5.37、5.60、3.23、4.36℃和3.44℃，即SSC＞SR＞SE＞SEWF＞SSC－WF，说明SSC处理的根区温度波动较大，SSC－WF处理波动较小。

表3 不同处理11月10—14日甜椒根区平均温度（℃）

2.3 日光温室五种栽培方式对甜椒形态及生理指标的影响

由表4可知，相比SR，SSC、SSC－WF、SE处理均显著提高甜椒幼苗株高，分别提高43.91%、43.48%和46.96%，这三种处理之间无显著差异；SE－WF处理也促进幼苗生长，但未达到显著水平。相比SR，其它各处理均显著提高甜椒茎粗，以SSC处理茎粗最高；相比SE－WF，SSC、SSC－WF、SE处理均显著促进茎粗生长，SSC与SSC－WF、SE与SSC－WF处理之间无显著差异。SSC、SSC－WF处理茎粗显著高于SE、SE－WF处理，说明垄嵌栽培要比沟嵌栽培更能促进甜椒幼苗生长。从各处理SPAD值可以看出，垄嵌和沟嵌基质栽培均比土垄栽培更能提高叶片叶绿素含量，尤以SSC处理数值最高，且显著高于其它三种栽培方式。

表4 不同处理11月1日甜椒的株高、茎粗及SPAD值

由图2可知，SSC、SSC－WF和SE处理的叶片繁茂，较SR（CK）均能够提高甜椒幼苗的叶片数和冠层尺寸。

图2 五种栽培方式移栽40 d后的甜椒幼苗冠层

3 讨论与结论

本试验结果表明，日光温室对室内气温具有明显的提升作用，当室外环境不利于甜椒生长的情况下，室内仍然能够较好地提供甜椒生长所需的环境温度，说明日光温室在秋冬季具有较好的增温效果。

本试验结果表明，SSC、SE处理相比于未覆膜的SSC－WF、SE－WF处理均能够有效提高根区温度，且对于最低温的提高作用大于最高温，这与朱秋颖等［13］的研究结果一致，说明覆膜具有明显的增温作用。地膜覆盖后隔绝土壤或基质与外界环境的水分交换，抑制潜热和显热交换，削弱膜下长波反辐射，使夜间温度下降减缓，进而提高根区温度［14］。与SR相比，SSC、SE处理对于高温的抵御能力较弱，但是抗低温的能力较强。其主要原因为：基质的组成结构稳定性差［15］，温度变化受外界气温影响较大，外界气温较高时基质温度上升较快，而良好的结构特性使土壤对气温变化具有较好的缓冲性能，因此土壤温度变化滞后于外界气温变化［16］；而在夜间低温阶段，由于基质在白天能够蓄积更多的热量，又由于覆盖地膜，使基质内热量与外界交换减弱，进而能提高夜间的根区温度。

有研究表明，起垄能够有效提高作物根区环境温度［3］。本研究结果表明，无论是否覆膜，垄嵌基质栽培的根区温度均比土壤沟嵌基质栽培有所提升，尤其是在白天蓄热阶段。导致这一现象的原因可能是因为白天增温阶段，起垄栽培能增加其受热面积［13］，对根区接受太阳辐射有利。然而沟嵌基质栽培的根区温度稳定性较好，虽然白天升温较为迟缓，但夜间也能够减缓热量的散失，进而维持了一个相对稳定的根区环境。

刘景霞等［17］研究表明，基质栽培因其根区特性及水肥特点相对于土壤栽培能够促进作物的生长发育。本试验结果表明，相比于土垄栽培，垄嵌与沟嵌基质栽培均显著促进甜椒幼苗生长。在水肥条件一致的前提下导致这种差异的原因可能是受根区温度的影响，也可能是由于垄嵌与沟嵌基质栽培底部封闭而使养分更为集中，而土垄栽培没法将养分截留在根区，营养液中的养分会向更深土层淋溶，导致根区养分不足而弱化了生殖生长。唐永金等［18］研究表明，垄栽会影响甘薯的生长发育。本研究中，垄嵌基质栽培对甜椒幼苗生长的促进作用要优于沟嵌基质栽培，尽管两者的株高无显著差异，但茎粗和SPAD值指标优于沟嵌基质栽培。出现这一结果的原因可能是起垄栽培具有改善田间小气候，进而促进作物生长的作用［19－21］。

综上所述，覆膜条件下垄嵌与沟嵌基质栽培根区温度均比不覆膜处理有所提升，且垄嵌基质栽培的根区环境要优于沟嵌基质栽培，尽管其根区稳定性相对较弱，但对于甜椒幼苗的生长影响不大。就甜椒幼苗生长指标而言，以起垄内嵌基质栽培的幼苗生长最优，故其在日光温室的生产中具有更好的应用前景。