適于北京地區設施番茄生長的生態化栽培基質篩選研究

聶青 趙懿 李婷 劉士華 王立征 曲明山

摘? ? 要：為篩選出適宜北京地區設施番茄生產的生態化栽培基質，以蚯蚓糞、菇渣和粉煤灰等廢棄物資源為原料，部分替代草炭，同時添加有機肥進行不同比例的混配，開發了生態化園藝栽培基質，在北京市密云區進行設施番茄生產，篩選出了適于番茄生產的生態栽培基質。結果顯示：與傳統栽培基質相比，利用基質4（草炭 ∶ 蚯蚓糞 ∶ 有機肥 ∶ 土=3 ∶ 4 ∶ 1 ∶ 2）生產的番茄生長情況、產量、品質和水分生產效率均表現為最好，定植后50 d，基質4栽培的番茄株高最高（173.8 cm），較對照（CK）提高5.33%，差異顯著；最終產量較CK生產的番茄提高29.31%；Vc含量和可溶性固形物含量顯著提高，Vc含量達到207.8 mg·kg^-1，較CK處理高7.8%，差異達顯著水平；可溶性固形物含量為4.1%，較CK提高21.78%，差異極顯著；水分生產效率為31.32 kg·m^-3，較CK處理高30.71%，達到顯著差異。綜上，草炭、蚯蚓糞、有機肥和土4種物質混配比例為3 ∶ 4 ∶ 1 ∶ 2的生態化基質適宜北京地區設施番茄生長。

關鍵詞：北京；設施番茄；生態化；基質；篩選

中圖分類號：S641.2? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2024.01.004

Ecologicalization of Facility Tomato Growth in Beijing Study on Cultivation Substrate Screening

NIE Qing1， ZHAO Yi2， LI Ting1， LIU Shihua3， WANG Lizheng3， QU Mingshan1

（1. Beijing Agricultural Technology Extension Station， Beijing 100029， China; 2. Yanqing District Agricultural Technology Extension Station， Beijing 102100， China; 3. Miyun District Soil and Fertilizer Station， Beijing 101500， China）

Abstract： The purpose of this study is to screen out the ecological cultivation substrate suitable for tomato production in Beijing area. The ecological horticultural cultivation substrate was developed by using waste resources such as earthworm manure， mushroom residueand fly ash as raw materials， and the ecological cultivation substrate suitable for tomato production was screened out. Compared with the traditional cultivation substrate， the growth， yield， quality and water production efficiency of tomato produced by substrate 4 （peat ∶ vermicompost ∶ organic fertilizer ∶ soil=3 ∶ 4 ∶ 1 ∶ 2）were the best. After 50 days of planting， the plant height of tomato cultivated by substrate 4 was the highest， which was 173.8 cm， 5.33% higher than that of the control substrate（CK）， and the difference was significant. The final yield was 29.31% higher than that of CK. Vc content and soluble solids content increased significantly， Vc content reached 207.8 mg·kg^-1，7.8% higher than CK treatment， the difference was significant. The soluble solids content was 4.1%， which was 21.78% higher than CK treatment， and the difference was extremely significant. The water production efficiency was 31.32 kg·m^-3，which was 30.71% higher than that of CK treatment. In conclusion，the ecological substrate with a mixture ratio of peat， vermicompost， organic fertilizer and soil of 3 ∶ 4 ∶ 1 ∶ 2 is suitable for the growth of greenhouse tomato in Beijing.

Key words： Beijing; facility tomato; ecological; matrix; screening

栽培基質起源于無土栽培的概念，通常被稱為營養基質，其好壞直接影響植物的生長和發育。有關栽培基質的研究在國內外已有150余年歷史，早在19世紀60年代Boussingault和Salm-Horstmar就通過試驗證明植物可以通過穩定支撐的基質吸收營養并正常生長^[1]。目前，土壤栽培存在不同程度的連作障礙問題，基質栽培不僅能為植物提供穩定協調的水、肥、氣結構的生長介質，也是克服連作障礙的有效途徑之一^[2-3]。隨著數字化技術的發展以及在設施農業中的應用，歐洲、美國、日本等發達國家的現代化溫室控制技術已經成為無土栽培技術的顯著標志^[4]。我國作為設施園藝大國，國土遼闊、資源豐富，但基質栽培面積所占比例不足1%，與荷蘭等發達國家存在很大差距^[5-6]。

