日光溫室嵌膜式基質栽培對根區溫度及番茄生長和產量的影響

李寶石，王奇，劉文科，邵明杰

(中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所/農業農村部設施農業節能與廢棄物處理重點實驗室，北京 100081)

日光溫室是中國特有的溫室類型，不僅成功解決了北方地區冬春季蔬菜短缺和周年均衡供應問題，同時也為農業增效、農民增收做出了積極貢獻[1]。目前，日光溫室多以傳統的土壤栽培為主，但由于過量水肥和農藥投入導致資源浪費和生態環境污染[2-4]。而且溫室反季節蔬菜栽培過程中，低溫脅迫是影響作物生長的重要環境因素[5,6]。Tahir等[7]研究表明，作物對根區溫度的反應機制比對空氣溫度更加靈敏。Lee等[8]研究表明，當根系處在低根溫環境時，水分傳導率和養分主動運輸顯著減小。Awal等[9]研究表明根區溫度從25℃降至12℃，根系供應水分和養分的功能受阻。因此，根區溫度調控在設施園藝作物生產中具有重要意義[10]。

針對日光溫室蔬菜栽培過程中出現的冬季低溫脅迫和土壤栽培等一系列環境帶來的生產問題，傅國海等[11]基于土壤栽培根區環境穩定和基質栽培高效清潔生產的優點提出了一種新型栽培方式——起壟內嵌基質栽培，即將土壤栽培與無土栽培相結合，利用土壟包被基質，采用滴灌進行蔬菜栽培。前期研究表明，相對土壟栽培，采用起壟內嵌基質栽培甜椒，能夠提高夜間平均溫度1.34℃[12]；促進甜椒幼苗生長，提高果實產量50%以上[13]。

有研究表明，起壟高度會影響根區溫度，進而改變根區熱效應，影響作物生長[14]。而地膜覆蓋則能夠顯著提高根區溫度，對促進作物苗期生長具有積極影響[15]。而前人試驗并未研究新型栽培方式壟高以及有無地膜對其生產性能的影響。為了進一步探究新型栽培方式的生產性能，本試驗研究壟嵌與溝嵌基質栽培以及有無地膜共4種栽培方式對番茄生長及根區溫度的影響，比較它們的實際生產效果，以期為新型栽培方式的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在河北省衡水市饒陽縣良品果蔬種植合作社產業示范區的一個簡易土墻日光溫室中進行。溫室頂部和底部均設通風口。番茄采用基質或土壤栽培。供試基質由河北豐源生物科技有限公司生產。土壤有效磷含量為321 mg/kg，硝態氮含量為178 mg/kg；基質有效磷含量為166 mg/kg，硝態氮含量為969 mg/kg。供試番茄品種為“羅拉”。

1.2 試驗設計與方法

試驗設置4個處理，其中， SR處理(對照)：梯形土壟栽培；SSC處理：起壟內嵌式基質栽培(soil-ridged substrate-embedded cultivation，SSC)；SE處理：內嵌槽全嵌入(20 cm)水平地面的土壤溝嵌栽培(soil embedment，SE)；SE+FM處理：土壤溝嵌上覆蓋地膜栽培。隨機區組排列，重復6次。小區面積120 m2。

起壟內嵌基質栽培，即將塑料薄膜嵌在一定規格的土壟中，裝入混合基質。塑料薄膜厚度為0.12 mm，側面打孔。通氣孔距離底部2 cm，孔徑1 cm，孔距15 cm。每條壟長7.5 m、壟高10 cm，基質槽下嵌地面10 cm，壟上底寬20 cm、下底寬40 cm。

土壤溝嵌：即在水平地面上開溝，將塑料薄膜嵌在溝中。塑料膜厚度和通氣孔與起壟內嵌基質栽培一致。每條溝長7.5 m，溝深20 cm。

土壟栽培規格與起壟內嵌基質栽培一致。

所有處理完成后，進行滴灌帶鋪設。番茄苗于2020年8月12日定植，株距0.45 m、行距0.6 m。小區兩側設置保護行。施肥量依據當地農戶常規用量，水肥管理采用滴灌進行。溫室日常管理依照當地常規進行，于7—9月在溫室頂部加裝遮陽網，10月之后在頂部加裝棉被。

1.3 測定項目及方法

采用YM-CJ型智能土壤溫度記錄儀(國產，精度為±0.05℃)測定土壤溫度。共設置11個測點，分別布置在每個處理壟根區基質內，埋深10 cm。日光溫室內設置2個測點，測室溫，懸掛高度1.5 m；室外設置1個測點測室外溫度變化，懸掛高度1.5 m；室內外氣溫測點置于輻射罩內，避免太陽直射。溫度采集時間間隔為10 min。根據日光溫室保溫被開閉時間，本試驗將白天定義為8∶30—16∶30，夜間為16∶30—次日8∶30。溫度數據采集時間分別為2020年8月29日—9月1日和10月25—28日兩個階段。

8月29日每處理選5株番茄進行生長指標的測定。采用游標卡尺測定莖粗；直尺測定株高。10月31日選定5株番茄分別使用SPAD葉綠素儀測定老葉和新葉葉綠素含量。每處理隨機選定4株用天平稱量累加產量，即為番茄的單株產量，并根據行株距計算每平方米產量。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0軟件進行數據分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 日光溫室不同時段內外氣溫變化

由圖1可知，兩個時段的室內外溫度峰值變化相同，最高氣溫出現在13∶00左右，最低氣溫出現在6∶00左右，而且室內氣溫隨室外氣溫的變化而變化。8月29日—9月1日出現的極端高溫(>40℃)天數較多，這對于番茄苗期生長極為不利。8月29日—9月1日4個晝夜中溫室內白天氣溫平均值為33.31℃，夜間為24.68℃；室內最高氣溫在32.30～47.35℃，最低氣溫在20.88～24.30℃。4個晝夜中白天室外氣溫平均值為29.24℃，夜間為22.77℃；室外最高氣溫在29.05～35.95℃，最低氣溫在18.45～22.65℃。

