不同密度對密閉型育苗設施中番茄幼苗生長的動態影響

高永雷 畢延剛 高麗紅 曲 梅

（中國農業大學農學與生物技術學院，設施蔬菜生長發育調控北京重點實驗室，北京100193）

閉鎖型育苗是育苗技術發展到當前的最高形式，它擺脫了自然條件的束縛和地域的限制，同傳統育苗方式相比，閉鎖型育苗不僅可以進一步提早播期、提高土地利用率、培育整齊一致的壯苗，而且有利于苗期病蟲害的防治、保證幼苗質量和特性，是現代蔬菜高產、優質、高效生產的重要手段。但是，初始投資成本高與運行能源消耗大是制約閉鎖型育苗發展的兩大瓶頸。通常，能耗成本約占總運行費用的 50%～60%，其中，照明的成本要占總耗電量的 70%～80%（魏靈玲 等，2009），因此提高光能的利用率是密閉式植物育苗工廠發展的重要方向。

近年來，國內外學者圍繞如何提高植物工廠光能利用率進行了大量研究，一方面研發了以LED燈為代表的高效低能耗人工光源。另一方面，生產者通過使用穴孔較小的穴盤提高種植密度以期獲得更高的效益。但是過小的穴孔會限制根系的生長發育，特別是在育苗的后期，進而影響到幼苗地上部正常的生長發育（NeSmith & Duval，1998；Hurley & Rowarth，1999；安慧和上官周平，2007），降低了幼苗的質量，因此在保證種苗質量的同時，應該選取怎樣的種植密度才能最大限度地提高經濟效益，成為生產者比較關心的問題。本試驗以番茄為試材，選取不同規格的穴盤，對不同密度下番茄幼苗個體及群體生長進行動態監測并對幼苗質量與經濟效益進行綜合分析，旨在探索適合密閉式育苗設施中番茄育苗的合理密度，從而提高工廠化育苗的光能利用率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理條件

以中雜9號番茄（Lycopersicon esculentumMill.）為供試品種。采用尺寸為540 mm×280 mm的標準穴盤，選用4種不同的規格，即72、128、200、288孔作為處理，每個處理設3次重復。

試驗于2012年3月16日至4月11日在中國農業大學東校區水利與土木工程學院密閉育苗設施內進行。番茄種子直播于穴盤中，育苗基質為草炭∶蛭石∶珍珠巖=3V∶1V∶1V。播種后將穴盤放入催芽室中進行催芽，第5天出苗后將穴盤移入密閉植物工廠中，待兩片子葉展開后，采用山崎營養液每隔2 d灌溉1次，灌溉方式為潮汐式灌溉。光照強度為（210±14）μmol·m-2·s-1，光照時間為14 h·d-1，相對濕度為60%～80%，光期溫度為26～28 ℃，暗期為18～20 ℃。植物工廠內的 CO2濃度隨番茄幼苗生長進行調節，子葉展平前為室內自然濃度，子葉展平到第 1片真葉展平為0.4 mL·L-1，第1片真葉展平到第3片真葉初露為0.6 mL·L-1，第3片真葉初露后為 1 mL·L-1。

1.2 測定項目

番茄幼苗的生長指標：自出苗后第9天開始，每隔3 d各處理隨機選取5株幼苗，隔行選取，分別測定株高、莖粗、下胚軸長及地下部和地上部的干鮮質量，利用EPSON PERFECTIO 4990 PHOTO根系掃描儀進行根系形態和葉面積的掃描，同時對穴盤中番茄幼苗的整體生長情況定焦拍照，觀察幼苗的遮光情況；計算出苗后23 d番茄幼苗的壯苗指數、根冠比（R/T）和單位時間內干物質的積累量（G）。

出苗后第23天時選取各處理生長一致的番茄幼苗葉片用Li-6400測定葉片的光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。

出苗后第23天時各處理隨機選取5株番茄幼苗，選取第2片真葉，剪去大葉脈，用蒽酮-乙酸乙酯法測定可溶性糖含量，用乙醇浸提法測定葉綠素含量。

1.3 數據處理

掃描得到的根系和葉片圖像使用 WinRHIZO 2007根系分析軟件分析。各指標數據用 IBM SPSS Statistics 19軟件進行DUNCAN方差分析，顯著性水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同密度對番茄幼苗個體生長發育的影響