栽培基質的不同分類方法如下：按照基質的來源分類，可分為天然基質和人工合成基質；按照基質的組成來分類，可分為無機基質和有機基質；按照基質的性質可分為惰性基質和活性基質。單一基質在某些理化性狀上存在一定的缺陷難以滿足作物生長要求^[7]，如珍珠巖和細砂的持水能力低，棉籽殼、草炭資源有限，巖棉易污染環境等。在工廠化栽培研究中，綜合考慮各種基質的理化性質，進行多種基質的混配使用以及新型有機基質的開發利用等，成為學者們研究的重點。

草炭是短期內不可再生資源，隨著近些年的開采，資源量已大幅減少，且嚴重破壞了濕地的生態環境，因此尋找新型環保的栽培基質替代草炭已成為研究熱點^[8]，目前各國學者通過利用腐爛的樹皮樹葉、蘑菇渣等農業和園林廢棄物進行栽培試驗，均取得了較理想的效果，也開展了有機基質栽培的有機肥施用、化肥施用和有機無機配施等技術研究^[9-10]。農林廢棄物具有數量巨大、再生周期短、可生物降解、環境友好等優點，對其進行人工合成以實現對草炭等不利于可持續發展基質的替代，將是今后一個時期內基質開發的主流和方向^[11]。但大多數混配方式仍處在試驗階段。Jing等^[12]認為，椰糠能夠顯著提高番茄果實第一穗果的有機酸含量，是可以廣泛用于番茄生產的基質。王鵬等^[13]研究結果表明，草炭和菌渣合理搭配，可明顯促進番茄的生長發育，果品品質得到顯著改善。董麗華等^[14]研究結果表明，蚯蚓肥對于番茄的生長發育及品質產量的提升有顯著影響，可作為環保的栽培基質進行使用。

本試驗選取蚯蚓糞、菇渣和粉煤灰等農業廢棄物為主要原料，部分替代草炭，同時添加有機肥，進行混配，擬篩選出適于番茄生產的生態化栽培基質。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在密云北莊試驗基地（117°05′58″E，40°26′16″N）進行，采用400波紋管廢棄物栽培基質，栽培管長6 m×寬40 cm×高20 cm，中心距1.5 m。2021年12月29日定植，供試番茄品種為京彩6號。試驗基質分別由北京市延慶區大地聚龍有限公司和河北龍慶生物科技有限公司提供。

生產營養液采用N-P₂O₅-K₂O配比為26-12-12和18-8-26的水溶肥，由尿素（N 46%）、磷酸一銨（N 12%、P₂O₅61%）和硫酸鉀（K₂O 52%）配置而成。根據植株長勢、天氣、檢測結果，對營養液進行動態管理，同時，根據植株長勢、天氣情況、溫度變化及時調整灌溉策略。具體施肥策略和灌溉策略見表1和表2。

1.2 試驗處理

試驗選取蚯蚓糞、菇渣和粉煤灰等農業廢棄物為主要原料，并添加有機肥和土進行混配，對照（CK）為常規基質配比，其他處理分別按照草炭減量40%和60%，由蚯蚓糞、菇渣、粉煤灰等農業廢棄物替代，并搭配有機肥或土壤，共設置6個處理，3次重復。6種基質的理化性狀和養分含量如表3和表4，進行隨機區組排列。

CK組成為草炭∶珍珠巖∶蛭石=2∶1∶1；

基質1組成為草炭∶蚯蚓糞∶蛭石=3∶4∶3；

基質2組成為草炭∶蚯蚓糞∶菇渣∶蛭石=3∶4∶1∶2；

基質3組成為草炭∶蚯蚓糞∶菇渣∶土=3∶4∶1∶2；

基質4組成為草炭∶蚯蚓糞∶有機肥∶土=3∶4∶1∶2；

基質5組成為草炭∶粉煤灰∶菇渣∶有機肥∶土=3∶4∶4∶2∶1。

1.3 測定指標與計算方法

基質混配后分別測定6種基質的容重、比重、pH值和EC值，以及養分含量，計算基質總孔隙度。容重測定采用環刀法測定，比重采用比重瓶法測定，pH值采用pH計電位法測定，EC值采用電導法測定?；|全氮、全磷和全鉀分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和原子吸收分光光度法測定，有機質采用重鉻酸鉀-濃硫酸氧化，硫酸亞鐵溶液滴定法測定。定植后10、25、50 d，分別測定番茄株高和莖粗，番茄成熟后測定硝酸鹽、Vc和可溶性固形物含量，硝酸鹽含量采用分光光度計法測定，Vc含量的測定采用2，6二氯靛酚滴定法，可溶性固形物含量測定采用阿貝折射儀法。不同基質的栽培方式分別計產，并用產量除以灌水量計算水分生產效率。根據不同基質的市場價格和肥料、番茄的市場價格計算經濟效益。

