黃瓜椰糠栽培營養(yǎng)液的適宜濃度探索

鐘澤 楊云云 許飛飛 劉西 司龍亭 李文虎

摘 要：為了探索黃瓜椰糠栽培中適宜的流出液EC值指標(biāo)，根據(jù)流出液EC值的高低來調(diào)節(jié)灌溉液濃度，實現(xiàn)肥料的合理施用。試驗設(shè)置了1.8、2.2和2.6 mS·cm-1三個流出液EC值指標(biāo)，灌溉液濃度的“增減量/（g·L-1）=（EC值設(shè)定值-EC值測定值）×流出率/%”。此模型不僅考慮了EC值設(shè)定值與測定值的差異，而且考慮了流出率因素。通過“配液濃度=在用濃度+增減量”，對灌溉液濃度進(jìn)行連續(xù)調(diào)控。結(jié)果顯示，伴隨灌溉液濃度的升高與降低，流出液EC值圍繞設(shè)定值上下波動，基本實現(xiàn)了穩(wěn)定。流出液中氮、磷、鉀、鈣、鎂元素的含量與EC值設(shè)定值正相關(guān)，反映了肥料供應(yīng)水平的高低。當(dāng)流出液EC值設(shè)定在2.2和2.6 mS·cm-1時，黃瓜的產(chǎn)量差異不顯著，卻又都比EC值在1.8 mS·cm-1設(shè)定值時顯著增加。所以，2.2～2.6 mS·cm-1可作為黃瓜椰糠栽培適宜的流出液EC值控制區(qū)間。

關(guān)鍵詞：黃瓜;溫室;椰糠栽培;營養(yǎng)液濃度

中圖分類號：S642.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號：1673-2871（2020）01-018-06

Abstact： This research aims to study the appropriate effluents EC value in cultivating cucumber with coconut coir and achieve optimized use of fertilizer by adjusting the concentration of the irrigation solution based on the effluents EC value. Three different levels of the EC value were designed as 1.8， 2.2， and 2.6 mS·cm-1. The increased or decreased concentration of the irrigation solution is determined by the product of outflow rate and the difference between the set EC value and the measured EC values. The concentration of the irrigation solution was continuously controlled using the formula “Displacing Concentration = In-use Concentration + （Increased or Reduced Concentration）”. The results show that with the increased or decreased concentration of the irrigation solution， effluents EC value fluctuates around the set value and reaches a stable level. The content of nitrogen， phosphorus， potassium， calcium， and magnesium in the effluent is positively correlated with the set EC value. This correlation reflects the level of fertilizer supply. When the effluents EC value was set at 2.2 mS·cm-1 and at 2.6 mS·cm-1， the production of cucumber was not significantly different between these two levels， but the production at either of the two was significantly higher than that at 1.8 mS·cm-1 . Therefore， 2.2 to 2.6 mS·cm-1 can be used as an appropriate EC control interval for cultivating cucumber in coconut coir.

Key words： Cucumber; Greenhouse; Coconut-coir cultivation; Nutrient solution concentration

