不同密度對密閉型育苗設(shè)施中番茄幼苗生長的動(dòng)態(tài)影響

高永雷 畢延剛 高麗紅 曲 梅

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，設(shè)施蔬菜生長發(fā)育調(diào)控北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193）

閉鎖型育苗是育苗技術(shù)發(fā)展到當(dāng)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(tǒng)育苗方式相比，閉鎖型育苗不僅可以進(jìn)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(zhì)量和特性，是現(xiàn)代蔬菜高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的重要手段。但是，初始投資成本高與運(yùn)行能源消耗大是制約閉鎖型育苗發(fā)展的兩大瓶頸。通常，能耗成本約占總運(yùn)行費(fèi)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(fā)展的重要方向。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞如何提高植物工廠光能利用率進(jìn)行了大量研究，一方面研發(fā)了以LED燈為代表的高效低能耗人工光源。另一方面，生產(chǎn)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(huì)限制根系的生長發(fā)育，特別是在育苗的后期，進(jìn)而影響到幼苗地上部正常的生長發(fā)育（NeSmith & Duval，1998；Hurley & Rowarth，1999；安慧和上官周平，2007），降低了幼苗的質(zhì)量，因此在保證種苗質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)該選取怎樣的種植密度才能最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益，成為生產(chǎn)者比較關(guān)心的問題。本試驗(yàn)以番茄為試材，選取不同規(guī)格的穴盤，對不同密度下番茄幼苗個(gè)體及群體生長進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測并對幼苗質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合分析，旨在探索適合密閉式育苗設(shè)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(yàn)材料及處理?xiàng)l件

以中雜9號(hào)番茄（Lycopersicon esculentumMill.）為供試品種。采用尺寸為540 mm×280 mm的標(biāo)準(zhǔn)穴盤，選用4種不同的規(guī)格，即72、128、200、288孔作為處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

試驗(yàn)于2012年3月16日至4月11日在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)水利與土木工程學(xué)院密閉育苗設(shè)施內(nèi)進(jìn)行。番茄種子直播于穴盤中，育苗基質(zhì)為草炭∶蛭石∶珍珠巖=3V∶1V∶1V。播種后將穴盤放入催芽室中進(jìn)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(yǎng)液每隔2 d灌溉1次，灌溉方式為潮汐式灌溉。光照強(qiáng)度為（210±14）μmol·m-2·s-1，光照時(shí)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(nèi)的 CO2濃度隨番茄幼苗生長進(jìn)行調(diào)節(jié)，子葉展平前為室內(nèi)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(xiàng)目

番茄幼苗的生長指標(biāo)：自出苗后第9天開始，每隔3 d各處理隨機(jī)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(zhì)量，利用EPSON PERFECTIO 4990 PHOTO根系掃描儀進(jìn)行根系形態(tài)和葉面積的掃描，同時(shí)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(jì)算出苗后23 d番茄幼苗的壯苗指數(shù)、根冠比（R/T）和單位時(shí)間內(nèi)干物質(zhì)的積累量（G）。

出苗后第23天時(shí)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(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。

出苗后第23天時(shí)各處理隨機(jī)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(shù)據(jù)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(biāo)數(shù)據(jù)用 IBM SPSS Statistics 19軟件進(jìn)行DUNCAN方差分析，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度對番茄幼苗個(gè)體生長發(fā)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(zhì)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(shù)從128孔增加到200孔時(shí)，番茄幼苗的各生長指標(biāo)出現(xiàn)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(zhì)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(shù)、葉面積、地下部鮮質(zhì)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(biāo)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(shù)之間差異不顯著，但顯著優(yōu)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(fù)合指標(biāo)的影響

2.2 不同密度對番茄幼苗光合等生理指標(biāo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)度和胞間CO2濃度呈現(xiàn)相反的趨勢。

表3 不同密度對番茄幼苗光合等生理指標(biāo)的影響

2.3 不同密度下番茄幼苗個(gè)體生長的動(dòng)態(tài)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(kuò)展速率緩慢，當(dāng)200孔穴盤中個(gè)體葉面積達(dá)到16.21 cm2（出苗后第19天）時(shí)，葉面積趨向于一個(gè)穩(wěn)定值，而72孔和128孔處理的番茄幼苗葉面積的擴(kuò)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(xiàn)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(gè)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(xiàn)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(dòng)態(tài)變化

2.4 不同時(shí)期不同密度下番茄幼苗葉片的擴(kuò)展情況

從出苗后第10天開始對不同處理的番茄幼苗進(jìn)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(shí)288孔處理首先出現(xiàn)遮擋，緊接著是200孔處理（出苗后第16天），此時(shí)288孔處理的番茄幼苗遮擋較嚴(yán)重；128孔處理的番茄葉片在出苗后第23天時(shí)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的遮擋現(xiàn)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(kuò)展，200孔和288孔處理的番茄幼苗葉片較小。

3 結(jié)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(kuò)大育苗密度，使得幼苗的質(zhì)量下降，如何處理好個(gè)體與群體之間的關(guān)系，是獲得高品質(zhì)種苗，提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

圖3 不同時(shí)期不同密度下番茄幼苗葉片的擴(kuò)展情況

采用不同規(guī)格穴盤進(jìn)行番茄育苗，由于穴孔面積不同，根系的擴(kuò)展空間有限，地上部在生長過程中先后出現(xiàn)相互遮光、相互擁擠，因而番茄幼苗的生長發(fā)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(shí)根系擴(kuò)展受到抑制，阻礙了根系對水分和養(yǎng)分的吸收，且地上部葉片相互遮光，第16天時(shí)單位面積穴盤中葉片面積已經(jīng)達(dá)到飽和，若繼續(xù)生長將阻礙番茄幼苗的正常發(fā)育，影響幼苗的質(zhì)量，這與前人的研究結(jié)果相同（NeSmith & Duval，1998；Hurley &Rowarth，1999；Haver & Schuch，2001；Xu & Kafkafi，2001；Shangguan et al.，2004），此時(shí)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(shí)番茄幼苗仍能正常發(fā)育，出苗后第23天時(shí)128孔處理的單位面積穴盤內(nèi)葉面積也達(dá)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)（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(shù)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(kuò)展，提高了單位面積葉片內(nèi)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(yùn)輸（張晉 等，2011），進(jìn)而抑制了光合作用。另有研究表明，光合參數(shù)的降低與根系擴(kuò)展中受到阻力，特別是根尖，增加了ABA的合成有關(guān)（Hurley & Rowarth，1999））

經(jīng)濟(jì)效益的大小取決于幼苗的質(zhì)量和數(shù)量，在保證質(zhì)量的同時(shí)，最大化的利用育苗空間是行之有效的辦法。在一定范圍內(nèi)增加種植密度，可提高群體的光能利用率和碳轉(zhuǎn)運(yùn)效率，但是密度過大，幼苗在生長過程中根系擴(kuò)展受阻，葉片功能期縮短，衰老進(jìn)程加快（徐慶章 等，1995），個(gè)體的質(zhì)量就會(huì)下降。因?qū)嶋H生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益，利用密閉型育苗設(shè)施進(jìn)行番茄育苗時(shí)可結(jié)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。

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