葉用萵苣層架式栽培基質(zhì)厚度的環(huán)境效應(yīng)分析

趙永華 溫祥珍李亞靈 許玉坤

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷 030801）

隨著人口的增加和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地日益減少，對(duì)單位面積的蔬菜產(chǎn)量要求越來越高，立體栽培可以提高單位面積的產(chǎn)量，已成為提高溫室空間利用率、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的有效手段之一（李式軍和郭世榮，2010；王正 等，2016）。目前，植物工廠由于建造成本、運(yùn)行成本和設(shè)備成本（補(bǔ)光、用電、營養(yǎng)液栽培）高等問題（畢研飛等，2017；張宇和肖玉蘭，2017），普遍不盈利。利用現(xiàn)有設(shè)施開展葉菜類蔬菜立體栽培，特別是基質(zhì)栽培，不僅能夠提高設(shè)施土地利用率和蔬菜產(chǎn)量，而且能夠有效降低建設(shè)成本和運(yùn)行維護(hù)成本，已在花卉和部分葉菜類蔬菜種植上得到了應(yīng)用和推廣。

立體栽培模式選用栽培基質(zhì)時(shí)既要考慮栽培架的承重能力，還要顧及作物根系環(huán)境的穩(wěn)定性?；|(zhì)太厚，對(duì)立體栽培架的承重要求增高，進(jìn)行工廠化生產(chǎn)的設(shè)備成本、基質(zhì)成本、管理成本都會(huì)增加；基質(zhì)太薄，則作物根系環(huán)境穩(wěn)定性差，養(yǎng)護(hù)成本高（Boivin et al.，2001；王曉紅和謝修鴻，2012；秦秋婕 等，2016）。本試驗(yàn)以意大利生菜為試材，設(shè)置3種基質(zhì)厚度（6、10、14 cm），研究不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣根系環(huán)境、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為葉用萵苣層架式栽培基質(zhì)選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)工程研究所的非對(duì)稱三連棟溫室內(nèi)進(jìn)行，分別于春、夏季（3月10日至5月15日、7月18至9月11日）種植了2茬。供試葉用萵苣品種為意大利生菜，購于山西省太谷縣種子商店。栽培基質(zhì)是由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所研制的育苗基質(zhì)與腐熟羊糞以3V∶2V混合而成，其基本理化性質(zhì)為：容重0.25 g·cm-3，孔隙度76.63%，pH值7.5，EC值2.48 mS·cm-1，速效氮含量355.33 mg·kg-1，速效磷1 192.58 mg·kg-1，速效鉀759.26 mg·kg-1。

設(shè)置3個(gè)基質(zhì)厚度水平：6、10、14 cm，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。兩次試驗(yàn)分別于3月10日、7月18日進(jìn)行播種育苗，待幼苗四葉一心時(shí)（4月6日、8月3日）移栽到蔬菜周轉(zhuǎn)箱（長×寬×高=44 cm×30 cm×25 cm）中。第1次試驗(yàn)每箱8株，每處理3箱；第2次試驗(yàn)每箱5株，每處理3箱。視基質(zhì)含水量與天氣情況，每天澆1～2次清水。栽培前測定基質(zhì)理化性狀；生長期間定期測量各處理的根系溫度和基質(zhì)含水量；春季試驗(yàn)定植10 d后每處理隨機(jī)選擇9株進(jìn)行標(biāo)記，每隔7 d測定1次葉長、葉寬、葉片數(shù)等生長指標(biāo)，共測5次；采收后（5月15日、9月11日）每處理選取成熟度一致的植株5株，測定單株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量；夏季試驗(yàn)采收后每處理選取成熟度一致的植株3株，測定葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物、VC、硝酸鹽含量。

1.2 項(xiàng)目測定

根系溫度和基質(zhì)含水量分別采用多路溫度儀和YM-01智能多點(diǎn)土壤濕度儀測量，每箱在中心位置設(shè)置1個(gè)測點(diǎn)，每處理測量2箱；探頭插入基質(zhì)層5 cm深處，每隔30 min記錄1次。