在現(xiàn)代溫室無土栽培生產(chǎn)中，水肥管理往往是種植成功的關(guān)鍵[1]。水肥管理的核心之一是營養(yǎng)液管理，配方、濃度、pH值、液溫等是營養(yǎng)液管理的主要內(nèi)容[2]。目前，國內(nèi)關(guān)于無土栽培營養(yǎng)液的研究大都集中在對特定配方的研究[3-9]和不同濃度的效果試驗上[10-14]。研究表明，對于特定的水質(zhì)和品種，不同配方對產(chǎn)量和品質(zhì)有顯著的影響[3-9]。在同一配方和一定的濃度范圍內(nèi)，產(chǎn)量和品質(zhì)隨著營養(yǎng)液濃度的提高而提高;當(dāng)濃度超過一定限度后，產(chǎn)量會快速下降，但品質(zhì)卻能保持在較高水平或略有上升;隨著濃度的再度提高，產(chǎn)量品質(zhì)會同步下降[10-14]。這些試驗都給出了適宜的營養(yǎng)液濃度或濃度范圍，并建議營養(yǎng)液濃度最好能隨生育期而調(diào)整，但都未提及濃度調(diào)節(jié)的方法。水肥一體化設(shè)備的研發(fā)也主要集中在灌溉時間和灌溉次數(shù)等與灌溉量相關(guān)的參數(shù)上[1，2，15-18]。有的施肥設(shè)備利用離子傳感器來檢測部分離子的濃度，對配方進(jìn)行指導(dǎo)，但也未涉及營養(yǎng)液濃度的調(diào)節(jié)[1，2，17]。無土栽培營養(yǎng)液濃度的管理一般通過EC值來調(diào)控。在黃瓜無土栽培技術(shù)中，營養(yǎng)液EC值一般都隨生育期逐步遞增[15-16]，但現(xiàn)有試驗中對遞增的依據(jù)和如何測算遞增量沒有進(jìn)一步的闡述，實際生產(chǎn)中還需依靠經(jīng)驗。

筆者在研究不同施肥量對椰糠栽培番茄生長的影響時發(fā)現(xiàn)，以一定EC值的營養(yǎng)液進(jìn)行灌溉時，流出液EC值既可能出現(xiàn)連續(xù)下降，也可能出現(xiàn)連續(xù)上升，其中營養(yǎng)元素的含量也隨著EC值的變動而增加或減少[19]。流出液EC值是作物對灌溉液水分和養(yǎng)分吸收利用后的反映，是作物在特定光照、溫度、濕度環(huán)境下生理活動的結(jié)果。如果EC值降低，則說明當(dāng)時條件下灌溉液濃度偏低，反則偏高。筆者探索了利用流出液EC值作為指標(biāo)，實現(xiàn)對灌溉液濃度的實時調(diào)節(jié)，以提高施肥的合理性。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在江蘇省宿遷市南蔡鄉(xiāng)江蘇綠港科技園2號玻璃溫室中進(jìn)行，分3個小區(qū)，每個小區(qū)200 m2。種植區(qū)安裝氟碳基質(zhì)槽栽培架，采用滴箭灌溉系統(tǒng)，按3×3拉丁方設(shè)計排列管道，行間距1.4 m。每個處理配備3個500 L的儲液罐，用于灌溉營養(yǎng)液的配制與儲存，交替使用。灌溉由綠港研發(fā)的智能施肥機(jī)控制，可采用時間間隔、太陽輻射累積等多種灌溉方式，并實現(xiàn)對各個處理分別控制、互不干擾的要求。

種植基質(zhì)為長1 m、寬18 cm、吸水膨脹后高約8 cm的椰糠種植條，平放在栽培架上。定植前，用清水飽和基質(zhì)，浸泡24 h后，在底部與側(cè)面交接處開口，兩邊各開6個，讓基質(zhì)內(nèi)的游離水能自由排出，隨后用清水繼續(xù)沖洗基質(zhì)至流出液EC值接近各處理的設(shè)定EC值。每個椰糠條種植4株，株距0.25 m，每株1個滴箭。

