不同水分處理對發(fā)酵床墊料基質(zhì)栽培的小青菜產(chǎn)量和水分利用率的影響

劉新紅 宋修超 陳偉

摘要：水分對植物生長和栽培基質(zhì)內(nèi)水分蒸發(fā)和利用率具有重要影響。在聯(lián)棟設(shè)施蔬菜大棚內(nèi)，采用發(fā)酵床墊料基質(zhì)進行不同水分用量下的小青菜槽式栽培試驗。結(jié)果表明，水分供應(yīng)量過高或過低均不能夠獲得理想的產(chǎn)量，最優(yōu)供水量是最大持水量的63%～75%。最優(yōu)水分供應(yīng)量對應(yīng)根系生物質(zhì)量和葉面積也最高，但水分用量對株高影響不顯著。最優(yōu)水分供應(yīng)量時，栽培基質(zhì)每日自然蒸發(fā)（2.46%～4.56%）和水分利用效率（1.99%～6.71%）均處于中等水平。水分供應(yīng)量過高時，自然蒸發(fā)和水分利用效率也較低，植物根系和地上部生物質(zhì)量均較低。63%～75%最大持水量可以作為基質(zhì)栽培生產(chǎn)上水分控制指標。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵床墊料;基質(zhì);小青菜;產(chǎn)量;水分利用率

中圖分類號：S634.307?? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0290-04

栽培基質(zhì)是一種新型栽培介質(zhì)，采用栽培基質(zhì)進行蔬菜育苗和生產(chǎn)已經(jīng)被人們所認可[1-2]。發(fā)酵床墊料是采用農(nóng)業(yè)廢棄物作為發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)的副產(chǎn)物，具有養(yǎng)分豐富的特點，能夠作為重要材料復(fù)配基質(zhì)[3-4]。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心近年來采用養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料成功開發(fā)了蔬菜育苗、栽培等多種基質(zhì)（專利號：CN201410410898.X，CN201710484093.3），近年來該類型栽培基質(zhì)已經(jīng)作為番茄、葉菜等蔬菜的栽培基質(zhì)用于蔬菜生產(chǎn)[5-7]。

由于發(fā)酵床墊料基質(zhì)本身疏松多孔，其中留存的水分相比常規(guī)土壤極易隨蒸發(fā)作用散失，而水分過多會影響其通透性。同時，水分使用量是蔬菜產(chǎn)量形成的重要因素[8]。因此，采用基質(zhì)進行葉菜生長的過程中，水分使用量是重要的參數(shù)，是產(chǎn)量形成的重要影響因素[9]，粗放的管理方式勢必不能夠?qū)崿F(xiàn)水分高效應(yīng)用和蔬菜高產(chǎn)。然而相關(guān)研究一般是基于設(shè)施大棚立地栽培方式而進行的[10-12]，針對基于基質(zhì)栽培的葉菜生產(chǎn)過程中水分使用量的相關(guān)研究還較少。尤其是設(shè)施大棚立體槽式栽培條件下，采用基質(zhì)栽培的過程中，水分在基質(zhì)內(nèi)的蒸發(fā)特征、水分利用效率還沒有較多報道。

本研究以小青菜為代表來探索基質(zhì)栽培過程中的水分應(yīng)用特征，旨在為實現(xiàn)蔬菜的基質(zhì)高效栽培提供技術(shù)支持和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗時間地點

本試驗在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動物科學(xué)基地的塑料大棚內(nèi)進行，試驗時間是2017年5月17日至6月5日。該塑料大棚高5 m，長24 m，寬20 m，配備通風(fēng)和濕簾降溫設(shè)備。

