覆膜對日光溫室壟嵌及溝嵌基質栽培根區溫度和甜椒幼苗生長的影響

李寶石，李浩，王奇，劉文科，邵明杰，周成波

（1.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；2.河北農業大學機電工程學院，河北 保定 071001）

在北方日光溫室蔬菜生產中，起壟覆膜栽培是一種常見的栽培方式，有利于保水保墑、加厚活土層，增強土壤蓄水、保肥和抗旱能力［1］。起壟具有節水增產等優勢，且起壟后增加田間通風透光和光輻射面積，有利于提高植株葉片的光合速率［2］。起壟栽培還能夠有效提高作物根區溫度，有利于作物根系抵御低溫危害，這一特點對冬季日光溫室蔬菜栽培極為有利［3］。覆蓋地膜則通過改變土壤能量平衡來改變作物小氣候［4，5］。Díaz-Pérez［6］研究表明，覆蓋地膜有利于提高根區溫度、促進花椰菜生長和產量提高。

近年來，隨著無土栽培技術的發展，基質栽培研究受到廣泛關注。然而大部分無土基質由于高有機質含量和低堆密度導致較低的表觀熱容量，以及高導熱率等物理特性［7］，致使根區溫度環境穩定性差，不利于抵抗冬季低溫脅迫［8］。Gonzalez-Fuentes等［9］研究表明，根區溫度波動大對草莓植株生長和葉面積有負面影響。針對上述問題，本研究提出一種新型栽培方式——起壟內嵌式基質栽培（soil-ridged substrate-embedded cultivation，SSC），即將基質嵌入到土壟中進行栽培［10］。SSC新型栽培方法將土壤栽培與無土栽培結合，不但可充分發揮無土栽培的高產高效優勢，還可充分利用土壟的蓄熱保溫性能，且不同于傳統的地上筑槽基質栽培，操作方便，節省建材成本。前期試驗表明，低溫環境下SSC栽培能夠有效提高根區溫度的穩定性，增強根區溫度的緩沖能力，并能提高甜椒產量［11，12］。在此基礎上，本試驗以土壟覆膜栽培為對照，研究壟嵌和溝嵌基質栽培覆膜或不覆膜四種栽培方式對甜椒幼苗生長的影響，比較各栽培方式實際的生產效果，為新型栽培方式的開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在北京市順義區大孫各莊鎮中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所試驗基地的節能型日光溫室中進行。試驗地塊面積48 m2，距溫室南端2 m，離西側山墻4 m。日光溫室采用覆蓋保溫被方式維持夜間溫度，保溫被開閉時間分別為8:30和16:30。供試作物為甜椒，品種為海豐16號。采取穴盤育苗，兩葉一心時（2020年9月23日）定植。

1.2 試驗設計

采用土壟栽培（SR）、起壟內嵌基質栽培（SSC）、土壤溝嵌基質栽培（SE）共三種栽培方式栽培甜椒。SSC的構建：首先將特制的鐵絲網槽沿南北方向放置在平整的地面上，將打孔后的塑料薄膜放置在網槽內，然后將草炭:蛭石:珍珠巖＝2:1:1（體積比）的三者均勻混合基質倒入網槽內，之后用土壤沿著鐵絲網槽起壟，最后栽培壟覆膜。SE的構建與SSC相似，首先在地平面上挖溝（深度10 cm），然后將鐵絲網槽放置到溝內，再放置塑料薄膜，再將草炭:蛭石:珍珠巖＝2:1:1（體積比）的三者均勻混合基質倒入網槽內，最后覆膜。

本試驗以土壟栽培（SR）為對照，再設置4個處理，其中處理1為起壟內嵌基質栽培（SSC）；處理2為不覆膜起壟內嵌基質栽培（SSC－WF）；處理3為土壤溝嵌基質栽培（SE）；處理4為不覆膜土壤溝嵌基質栽培（SE－WF）。每處理重復3次。壟長均為3 m，每壟種植甜椒10株。各處理設施具體尺寸見表1。本試驗采用全營養液滴灌施肥，苗期灌水施肥量為每天20 mL。