試驗水源為EC值0.72 mS·cm-1和pH值7.8左右的井水，試驗品種為江蘇綠港選育的水果黃瓜‘綠美1號，72孔穴盤育苗，2葉1心時定植。試驗肥料為江蘇綠港研發(fā)的黃瓜椰糠種植專用肥，含作物生長必需的大量元素、中量元素和微量元素。肥料預(yù)先配制成10%的母液備用，使用時按計算的需求量，稱重配制相應(yīng)濃度的灌溉營養(yǎng)液。試驗于2018年11月26日開始，2019年3月17日結(jié)束，共進(jìn)行112 d。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3個處理，流出液EC值設(shè)定值分別為處理1（T1）：EC值為1.8 mS·cm-1;處理2（T2）：EC值為2.2 mS·cm-1;處理3（T3）：EC值為2.6 mS·cm-1。田間按隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。灌溉液配制時用10%硝酸溶液調(diào)節(jié)pH值在6.0左右[20]。初始灌溉液的濃度：T1為1.5 g·L-1，T2為1.8 g·L-1，T3為2.1 g·L-1，定植1周后，開始按流出液EC值調(diào)整灌溉液濃度。增加量的調(diào)整方法是每天早上根據(jù)前一天流出液的EC值和流出率按下列公式計算：增減量/（g·L-1）=（設(shè)定EC值-流出液EC值）×流出率/%;配液濃度/（g·L-1）=在用濃度+增減量。

灌溉量都按20%流出率控制，各處理每天的灌溉次數(shù)、起始時間都相同，通過調(diào)節(jié)灌溉時長來調(diào)節(jié)處理間的灌溉量。定植后，采用每天2次、每次每株約50 mL進(jìn)行灌溉。當(dāng)流出率降到20%以下時，各處理的灌溉量按實測流出率與20%的差異大小，對灌溉時長進(jìn)行調(diào)整。流出率高于20%就減少灌溉時長，反之則增加。每天灌溉次數(shù)、啟動時間由施肥機(jī)依據(jù)輻照累計法自動進(jìn)行。

1.3 測試項目與方法

在第2區(qū)，各處理固定一行收集當(dāng)天的流出液，第2天早上灌溉前測定體積和灌溉量（水表讀數(shù)算出），流出率/%=流出液體積/灌溉液體積×100。每天記錄流出液體積后取樣，用上海雷磁DZB-712多參數(shù)分析儀測定流出液EC值和pH值。每次灌溉液配制完成后取樣測定灌溉液EC值和pH值，測定方法同上。每隔1～2周，從收集的流出液中取樣，1周內(nèi)測定流出液營養(yǎng)元素含量。氮含量采用紫外光度法測定;磷含量采用釩鉬黃比色法測定;鉀、鈣、鎂含量采用原子吸收光度計法測定[21]。主要儀器有普析T6新世紀(jì)、普析TAS-990F。各小區(qū)固定1行，分別記錄每次采收的產(chǎn)量，最后匯總。試驗結(jié)束時，各小區(qū)取2株測定蔓長。

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2007軟件進(jìn)行處理和繪圖。差異顯著性檢驗按《農(nóng)業(yè)試驗統(tǒng)計方法》[22]，采用Excel 2007計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉量和流出率

由表1可知，流出液EC值的高低與流出率存在一定的關(guān)系，一般情況下，流出率低時，EC值高。本試驗以流出液EC值作為灌溉液濃度的調(diào)整指標(biāo)，流出液EC值應(yīng)有可比性，流出率需要相對一致。從統(tǒng)計結(jié)果看，流出率在19.12%～19.86%之間，最大相差0.74%，與設(shè)定的20%相差不超過1%?？梢哉J(rèn)為，試驗過程中，灌溉量的控制達(dá)到了預(yù)期要求。

2.2 各處理灌溉液EC值、流出液EC值與設(shè)定EC值之間的關(guān)系

將每天記錄的灌溉液EC值、流出液EC值按5 d平均作圖，圖中的日期是5 d平均值的最后一天。從圖1～3可以看到，各處理流出液的EC值都圍繞設(shè)定值上下波動。當(dāng)流出液的EC值高于設(shè)定值時，灌溉液的EC值就會降低，帶動流出液的EC值向設(shè)定值回歸，反之一樣。各處理EC值的變動區(qū)間見表2。