10月份4個晝夜中白天室內氣溫平均值為22.22℃，夜間為17.64℃；室內最高氣溫在24.52～30.70℃，最低氣溫在15.55～17.55℃。4個晝夜中白天室外氣溫平均值為18.35℃，夜間為7.74℃；室外最高氣溫在19.60～23.85℃，最低氣溫在0～8.00℃。

圖1 日光溫室內外氣溫變化

2.2 日光溫室四種栽培方式對根區平均溫度的影響

由表1看出，8月29日—9月1日，SE+FM處理和SSC處理的白天平均溫度高于SR處理，白天室內氣溫較高時對高溫的緩沖能力較弱，溫度隨氣溫上升較快。而在夜間時段，SSC、SE+FM和SE處理的根區溫度高于SR處理，說明夜間這三種處理能夠較好地維持根區溫度。其中SE+FM處理有利于提高根區最低溫度。各處理最高溫與最低溫平均值之差為SR>SSC>SE>SE+FM，說明SE+FM處理的根區溫度變化較小，SR處理的波動較大。

由表2看出，10月25—28日，SSC、SE、SE+FM處理的夜間根區平均溫度均高于SR處理，其中以SE+FM處理最優，分別比SR、SSC和SE處理高1.44、0.68℃和0.71℃。4個處理根區最低溫度分別為17.86、18.74、18.83、19.50℃，即SE+FM>SE>SSC>SR，說明SE+FM處理維持夜間低溫的能力最強。4個處理最高溫與最低溫平均值之差分別為1.36、1.05、0.85、0.81℃，說明覆膜栽培具有較好維持根區溫度穩定的能力，而SE與SSC處理間的根區溫度差異不明顯。

表1 8月29日—9月1日四種栽培方式根區平均溫度 (℃)

表2 10月25—28日四種栽培方式根區平均溫度 (℃)

2.3 日光溫室四種栽培方式對番茄生長及產量的影響

由表3可知，SR和SE+FM處理番茄苗期株高顯著高于其他兩個處理。莖粗以SE+FM處理的值最高，SE處理最低，二者差異顯著，但與SR、SSC處理無顯著差異。從SPAD值可以看出，老葉明顯高于新葉，無論老葉還是新葉均以SE+FM處理最大，說明覆膜處理能夠顯著促進番茄幼苗的生長。SSC和SE處理之間各指標值無顯著差異，說明壟嵌和溝嵌基質栽培對番茄幼苗生長的影響不顯著。各處理產量依次為：SE+FM>SSC>SR>SE，與SR相比，SE+FM處理顯著提高番茄產量14.31%；SSC和SE、SR處理無顯著差異。

表3 四種栽培方式對番茄生長及產量的影響

3 討論與結論

本研究結果表明，4個處理在8月份和10月份兩個時段根區最高溫與最低溫平均值差值均以SR處理最高。這與李宗耕等[16]的試驗結果一致，說明SR處理根區溫度變化劇烈。盡管土壤具有良好的蓄熱保溫性能，但是其熱量傳導速率較慢[17]，熱量常常到達根區后便受到阻滯。SSC和SE處理的白天平均溫度相差不大，但在夜間較冷時根區溫度有所提升，說明SSC處理能較好抵御夜間的低溫階段；但是SSC處理的溫度穩定性差，這與傅國海等[18]的研究結果一致，說明內嵌膜嵌入深度會影響根區溫度的穩定性。與SSC相比，SE處理的平均溫度較低但較為穩定，原因可能是由于其完全位于地面以下，能夠有效吸收和利用來自地下土壤儲存的熱量[19]。本研究結果表明，地膜覆蓋通過影響熱平衡來提高土壤溫度，SE+FM處理不僅具有較好的抵御低溫的能力，同時還能夠維持根區溫度的穩定性。其原因可能是地膜覆蓋減少了熱量的散失，一方面儲存在基質中；另一方面儲存在內嵌膜兩邊的土壤中。

番茄幼苗的株高、莖粗和SPAD值等指標能夠反映其生長情況。與SSC、SE處理相比，SE+FM處理提高了番茄幼苗的株高、莖粗、SPAD值。這主要因為地膜覆蓋條件下，根區溫度、含水量、養分的可用性等特性均得到提高，對于植物周圍的小氣候產生積極影響，進而促進苗期的生長。SSC和SE處理的生長指標無顯著差異，但是SSC處理更有優勢。與SR相比，SE+FM處理的生長指標無顯著提高，這與傅國海等[18]的研究結果不一致，其原因可能是定植前在土壤中施入了有機肥，SR處理的番茄幼苗不僅能夠吸收滴灌輸入的營養元素還能夠利用土壤中本身儲存的營養，進而促進幼苗的生長。然而從產量指標來看，與SR處理相比，SSC和SE處理并未顯著提高番茄產量，這與先前的試驗結果不一致，原因可能是水肥投入過高，導致根溫脅迫對植株產量的影響削弱。此外這三種處理均未覆膜，這與先前的試驗有所差異。SE+FM處理能夠顯著提高番茄產量的原因是，覆膜栽培具有保水保墑、提高根區溫度和改善田間小氣候的作用[20]。盡管SE與SR處理的產量無顯著差異，但SE+FM處理則在SE處理的基礎上能夠進一步提高番茄產量，這在之前已有研究[21]。

綜上表明，SE+FM處理的根區溫度及其生產性能較優，能夠有效解決番茄苗期面臨的根區低溫問題，對促進冬季日光溫室作物生長起著重要作用。