基質(zhì)容重、總孔隙度、pH、EC的測定參照《無土栽培學(xué)》（郭世榮，2003）；速效N含量測定采用堿解氮擴(kuò)散法，速效P含量測定采用鋁銻抗比色法，速效K含量測定采用火焰光度法（鮑士旦，2000）。

葉用萵苣植株葉長、葉寬，采用卷尺測量最大葉的長和寬；葉片數(shù)，葉長≥2 cm的葉片數(shù)量；葉面積，用最大葉片的長×寬來表示（聶書明和杜中平，2012）；單株鮮質(zhì)量及干質(zhì)量，先用電子天秤稱量單株鮮質(zhì)量，然后在通風(fēng)干燥箱中105℃殺青20 min、75 ℃下烘至恒重，再用電子天平稱量單株干質(zhì)量；葉綠素含量，采用乙醇提取法測定（李合生，2000）；硝酸鹽含量，采用水楊酸濃硫酸比色法測定（李合生，2000）；可溶性蛋白含量，采用考馬斯G-250染色法測定（高俊鳳，2005）；可溶性糖含量，采用蒽酮比色法測定（高俊鳳，2005）；可溶性固形物含量，采用手持折光儀測定（李小方和張志良，2016）；VC含量，采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定（李小方和張志良，2016）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2007軟件和SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行作圖和數(shù)據(jù)分析。運(yùn)用隸屬函數(shù)法（張鵬航 等，2016）對(duì)各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，從而評(píng)價(jià)不同基質(zhì)厚度栽培的葉用萵苣綜合品質(zhì)，計(jì)算公式為：

式中，Xi表示第i個(gè)營養(yǎng)指標(biāo)的數(shù)值，U（Xi）為計(jì)算得出的該指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。將不同處理下的葉用萵苣的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值求和，計(jì)算平均值，該值即為葉用萵苣的綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)值，數(shù)值越大，表示綜合品質(zhì)越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)厚度對(duì)根系溫度的影響

從表1可以看出，春季試驗(yàn)（3～5月）中，不同基質(zhì)厚度處理的葉用萵苣根系最低溫和日均溫差異均不顯著，根系最高溫隨著基質(zhì)厚度的增加而降低，14 cm處理比6 cm處理顯著降低了4.21 ℃；反映在日較差上則是根系溫度日較差隨著基質(zhì)厚度的增加而減小，而日較差越小根系溫度越穩(wěn)定，越有利于葉用萵苣生長，說明適宜的基質(zhì)厚度能夠起到穩(wěn)定根系溫度的作用。夏季試驗(yàn)（7～9月）進(jìn)一步驗(yàn)證了該結(jié)果。

隨機(jī)選取4 d典型的陰、晴天作代表，觀察葉用萵苣根系溫度的日變化（圖1）。不同基質(zhì)厚度處理的晴天根系溫度日變化幅度較大，陰天變化幅度相對(duì)較小。由圖1-a可見，無論是春季試驗(yàn)還是夏季試驗(yàn)，晴天6 cm處理的葉用萵苣根系溫度的日較差最大，并且升溫和降溫都很迅速，而10 cm和14 cm處理的根系溫度變化幅度相對(duì)較小。8月24日（夏季試驗(yàn)），6 cm處理的根系溫度在14：00達(dá)到最高值33.9℃，10 cm和14 cm處理的高溫時(shí)間較6 cm處理晚1 h左右，且分別降低了4.0 ℃和6.5 ℃，有效緩解了夏季的高溫效應(yīng)。由圖1-b可見，兩次試驗(yàn)中，陰天時(shí)根系溫度日變化幅度均較小，10 cm和14 cm處理的根系最低溫均高于6 cm處理，起到了一定的保溫作用。