從表2可以看出，各處理流出液平均EC值分別為1.91、2.33和2.71 mS·cm-1，比設(shè)定值1.8、2.2、2.6 mS·cm-1分別高出0.11、0.13和0.11 mS·cm-1，偏移方向一致且偏移量都較小，基本實現(xiàn)了控制目標(biāo)。但從極差看，波動區(qū)間是比較大的，分別達(dá)到了1.40、1.67和1.83 mS·cm-1。灌溉液平均EC值分別為1.92、2.12和2.24 mS·cm-1，隨處理分別增加0.20和0.12 mS·cm-1，增加量有逐步減少的趨勢。比較各處理灌溉液和流出液EC值的差異，處理1灌溉液比流出液高出0.01 mS·cm-1，處理2卻低0.21 mS·cm-1，處理3低0.47 mS·cm-1，隨著處理濃度的增加，差距增大。從圖1～3也可以看到，隨著設(shè)定值的增高，灌溉液的EC值低于設(shè)定EC值的次數(shù)增多。試驗表明，灌溉液EC值對流出液EC值的影響不是等量關(guān)系，是逐步增大的。

2.3 各處理流出液pH值的變化

pH值與EC值同時測定，圖中各點的pH值同樣是5日平均值。由圖4可以看到，各處理流出液pH值也呈上下波動狀態(tài)，設(shè)定EC值越高，pH越低。把pH變化曲線與圖1～3中對應(yīng)的流出液EC值曲線進(jìn)行比較，沒有特定的規(guī)律體現(xiàn)。

流出液pH的變動區(qū)間和平均值如表3。pH的波動有隨處理濃度的增加而加大的趨勢，但極差最大的處理3也只有0.9。盡管設(shè)定EC值越高，pH有降低的趨勢，且處理1較處理2、3的差異也達(dá)到了極顯著水平，但處理3比處理1也只高出0.16。由此可見，穩(wěn)定流出液EC值的同時，也穩(wěn)定了pH值。

2.4 流出液中營養(yǎng)元素含量的變化

從圖5～9中可見2種變化趨勢，氮、磷、鉀3個元素都是逐步走低，鈣、鎂2種元素先走高，然后橫向波動。3個處理各元素的變動方向基本一致，含量的高低與處理一致。流出液中元素含量走低，說明供應(yīng)量偏少，走高供應(yīng)量有余，走平供應(yīng)量適宜。按此方法判斷，本試驗中氮、磷、鉀的供應(yīng)稍偏低，鈣、鎂的供應(yīng)適宜。這對配方的管理有很好的指導(dǎo)作用。通過本試驗可以得出，肥料配方中，鈣、鎂的比例適合，氮、磷、鉀的比例可適當(dāng)提高。

從表4中可以看出，各元素含量的高低與處理保持了一致，EC值設(shè)定的高低與養(yǎng)分含量有很好的相關(guān)性，體現(xiàn)了養(yǎng)分的供應(yīng)水平。

2.5 各處理產(chǎn)量、蔓長的比較

從表5可知，產(chǎn)量隨流出液EC值設(shè)定值的增加而提高。多重比較顯示，處理2和處理3較處理1的產(chǎn)量都達(dá)到顯著水平，處理2、3之間沒有顯著差異。瓜蔓長度與產(chǎn)量呈現(xiàn)相反趨勢，產(chǎn)量最高的處理3，蔓長最短，與處理1的差異達(dá)到顯著水平。產(chǎn)量與蔓長不一致可能與營養(yǎng)生長與生殖生長爭奪養(yǎng)分有關(guān)，當(dāng)施肥量充足的時候，有更多的養(yǎng)分向果實輸送;養(yǎng)分不足的時候，先滿足營養(yǎng)生長，并有可能徒長。

2.6 各處理的肥料產(chǎn)出率

從表6可以看出，肥料產(chǎn)出率隨著施肥量的增加而降低，但相互間的差異不大。處理1較處理3的產(chǎn)出率僅高出0.87個百分點。。而處理3較處理1的產(chǎn)量高出168.96 kg，達(dá)到18.53%。肥料產(chǎn)出率體現(xiàn)了肥料的利用率，但經(jīng)濟(jì)效益的高低要結(jié)合肥料產(chǎn)出率和產(chǎn)量來綜合考慮。