表1 覆膜條件下壟嵌與溝嵌基質栽培設施規格

1.3 測定方法

整個生長季采用美國產CR1000數據采集器和T型熱電偶線采集根區土壤或基質的溫度、室內外氣溫。根區測點位于壟中心位置5 cm深處，室內外氣溫測點位于試驗小區上方2 m高處。測點置于防輻射罩內，避免太陽直射。數據采集時間間隔為10 min。選取苗期（10月10—14日、11月10—14日）連續5 d的數據進行分析，取連續5 d平均值作為測定溫度，以減小天氣突變造成的誤差。根據覆蓋棉被時間將8:00—16:30定為白天，16:30至次日8:00定為夜間。

于定植40 d（11月1日）時采用游標卡尺測定甜椒莖粗，用直尺測定株高，用SPAD葉綠素儀測定葉片葉綠素含量。每處理選取5株甜椒測定。

1.4 數據分析

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

2 結果與分析

2.1 日光溫室10月和11月室內外氣溫變化

由圖1可知，2020年10、11月室內外氣溫變化趨勢相同，且室內氣溫滯后于室外氣溫的變化，說明室內氣溫變化受外界氣溫的影響。10月10—14日5個晝夜中白天室內氣溫平均為26.76℃，夜間室內氣溫平均為20.86℃，室內最高氣溫平均為30.47℃，最低氣溫平均18.87℃；白天室外氣溫平均為18.62℃，夜間室外氣溫平均為12.51℃，室外最高氣溫的平均值為21.73℃，最低氣溫的平均值8.40℃。

圖1 日光溫室室內外氣溫變化

11月10—14日5個晝夜室內氣溫平均值為20.81℃，室外氣溫平均值為8.00℃。5個晝夜中白天室內氣溫平均為26.10℃，夜間室內氣溫平均為17.82℃，室內最高氣溫的平均值為32.55℃，最低氣溫平均15.84℃；白天室外氣溫平均為13.52℃，夜間室外氣溫平均為4.87℃，室外最高氣溫的平均值為17.39℃，最低氣溫的平均值－0.59℃。由此說明日光溫室具有一定的增溫作用。

2.2 日光溫室五種栽培方式甜椒根區平均溫度

由表2可知，10月10—14日連續5 d白天甜椒根區平均溫度以SSC處理最高，以SE－WF處理最低，表明SSC處理白天蓄溫能力較強，SEWF處理蓄溫能力較弱。夜間時段，SSC處理也能夠較好地維持根區溫度，SE－WF處理保溫能力也較差。相比于SR，盡管SSC、SSC－WF、SE處理對高溫的緩沖能力較弱，但卻能很好地抵御夜間低溫環境。5個晝夜中SR、SSC、SSC－WF、SE和SE－WF處理最低溫度平均值分別為24.23、24.65、24.33、24.49℃和23.53℃，其中覆膜的SSC、SE處理均比不覆膜的SSC－WF、SEWF處理的根區溫度有所提升，SE－WF處理的抗低溫能力較弱，SSC比SE處理抵抗低溫的能力要強。各處理最高溫與最低溫差值的平均值分別為5.31、5.94、5.52、5.30℃和5.64℃，即SSC＞SEWF＞SSC－WF＞SR＞SE，說明SSC處理的根區溫度波動較大，SE處理波動較小。

表2 不同處理10月10—14日甜椒根區平均溫度（℃）

由表3可知，11月10—14日5 d內五種栽培方式甜椒根區溫度有一定差異。5個晝夜中SR、SSC、SSC－WF、SE和SE－WF處理夜間根區溫度平均值分別為22.76、23.32、21.78、22.96℃和21.34℃，即SSC＞SE＞SR＞SSC－WF＞SEWF，說明SSC、SE處理夜間保溫能力較強，SSCWF、SE－WF處理夜間保溫能力較弱，起壟栽培抵御低溫的能力也較強。各處理5 d的最低溫平均值分別為19.59、21.62、20.68、21.28℃和20.44℃，即SSC＞SE＞SSC－WF＞SE－WF＞SR，說明基質栽培能夠較好地提高根區溫度。最高溫與最低溫差值的平均值分別為5.37、5.60、3.23、4.36℃和3.44℃，即SSC＞SR＞SE＞SEWF＞SSC－WF，說明SSC處理的根區溫度波動較大，SSC－WF處理波動較小。

