不同水分處理對發酵床墊料基質栽培的小青菜產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內水分蒸發和利用率具有重要影響。在聯棟設施蔬菜大棚內，采用發酵床墊料基質進行不同水分用量下的小青菜槽式栽培試驗。結果表明，水分供應量過高或過低均不能夠獲得理想的產量，最優供水量是最大持水量的63%～75%。最優水分供應量對應根系生物質量和葉面積也最高，但水分用量對株高影響不顯著。最優水分供應量時，栽培基質每日自然蒸發（2.46%～4.56%）和水分利用效率（1.99%～6.71%）均處于中等水平。水分供應量過高時，自然蒸發和水分利用效率也較低，植物根系和地上部生物質量均較低。63%～75%最大持水量可以作為基質栽培生產上水分控制指標。

關鍵詞：發酵床墊料;基質;小青菜;產量;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

栽培基質是一種新型栽培介質，采用栽培基質進行蔬菜育苗和生產已經被人們所認可[1-2]。發酵床墊料是采用農業廢棄物作為發酵床養豬技術的副產物，具有養分豐富的特點，能夠作為重要材料復配基質[3-4]。江蘇省農業科學院循環農業研究中心近年來采用養豬發酵床墊料成功開發了蔬菜育苗、栽培等多種基質（專利號：CN201410410898.X，CN201710484093.3），近年來該類型栽培基質已經作為番茄、葉菜等蔬菜的栽培基質用于蔬菜生產[5-7]。

由于發酵床墊料基質本身疏松多孔，其中留存的水分相比常規土壤極易隨蒸發作用散失，而水分過多會影響其通透性。同時，水分使用量是蔬菜產量形成的重要因素[8]。因此，采用基質進行葉菜生長的過程中，水分使用量是重要的參數，是產量形成的重要影響因素[9]，粗放的管理方式勢必不能夠實現水分高效應用和蔬菜高產。然而相關研究一般是基于設施大棚立地栽培方式而進行的[10-12]，針對基于基質栽培的葉菜生產過程中水分使用量的相關研究還較少。尤其是設施大棚立體槽式栽培條件下，采用基質栽培的過程中，水分在基質內的蒸發特征、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栽培過程中的水分應用特征，旨在為實現蔬菜的基質高效栽培提供技術支持和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗時間地點

本試驗在江蘇省農業科學院六合動物科學基地的塑料大棚內進行，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，配備通風和濕簾降溫設備。

1.2 試驗材料

試驗所用生長介質為發酵床墊料基質。該基質材料購自江蘇省農業科學院六合動物科學基地堆肥廠，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。該發酵床墊料基質采用養豬發酵床墊料與椰糠、蛭石復配而成。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，內部填放栽培基質進行小青菜栽培。

1.3 試驗設計

試驗設置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%，基質槽內裝發酵床基質2.5 kg，初次單槽用水量分別為4.0、3.5、3.0、2.5、2.0 L。為了保持栽培槽內水分相對穩定，每隔1 d基質槽進行稱質量，然后根據基質槽質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，使得基質槽內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最近收獲的植株質量獲得。每個水分處理均設置10個重復。試驗采用破壞性采樣，由移栽開始至植株收獲設置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，單株平均鮮質量為（1.57±0.07） g]進行移栽，每個基質槽內種植7株。

1.4 試驗期間設施大棚內主要氣象參數

試驗周期內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測分析結果如表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。由于設施大棚內采用了濕簾降溫增濕設施，超過35 ℃進行了調控，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天由于溫度相對穩定，沒有進行溫濕度干預，中午12：00—14：00出現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

采樣頻率設定為移栽后第5、9、12、15、19天。每次采樣首先稱量基質槽內基質及殘留水分的總質量m3，根據起始質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）;之后任選一個重復處理進行破壞性采樣，對植株地上及地下部稱質量即為該時期植株的的總生物量m4，并采集該時期基質樣品進行基礎理化性狀分析，同步測定株間水分自然蒸發率。大棚內光照度、溫度和濕度采用路格公司生產的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，槽內水分損失量主要來源于植物吸收和株間表面蒸發。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是指起始栽培槽內基質的質量;m2是指起始栽培槽內添加水的量;m3是指經過一個測定周期后栽培槽內基質和剩余水的質量;m4是指同期破壞性采樣獲得的植株生物總質量。

