植物工廠中不同供液方式對(duì)辣椒育苗的影響

苗妍秀，曲梅，李偉，高永雷，高麗紅，陳青云

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京，100193）

植物工廠中不同供液方式對(duì)辣椒育苗的影響

苗妍秀，曲梅，李偉，高永雷，高麗紅，陳青云

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京，100193）

以植物工廠辣椒育苗為對(duì)象，研究漂浮式與潮汐式供液方式對(duì)育苗的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，漂浮式處理營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)pH值顯著高于潮汐式處理，EC值顯著低于潮汐式處理；與潮汐式處理相比，漂浮式處理中幼苗株高、莖粗分別增加18.4%，23.6%；漂浮式處理幼苗根尖數(shù)、總根長(zhǎng)、直徑在0~0.5 mm的根長(zhǎng)分別增加了37.0%，45.5%，50.1%；幼苗地上部鮮質(zhì)量、全株鮮質(zhì)量、地上部含水量、植株含水量分別增加45.6%，32.1%，2.5%，1.8%。漂浮式育苗顯著促進(jìn)辣椒幼苗側(cè)根生長(zhǎng)，形成良好的根系系統(tǒng)，促進(jìn)根系對(duì)水分和可溶性鹽類的吸收，加快地上部形態(tài)建成，提升種苗整體質(zhì)量。

植物工廠；辣椒育苗；漂浮式；潮汐式

植物工廠是繼溫室工廠化育苗之后發(fā)展起來(lái)的一種高度專業(yè)化、現(xiàn)代化、自動(dòng)化的種苗生產(chǎn)方式[1]，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)液等環(huán)境條件的自動(dòng)控制。就植物工廠的供液方式而言，日本普遍使用潮汐式育苗，其采用底部定時(shí)給水和排水的營(yíng)養(yǎng)液供液技術(shù)，具有節(jié)水節(jié)肥、生產(chǎn)效率高、降低環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，主要針對(duì)盆栽植物和容器育苗，亦可應(yīng)用于設(shè)施花卉、蔬菜生產(chǎn)及種苗生產(chǎn)[2，3]。與此同時(shí)，溫室工廠化育苗開始逐漸推廣漂浮式育苗，這是一種將種子播于裝有輕質(zhì)育苗基質(zhì)的泡沫穴盤上，使之漂浮于水面，由水床和基質(zhì)提供水分和養(yǎng)分的供液技術(shù)[4]，已成功應(yīng)用于煙草[5]、番茄[6]、草莓[7]等園藝作物育苗。前人研究表明，潮汐式灌溉通過(guò)毛細(xì)作用可以滿足植物的水肥供應(yīng)，有利于植株根系及植株的快速生長(zhǎng)[8]，漂浮式育苗能促進(jìn)植株根系主根生長(zhǎng)、側(cè)根發(fā)生[9]，從而增加植株生長(zhǎng)量，提高營(yíng)養(yǎng)液的pH值[10]。盡管目前有很多關(guān)于漂浮式育苗與傳統(tǒng)育苗方式的報(bào)道，但有關(guān)植物工廠中漂浮式與潮汐式供液方式對(duì)育苗影響的報(bào)道很少。

試驗(yàn)以植物工廠辣椒幼苗為對(duì)象，研究國(guó)際種苗生產(chǎn)中常見的漂浮式與潮汐式供液方式對(duì)育苗的影響，旨在為植物工廠育苗供液方式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

辣椒品種為農(nóng)大9921。營(yíng)養(yǎng)液為日本山崎配方，1倍營(yíng)養(yǎng)液的基本理化性狀為pH值6.3，EC值2.31 mS/cm。

育苗基質(zhì)為草炭、蛭石與珍珠巖（3∶1∶1）混合基質(zhì)，其pH值6.87，EC值0.31 mS/cm，容重0.32 g/cm3，總孔隙度74.18%，通氣空隙度5.30%，持水孔隙度68.89%。

