起壟內嵌基質栽培對日光溫室夏季黃瓜根區溫度、生長和產量的影響

李寶石，劉文科，王奇，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）

日光溫室作為北方特有的溫室類型，在國內蔬菜反季節栽培中占有重要地位［1-2］。然而，由于日光溫室密閉性較好，導致室內外空氣流通較差，加之夏季光照充足，易造成室內高溫，形成高溫脅迫，不利于蔬菜生長［3-5］。因此，發展日光溫室低碳節能的降溫措施對保證蔬菜安全越夏、實現周年生產具有重要意義。

土壤起壟栽培是傳統的生產模式［6-7］，然而由于溫室內長期土壤栽培極易造成連作障礙、次生鹽漬化和地下水污染等問題［8-10］，成為制約溫室蔬菜生產的主要瓶頸。基質栽培作為解決土壤連作障礙、次生鹽漬化等問題的一種栽培方式，逐漸得到推廣和應用［11］。但是，基質結構性質導致其穩定性較差［12-13］，在夏季高溫階段對植株生長非常不利［5］。因此，針對溫室蔬菜栽培過程中的問題，結合土壤栽培和基質栽培各自的優勢，傅國海等［13］提出了一種新的無土栽培方法——起壟內嵌基質栽培（soil-ridgesubstrate-embedded cultivation，SSC）。前期研究表明，該方法充分利用了土壤的根區緩沖能力，且發揮了基質栽培高產高效的優勢［14］。此外，相對基質栽培，起壟內嵌基質栽培能夠使根區溫度降低1.5℃，說明其具有一定的降溫效果［15］。

李宗耕等［16］和胡廣榮等［17］研究指出，不同栽培壟的高度和寬度對作物根區溫度的響應不同，進而影響作物生長。然而前人并未探究栽培壟規格對夏季蔬菜栽培根區溫度和生產性能的影響。因此，本文在前期研究的基礎上，通過覆蓋銀色地膜及對SSC的壟設置不同規格，研究適宜夏季栽培的SSC壟規格，從而為起壟內嵌基質栽培方式的推廣和應用提供科學的參數支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

選取黃瓜品種“中農19號”為試驗材料，采取穴盤育苗，育至兩葉一心時，于2019年4月29日定植于中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所試驗基地（北京市順義區大孫各莊鎮，E 116.91°，N 40.08°）的日光溫室中。溫室0—20 cm土層土壤的養分含量為：有機質14.31 g·kg-1、全氮1.17 g·kg-1、氨態氮3.15 mg·kg-1、硝態氮147.47 mg·kg-1、速效鉀 128.08 mg·kg-1、速效磷1.22 mg·kg-1，pH 7.19。

1.2 試驗設計

試驗共設置4個處理，分別為：上底寬20 cm、下底寬40 cm、高10 cm的傳統土壤壟栽培（SR處理，對照）；上底寬20 cm、下底寬40 cm、高15 cm的起壟內嵌式基質栽培（SSC處理）；上底寬20 cm、下底寬40 cm、高10 cm的起壟內嵌式基質栽培（SSCs處理）；上底寬30 cm、下底寬40 cm、高10 cm的起壟內嵌式基質栽培（SSB處理）。起壟內嵌式基質栽培即將特別定制的基質栽培槽嵌在土壟中，槽內放置塑料薄膜后裝入按體積比混合均勻的基質（草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1，體積比）。SSC栽培結構參照傅國海等［14］方法。各處理均采用全營養液滴灌（Hoagland營養液，pH 6.5）。植株生長前30 d，每天11：00滴灌1 min；植株生長30 d后，每天11：00滴灌 2 min，13：00滴灌2 min。為進一步降低根區溫度，在各處理壟表面均覆蓋1層銀色反光地膜，薄膜厚度為0.02 mm。各處理壟長均為3 m，每壟種植10株黃瓜，株距30 cm，行距20 cm，每個處理重復3次。

1.3 測定指標與方法

在黃瓜整個生長季，采用美國生產的CR1000數據采集器和T型熱電偶線測定根區土壤或基質的溫度及室內外空氣溫度，每10 min采集一次數據。其中，根區測點位于壟中心5 cm深處；室內、外溫度測點位于小區上方2 m高處，并將測點置于防輻射罩內，避免太陽直射。選取黃瓜采收期（6月4日—8日、7月4日—8日）連續5 d的數據進行分析，取連續5 d的平均值作為測定溫度，以減小天氣突變造成的誤差。并根據日出時間將5：00—20：00 定為白天，20：00—5：00（次日）定為夜間。

