潮汐灌溉營養(yǎng)液供應(yīng)時(shí)間對番茄穴盤苗質(zhì)量的影響

王 正武占會(huì)劉明池季延海劉海河*張彥萍

〔1河北工程大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北邯鄲 056038；2北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京 100097；3農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097〕

潮汐灌溉營養(yǎng)液供應(yīng)時(shí)間對番茄穴盤苗質(zhì)量的影響

王 正1武占會(huì)2，3劉明池2，3季延海2，3劉海河1*張彥萍1

〔1河北工程大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北邯鄲 056038；2北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京 100097；3農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097〕

以番茄品種硬粉8號(hào)為試材，選用草炭和蛭石混合基質(zhì)，采用二元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，研究智能溫室條件下潮汐灌溉營養(yǎng)液供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄穴盤苗質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：穴盤苗長至五葉一心時(shí)，幼苗全株干質(zhì)量和壯苗指數(shù)均隨著供液維持時(shí)間的延長呈先增加后下降的趨勢，隨間隔時(shí)間的延長呈逐漸下降的趨勢；供液維持時(shí)間8～18 min、間隔時(shí)間198～348 min，番茄穴盤苗質(zhì)量達(dá)到理想狀態(tài)，是本試驗(yàn)條件下最佳水肥供給方案。

潮汐灌溉；番茄；穴盤苗；供液時(shí)間；壯苗指數(shù)

潮汐灌溉系統(tǒng)起源于20世紀(jì)90年代設(shè)施栽培技術(shù)發(fā)達(dá)的荷蘭，在生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用（劉銘 等，2010）。1994年Rigsby在美國申請了潮汐灌溉系統(tǒng)的專利（Rigsby，1994），此后人們對潮汐灌溉系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且對潮汐灌溉技術(shù)在節(jié)水省肥和促進(jìn)作物生長等方面進(jìn)行了研究（Neal & Henley，1992；Poole & Conover，1992；James & van Iersel，2001）。該項(xiàng)技術(shù)最早應(yīng)用于北美、歐洲等設(shè)施栽培技術(shù)發(fā)達(dá)的國家（周長吉，2005），在荷蘭已成為溫室花卉種植和蔬菜工廠化育苗的主要灌溉方式（辜松 等，2013）。我國的潮汐灌溉技術(shù)起步較晚，在設(shè)備設(shè)計(jì)、灌水指標(biāo)和節(jié)水省肥等方面研究較多（張黎和王勇，2011；張曉文 等，2011）。包長征等（2010）、李建設(shè)等（2010a，2010b）對潮汐灌溉條件下蔬菜育苗進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)灌溉相比，潮汐灌溉節(jié)水率達(dá)到40%；同時(shí)與上部噴水的灌溉方式相比，潮汐灌溉條件下黃瓜、辣椒和西葫蘆幼苗的生長勢和光合作用均最強(qiáng)，達(dá)到壯苗標(biāo)準(zhǔn)的幼苗數(shù)量也最多。潮汐灌溉底部供液，具有基質(zhì)水肥供給均勻、快速；幼苗地上部保持干燥，降低病蟲害發(fā)生；節(jié)省勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本，而且供液效率高等優(yōu)點(diǎn)（趙穎雷和任莉，2013），從而解決了傳統(tǒng)育苗每株秧苗之間水肥環(huán)境獨(dú)立、出苗不整齊、長勢不一致等問題。目前國內(nèi)潮汐灌溉技術(shù)研究還處于起步階段，系統(tǒng)設(shè)備和供液精確程度還有待于完善和提高。采用電子控制設(shè)備，提高灌溉效率和供液精確程度，保證育苗質(zhì)量，是未來穴盤育苗發(fā)展的必然趨勢。

正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種研究多因素多水平的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，可以簡化試驗(yàn)處理，是一種高效、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。本試驗(yàn)借鑒前人研究經(jīng)驗(yàn)，采用二元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，研究智能日光溫室條件下潮汐灌溉營養(yǎng)液供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄穴盤苗質(zhì)量的影響，從而更加精確研究番茄苗期水肥需求規(guī)律，以最低成本、最佳的供液方式保證最優(yōu)的育苗質(zhì)量，為蔬菜育苗提供可靠的技術(shù)和方法，促進(jìn)溫室蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)溫室番茄育苗的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供科學(xué)的水肥供應(yīng)方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014年12月在北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心智能溫室內(nèi)進(jìn)行，供試番茄品種為國家蔬菜工程技術(shù)研究中心選育的硬粉8號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

