拼插式自回水基質(zhì)栽培槽在黃瓜生產(chǎn)上的應用效果

趙 鶴

（北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029）

目前，我國果類蔬菜無土栽培主要采用基質(zhì)栽培[1]，即將作物根系固定在有機或無機的基質(zhì)中，采用滴灌或細流灌溉的方式為植物提供營養(yǎng)液，營養(yǎng)液可通過栽培槽（或栽培袋）底部開口排出形成回液并進行循環(huán)利用。國外果類蔬菜無土栽培以連棟玻璃溫室?guī)r棉栽培為主，如荷蘭、美國等；中國對無土栽培技術(shù)的研究起步較晚，但近年來發(fā)展迅速，在全國各地均有推廣應用，主要與日光溫室和塑料大棚相結(jié)合，栽培模式包括支架巖棉栽培、簡易折疊基質(zhì)栽培槽栽培、半地下式栽培槽栽培以及基質(zhì)袋栽培等[2]。北京地區(qū)果類蔬菜無土栽培生產(chǎn)中應用的栽培模式較多，但是普遍存在植物根際通氣性差，回液裸露在空氣中造成設施內(nèi)濕度較大等問題，容易誘發(fā)病蟲害，影響產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。

為了解決普通設施（塑料大棚和日光溫室）無土栽培中根際通氣性差、回液裸露等問題，北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站從改進回液收集方式和提高根區(qū)環(huán)境調(diào)控能力著手，研發(fā)了適用于普通設施條件的拼插式自回水基質(zhì)栽培槽，并研究了其在黃瓜生產(chǎn)上的應用效果，以期為其在蔬菜無土栽培生產(chǎn)中的推廣應用提供可靠依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

拼插式自回水基質(zhì)栽培槽由北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站研發(fā)，北京五英偉業(yè)泡塑材料有限公司生產(chǎn)。拼插式自回水基質(zhì)栽培槽結(jié)構(gòu)：栽培槽為倒梯臺形，槽體上口長80 cm、上口寬40 cm、下口長65.6 cm、下口寬23.6 cm、高35 cm，基質(zhì)填充量為56 L/個；槽體兩端設置連接管并與槽體合為一體，連接管由槽體兩端緊貼槽底向槽內(nèi)延伸；槽內(nèi)設置滲水隔板，滲水隔板設置滲水孔；槽體中間設置通氣管，通氣管一端插入滲水隔板中；槽體及滲水隔板均由聚苯乙烯壓制而成，通氣管的材質(zhì)為聚氯乙烯。

折疊基質(zhì)栽培槽購自北京新河基石環(huán)境科技有限公司。折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水結(jié)構(gòu)：栽培槽由聚氯乙烯板折疊成長700 cm、寬40 cm、高35 cm的槽體，基質(zhì)填充量為588 L/個；槽體底部放置同材質(zhì)底托，用于回液收集。

供試作物為黃瓜，品種為金胚98。試驗采用椰糠基質(zhì)栽培，基質(zhì)體積田間持水量約為68%，購自格陸谷有限公司。

1.2 試驗方法

試驗于北京金六環(huán)農(nóng)業(yè)園的塑料大棚內(nèi)進行，大棚長50 m、寬8 m、脊高3 m，面積為400 m2。試驗設置2個栽培槽處理，分別為拼插式自回水基質(zhì)栽培槽（處理1）和折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水（處理2），每個處理3個重復，以折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水為對照（CK）。處理1每667 m2使用500個拼插式自回水基質(zhì)栽培槽，處理2每667 m2使用折疊基質(zhì)栽培槽400 m。試驗于2017年3月28日定植，東西向栽培，每667 m2種植3 000株，營養(yǎng)液采用日本山崎黃瓜專用營養(yǎng)液配方配制，不同處理的灌溉策略及田間管理均保持一致，2017年8月10日結(jié)束生產(chǎn)。

1.3 調(diào)查項目及方法

試驗期間實時監(jiān)測棚內(nèi)空氣相對濕度以及基質(zhì)相對含水量（體積相對含水量），定期調(diào)查黃瓜根際CO2濃度、根系干鮮質(zhì)量、植株長勢及果實產(chǎn)量，委托中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院檢測基質(zhì)理化性狀。

1.3.1 空氣相對濕度與基質(zhì)相對含水量監(jiān)測

采用北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心提供的溫室環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)采集系統(tǒng)（綠園CJ-11），實時監(jiān)測棚室的空氣相對濕度和基質(zhì)相對含水量，在每個大棚中部的相同位置設置1個監(jiān)測點，監(jiān)測時間為4—7月，每30 min記錄1次。