由表1可知，72孔和128孔處理的番茄幼苗的株高、莖粗、地上部鮮質量以及根體積之間無顯著差異，且顯著高于200孔和288孔處理；穴孔數從128孔增加到200孔時，番茄幼苗的各生長指標出現顯著差異，同128孔處理相比，200孔處理的番茄幼苗的株高、莖粗、地上部鮮質量以及根體積分別減少了44.85%、36.57%、67.57%和42.86%。隨著密度的增大，番茄幼苗的葉片數、葉面積、地下部鮮質量和根系總長逐漸減小，且72孔處理顯著高于其他處理，但是各處理番茄幼苗的下胚軸無顯著差異；番茄幼苗的整體生長狀況如圖1所示。

表1 不同密度對番茄幼苗生長指標的影響

圖1 不同密度下番茄成苗的生長狀況

由表2可知，72孔和128孔處理番茄幼苗的G值和壯苗指數之間差異不顯著，但顯著優于200孔和288孔處理；各處理根冠比無顯著差異，128孔處理番茄幼苗的比葉重同72孔處理差異不顯著，但是顯著高于200孔和288孔處理。

表2 不同密度對番茄幼苗復合指標的影響

2.2 不同密度對番茄幼苗光合等生理指標的影響

從表3可以看出，200孔和288孔處理的番茄幼苗的葉綠素和可溶性糖含量無顯著差異，但顯著高于72孔和128孔處理，而光合速率（200孔處理除外）、氣孔導度和胞間CO2濃度顯著降低。同 72孔處理相比，288孔番茄幼苗葉片的葉綠素和可溶性糖含量分別增加了 24.03%和 559.09%，而光合速率、氣孔導度和胞間CO2濃度分別降低了 47.72%、82.39%和36.67%，可以看出隨著密度的不斷增大，番茄幼苗葉片的葉綠素和可溶性糖含量逐漸升高，而光合速率、氣孔導度和胞間CO2濃度呈現相反的趨勢。

表3 不同密度對番茄幼苗光合等生理指標的影響

2.3 不同密度下番茄幼苗個體生長的動態變化

由圖2-A可知，出苗后第13天各處理番茄幼苗的株高無顯著差異，而出苗后第16天200孔和288孔穴盤中番茄幼苗生長速率增加緩慢。出苗后第 23天 200孔和 288孔番茄幼苗株高分別比出苗后第 16天增加了 14.74%和22.04%，而72孔和128孔分別增加了95.34%和96.70%。

由圖2-B可知，出苗后第13天，72、128孔和200孔穴盤中番茄幼苗的葉面積差異不顯著，且顯著高于288孔處理，出苗后第16天200孔和288孔穴盤中番茄幼苗的擴展速率緩慢，當200孔穴盤中個體葉面積達到16.21 cm2（出苗后第19天）時，葉面積趨向于一個穩定值，而72孔和128孔處理的番茄幼苗葉面積的擴展速率顯著高于200孔和288孔處理。

由圖2-C可知，出苗后13 d，200孔和288孔處理的G值先呈下降趨勢，之后又呈現出小幅度的上升，而72孔和128孔處理的番茄幼苗的G值在整個生長過程中都呈上升趨勢，且自出苗后13 d開始顯著高于200和288孔處理。

由圖 2-D可知，出苗后第 10天，各處理番茄幼苗的根系體積之間無顯著差異，出苗后第13天根系體積的生長速率呈現出明顯不同的趨勢，穴孔面積越大，根系生長速率越快，特別是出苗后第16天，72孔和128孔穴盤中番茄幼苗根系的生長速率顯著高于200孔和288孔處理。

圖2 不同密度下番茄幼苗株高、葉面積、G值和根系體積的動態變化

2.4 不同時期不同密度下番茄幼苗葉片的擴展情況

從出苗后第10天開始對不同處理的番茄幼苗進行定焦拍照，如圖3所示。出苗后第10天之前各處理番茄幼苗間互不遮擋，而出苗后第13天時288孔處理首先出現遮擋，緊接著是200孔處理（出苗后第16天），此時288孔處理的番茄幼苗遮擋較嚴重；128孔處理的番茄葉片在出苗后第23天時出現了較嚴重的遮擋現象，而72孔處理仍有一定空隙；從圖3中可以明顯看出，穴孔面積較小抑制了葉片的擴展，200孔和288孔處理的番茄幼苗葉片較小。