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)人工光型密閉式植物工廠內(nèi)，植物工廠的環(huán)境為空氣溫度26℃/ 20℃（晝/夜），相對(duì)濕度60%~80%，光照強(qiáng)度均為210 μmol·m-2·s-1，光照時(shí)間為12 h/d。CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)液濃度設(shè)定為：在辣椒幼苗第一片真葉展開前，CO2為自然濃度，清水灌溉；第一片真葉展開后，CO2濃度為800 mg/L，1/2倍營(yíng)養(yǎng)液灌溉；第三片真葉展開后，CO2為1 200 mg/L，1倍營(yíng)養(yǎng)液灌溉。

試驗(yàn)共有2個(gè)處理，處理A：潮汐式育苗。使用200孔塑料PS穴盤，將其置于塑料托盤中，灌溉時(shí)，開啟電磁閥使?fàn)I養(yǎng)液流入托盤，液面高于托盤底部3~5 cm，然后開始回流，50 min內(nèi)使?fàn)I養(yǎng)液全部流回儲(chǔ)液罐，關(guān)閉電磁閥；處理B：漂浮式育苗，使用160孔白色泡沫漂浮盤，將其置于塑料托盤中，及時(shí)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液，使漂浮盤在育苗期間始終高于托盤底部2~4 cm。塑料穴盤和漂浮盤的上口徑均為2.5 cm，即兩者的土壤營(yíng)養(yǎng)面積相同，每孔播1粒辣椒種子。每個(gè)處理重復(fù)4次，每盤為1個(gè)重復(fù)。

1.2 測(cè)量項(xiàng)目及方法

2011年12月14日播種辣椒，12月19日出芽，2012年1月7日測(cè)量營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)的理化性狀，以及辣椒幼苗的形態(tài)和生理指標(biāo)。 使用DELTA 320 pH計(jì)測(cè)定營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)的pH值，用FE30電導(dǎo)率儀測(cè)定營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)的EC值，用差量法測(cè)定基質(zhì)容重、總孔隙度、通氣空隙度、持水孔隙度。使用直尺測(cè)定株高，游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗，Epson Perfection 4990 Photo根系掃描儀掃描葉片、根系，WinRHIZO 2007根系分析軟件分析根尖數(shù)、總根長(zhǎng)、根平均直徑、根體積以及直徑在0~0.5 mm、0.5~1 mm、1~1.5 mm、＞1.5 mm的根長(zhǎng)，使用電子天平稱量地上部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量。比葉質(zhì)量=葉鮮質(zhì)量/葉面積，生長(zhǎng)速率G（g·d-1）=全株干質(zhì)量/育苗天數(shù)，干質(zhì)量根冠比=地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量，壯苗指數(shù)=莖粗/株高×單株干質(zhì)量[11]。營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)的理化性狀重復(fù)4次，植株的形態(tài)指標(biāo)測(cè)定均重復(fù)10次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)，SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析。

表1 不同供液方式對(duì)基質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)液理化性狀的影響

表2 不同供液方式對(duì)辣椒幼苗地上部形態(tài)指標(biāo)的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供液方式對(duì)營(yíng)養(yǎng)液及基質(zhì)理化性狀的影響

適宜的營(yíng)養(yǎng)液一般要求pH值 5~7，EC值為2~4 mS/cm[12]。適宜的育苗基質(zhì)一般要求pH值5.8~ 7.0，容重0.2~0.8 g/cm3，總孔隙度在54%以上[13]。本試驗(yàn)中，2個(gè)處理的營(yíng)養(yǎng)液與基質(zhì)理化性狀基本在要求的范圍內(nèi)，都能為辣椒幼苗的健康生長(zhǎng)創(chuàng)造良好條件。

本試驗(yàn)供液后，潮汐式與漂浮式處理中營(yíng)養(yǎng)液pH值升高，EC值降低，說(shuō)明植株大量吸收Ca（NO3）2、KNO3等生理堿性鹽中的NO3-離子，使?fàn)I養(yǎng)液中陽(yáng)離子積累；植株吸收這些可溶性鹽的同時(shí)，使其總濃度降低。供液后潮汐式處理與漂浮式處理中基質(zhì)的pH值下降，說(shuō)明基質(zhì)具有一定的緩沖作用，可保持根系生長(zhǎng)環(huán)境比較穩(wěn)定；潮汐式處理基質(zhì)的EC值升高，可能是因?yàn)槊看喂┮簳r(shí)間短、水分蒸發(fā)快，造成了基質(zhì)中鹽分積累。