表1 不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣根系溫度的影響

2.2 不同基質(zhì)厚度對(duì)基質(zhì)含水量的影響

隨機(jī)選取4 d典型的陰、晴天作代表，觀察基質(zhì)含水量的日變化，每天早上8：00澆水且基質(zhì)含水量控制在80%左右。由圖2可見，基質(zhì)越厚，基質(zhì)含水量的日變化幅度越小，夏季的變化幅度明顯大于春季，晴天的變化幅度明顯大于陰天。在夏季晴天，基質(zhì)厚度6、10、14 cm處理的基質(zhì)含水量日變化范圍分別為80.2%～50.5%、80.5%～59.7%、80.2%～68.5%，其中變化幅度較大的時(shí)間段是14：00～19：00，5 h內(nèi)6、10、14 cm處理的基質(zhì)含水量分別降低了12.7、6.8、2.1個(gè)百分點(diǎn)。春季晴天基質(zhì)含水量的日變化趨勢與夏季相同，但一天的整體變化幅度相對(duì)較小，6、10、14 cm處理的基質(zhì)含水量分別降低了16.3、11.7、7.7個(gè)百分點(diǎn)。兩次試驗(yàn)陰天的基質(zhì)含水量日變化幅度都很小，不同基質(zhì)厚度處理間差異也較小。

圖1 不同基質(zhì)厚度處理下葉用萵苣根系溫度的日變化

圖2 不同基質(zhì)厚度處理下基質(zhì)含水量的日變化

2.3 不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣生長和品質(zhì)的影響

2.3.1 不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣生長指標(biāo)的影響

由圖3可見，定植后10～17 d，各處理葉用萵苣葉面積增長速率均較快，且增長速率為基質(zhì)厚度14 cm＞10 cm＞6 cm；定植17～24 d，葉面積的整體增長速率變緩，可能是由于此期間葉片數(shù)增加較快造成的，增長速率為基質(zhì)厚度10 cm＞14 cm＞6 cm；定植24 d后，各處理葉面積的增長速率又變快；定植38 d后，10 cm和14 cm處理的葉面積差異不大，但均顯著大于6 cm處理。

由圖4可見，定植17 d內(nèi)，14 cm和10 cm處理的葉用萵苣葉片數(shù)增長速率基本一致，6 cm處理的葉片數(shù)增長最慢；定植17～31 d，各處理的葉片數(shù)增長速率均變快，此期間為葉用萵苣快速生長時(shí)期，14 cm和10 cm處理的葉片數(shù)仍無明顯差異，6 cm處理的葉片數(shù)也快速增長，但數(shù)量仍為最少的；定植38 d后，14 cm和10 cm處理的葉片數(shù)差異不大，但均明顯大于6 cm處理。

由圖5可見，6 cm處理的葉用萵苣單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著低于10 cm和14 cm處理，而10 cm和14 cm處理的單株鮮質(zhì)量及干質(zhì)量差異不大。春季試驗(yàn)中，10 cm和14 cm處理的單株鮮質(zhì)量分別比6 cm處理顯著增加了45.4%、47.8%，達(dá)到了100.3 g和102.0 g，且兩處理間差異不顯著；10 cm和14 cm處理的單株干質(zhì)量差異亦不顯著，分別比6 cm處理顯著增加了20.7%、20.2%；夏季試驗(yàn)與春季試驗(yàn)結(jié)果基本一致，10 cm和14 cm處理的單株鮮質(zhì)量分別比6 cm處理顯著增加了42.1%、48.7%，單株干質(zhì)量分別顯著增加了30.8%、31.9%。

圖3 不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣葉面積的影響

圖4 不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣葉片數(shù)的影響

圖5 不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響

2.3.2 不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣葉綠素含量及品質(zhì)的影響 從表2可以看出，10 cm處理的葉用萵苣葉綠素含量顯著高于其他兩個(gè)處理。葉用萵苣各品質(zhì)指標(biāo)在不同基質(zhì)厚度處理下的變化趨勢并不一致，10 cm處理的可溶性蛋白含量和可溶性固形物含量最高，14 cm處理的可溶性糖含量和VC含量最高，硝酸鹽含量最低。采用隸屬函數(shù)法對(duì)葉用萵苣的品質(zhì)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果顯示14 cm處理的隸屬函數(shù)值最高，說明該處理的葉用萵苣綜合品質(zhì)最好，10 cm處理的隸屬函數(shù)值略低，但與14 cm處理的極為接近。