1.2 試驗材料

試驗所用生長介質(zhì)為發(fā)酵床墊料基質(zhì)。該基質(zhì)材料購自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動物科學(xué)基地堆肥廠，其含水量為40%，速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為0.9（NO3--N 0.8，NH4+-N 0.1）、0.2、1.2 g/kg，pH值為6.3，EC值為3.0。該發(fā)酵床墊料基質(zhì)采用養(yǎng)豬發(fā)酵床墊料與椰糠、蛭石復(fù)配而成。供試品種為青梗小青菜。試驗所用栽培槽為長 80 cm、寬 15 cm、深12 cm的長方形槽。該栽培槽平放于栽培架上，內(nèi)部填放栽培基質(zhì)進行小青菜栽培。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置5個用水量處理，即100%、88%、75%、63%、50%最大持水量，每個處理水分保持的下限是下降10%，基質(zhì)槽內(nèi)裝發(fā)酵床基質(zhì)2.5 kg，初次單槽用水量分別為4.0、3.5、3.0、2.5、2.0 L。為了保持栽培槽內(nèi)水分相對穩(wěn)定，每隔1 d基質(zhì)槽進行稱質(zhì)量，然后根據(jù)基質(zhì)槽質(zhì)量變化減去植物生長量后計算水分的損失量，再進行等量補充，使得基質(zhì)槽內(nèi)水分保有量始終保持在起始用水量處理水平。其中植物生長量根據(jù)最近收獲的植株質(zhì)量獲得。每個水分處理均設(shè)置10個重復(fù)。試驗采用破壞性采樣，由移栽開始至植株收獲設(shè)置5個采樣時期，每個時期進行植株地上和地下部分分別收獲并同步采集基質(zhì)樣品進行分析。試驗開始前選取提前育好的長勢均勻的小青菜苗[5葉1心，單株平均鮮質(zhì)量為（1.57±0.07） g]進行移栽，每個基質(zhì)槽內(nèi)種植7株。

1.4 試驗期間設(shè)施大棚內(nèi)主要氣象參數(shù)

試驗周期內(nèi)天氣情況以晴天或多云天氣為主，晴天或多云天氣光照度和溫度均在中午最高，濕度表現(xiàn)為夜晚最高，隨著日出后逐漸降低至中午最低，之后逐漸升高。其中采樣當天最高光照度、平均溫度和最低濕度的監(jiān)測分析結(jié)果如表1所示，第12、15天為晴好天氣，光照度最高;第5、9天為多云天氣，光照度較低;第19天為陰雨天氣，光照度最低。由于設(shè)施大棚內(nèi)采用了濕簾降溫增濕設(shè)施，超過35 ℃進行了調(diào)控，在第15天光照最強時仍保持平均溫度（25.70±1.92） ℃和最低濕度（65.80±1.21）%;而第12天由于溫度相對穩(wěn)定，沒有進行溫濕度干預(yù)，中午12：00—14：00出現(xiàn)短暫濕度較低的情況，最低濕度為（33.00±1.60）%。

1.5 采樣頻率及指標

采樣頻率設(shè)定為移栽后第5、9、12、15、19天。每次采樣首先稱量基質(zhì)槽內(nèi)基質(zhì)及殘留水分的總質(zhì)量m3，根據(jù)起始質(zhì)量來計算總水分損失率;然后測定植株的株高和葉面積（葉面最寬寬度和葉片最長長度）;之后任選一個重復(fù)處理進行破壞性采樣，對植株地上及地下部稱質(zhì)量即為該時期植株的的總生物量m4，并采集該時期基質(zhì)樣品進行基礎(chǔ)理化性狀分析，同步測定株間水分自然蒸發(fā)率。大棚內(nèi)光照度、溫度和濕度采用路格公司生產(chǎn)的LXS-99型光照儀進行實時跟蹤測定。

1.6 測定方法

1.6.1 水分利用率計算方法 由于栽培槽不漏水，槽內(nèi)水分損失量主要來源于植物吸收和株間表面蒸發(fā)。植株水分利用率計算公式如下：

植株水分利用率=栽培槽水分總損失率%-顆間自然蒸發(fā)率%。

其中栽培槽水分總損失率計算公式為栽培槽水分總損失率=m1+m2-（m3-m4）m1×100%。

式中：m1是指起始栽培槽內(nèi)基質(zhì)的質(zhì)量;m2是指起始栽培槽內(nèi)添加水的量;m3是指經(jīng)過一個測定周期后栽培槽內(nèi)基質(zhì)和剩余水的質(zhì)量;m4是指同期破壞性采樣獲得的植株生物總質(zhì)量。