由表1可知，供液后，漂浮式處理中營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)的pH值顯著高于潮汐式處理，而其EC值顯著低于潮汐式處理，說(shuō)明漂浮式處理顯著提高了植株根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)中的可溶性鹽類，尤其是生理堿性鹽的吸收能力。但2個(gè)處理間基質(zhì)物理性狀的差異均不顯著。

2.2 不同供液方式對(duì)辣椒幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

植株的地上部形態(tài)能直接說(shuō)明幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育程度。辣椒工廠化育苗200孔穴盤苗的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為株高10 cm左右，莖粗0.2 cm左右，具4~5片真葉[14]。由表2可知，這2個(gè)處理的辣椒幼苗株高、莖粗、葉片數(shù)基本達(dá)到育苗要求。與潮汐式處理相比，漂浮式處理的株高、莖粗分別增加18.4%，23.6%，差異均達(dá)顯著水平，而葉片數(shù)、葉面積差異均不顯著。表明漂浮式處理的辣椒幼苗地上部生長(zhǎng)狀態(tài)較好，且更接近育苗的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 潮汐式供液（A）和漂浮式育苗（B）下辣椒幼苗根系形態(tài)

表3 不同供液方式對(duì)辣椒幼苗根系形態(tài)指標(biāo)的影響

表4 不同供液方式對(duì)辣椒幼苗生物量的影響

植株根系生長(zhǎng)與植株地上部生長(zhǎng)關(guān)系密切。由圖1和表3可知，與潮汐式處理相比，漂浮式處理根尖數(shù)、總根長(zhǎng)、直徑在0~0.5 mm范圍內(nèi)的根長(zhǎng)分別增加了37.0%，45.5%，50.1%，平均直徑減少11.5%，與潮汐式處理差異顯著。說(shuō)明漂浮式處理顯著促使辣椒幼苗側(cè)根生長(zhǎng)、總根長(zhǎng)增加、形成良好的根系系統(tǒng)，為地上部的形態(tài)建成奠定良好的基礎(chǔ)。

幼苗的生物量能夠客觀反映同化產(chǎn)物和水分的分配狀況。由表4可知，與潮汐式處理相比，漂浮式處理幼苗地上部鮮質(zhì)量、全株鮮質(zhì)量、地上部含水量、植株含水量分別增加45.6%，32.1%，2.5%，1.8%，均與潮汐式處理差異顯著。說(shuō)明漂浮式處理能增加辣椒幼苗根系對(duì)水分的吸收能力，促進(jìn)對(duì)地上部的水分輸送，增加植株的含水量和鮮質(zhì)量。

幼苗的復(fù)合形態(tài)指標(biāo)能較全面地反映種苗整體質(zhì)量。由表5可知，與潮汐式處理相比，漂浮式處理生長(zhǎng)速度G值、壯苗指數(shù)分別增加5.0%，8.6%，根冠比降低25%，但兩者的差異未達(dá)到顯著水平。說(shuō)明漂浮式處理加快辣椒植株的生長(zhǎng)速度，促使根冠比降低，提高種苗質(zhì)量。

3 結(jié)論與討論

與潮汐式育苗相比，漂浮式育苗能顯著促進(jìn)根系對(duì)可溶性鹽類的吸收。育苗期間，營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)的pH值過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)影響?zhàn)B分的有效性和植物根系的生長(zhǎng)，而EC值則反映營(yíng)養(yǎng)液或基質(zhì)中可溶性鹽類的濃度。本試驗(yàn)中，漂浮式育苗與潮汐式育苗的營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)理化性質(zhì)均在育苗要求的范圍內(nèi)，漂浮式處理營(yíng)養(yǎng)液和基質(zhì)的pH值顯著高于潮汐式處理，EC值顯著低于潮汐式處理；與潮汐式處理相比，漂浮式處理的幼苗株高、莖粗分別增加18.4%，23.6%，根尖數(shù)、總根長(zhǎng)、直徑在0~0.5 mm的根長(zhǎng)分別增了37.0%，45.5%，50.1%，地上部鮮質(zhì)量、全株鮮質(zhì)量、地上部含水量、植株含水量分別增加45.6%，32.1%，2.5%，1.8%，可見漂浮式處理顯著促進(jìn)根系生長(zhǎng)，促進(jìn)其對(duì)可溶性鹽類的吸收，顯著加快地上部形態(tài)建成，提升種苗整體質(zhì)量。