3 結論與討論

植物工廠由于空間有限，為追求利益的最大化，人們往往盲目擴大育苗密度，使得幼苗的質量下降，如何處理好個體與群體之間的關系，是獲得高品質種苗，提高經濟效益的關鍵。

圖3 不同時期不同密度下番茄幼苗葉片的擴展情況

采用不同規格穴盤進行番茄育苗，由于穴孔面積不同，根系的擴展空間有限，地上部在生長過程中先后出現相互遮光、相互擁擠，因而番茄幼苗的生長發育情況不同。200孔和288孔穴盤穴孔面積較小，出苗后第13天時根系擴展受到抑制，阻礙了根系對水分和養分的吸收，且地上部葉片相互遮光，第16天時單位面積穴盤中葉片面積已經達到飽和，若繼續生長將阻礙番茄幼苗的正常發育，影響幼苗的質量，這與前人的研究結果相同（NeSmith & Duval，1998；Hurley &Rowarth，1999；Haver & Schuch，2001；Xu & Kafkafi，2001；Shangguan et al.，2004），此時番茄幼苗2片真葉，株高5.5 cm左右，莖粗為2 mm左右。而72孔和128孔處理的穴孔面積較大，此時番茄幼苗仍能正常發育，出苗后第23天時128孔處理的單位面積穴盤內葉面積也達到了飽和，72孔處理仍存在空隙，若培育更長苗齡的番茄幼苗可選用72孔或穴孔面積更大的穴盤，此時番茄幼苗4片真葉，株高為14 cm左右，莖粗為3.5 mm左右，符合壯苗標準（別之龍和黃丹楓，2008）。

200孔和288孔處理的番茄幼苗葉片的葉綠素和可溶性糖含量顯著高于72孔和128孔處理，但是光合參數顯著降低，原因可能是密度過大抑制了番茄幼苗的生長，特別是葉面積的擴展，提高了單位面積葉片內葉綠素的含量（安慧和上官周平，2007），抑制了葉片中可溶性糖向外運輸（張晉 等，2011），進而抑制了光合作用。另有研究表明，光合參數的降低與根系擴展中受到阻力，特別是根尖，增加了ABA的合成有關（Hurley & Rowarth，1999））

經濟效益的大小取決于幼苗的質量和數量，在保證質量的同時，最大化的利用育苗空間是行之有效的辦法。在一定范圍內增加種植密度，可提高群體的光能利用率和碳轉運效率，但是密度過大，幼苗在生長過程中根系擴展受阻，葉片功能期縮短，衰老進程加快（徐慶章 等，1995），個體的質量就會下降。因實際生產中對苗齡的需求不同，如兩葉一心的番茄幼苗適合用作嫁接苗，為獲得較高的經濟效益，利用密閉型育苗設施進行番茄育苗時可結合所需種苗苗齡選擇適宜的穴盤，建議培育15 d苗齡的番茄種苗可選用200孔穴盤，25 d苗齡的可選用128孔穴盤。

安慧，上官周平．2007．根域限制和氮素水平對連翹幼苗生長的影響．生態學報，27（4）：1323-1332．

別之龍，黃丹楓．2008．工廠化育苗原理與技術．北京：中國農業出版社：193．

魏靈玲，楊其長，劉水麗，楊雅婷．2009．LED在設施園藝中的應用系列（一）——LED在密閉式植物苗工廠中的應用．農業工程技術（溫室園藝），（5）：13-14，47．

徐慶章，王慶成，牛玉貞，王忠孝，張軍．1995．玉米株型與群體光合作用的關系研究．作物學報，21（4）：492-496．

張晉，郭翠花，高志強．2011．不同密度對小麥花后旗葉和籽粒中可溶性糖含量的影響．山西農業科學，39（12）：1266-1268．

Haver D，Schuch U．2001．Influence of root restriction and ethylene exposure on apical dominance of petunia．Plant Growth Regulation，35（2）：187-196．

Hurley M B，Rowarth J S．1999．Resistance to root growth and changes in the concentrations of ABA within the root and xylem sap during root-restriction stress．Journal of Experimental Botany，50：799-804．

NeSmith D S，Duval J R．1998．The effect of container size．Hort Technology，8（4）：495-498．

Shangguan Z P，Shao M A，Ren S J．2004．Effect of nitrogen on root and shoot relations and gas exchange in winter wheat．Bot Bull Acad Sinica，45：49-54．

Xu G，Kafkafi U．2001．Nutrient supply and container size effects on flowering，fruiting，assimilate allocation，and water relations of sweet pepper．Acta Horticulture，554：113-120．