1.6.2 株間自然蒸發(fā)測定方法 為了測定基質(zhì)槽內(nèi)水分自然蒸發(fā)，根據(jù)蒸滲儀的原理，試驗采用一種埋置于栽培槽內(nèi)的圓杯內(nèi)水分散失率來考察。該圓杯為直徑5.5 cm、高8 cm的不透水的透明PVC圓杯。試驗開始前內(nèi)部盛滿基質(zhì)并添加一定量的水，基質(zhì)與水的比例與對應(yīng)處理的栽培槽內(nèi)的基質(zhì)與水的比例一致。然后將準備好的不同處理的圓杯埋置在對應(yīng)處理栽培槽內(nèi)2株植株之間，保持頂部開放狀態(tài)。圓杯每隔2 d從所埋基質(zhì)槽內(nèi)取出，小心蓋上蓋子立刻用電子天平稱質(zhì)量。之后再將圓杯內(nèi)水分補充至起始質(zhì)量放回栽培槽內(nèi)原處。株間自然蒸發(fā)率，計算公式如下：

株間自然蒸發(fā)率=m5+m6-m7m5×100%。

式中：m5是指起始時圓杯內(nèi)裝的基質(zhì)的質(zhì)量;m6是指起始圓杯內(nèi)添加的水的質(zhì)量;m7是指經(jīng)過1個蒸發(fā)周期后圓杯內(nèi)基質(zhì)和殘留水的質(zhì)量。

1.6.3 其他理化指標測定方法 基質(zhì)樣品采集后在陰涼處自然風(fēng)干備用。基質(zhì)理化性狀測定：采用1 g：10 mL的基質(zhì)：水比例進行低速振蕩浸提，浸提液采用三參數(shù)測定儀進行pH值和EC值的測定。速效氮磷鉀的測定采用常規(guī)方法進行。

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)匯總分析，方差分析和多重比較分析采用最小顯著性分析（LSD）法進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分處理下植株生長情況

2.1.1 植株總生物質(zhì)量變化情況 植株生物質(zhì)量隨生長期延長而明顯增加。不同水分處理收獲生物質(zhì)量介于（163.66±21.82）～（220.05±23.88） g/槽之間，2.5～3.0 L水處理植株總生物質(zhì)量最高，3.5～4.0 L處理顯著低于其他水分處理。如圖1所示，在移栽后的第12天期內(nèi)，總生物質(zhì)量表現(xiàn)出隨用水量的增加而增加的趨勢，2.0～3.0 L用水量處理生物質(zhì)量略低于3.5～4 L用水量處理，但差異不顯著。自第12天以后，總生物質(zhì)量隨用水量的增加呈先升高后下降的趨勢;第19天收獲時，二次方程擬合r2=0.70。2.0～3.0 L 用水量處理生物質(zhì)量顯著高于3.5～4.0 L用水量處理（P<0.05）。

2.1.2 不同水分處理植株根系生物質(zhì)量 根系在第15天之前（前期）生長較緩慢，生物質(zhì)量在（0.39±0.02）～（4.63±1.21） g/槽之間，各水分處理間差異不顯著;而在第15天之后進入快速生長期，生物質(zhì)量在（6.07±0.89）～（12.22±1.70） g/槽之間，且2.0～3.0 L用水量根生物質(zhì)量顯著高于3.5～4.0 L用水量處理（圖2），這與總生物質(zhì)量情況一致。根系相對于總生物質(zhì)量比例較小，收獲時仍不足總生物質(zhì)量的10%，相關(guān)性分析表明，根系生物質(zhì)量與植株總生物質(zhì)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系（r2=0.85，P<0.01）。收獲時，根系生物質(zhì)量隨著用水量的增加呈先增加后下降的趨勢，二次方程擬合r2=0.92。