表5 不同供液方式對(duì)辣椒幼苗復(fù)合形態(tài)指標(biāo)的影響

與潮汐式育苗相比，漂浮式育苗能顯著促進(jìn)根系生長(zhǎng)，形成良好的根系系統(tǒng)。熊格生等[15，16]報(bào)道了漂浮育苗移栽棉的根系發(fā)達(dá)，其根長(zhǎng)、根體積、側(cè)根數(shù)有顯著優(yōu)勢(shì)。許如意等[17]研究發(fā)現(xiàn)，漂浮盤育苗能顯著提高幼苗在第10天、17天、24天的根長(zhǎng)。本試驗(yàn)中，潮汐式育苗的辣椒幼苗根系全部緊緊纏繞著基質(zhì)，而漂浮式育苗的幼苗上部分根系生長(zhǎng)在基質(zhì)中，下部分根系生長(zhǎng)在營(yíng)養(yǎng)液中，后者顯著促進(jìn)幼苗側(cè)根生長(zhǎng)、根尖數(shù)增加、總根長(zhǎng)增加、形成良好的根系系統(tǒng)，促進(jìn)植物對(duì)水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，加快植株整體生長(zhǎng)。

與潮汐式育苗相比，漂浮式育苗能顯著提升種苗質(zhì)量。齊選民等[9]研究表明，漂浮育苗能提高瓜苗總體素質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果與上述報(bào)道結(jié)果一致，潮汐式與漂浮式處理的辣椒幼苗均達(dá)到種苗要求，并且漂浮式處理辣椒幼苗的表觀生長(zhǎng)量更接近種苗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。漂浮式處理通過(guò)促進(jìn)幼苗根系生長(zhǎng)，顯著促進(jìn)地上部形態(tài)建成，同時(shí)，地上部為根系提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，形成良性循環(huán)，提高種苗整體質(zhì)量。

本試驗(yàn)主要針對(duì)植物工廠中潮汐式與漂浮式這2種不同的供液方式的辣椒育苗進(jìn)行了初步研究，還需對(duì)幼苗緩苗期及生物學(xué)產(chǎn)量做進(jìn)一步研究。

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Effects of Different Irrigation Systems on Pepper Seedling in Plant Factory

MIAO Yanxiu,QU Mei,LI Wei,GAO Yonglei,GAO Lihong,CHEN Qingyun
(College of Agriculture and Biotechnology,China Agricultural University,Beijing 100193)

This paper studied the effects of the floating system and ebb and flow bench system on the pepper seedlings in the plant factory.The results showed that the pH value of nutrient solution and substrate in floating system were significantly higher than those in ebb and flow bench system,but its EC value of nutrient solution and substrate were significantly lower than those in ebb and flow bench system.Compared with the ebb and flow bench system,the floating system could increase the plant height and stem diameter of seedlings by 18.4%and 23.6%.It could also increase the numbers of root tips,total root length,root diameter within the range of 0-0.5 mm by 37.0%,45.5%,50.1%,and it increased the fresh weight of the shoot and the whole plant by 45.6%and 32.1%,increased the water content of the shoot and the whole plant by 2.5%and 1.8%.In all,nursing seedlings by the floating system significantly promoted the growth of lateral roots and formed a good root system of pepper seedlings,promoting the root absorption of water and soluble salts,accelerating the shoot morphogenesis and improving the quality of seedlings.

Plant factory;Pepper seedling;Floating system;Ebb and flow bench system

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.06.010

苗妍秀（1988-），女，碩士，研究方向?yàn)闊o(wú)土栽培與設(shè)施園藝，E-mail：miaoyanxiu@163.com

陳青云，男，通信作者，教授，電話：18601214616，E-mail：caucqy@163.com

2012-02-22