1.3.2 基質(zhì)理化性狀測定

1.3.2.1 基質(zhì)物理性質(zhì)測定 將不同處理基質(zhì)加入容積為V、質(zhì)量為m1的容器，裝滿待測基質(zhì)后稱其質(zhì)量m2，浸泡24 h至飽和狀態(tài)后稱其質(zhì)量m3，將容器上口用濕潤紗布包住并稱其總質(zhì)量m4，將容器倒置至無水分滲出時稱其質(zhì)量m5，將容器撤去紗布后連同基質(zhì)于105 ℃烘干至恒重后測量總質(zhì)量m6。按以下公式計算各處理基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度及大小孔隙比。

容重（g/cm3）=（m6－m1）/V；

總孔隙度Φ=（m3－m2）/（V×ρ水）×100%；

通氣孔隙度Φ1=（m4－m5）/（V×ρ水）×100%；

持水孔隙度Φ2=[m5－（m4－m3）－m2]/

（V×ρ水）×100%；

大小孔隙比=Φ1/Φ2。

1.3.2.2 基質(zhì)化學性質(zhì)測定 采用飽和浸提法測量不同處理基質(zhì)的EC值和pH值，將100 g基質(zhì)放入燒杯中，加入500 mL去離子水，攪拌均勻后靜置2 h，用濾紙過濾得到浸泡基質(zhì)后的液體，采用電導率儀和pH計測量EC值和pH值。

1.3.3 根際CO2濃度測定

在結(jié)果盛期（5月25日），對不同栽培槽植株根際基質(zhì)中的CO2濃度進行測定，每個處理測量5個點，采用HD5BX泵吸式二氧化碳氣體檢測儀于上午同一時間進行檢測。

1.3.4 根系生長情況調(diào)查

在結(jié)果盛期（5月25日），選取各處理的6株黃瓜根系進行干鮮質(zhì)量測量。鮮質(zhì)量測量需將根系清洗干凈并吸干表面水分后稱重。干質(zhì)量測量采用烘干測量法，將測量鮮質(zhì)量后的根系于105 ℃殺青、75 ℃烘干至恒重后稱重。

1.3.5 植株長勢

各處理隨機選取3株黃瓜植株做標記，定期調(diào)查其株高、莖粗和葉片數(shù)，每15 d調(diào)查1次。

1.3.6 果實產(chǎn)量

4月29日開始采收后實時記錄各處理產(chǎn)量，并換算成667 m2產(chǎn)量。

1.3.7 黃瓜病害情況調(diào)查

在結(jié)果盛期（6月2日），調(diào)查黃瓜白粉病和霜霉病的發(fā)生情況，每個處理小區(qū)隨機調(diào)查10株黃瓜。病害調(diào)查指標和病情分級方法如下。

發(fā)病級數(shù)：未發(fā)病為0級；葉部染病面積在20%～50%為2級；葉部染病面積在50%～75%為3級；葉部染病面積大于75%為4級。

黃瓜發(fā)病率=發(fā)病株數(shù)/觀測總株數(shù)×100%；

病情指數(shù)=∑（發(fā)病級數(shù)×各級發(fā)病葉數(shù)）/

（調(diào)查總?cè)~×最高發(fā)病級數(shù)）×l00%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培槽處理對基質(zhì)相對含水量的影響

7月5日—8月5日對不同處理的基質(zhì)相對含水量進行監(jiān)測，結(jié)果顯示：處理1的基質(zhì)相對含水量介于30.88%～50.00%，比CK低7%～20%。圖1為不同處理在7月17日12：12—7月18日12：12的基質(zhì)相對含水量監(jiān)測結(jié)果，圖中基質(zhì)相對含水量的高峰期均出現(xiàn)于灌溉期間。從圖1可知，在基質(zhì)、灌水時間和灌水量相同的情況下，處理1的基質(zhì)相對含水量整體低于CK且兩者的最大值相差較大，處理1的基質(zhì)相對含水量最高為41.31%，而CK的基質(zhì)相對含水量最高達74.69%。

2.2 不同栽培槽處理對棚室空氣相對濕度的影響

圖2為不同處理在8月8日00：00—24：00的空氣相對濕度的監(jiān)測結(jié)果，可以看出處理1的空氣相對濕度整體低于CK處理，最大差距可達9.81%，這可能是由于拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的回液在回液室內(nèi)流動，并未暴露于空氣中，從而降低了棚內(nèi)的空氣相對濕度。