2 結果與分析

2.1 各處理間的基質物理性質比較

栽培基質的理化性狀與作物生長有直接相關，理化性狀是評價基質優劣的重要指標之一。由表3的測定結果可知，基質1、基質2、基質3、基質4、基質5容重均高于CK，基質4容重最高（0.5 g·cm^-3），基質的容重為0.1～0.8 g·cm^-3時栽培效果較好，5種基質的容重均在此范圍內?；|1、基質2、基質3、基質4、基質5添加各種有機無機材料后，比重均高于CK，基質1比重最高（2.13 g·cm^-3），顯著高于常規草炭基質CK，表明各基質對作物的支撐作用均加強。栽培基質的總孔隙度反映了基質容納空氣和水分的空間總和，基質1、基質2、基質3、基質4的總孔隙度均高于或等于CK，基質3的總孔隙度最高（82%），基質5的總孔隙度最低，但各處理的總孔隙度均在作物適宜生長的范圍內（54%～96%）^[15]?；|的通氣孔隙度反映了基質通氣能力，基質1、基質2、基質4、基質5的通氣孔隙度略低于CK，基質3的通氣孔隙度略高于CK，但差異不顯著。

基質pH值是基質化學性狀的一個重要評價指標，反映栽培基質的緩沖能力。此次處理中，5種處理栽培基質的pH值均顯著高于CK，為中性偏堿，基質3最高，基質1最低，但5種處理間差異不顯著。EC值是反映基質水溶液中離子總濃度的指標，基質1、基質2、基質3、基質4、基質5的EC值均高于CK，其中，基質2最高（3.29 ms·cm^-1），基質4最低（2.06 ms·cm^-1）。

由表4可知，基質1、基質2、基質5的全氮均高于CK，基質3和基質4的全氮含量略低于CK，但差異不顯著；5種基質的全磷含量均高于CK，基質1、基質2、基質5與CK相比達到顯著水平；5種基質的全鉀含量低于CK，但未達到顯著水平；基質2和基質5的有機質含量高于CK，其他基質的有機質含量低于CK，只有基質3與其他處理相比達到顯著水平。

2.2 不同栽培基質對番茄生長的影響

2.2.1 對番茄株高的影響 由表5可以看出，不同基質對番茄株高的影響不同。定植后10 d，番茄在緩苗期，各處理平均株高分別為21.3、22.1、21.5、21.2、21.9、21.7 cm，各處理差異不顯著。緩苗結束后，各生態型基質栽培的番茄生長速度明顯加快。定植后25 d，基質4和基質5栽培的番茄株高最高，較CK高3.71%和3.27%，差異不顯著。定植后50 d，基質4栽培的番茄株高最高（173.8 cm），較CK高5.33%，與CK、基質2、基質5相比差異顯著。

2.2.2 對番茄莖粗的影響 由表6可以看出，不同基質栽培的番茄莖粗存在差異。定植后10 d（番茄緩苗期間），各處理番茄莖粗無顯著差異。定植后25 d，各生態型基質栽培的番茄莖粗均高于CK。其中，基質5栽培的番茄莖粗最高（13.03 mm），較CK高7.95%；定植后50 d，基質1、基質2、基質3、基質4、基質5栽培的番茄莖粗均高于CK，且差異顯著，以基質3栽培的番茄莖粗最高（21.51 cm），且基質3、基質5與基質2差異顯著。

2.3 不同栽培基質對番茄產量的影響

不同基質生產的番茄產量如圖1所示，基質4和基質5生產的番茄產量最高，分別為84 088.5、84 127.5 kg·hm^-2，較CK高29.31%和29.38%，較基質1、基質2和基質3的產量也顯著提高。