3 討論與結(jié)論

在之前的番茄試驗中[19]，在灌溉液EC值恒定、流出液EC值持續(xù)升高的情況下，流出液pH會持續(xù)下降，EC值與pH呈負(fù)相關(guān)。這種負(fù)相關(guān)在本試驗中由于流出液EC值的上下波動而被打破，EC值與pH不再有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。通過試驗得出，利用流出液的EC值來調(diào)整灌溉液濃度，可以作為黃瓜椰糠栽培合理施肥的一個有效方法。當(dāng)流出液EC值控制在2.2～2.6 mS·cm-1時，黃瓜椰糠栽培的綜合效益最佳。

EC值是無土栽培中最常用、最易測的參數(shù)，有配肥功能的施肥機(jī)都配備EC值計來控制灌溉液濃度，并可隨時調(diào)節(jié)設(shè)定值，所以，生產(chǎn)的實用性很強。但是，在特定的種植環(huán)境下，要利用好這個指標(biāo)，還需要了解影響這一指標(biāo)的因素，確定好適宜的EC值設(shè)定范圍：

首先要關(guān)注流出率的問題。無土栽培需要一定的流出液來沖洗基質(zhì)，防止次生鹽漬化。但是，適宜的流出率沒有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，一般推薦在10%～40%不等，且以20%～30%居多。在生產(chǎn)實際中，流出率的控制比較難。舉例來說，按每天灌溉10次計算，灌溉次數(shù)多1次或少1次便可導(dǎo)致大概10%的灌溉量差異，此差異對流出率和流出液的EC值都有較大的影響。此外，流出液的蒸發(fā)量很難估算。支架的結(jié)構(gòu)、坡度、路徑的長短、環(huán)境的溫濕度都對蒸發(fā)量有影響，且溫濕度的變化是不確定的。再次，整枝打杈影響作物的蒸騰量，也是很難測算的。

其次是基質(zhì)的影響。目前，用有機(jī)基質(zhì)替代無機(jī)基質(zhì)是發(fā)展的趨勢[23-24]，但有機(jī)基質(zhì)種類繁多。單就椰糠基質(zhì)來說，產(chǎn)品不同，組成成分不同、粗細(xì)比例不同，差異就很大。有機(jī)基質(zhì)的陽離子交換量都很大，能吸附大量的離子，這些離子的釋放在前期對流出液的EC值影響較大。基質(zhì)在種植過程中分解的速率、釋放物質(zhì)的類型，對EC值影響的大小也還沒有很好的確定方法。

再次是作物根系生理活動的影響。根系的生長與代謝不僅會釋放多種物質(zhì)，還會影響到基質(zhì)中微生物的活動，對基質(zhì)的分解產(chǎn)生影響，所有生化活動的產(chǎn)物不確定，對EC值的影響也不確定。種植一定時間后，回液收集槽中會長青苔，它對EC值有什么影響也很少報道。

雖然影響流出液EC值的因素較多且不確定，但最大的影響因子還是流出率（或者灌溉量），只要控制好這項指標(biāo)，就能在很大程度上保證此方法的可行性。隨著灌溉設(shè)備的不斷創(chuàng)新，以流出率作為指標(biāo)實現(xiàn)灌溉量的精準(zhǔn)控制只是時間問題。當(dāng)然，調(diào)控流出液EC值對灌溉液濃度實現(xiàn)了動態(tài)調(diào)節(jié)，但并不能保證元素間的平衡，試驗中流出液各元素的方向說明了這一點。只有把肥料配方與灌溉液濃度結(jié)合起來，加上合理的灌溉量，才能展現(xiàn)無土栽培的巨大優(yōu)勢。

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