選用72孔育苗盤，基質(zhì)為草炭∶蛭石（體積比）為2∶1的混合基質(zhì)，營養(yǎng)液采用北京市農(nóng)林科學(xué)院番茄專用配方〔NH4+（N）含量為0.25 mmol·L-1，NO3-（N）含量為7.00 mmol·L-1，K含量為 6.00 mmol·L-1，Ca含量為 3.00 mmol·L-1，Mg含量為1.00 mmol·L-1，S含量為3.25 mmol·L-1），微量元素采用通用配方。試驗(yàn)設(shè)供液維持時(shí)間（x1）、間隔時(shí)間（x2）2個(gè)因子各5個(gè)水平（表1），采用二元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，設(shè)置16個(gè)處理（表2），每處理1個(gè)穴盤，5次重復(fù)。

表1 試驗(yàn)因子編碼及水平設(shè)置

表2 二元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方案

每天8：00～18：00為有效循環(huán)供給營養(yǎng)液時(shí)間，其他時(shí)間段不作為循環(huán)供給營養(yǎng)液時(shí)間計(jì)算，整個(gè)過程由計(jì)時(shí)器操控。從2014年12月5日、幼苗第1片真葉展開開始進(jìn)行處理，一葉一心期開始測定生長指標(biāo)，包括幼苗株高、莖粗、葉片數(shù)，每處理定株10株進(jìn)行測量；并隨機(jī)抽取10株，分別測其地上部、地下部干、鮮質(zhì)量。每隔5 d測定1次，至幼苗五葉一心期試驗(yàn)結(jié)束。

株高用皮尺測量基質(zhì)表面到植株生長點(diǎn)的高度；莖粗用游標(biāo)卡尺測量植株第1節(jié)位上部；鮮質(zhì)量用千分之一天平稱量；然后在通風(fēng)干燥箱105 ℃下殺青30 min，75 ℃烘至恒質(zhì)量，再用千分之一天平稱量干質(zhì)量。

壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 7.05軟件及Excel 2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄幼苗干質(zhì)量的影響

番茄幼苗五葉一心期，根據(jù)全株干質(zhì)量觀測值（表3），以全株干質(zhì)量（y）為因變量，營養(yǎng)液供液維持時(shí)間（x1）和間隔時(shí)間（x2）為自變量，由DPS軟件求得番茄幼苗全株干質(zhì)量與各因素的回歸方程：

對回歸模擬方程進(jìn)行方差分析，由表4得相關(guān)系數(shù)R=0.811 8（P0.01=0.712），相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，說明模型能夠反映本試驗(yàn)條件下潮汐灌溉番茄幼苗全株干質(zhì)量與營養(yǎng)液供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間之間的關(guān)系。由方程（1）可知，x1和x2二次項(xiàng)系數(shù)均為負(fù)值，說明過長的供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間均不利于番茄幼苗干物質(zhì)的積累；x1x2交互項(xiàng)系數(shù)為正值，說明兩因素為正交互效應(yīng)。

表3 番茄幼苗干質(zhì)量和壯苗指數(shù)觀測值

表4 番茄幼苗干質(zhì)量回歸方程方差分析

根據(jù)方程（1），利用Excel 2007軟件，分別以編碼值x1（維持時(shí)間）和x2（間隔時(shí)間）為x、y坐標(biāo)，以番茄幼苗全株干質(zhì)量為z坐標(biāo)，作出供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄幼苗全株干質(zhì)量的綜合效應(yīng)圖（圖1），呈開口向下的凸面體。

圖1 供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄幼苗全株干質(zhì)量的綜合影響

圖2 供液維持時(shí)間或間隔時(shí)間單因素對番茄幼苗全株干質(zhì)量的影響

對方程（1）進(jìn)行降維處理，得到供液維持時(shí)間或間隔時(shí)間單因素對番茄幼苗全株干質(zhì)量的子模型及效應(yīng)圖（圖2）。由圖2可知，至五葉一心期，番茄幼苗全株干質(zhì)量隨供液維持時(shí)間延長呈先增加后下降趨勢，在編碼值為0.5附近取得最大值，維持時(shí)間縮短或延長都不利于番茄幼苗干物質(zhì)的積累；番茄幼苗全株干質(zhì)量隨間隔時(shí)間延長呈逐漸下降趨勢，較短的間隔時(shí)間有利于番茄幼苗干質(zhì)量的增加。由此可以解釋處理7（供液維持15.5 min，間隔120.0 min）單株平均干質(zhì)量最大是因?yàn)楣┮壕S持時(shí)間適宜，有利于干物質(zhì)積累，且另一個(gè)影響因子間隔時(shí)間最?。惶幚?（供液維持15.5 min，間隔600.0 min）雖然維持時(shí)間適宜，但平均單株干質(zhì)量最小，主要是因?yàn)檫^長的間隔時(shí)間不利于其干物質(zhì)積累。