2.4 不同栽培基質對番茄品質的影響

硝酸鹽是影響農產品安全的重要指標，世界衛生組織（WHO）和聯合國糧農組織（FAO）制訂了食品中硝酸鹽的限量標準，該標準規定蔬菜中硝酸鹽含量小于432.0 mg·kg^-1為一級標準，一級標準的蔬菜允許生食^[16]。本試驗中，各處理的硝酸鹽含量均小于一級標準指標，基質1、基質2、基質3、基質4、基質5栽培的番茄硝酸鹽含量均低于CK，基質2栽培的番茄硝酸鹽含量最低，較CK處理低25.27%；Vc是表征番茄品質的重要指標，基質4栽培的番茄Vc含量最高（207.8 mg·kg^-1），較CK高7.8%，差異達顯著水平；可溶性固形物是表征番茄風味的重要指標，基質4栽培的番茄的可溶性固形物含量最高，較CK處理高21.78%（表7）。

2.5 不同栽培基質對水分生產效率的影響

水分生產效率反映了用水量的投入產出效率，是衡量農業生產水平和農業用水科學性和合理性的綜合指標。如表8所示，不同基質生產番茄的水分生產效率不同?；|4的水分生產效率最高（31.32 kg·m^-3），較CK處理高30.71%，達到顯著差異水平。

2.6 不同栽培基質對經濟效益的影響

按照每公頃地所需基質量為450 t，整個生育期每株番茄所需化肥為0.04 kg計算，具體投入產出如表9所示，基質1的成本最高（23.4元·m^-2），基質4與基質5的產值最高（100.9元·m^-2），基質4和基質5的經濟效益分別為802 401.0、 843 421.5元·hm^-2。

3 討論與結論

草炭是當前使用最廣泛、效果最穩定的基質原料，但從長遠來看，可供開采的草炭儲備遠不能滿足實際使用需求。本試驗中，通過減少草炭的比例，利用農業廢棄物部分替代草炭，進行不同比例搭配，從各處理基質的理化性質分析來看，所有處理的基質理化性狀均能滿足作物生長的要求?；|4的理化性狀能夠滿足番茄栽培條件，養分含量可以為作物提供部分養分，并可減少草炭用量40%。

番茄的高產始終是種植戶追求的目標，本試驗中，除基質3處理以外，其他處理的基質生產的番茄產量均明顯高于CK，尤其以基質4和基質5處理的番茄產量較高，基質4處理比CK產量提高了29.31%。原因可能與基質中添加了有機肥相關。Fan等^[19]研究顯示，施用有機肥較施用純化肥可提高番茄產量3.48%；而聶大航等^[20]研究結果表明，增施有機肥可以增加番茄果實對營養元素的吸收，施用有機肥部分替代氮肥可以促進番茄對N、P、K養分的吸收、積累，提高番茄的產量，改善番茄果實的品質。

Vc和可溶性固形物是影響番茄品質的重要因素^[21]。本研究結果顯示，基質4處理的番茄Vc含量和可溶性固形物含量最高，而且硝酸鹽含量較CK有所降低，番茄品質得到了提升。原因可能是蚯蚓糞、有機肥和土壤混配的基質發揮了共同促進的作用，與蚯蚓糞可以增加番茄根際土壤細菌、真菌和放線菌的數量，并提高土壤微生物生物量碳氮及過氧化氫酶與脲酶活性有關^[17-18]。

水分生產效率是衡量農業生產水平和農業科技水平的指標之一。本試驗中，利用基質4生產的番茄水分生產效率最高，較CK提高了30.71%。這可能與基質4中添加土壤的比例最高有關。

此次研究綜合考慮番茄生長指標、產量、品質各項指標、比較經濟效益的情況下，初步篩選出基質4（草炭 ∶ 蚯蚓糞 ∶ 有機肥 ∶ 土=3 ∶ 4 ∶ 1 ∶ 2）為較適宜番茄生長的生態型基質。

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收稿日期：2023-05-05

基金項目：北京市設施蔬菜創新團隊項目（BAIC01-2024）

作者簡介：聶青（1975―），女，內蒙古豐鎮人，正高級農藝師，碩士，主要從事肥料技術研究。

通訊作者簡介：曲明山（1981―），男，山東省煙臺人，正高級農藝師，主要從事肥料技術研究。