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

株間自然蒸發率=m5+m6-m7m5×100%。

式中：m5是指起始時圓杯內裝的基質的質量;m6是指起始圓杯內添加的水的質量;m7是指經過1個蒸發周期后圓杯內基質和殘留水的質量。

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

1.7 數據分析

采用Excel 2010進行數據匯總分析，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 植株總生物質量變化情況 植株生物質量隨生長期延長而明顯增加。不同水分處理收獲生物質量介于（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，總生物質量表現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量 根系在第15天之前（前期）生長較緩慢，生物質量在（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用水量根生物質量顯著高于3.5～4.0 L用水量處理（圖2），這與總生物質量情況一致。根系相對于總生物質量比例較小，收獲時仍不足總生物質量的10%，相關性分析表明，根系生物質量與植株總生物質量呈極顯著相關關系（r2=0.85，P<0.01）。收獲時，根系生物質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出顯著性差異（圖3），與用水量及總生物質量的相關性均不顯著。而葉面積在第12天后表現出一

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）。葉面積與總生物質量呈極顯著正相關關系（r2=0.85，P<0.01），與用水量呈負相關關系，但相關性不顯著。

2.2 不同水分處理下基質水分利用情況

栽培基質中水分自然蒸發速率隨著生長期的延長呈下降趨勢。不同水分處理下，自然蒸發率介于（2.70±0.22）%～（6.14±0.43）%之間（圖5）。株間蒸發率隨著用水量的增加而降低，二者呈極顯著負相關關系（r2=0.50，P<0.01），2.0、2.5 L處理株間蒸發速率顯著高于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）呈現顯著負相關關系（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，這在生育后期表現更為明顯。

2.3 基質主要參數變化

不同水分處理下基質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）。

基質電導率（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）。

基質速效養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養分總體上差異不顯著（表2）。

3 討論與結論

水是影響植物生長的重要因子?；|中的水分狀況不僅是營養成分通過擴散和質流遷移的方式被植物利用的重要因素，還影響基質本身的孔隙度及通氣性。水分過高和過低均不能夠實現較高的蔬菜產量[13]。本研究同樣發現小青菜最高生物產量適宜水分用量為2.5～3.0 L，即基質最大持水量的63%～75%，過高或過低的用水量均不能獲得最高產量。這可能是由于基質具有疏松多孔的特點，水分過少不利于養分向根系擴散和遷移，進而可能影響養分和水分的雙重吸收，從而影響植物各器官的形態建成。本研究也發現水分用量對葉面積大小和根系生物質量的影響顯著，其中葉面積是小青菜產量形成的重要因子與生物質量呈極顯著相關關系（r2=0.85，P<0.01）; 同樣根系作為植株水分吸收的重要器官，與植株總生物質量呈極顯著相關關系（r2=0.85，P<0.01），這與前人研究結果[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，造成爛根死根現象，從而影響植物對水分和養分的吸收，最終影響植物生長和形態建成[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量[16-17]。

水分自然蒸發是農業生產中的水分控制的重要影響因素[18-19]，環境溫度和濕度均會影響自然蒸發率[20]。本研究同樣發現自然蒸發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）對基質表面的遮陰作用造成的[21]。本研究首次對設施栽培環境槽式栽培條件下的水分自然蒸發進行監測發現，設施大棚內濕度視天氣和日照狀況最低33%，最高100%，該環境下水分自然蒸發率根據用水量不同而不同，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關系（r2=0.50，P<0.01），這與露地土壤的結論[19-20]相反。這種現象的原因可能是相比露地土壤，栽培基質的成分主要是廢棄的農作物秸稈，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，導致基質結構變得緊實，不利于水分蒸發散失。這很可能是小青菜生育中后期，根系生物質量較低（4 L用水量）而水分利用效率顯著降低（P<0.05）（圖6）2種現象的主要原因。該結論與前人研究結論相似，即水分利用率與供水量呈負相關關系，供水量可能是通過對根系形態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，在采用栽培基質進行栽培時，為了保持基質物理狀態和通氣性，水分供應量不能夠過多。

發酵床墊料基質速效養分含量較高，有效態氮營養以硝態氮為主，隨著小白菜生長，pH值變異較小而EC值逐漸降低，基質內速效養分逐漸降低，主要表現為氮素損失較多，磷鉀素損失較少富余較多的趨勢，但養分變異與用水量均無顯著性相關。同等條件下氮素相對其他元素損失量大（>70%），因此對于基質栽培來說氮素養分管理尤為重要。基質內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內氮素損失的主要途徑[23]。

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

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