表2 不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣葉綠素含量及品質(zhì)指標(biāo)的影響

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，基質(zhì)越厚，葉用萵苣根系溫度和基質(zhì)含水量的變化相對(duì)趨緩，能夠緩解外界環(huán)境變化對(duì)根系環(huán)境變化帶來的影響，這與盧珊珊（2016）的研究結(jié)果一致。葉用萵苣適宜生長的溫度范圍為15～25 ℃，一旦根際溫度過高或過低，根系生長就會(huì)受到抑制，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降（連兆煌，1994；陳艷麗，2014）。春季試驗(yàn)中根系最低溫度和夏季試驗(yàn)中根系最高溫度均不在葉用萵苣適宜生長的溫度范圍內(nèi)，但是春季試驗(yàn)中10 cm和14 cm基質(zhì)厚度的保溫性能較好，最低溫度比6 cm處理提高1.5 ℃左右；夏季試驗(yàn)中10 cm和14 cm基質(zhì)厚度的降溫效果明顯，比6 cm處理降低5 ℃左右，可以緩解夏季高溫對(duì)植物生長的傷害。根系溫度波動(dòng)較大會(huì)引起生理功能的失調(diào)，影響根系的吸收能力，進(jìn)而影響植株的生長，夏季土壤升溫過高過快和地溫不穩(wěn)定都會(huì)對(duì)根系產(chǎn)生傷害（Gent &Ma，2000；陳艷麗，2014）。本試驗(yàn)中，10 cm和14 cm基質(zhì)厚度下根際溫度日較差較小，保證了葉用萵苣處于相對(duì)適宜穩(wěn)定的根際環(huán)境中?；|(zhì)層越厚，基質(zhì)含水量日變化越小，說明基質(zhì)的保水性越好，在夏季高溫以及相對(duì)粗放的管理模式下更不容易受到干旱脅迫。李淑英（2015）研究表明，基質(zhì)越厚水分入滲阻力越大，基質(zhì)厚度達(dá)到9 cm時(shí)對(duì)水分的滲透存在一定的阻水性和保水性，本試驗(yàn)得出10 cm與14 cm厚度下基質(zhì)的保水性強(qiáng)，與其結(jié)果一致。

本試驗(yàn)中，不同基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣的生長指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)均有影響，10 cm和14 cm處理的葉面積、葉片數(shù)均優(yōu)于6 cm處理，單株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及可溶性蛋白、可溶性固形物、VC含量也顯著高于6 cm處理，這與陳艷麗（2014）的試驗(yàn)結(jié)果基本一致。而10 cm和14 cm處理的葉用萵苣生長指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)隨基質(zhì)厚度變化的趨勢變緩，說明基質(zhì)厚度與葉用萵苣的生長情況并不是線性關(guān)系，即基質(zhì)厚度對(duì)葉用萵苣的生長促進(jìn)作用在達(dá)到一定程度后差異不再顯著。

綜上所述，本試驗(yàn)條件下較厚的基質(zhì)有利于葉用萵苣根系環(huán)境的穩(wěn)定，從而促進(jìn)其生長，但當(dāng)基質(zhì)厚度達(dá)到10 cm以上時(shí)，這種促進(jìn)作用開始變的不顯著。結(jié)合栽培架的承重和成本投入考慮，認(rèn)為10 cm厚育苗基質(zhì)與羊糞（3V∶2V）的復(fù)混基質(zhì)適用于葉用萵苣層架式栽培。本試驗(yàn)采用人工灌溉方式，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)基質(zhì)含水量的連續(xù)精確控制，對(duì)葉用萵苣的生長過程可能造成一些影響，需進(jìn)一步進(jìn)行探究。另外，前人的研究多針對(duì)基質(zhì)配方，關(guān)于葉用萵苣在不同基質(zhì)配方、不同基質(zhì)厚度上的適應(yīng)性，未來可進(jìn)一步試驗(yàn)研究。