2.1.3 不同用水量處理下株高和葉面積變異 株高與葉面積均隨著生育期的延長呈增加趨勢。不同用水量處理株高在不同時期均沒有表現(xiàn)出顯著性差異（圖3），與用水量及總生物質(zhì)量的相關(guān)性均不顯著。而葉面積在第12天后表現(xiàn)出一

定的差異：2.5、3.0 L用水量處理高于其他處理;收獲時顯著高于 2.0、3.5、4.0 L用水量處理（圖4）。葉面積與總生物質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r2=0.85，P<0.01），與用水量呈負相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。

2.2 不同水分處理下基質(zhì)水分利用情況

栽培基質(zhì)中水分自然蒸發(fā)速率隨著生長期的延長呈下降趨勢。不同水分處理下，自然蒸發(fā)率介于（2.70±0.22）%～（6.14±0.43）%之間（圖5）。株間蒸發(fā)率隨著用水量的增加而降低，二者呈極顯著負相關(guān)關(guān)系（r2=0.50，P<0.01），2.0、2.5 L處理株間蒸發(fā)速率顯著高于3.5、4.0 L處理。

如圖6所示，植株水分利用效率整體隨著生育期延長呈增加趨勢，同時受天氣情況影響又略有不同，最高利用率為（11.47±1.10）%，最低為（1.06±0.30）%。隨著用水量的增加，植株水分利用率呈下降趨勢，第12、15天（即晴天）呈現(xiàn)顯著負相關(guān)關(guān)系（r2>0.81，P<0.05）。第15天時4.0 L用水量處理水分利用率僅為2.5 L處理的57.82%，顯著低于2.0、2.5 L處理（P<0.05）。光照良好的天氣情況下，用水量增加會顯著降低水分利用效率，這在生育后期表現(xiàn)更為明顯。

2.3 基質(zhì)主要參數(shù)變化

不同水分處理下基質(zhì)pH值均隨著生育期的延長而增加，但不同水分處理間差異不大，后期（第19天）3.0 L用水量處理pH值顯著高于其他水分處理（P<0.05）（圖7）。

基質(zhì)電導(dǎo)率（EC值）隨著栽培生育期延長呈下降趨勢（圖8），而幼苗期（第5天）不同水分處理EC值變化不大，中后期3.0 L處理表現(xiàn)出低于其他處理的趨勢，尤其在第19天時顯著低于其他處理（P<0.05）。

基質(zhì)速效養(yǎng)分氮磷鉀含量均隨著生育期的延長而下降，氮素下降最多為70.71%～77.29%，磷素下降5.48%～17.41%，鉀素為11.34%～35.03%，不同水量處理下基質(zhì)養(yǎng)分總體上差異不顯著（表2）。

3 討論與結(jié)論

水是影響植物生長的重要因子?；|(zhì)中的水分狀況不僅是營養(yǎng)成分通過擴散和質(zhì)流遷移的方式被植物利用的重要因素，還影響基質(zhì)本身的孔隙度及通氣性。水分過高和過低均不能夠?qū)崿F(xiàn)較高的蔬菜產(chǎn)量[13]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)小青菜最高生物產(chǎn)量適宜水分用量為2.5～3.0 L，即基質(zhì)最大持水量的63%～75%，過高或過低的用水量均不能獲得最高產(chǎn)量。這可能是由于基質(zhì)具有疏松多孔的特點，水分過少不利于養(yǎng)分向根系擴散和遷移，進而可能影響?zhàn)B分和水分的雙重吸收，從而影響植物各器官的形態(tài)建成。本研究也發(fā)現(xiàn)水分用量對葉面積大小和根系生物質(zhì)量的影響顯著，其中葉面積是小青菜產(chǎn)量形成的重要因子與生物質(zhì)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系（r2=0.85，P<0.01）; 同樣根系作為植株水分吸收的重要器官，與植株總生物質(zhì)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系（r2=0.85，P<0.01），這與前人研究結(jié)果[10，14]相同。而水分過多造成通氣孔隙減小，影響根系的呼吸作用，造成爛根死根現(xiàn)象，從而影響植物對水分和養(yǎng)分的吸收，最終影響植物生長和形態(tài)建成[15]。合理的水分使用量可能是通過促進根系生長并影響葉面積增加而影響植株生物質(zhì)量[16-17]。