于定植后25 d和50 d時進行黃瓜生長及生理指標的測定。采用游標卡尺測定莖粗（cm），直尺測定株高（cm）；采用SPAD葉綠素儀測定黃瓜葉片SPAD值；計數法統計葉片數。

于定植后50 d每個處理選取5株黃瓜植株開始采收，以后每隔3～5 d采收一次，對每次采收果實的鮮重進行累加，即為該處理黃瓜的單株產量（kg·株-1），并進一步折算為產量（kg·m-2）。從6月17日采收的果實中每處理選取10根果實，測定果實的長度（cm）、直徑（cm）和單果重（g）。于7月12日測產結束后進行拉秧，分別將選取5株植株的地上部和根系用電熱鼓風干燥箱（DHG-9620-A）于105℃殺青2 h后，80℃烘干至恒重，測定黃瓜植株地上部和根系干重（g）。

1.5 數據分析

采用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 25.0進行試驗數據的統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 日光溫室6月和7月室內、外的氣溫變化

從圖1可知，2019年6月4—8日和7月4—8日室內外溫度峰值變化相似，每日最高氣溫出現在13：00左右，最低氣溫出現在6：00左右，且室內氣溫隨室外氣溫的變化而同步發生變化。7月4—8日出現的極端高溫（＞40℃）天數多于6月4—8日。6月份白天室內氣溫的平均值為29.1℃，夜間室內氣溫的平均值為26.5℃；5 d中室內最高氣溫范圍為31.9～43.4℃，最低氣溫范圍為18.0～20.6℃。5個晝夜中室外的平均氣溫為23.9℃，白天室外氣溫的平均值為26.5℃，夜間室外氣溫的平均值為20.2℃；5 d中室外最高氣溫范圍為25.9～37.0℃，最低氣溫范圍為16.1～17.5℃。

圖1 6月4—8日和7月4—8日日光溫室室內外的氣溫變化Fig.1 Changes of air temperature in Chinese solar greenhouse during June 4—8 and July 4—8

7月份5個連續晝夜中室內氣溫的平均值為28.4℃，白天室內氣溫的平均值為31.4℃，夜間室內氣溫的平均值為24.1℃；5 d中室內最高氣溫范圍為34.4～42.4℃，最低氣溫范圍為20.0～22.9℃。5個晝夜中室外氣溫的平均值為26.0℃，白天室外氣溫的平均值為28.7℃，夜間室外氣溫的平均值為22.2℃；5 d中室外最高氣溫范圍為31.0～41.0℃，最低氣溫范圍為18.0～20.9℃。

2.2 不同栽培模式對黃瓜根區溫度的影響

如表1所示，6月4—8日SSC和SSB處理白天根區的平均溫度略高于SR處理，表明在白天室內氣溫較高時，基質對高溫的緩沖能力較弱，溫度隨氣溫上升較快。在7月4—8日5個連續晝夜中，SR、SSC、SSCs和SSB處理白天根區的平均溫度分別為27.8、27.5、27.5和27.8℃，4種處理間無顯著差異。在6月4—8日夜間時段，SSC、SSCs和SSB處理根區的平均溫度高于SR處理，其中，SSC處理顯著高于SR處理，說明起壟內嵌基質栽培模式有利于維持根區溫度。6月4—8日，SR、SSC、SSCs和SSB處理根區的最高溫平均值分別為29.5、30.1、27.9和 31.2 ℃，即 SSB＞SSC＞SR＞SSCs說明SSB處理對較高氣溫的緩沖能力較差，SSCs處理的緩沖能力較強；7月4—8日也表現出類似的趨勢。6月4—8日，SR、SSC、SSCs和SSB處理根區的最低溫平均值分別為22.9、24.3、24.2和23.9℃，即SSC＞SSCs＞SSB＞SR，且3種起壟內嵌基質處理均顯著高于SR處理；7月4—8日也表現類似的結果。對比最高溫與最低溫的差值表明，無論是6月還是7月，SSC和SSCs處理的溫差均小于其他兩種處理，但處理間差異不顯著。

表1 4種栽培方式下6月4—8日和7月4—8日黃瓜根區的平均溫度Table 1 Average temperature of root zone under 4 cultivated patterns during June 4—8 and July 4—8 （℃）