表3 不同處理11月10—14日甜椒根區平均溫度（℃）

2.3 日光溫室五種栽培方式對甜椒形態及生理指標的影響

由表4可知，相比SR，SSC、SSC－WF、SE處理均顯著提高甜椒幼苗株高，分別提高43.91%、43.48%和46.96%，這三種處理之間無顯著差異；SE－WF處理也促進幼苗生長，但未達到顯著水平。相比SR，其它各處理均顯著提高甜椒莖粗，以SSC處理莖粗最高；相比SE－WF，SSC、SSC－WF、SE處理均顯著促進莖粗生長，SSC與SSC－WF、SE與SSC－WF處理之間無顯著差異。SSC、SSC－WF處理莖粗顯著高于SE、SE－WF處理，說明壟嵌栽培要比溝嵌栽培更能促進甜椒幼苗生長。從各處理SPAD值可以看出，壟嵌和溝嵌基質栽培均比土壟栽培更能提高葉片葉綠素含量，尤以SSC處理數值最高，且顯著高于其它三種栽培方式。

表4 不同處理11月1日甜椒的株高、莖粗及SPAD值

由圖2可知，SSC、SSC－WF和SE處理的葉片繁茂，較SR（CK）均能夠提高甜椒幼苗的葉片數和冠層尺寸。

圖2 五種栽培方式移栽40 d后的甜椒幼苗冠層

3 討論與結論

本試驗結果表明，日光溫室對室內氣溫具有明顯的提升作用，當室外環境不利于甜椒生長的情況下，室內仍然能夠較好地提供甜椒生長所需的環境溫度，說明日光溫室在秋冬季具有較好的增溫效果。

本試驗結果表明，SSC、SE處理相比于未覆膜的SSC－WF、SE－WF處理均能夠有效提高根區溫度，且對于最低溫的提高作用大于最高溫，這與朱秋穎等［13］的研究結果一致，說明覆膜具有明顯的增溫作用。地膜覆蓋后隔絕土壤或基質與外界環境的水分交換，抑制潛熱和顯熱交換，削弱膜下長波反輻射，使夜間溫度下降減緩，進而提高根區溫度［14］。與SR相比，SSC、SE處理對于高溫的抵御能力較弱，但是抗低溫的能力較強。其主要原因為：基質的組成結構穩定性差［15］，溫度變化受外界氣溫影響較大，外界氣溫較高時基質溫度上升較快，而良好的結構特性使土壤對氣溫變化具有較好的緩沖性能，因此土壤溫度變化滯后于外界氣溫變化［16］；而在夜間低溫階段，由于基質在白天能夠蓄積更多的熱量，又由于覆蓋地膜，使基質內熱量與外界交換減弱，進而能提高夜間的根區溫度。

有研究表明，起壟能夠有效提高作物根區環境溫度［3］。本研究結果表明，無論是否覆膜，壟嵌基質栽培的根區溫度均比土壤溝嵌基質栽培有所提升，尤其是在白天蓄熱階段。導致這一現象的原因可能是因為白天增溫階段，起壟栽培能增加其受熱面積［13］，對根區接受太陽輻射有利。然而溝嵌基質栽培的根區溫度穩定性較好，雖然白天升溫較為遲緩，但夜間也能夠減緩熱量的散失，進而維持了一個相對穩定的根區環境。

劉景霞等［17］研究表明，基質栽培因其根區特性及水肥特點相對于土壤栽培能夠促進作物的生長發育。本試驗結果表明，相比于土壟栽培，壟嵌與溝嵌基質栽培均顯著促進甜椒幼苗生長。在水肥條件一致的前提下導致這種差異的原因可能是受根區溫度的影響，也可能是由于壟嵌與溝嵌基質栽培底部封閉而使養分更為集中，而土壟栽培沒法將養分截留在根區，營養液中的養分會向更深土層淋溶，導致根區養分不足而弱化了生殖生長。唐永金等［18］研究表明，壟栽會影響甘薯的生長發育。本研究中，壟嵌基質栽培對甜椒幼苗生長的促進作用要優于溝嵌基質栽培，盡管兩者的株高無顯著差異，但莖粗和SPAD值指標優于溝嵌基質栽培。出現這一結果的原因可能是起壟栽培具有改善田間小氣候，進而促進作物生長的作用［19－21］。

綜上所述，覆膜條件下壟嵌與溝嵌基質栽培根區溫度均比不覆膜處理有所提升，且壟嵌基質栽培的根區環境要優于溝嵌基質栽培，盡管其根區穩定性相對較弱，但對于甜椒幼苗的生長影響不大。就甜椒幼苗生長指標而言，以起壟內嵌基質栽培的幼苗生長最優，故其在日光溫室的生產中具有更好的應用前景。