2.3 不同栽培槽處理對基質(zhì)理化性狀的影響

容重是影響椰糠基質(zhì)通透性的重要因子之一，其大小與基質(zhì)的質(zhì)地、通透性、含水量及所含雜質(zhì)等密切相關。對于優(yōu)良基質(zhì)來說，其良好的理化性狀主要表現(xiàn)為固、液、氣三相比例恰當，容重在0.1～0.8 g/cm3，總孔隙度在75%以上[4-5]，EC值在0.75～3.49 mS/cm[6]。

圖1 不同栽培槽處理下基質(zhì)相對含水量變化情況（2017年7月17—18日）

圖2 不同栽培槽處理下棚室空氣相對濕度變化情況（2017年8月8日）

為了研究不同栽培槽處理對基質(zhì)理化性狀的影響，分別測定了定植前未使用過的基質(zhì)與生產(chǎn)中期2個處理的基質(zhì)的理化性狀。由表1可知，3個處理的基質(zhì)容重相差不大，在0.11～0.12 g/cm3；處理1的基質(zhì)總孔隙度最高（80.9%），CK次之（79.4%），CK0最?。?3.3%）；CK0的基質(zhì)通氣孔隙度最大（12.1%），分別比處理1和CK大89.1%和146.9%；處理1和CK的基質(zhì)持水孔隙度均為74.5%，高于CK0；處理1的基質(zhì)大小孔隙比大于CK，但小于CK0；3個處理的基質(zhì)pH值相差不大，在6.27～6.68；處理1的EC值最大（0.83 mS/cm），CK次之（0.60 mS/cm），CK0最?。?.33 mS/cm）。由此可見，基質(zhì)使用后部分理化性狀會發(fā)生變化，不同栽培槽處理對基質(zhì)理化性狀有一定影響?；|(zhì)使用后的總孔隙度增加，通氣孔隙度降低，持水孔隙度變大，大小孔隙比降低，EC值提高；拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的基質(zhì)理化性狀整體優(yōu)于CK。

2.4 不同栽培槽處理對黃瓜植株長勢的影響

由表2～4可知，在緩苗期，處理1的株高小于CK，莖粗大于CK，葉片數(shù)與CK相同；而在始瓜期和盛瓜期，處理1的株高、莖粗及葉片數(shù)均大于CK；處理1的黃瓜株高、莖粗和葉片數(shù)的日均生長量分別為2.52 cm、0.14 mm和0.27片，較CK分別提高3.28%、27.27%和50.00%。由此可見，處理1的植株長勢強于CK。

表1 不同栽培槽處理的基質(zhì)理化性狀情況

表2 不同栽培槽處理的株高生長情況 cm

表3 不同栽培槽處理的莖粗生長情況 mm

表4 不同栽培槽處理的葉片數(shù)生長情況

2.5 不同栽培槽處理對植株根系生長的影響

調(diào)節(jié)植物根際通氣條件能夠有效改善植物根系生長，更好地發(fā)揮根系的生產(chǎn)潛力[7]；為此，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽設置了根系通氣管，以改善黃瓜植株根際通氣情況。從根際CO2濃度和根系干鮮質(zhì)量來看（表5），處理1的根系通氣管設計取得了良好效果，有效改善了根際氣體環(huán)境，CO2濃度較CK降低了0.28%，促進了根系生長，根系鮮質(zhì)量和干質(zhì)量較CK分別提高了4.4%和18.6%。

2.6 不同栽培槽處理對黃瓜產(chǎn)量的影響

由表6可知，處理1折合667 m2產(chǎn)量為3 822.6 kg，比CK高25.9%；生產(chǎn)中2個處理的水肥管理均一致，667 m2用水量為113.2 m3，667 m2用肥量為167.7 kg；處理1每立方米水產(chǎn)出為33.8 kg，每千克肥料產(chǎn)出為22.8 kg，分別比CK高26.1%和26.0%。

2.7 不同栽培槽處理對病蟲害的影響

由表7可知，2個處理均有白粉病和霜霉病發(fā)生，發(fā)病率均為100%，其中，處理1白粉病和霜霉病的病情指數(shù)分別為15.3和14.6，分別比CK低8.9%、47.5%。特別是CK的霜霉病，發(fā)病較嚴重，可能是由于折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水處理的回液裸露，導致空氣相對濕度偏高，植株易感染霜霉病且不易控制。

2.8 不同栽培槽處理的成本效益分析

由表8可知，處理1的總投入比CK高2.4%，主要是因為其栽培槽投入、人工投入均比CK高；但處理1的總效益和產(chǎn)投比均大于CK，說明拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的經(jīng)濟效益高于CK。