2.3 不同栽培模式對黃瓜生長及生理指標的影響

不同栽培模式對黃瓜生長發育具有顯著影響（表2）。定植25 d，SSC、SSCs和SSB處理的株高均顯著高于SR處理，SSB處理又顯著高于SSC和SSCs處理；4種處理的莖粗均無顯著差異；SSC和SSB處理的葉片SPAD值顯著高于SR處理；SSCs和SSB處理的葉片數顯著高于SR處理。定植50 d，SSC、SSCs和SSB處理的株高、莖粗、SPAD和葉片數均顯著高于SR處理；SSCs和SSB處理的葉片SPAD值顯著高于SR處理。由此表明，土壟內嵌基質栽培對黃瓜生長具有促進作用。

表2 不同栽培模式下黃瓜的生長和生理指標Table 2 Growth and physiological indicators of cucumber in different cultivation patterns

2.4 不同栽培模式對黃瓜生物量與果實產量的影響

不同栽培模式對黃瓜生物量具有顯著影響（表3）。SSC、SSCs和SSB處理黃瓜植株的地上部干重顯著高于SR處理，說明土壟內嵌基質栽培促進了黃瓜生長，增加了地上部干物質的積累。SSCs和SSB處理的根系干重顯著高于SSC和SR處理，其中，SSCs處理較SR處理顯著提高了66.06%，說明起壟內嵌基質栽培更利于黃瓜根系的生長。SSCs處理黃瓜的果實長度顯著大于SR處理。各處理間果實直徑無顯著差異。SSC和SSCs處理的單果重顯著高于SR和SSB處理，最終，SSC和SSCs處理的單株產量也顯著高于SR和SSB處理，分別較SR處理提高了6.4%和7.0%。由此表明，土壟內嵌基質栽培更有利于黃瓜生長，提高黃瓜產量。

表3 不同栽培模式下黃瓜的生物量、果實形態和產量Table 3 Plant biomass，fruit morphology and yield of cucumber in different cultivated patterns

3 討論

孫玉蓮等［18］研究認為，采用全膜雙壟溝播的栽種模式對旱區玉米田的土壤水分和溫度具有調節作用。傅國海等［7］研究認為，優化土壟參數可有效改變日光溫室中甜椒根區溫度。Miles等［19］研究表明，在夏季應用黑色地膜較白色地膜能夠降低膜下溫度和根區溫度。李宗耕等［20］研究指出，夏季日光溫室中使用銀色反光地膜相比黑色地膜不僅能夠降低根區溫度，還有利于維持根區溫度的穩定性。此外，SSC作為一種新型的無土栽培模式，結合銀色反光地膜不僅能夠提高外側土壤溫度的緩沖能力，還能夠起到隔熱降溫的作用［21］。本研究結果表明，起壟內嵌基質栽培模式能夠有效緩沖黃瓜根區溫度。與SR處理相比，3種起壟內嵌基質栽培模式處理的溫度緩沖效果接近或優于土壤栽培，該方法可作為夏季日光溫室蔬菜的新型無土栽培方式［14］。栽培壟的高度對根區溫度的影響表現為：壟高15 cm的SSC處理白天的平均溫度和最高溫度均高于壟高10 cm的SSCs和SSB處理，可能是由于栽培壟的升高，增加了受熱面積，接收到的太陽輻射也越多，從而使根區溫度較高［22］。因此，適當降低壟高有利于降低根區溫度。壟寬越寬，黃瓜根區溫度越高，可能是由于基質的組成結構穩定性較差［23］。根區溫度變化受外界環境影響較大，根區基質的受熱面積增加，接受的太陽輻射越多，而基質本身對于高溫的緩沖能力較差，因此內嵌基質栽培模式的壟寬對根區溫度的影響較為明顯［16］。

不同壟規格的起壟內嵌基質栽培對黃瓜生長指標無顯著影響，但對產量有顯著影響。SSC和SSCs處理的單株產量也顯著高于SR和SSB處理，且以壟高10 cm的SSCs處理產量最高。與起壟內嵌基質栽培相比，土壤栽培更容易造成養分向深處淋溶，無法將養分截留在根系能夠吸收的區域，導致根區養分不足，最終影響產量［11，16］。與 SSC處理相比，SSCs處理降低了壟高，有利于黃瓜根系對累積于壟底部養分的吸收和利用，從而提高黃瓜產量［16］。

綜上所述，起壟內嵌基質栽培（SSC）結合銀色反光地膜能有效增強土壤對氣溫變化的緩沖能力，顯著提高黃瓜產量，其中以壟高10 cm的起壟內嵌基質栽培模式對產量的提高最為顯著，同時降低生產成本。因此，以壟高10 cm的起壟內嵌基質栽培結合銀色地膜在日光溫室夏季生產中具有廣泛的應用前景。