根據(jù)方程（1）對番茄幼苗全株干質(zhì)量模型進(jìn)行模擬尋優(yōu)，在置信區(qū)間95%水平下，取幼苗平均干質(zhì)量的125%值作為目標(biāo)值，進(jìn)行模擬尋優(yōu)供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間配比方案，得出6套方案，其相應(yīng)的供液維持時(shí)間為8～22 min，間隔時(shí)間為198～348 min（表5）。

表5 x1、x2取值頻率分布及優(yōu)化配比方案統(tǒng)計(jì)

2.2 供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄幼苗壯苗指數(shù)的影響

根據(jù)番茄幼苗壯苗指數(shù)觀測值（表3），以壯苗指數(shù)（y）為因變量，營養(yǎng)液供液維持時(shí)間（x1）和間隔時(shí)間（x2）為自變量，由DPS軟件求得番茄幼苗壯苗指數(shù)與各因素的回歸方程：

對回歸模擬方程進(jìn)行方差分析，由表6得相關(guān)系數(shù)R=0.772 4（P0.01=0.712），相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，說明模型能夠反映本試驗(yàn)條件下潮汐灌溉番茄幼苗壯苗指數(shù)與營養(yǎng)液供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間之間的關(guān)系。由方程（2）可知，x1和x2二次項(xiàng)系數(shù)均為負(fù)值，說明過長的供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間均不利于壯苗的形成，x1x2交互項(xiàng)系數(shù)為正值，說明兩因素為正交互效應(yīng)。

表6 番茄幼苗壯苗指數(shù)回歸方程方差分析

同樣采用Excel 2007軟件作出供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄幼苗壯苗指數(shù)的綜合效應(yīng)圖（圖3），呈開口向下的凸面體。

對方程（2）進(jìn)行降維處理，得到供液維持時(shí)間或間隔時(shí)間單因素對番茄幼苗壯苗指數(shù)的子模型及效應(yīng)圖（圖4），壯苗指數(shù)隨供液維持時(shí)間延長呈先增加后下降趨勢，在編碼值為0附近取得最大值；隨間隔時(shí)間延長呈逐漸下降趨勢。此結(jié)果與全株干質(zhì)量基本一致。

圖3 供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄幼苗壯苗指數(shù)的綜合影響

圖4 供液維持時(shí)間或間編隔碼時(shí)值間單因素對番茄幼苗壯苗指數(shù)的影響

根據(jù)方程（2）對番茄幼苗壯苗指數(shù)模型進(jìn)行模擬尋優(yōu)，在置信區(qū)間95%水平下，取幼苗壯苗指數(shù)的125%值作為目標(biāo)值，進(jìn)行模擬尋優(yōu)供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間配比方案，得出3套方案，其相應(yīng)的供液維持時(shí)間為5～18 min，間隔時(shí)間為192～414 min（表7）。

表7 x1、x2取值頻率分布及最優(yōu)化配比方案統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與討論

番茄溫室栽培技術(shù)中，水肥條件控制最為關(guān)鍵，目前的研究主要集中在開花結(jié)果期對水肥的需求規(guī)律。Yuan等（2001）對滴灌條件下日光溫室番茄生育期的耗水規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明一定時(shí)間內(nèi)實(shí)際累計(jì)灌水量、日光溫室內(nèi)的累計(jì)水分蒸發(fā)量和作物累計(jì)需水量存在正相關(guān)性；徐淑貞等（2000）研究得出，溫室早春栽培番茄需水高峰出現(xiàn)在結(jié)果盛期；諸葛玉平和張玉（2005）在對保護(hù)地番茄栽培滲灌灌水指標(biāo)的研究中得出每次灌水量0.93 m3·hm-2左右時(shí)，水分生產(chǎn)效率和番茄的產(chǎn)量均較高。但關(guān)于番茄苗期水肥供應(yīng)對壯苗質(zhì)量的影響還鮮見報(bào)道。有研究表明，虧缺灌溉可增加植株的干物質(zhì)積累，促進(jìn)根系生長，但嚴(yán)重虧缺灌溉可明顯影響植株上部果實(shí)的生長和干物質(zhì)積累（齊紅巖和李天來，2004）。