3 結(jié)論與討論

3.1 拼插式自回水基質(zhì)栽培槽應用效果良好

3.1.1 回液回流順暢

在基質(zhì)栽培中，一般為栽培畦設置一定的地面坡度（0.246°），便于回液的收集，避免基質(zhì)中營養(yǎng)液積存而導致漚根。通過2種栽培模式的基質(zhì)相對含水量與回液室（槽）的定期監(jiān)測情況來看，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的基質(zhì)相對含水量低于折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水處理，且回液室內(nèi)無積存營養(yǎng)液，未發(fā)現(xiàn)基質(zhì)下漏、根系扎進回流室等情況，說明回液能夠順暢地流入回液池內(nèi)；而折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水處理的基質(zhì)相對含水量偏高，可能是由于排水孔貼近底托不易滲水以及底托回液回流不暢而導致營養(yǎng)液積存于基質(zhì)中。

表5 不同栽培槽處理的根系干鮮質(zhì)量與根際CO2濃度

表6 不同栽培槽處理的黃瓜產(chǎn)量及水肥利用效率

表7 不同栽培槽處理的黃瓜白粉病和霜霉病發(fā)病情況

表8 不同栽培槽處理的成本效益分析

3.1.2 降低了棚室空氣相對濕度

在基質(zhì)栽培中，為了減緩栽培基質(zhì)鹽分的累積和保障營養(yǎng)元素的均衡，部分灌溉液從基質(zhì)中滲漏后形成回液，并收集后重復利用。在實際生產(chǎn)中，多數(shù)基質(zhì)栽培模式的回液均呈開放式暴露在空氣中，從而導致棚室濕度過大。本試驗的拼插式自回水基質(zhì)栽培槽設計亮點在于采用營養(yǎng)液封閉回流方式，試驗結(jié)果表明：該設計達到了預期效果，與CK相比，空氣相對濕度的降幅可達9.81%。

3.1.3 緩解了基質(zhì)理化性狀的惡化

容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度和大小孔隙比等指標是衡量基質(zhì)物理性狀的重要指標。本試驗中，新椰糠基質(zhì)應用70 d以后，其物理性質(zhì)發(fā)生了一定變化，但總體上拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的基質(zhì)理化性狀優(yōu)于CK，通氣孔隙度和大小孔隙比是CK的1.3倍，緩解了栽培基質(zhì)物理性質(zhì)的惡化。

從基質(zhì)化學性質(zhì)的測定結(jié)果來看，基質(zhì)使用前后的pH值變化不大，但由于應用過程中營養(yǎng)液的持續(xù)供給，導致基質(zhì)EC值有所升高，所以在生產(chǎn)中要注意定期灌水，進行鹽分清洗，以避免EC值過高而造成鹽漬傷害[7]；拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的EC值和pH值均高于折疊基質(zhì)栽培槽+底托回水處理，這可能是由于拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的上口水分蒸發(fā)面積大于折疊基質(zhì)栽培槽所致。

3.1.4 促進了植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成

拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的多余營養(yǎng)液能夠順暢回流，使基質(zhì)保持適宜的相對濕度，同時根系通氣裝置改善了根際氣體環(huán)境，促進了植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成。相比CK，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的植株根系干鮮質(zhì)量分別提高了18.6%和4.4%，株高、莖粗和葉片量的日均生長量分別提高了3.28%、27.27%和50.00%，產(chǎn)量增加了25.9%，水、肥生產(chǎn)效率分別提高了26.1%和26.0%。

3.1.5 經(jīng)濟效益良好

與CK相比較，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的總投入較高，但是其相應的總效益和產(chǎn)投比也較高，分別比CK高25.9%和23.0%；因此，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽的經(jīng)濟效益符合生產(chǎn)要求，適宜在塑料大棚蔬菜無土栽培中應用。

3.2 拼插式自回水基質(zhì)栽培槽存在問題及改進措施

試驗中發(fā)現(xiàn)拼插式自回水基質(zhì)栽培槽存在一些問題需要改進與完善。一方面，拼插式自回水基質(zhì)栽培槽上口面積較大，水分蒸發(fā)面積較大，容易導致夜間濕度大，為了有效控制棚室空氣相對濕度，宜進行覆蓋栽培；另一方面，槽體材質(zhì)為聚苯乙烯泡沫板，強度較低，遇重力拉抻時容易導致槽體兩側(cè)變形，可增添固定繩來固定槽體兩側(cè)或采用聚氯乙烯作為槽體材質(zhì)，以增加槽體的支撐力。

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