水分自然蒸發(fā)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水分控制的重要影響因素[18-19]，環(huán)境溫度和濕度均會影響自然蒸發(fā)率[20]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)自然蒸發(fā)率隨生育期增加而下降，這可能是由于生育后期葉面積增加（圖4）對基質(zhì)表面的遮陰作用造成的[21]。本研究首次對設(shè)施栽培環(huán)境槽式栽培條件下的水分自然蒸發(fā)進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，設(shè)施大棚內(nèi)濕度視天氣和日照狀況最低33%，最高100%，該環(huán)境下水分自然蒸發(fā)率根據(jù)用水量不同而不同，介于（2.70±0.22）%～（6.14±0.43）%之間，并隨著用水量的增加而降低，二者呈極顯著負相關(guān)關(guān)系（r2=0.50，P<0.01），這與露地土壤的結(jié)論[19-20]相反。這種現(xiàn)象的原因可能是相比露地土壤，栽培基質(zhì)的成分主要是廢棄的農(nóng)作物秸稈，秸稈材料雖然疏松多孔但卻容易變形，原有的通氣大孔隙極易隨著用水量增加而下降或者消失，導(dǎo)致基質(zhì)結(jié)構(gòu)變得緊實，不利于水分蒸發(fā)散失。這很可能是小青菜生育中后期，根系生物質(zhì)量較低（4 L用水量）而水分利用效率顯著降低（P<0.05）（圖6）2種現(xiàn)象的主要原因。該結(jié)論與前人研究結(jié)論相似，即水分利用率與供水量呈負相關(guān)關(guān)系，供水量可能是通過對根系形態(tài)和功能的抑制作用來影響水分的利用率[22]，這種趨勢在高溫高光照的晴好天氣更加明顯。因此，在采用栽培基質(zhì)進行栽培時，為了保持基質(zhì)物理狀態(tài)和通氣性，水分供應(yīng)量不能夠過多。

發(fā)酵床墊料基質(zhì)速效養(yǎng)分含量較高，有效態(tài)氮營養(yǎng)以硝態(tài)氮為主，隨著小白菜生長，pH值變異較小而EC值逐漸降低，基質(zhì)內(nèi)速效養(yǎng)分逐漸降低，主要表現(xiàn)為氮素損失較多，磷鉀素損失較少富余較多的趨勢，但養(yǎng)分變異與用水量均無顯著性相關(guān)。同等條件下氮素相對其他元素損失量大（>70%），因此對于基質(zhì)栽培來說氮素養(yǎng)分管理尤為重要?；|(zhì)內(nèi)速效氮素損失途徑一是植物的吸收，二是微生物的固定，三是反硝化途徑脫除，而本研究收獲植株生物質(zhì)量較低（<220.05 g/槽），植物吸收途徑損失氮素量很少，微生物固定和反硝化脫除途徑可能是栽培基質(zhì)內(nèi)氮素損失的主要途徑[23]。

綜上所述，采用發(fā)酵床墊料基質(zhì)進行小青菜的槽式栽培，水分供應(yīng)量過高或過低均不能夠獲得理想的產(chǎn)量，最優(yōu)供水量是2.5～3.0 L/槽或者1 ∶ 1～1.2 ∶ 1的水：基質(zhì)使用比例。最優(yōu)水分供應(yīng)量能夠滿足最高根系生物質(zhì)量，并主要通過顯著增加葉面積來實現(xiàn)較高的生物量。最優(yōu)水分供應(yīng)量時，栽培基質(zhì)每日株間自然蒸發(fā)（2.46%～4.56%）和水分利用效率（1.99%～6.71%）均處于中等水平。水分供應(yīng)量過高時，株間自然蒸發(fā)和水分利用效率也較低，并且植物根系和地上部生物質(zhì)量均較低。

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