在本試驗(yàn)條件下，潮汐灌溉營養(yǎng)液供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對番茄幼苗全株干質(zhì)量的影響比較明顯。隨著供液維持時(shí)間的延長，幼苗全株干質(zhì)量呈先增加后下降趨勢，這與齊紅巖和李天來（2004）的研究結(jié)果一致。供液維持時(shí)間過短，基質(zhì)水肥吸收不充分；過長則基質(zhì)水肥飽和，影響植株根系呼吸和吸收礦質(zhì)元素，從而影響幼苗干質(zhì)量的累積。隨間隔時(shí)間延長，基質(zhì)水肥蒸發(fā)、根系水分虧缺，影響植株正常生長。供液維持時(shí)間和間隔時(shí)間對幼苗壯苗指數(shù)的影響與全株干質(zhì)量趨勢一致，再次證明了根干質(zhì)量和地上部干質(zhì)量對壯苗指數(shù)具有決定性的正向直接作用，植株干質(zhì)量與壯苗指數(shù)的關(guān)聯(lián)度最大（韓素芹和王秀峰，2004）。

任何生育階段發(fā)生水分虧缺均會(huì)降低番茄葉片光合速率及氣孔開度，進(jìn)而影響干物質(zhì)的累積和運(yùn)轉(zhuǎn)，但不同時(shí)期水分虧缺的影響形式及程度有所不同，苗期水分虧缺會(huì)抑制番茄植株的正常生長（劉浩和段愛旺，2010），適當(dāng)增加苗期灌水量不會(huì)引起秧苗徒長（韓建平，2011）。本試驗(yàn)再次證實(shí)植株苗期水分虧缺不利于壯苗形成，營養(yǎng)液供液維持時(shí)間過短和間隔時(shí)間過長均可導(dǎo)致育苗基質(zhì)水分降低，甚至虧缺，從而對植株地上部蒸騰作用及地下部根系活力造成影響；適當(dāng)延長供液維持時(shí)間有利于幼苗生長。本試驗(yàn)條件下，供液維持時(shí)間8～18 min、間隔時(shí)間198～348 min，為番茄幼苗生長和干物質(zhì)累積最佳狀態(tài)。然而，影響幼苗生長的因素較多，基質(zhì)的理化性狀、葉片中葉綠素含量和根系活力等生理指標(biāo)也對幼苗生長質(zhì)量發(fā)揮重要作用，育苗階段供液時(shí)間對栽培基質(zhì)和植株體內(nèi)生理指標(biāo)的影響還有待于進(jìn)一步研究，從而更全面系統(tǒng)地為番茄育苗提供更完善的供液方案。

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Abstract：Taking tomato variety‘Yingfen No.8’as test material，this paper used peat and vermiculite as mixed matrix to study in tidal irrigation and under intelligent greenhouse condition the effects of nutrient supplying maintaining time and interval time on quality of tomato seedlings raised on trays with central composite rotatable designs of 2 factors．The results showed when tomato grew 5 leaves and 1 heart，with the increase of nutrient supplying time，the seedling dry matter and strong seedling index showed first increasing then declining trend．While along with the interval time extension of nutrient supplying，the seedling dry matter and strong seedling index showed a declining tendency．The optimal nutrient supplying scheme is in 8-18 min of maintaining time and 198-348 min of interval time．Thus the seedling quality could achieve an ideal situation．We believe under the experiment condition，this solution is the best water and fertilizer supplying scheme．

Effects of Nutrient Supplying Time on Quality of Tomato Cell Seedling in Tidal Irrigation

WANG Zheng1，WU Zhan-hui2，3，LIU Ming-chi2，3，JI Yan-hai2，3，LIU Hai-he1*，ZHANG Yan-ping1
〔1College of Agronomy，Hebei Engineering University，Handan 056038，Hebei，China；2Vegetable Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Beijing 100097，China；3Key Laboratory of Urban Agriculture（North），Ministry of Agriculture，Beijing 100097，China〕

Tidal irrigation；Tomato；Plug seedling；Time for nutrient supplying；Strong seedling index

王正，男，碩士研究生，專業(yè)方向：設(shè)施蔬菜無土栽培，E-mail：wangzhezhengqi@163.com

*通訊作者（Corresponding author）：劉海河，男，教授，碩士生導(dǎo)師，專業(yè)方向：蔬菜栽培生理，E-mail：yylhh@hebau.edu.com

2015-04-06；接受日期：2015-05-11

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201303014-03），國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAD05B05-04），北京市農(nóng)林科學(xué)院設(shè)施蔬菜無土栽培科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（2013-2015），北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（CXJJ201306），國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-25-G-01）