陽臺(tái)“一米菜園”不同配方基質(zhì)番茄栽培的效果評(píng)價(jià)

熊 文，羅軍元，雷禮文，付小琴，李 涵，許煜峰

(江西省紅壤研究所，江西 南昌 331717)

0 引 言

近年來，陽臺(tái)蔬菜作為一種新型種植模式逐漸受到人們的歡迎。但是由于該模式對(duì)基質(zhì)要求較高，且基質(zhì)投入成本偏大，從而限制了陽臺(tái)蔬菜的進(jìn)一步推廣，特別是不耐連坐的番茄等作物的推廣[1]。因此，開發(fā)成本便宜且適用性較強(qiáng)基質(zhì)原料就成為國(guó)內(nèi)外科研工作者的重點(diǎn)。

在我國(guó)，無土栽培技術(shù)研究歷史較為悠久，比如，浙江沿海地區(qū)曾發(fā)明了利用漁船進(jìn)行蔬菜栽培的技術(shù)[2]。同時(shí)，秦漢時(shí)期也有“暖窯種瓜”的記載[3]。新中國(guó)成立以來，全國(guó)的無土栽培技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。比如，1975年，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)科研人員開展了番茄和黃瓜等蔬菜的無土基質(zhì)栽培研究與應(yīng)用[4]。20世紀(jì)80年代開始，國(guó)家農(nóng)業(yè)部門組織開展了多種基質(zhì)種類的無土栽培方面的科技攻關(guān)課題[5]，并研發(fā)了利用浮板和毛管進(jìn)行無土基質(zhì)栽培的系統(tǒng)。“九五”以來，一方面，國(guó)家高度重視無土基質(zhì)栽培技術(shù)的推廣和應(yīng)用[6]；另一方面，著力推進(jìn)無土基質(zhì)栽培與設(shè)施農(nóng)業(yè)協(xié)同發(fā)展。在這期間，無土基質(zhì)栽培技術(shù)不斷推陳出新，其中以陽臺(tái)園藝的發(fā)展作為迅速[7]。但是，作為陽臺(tái)園藝的基礎(chǔ)，由于基質(zhì)種類不一，且適用性差異較大，目前有關(guān)基質(zhì)配方效果評(píng)價(jià)還有待進(jìn)一步研究。因此，本研究以番茄為研究對(duì)象，將腐熟的牛糞和雞糞以及蛭石、草炭、河沙等進(jìn)行不同用量的配比，從而形成6種配方基質(zhì)，同時(shí)以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的配方商品基質(zhì)(腐熟的腐熟的牛糞、雞糞、草炭、蛭石、河沙比例為2∶3∶2∶1∶2)為對(duì)照，在番茄生長(zhǎng)過程中，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了基質(zhì)的理化指標(biāo)質(zhì)、番茄的生長(zhǎng)指標(biāo)和果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)等。以期篩選出適宜的基質(zhì)配方，從而為陽臺(tái)“一米菜園”的大面積應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)的時(shí)間為2016年9月至2017年4月，試驗(yàn)地屬于典型的低丘陵地區(qū)，海拔為27.5 m，位于江西省南昌市進(jìn)賢縣張公鎮(zhèn)馬家村(116°10′53″E，28°20′52″N)，供試番茄品種為“千禧”。該地區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候，干濕季節(jié)明顯，多年平均的降雨量和年均溫度分別為1 537 mm和18.1 ℃，雨季時(shí)間為每年的3月至6月，降雨量占全年雨量的65%；旱季時(shí)間為每年的7月至9月，年均氣溫。試驗(yàn)大棚中的溫度維持在20 ℃～35 ℃，相對(duì)濕度保持在60%～80%，光照與室外相似。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將腐熟的雞糞和牛糞以及草炭、蛭石和河沙等按照不同的用量和比例配置了6種配方的基質(zhì)，同時(shí)以商品基質(zhì)為對(duì)照，合計(jì)為7個(gè)配方處理，具體配方體積見表1。每個(gè)處理3次重復(fù)，一個(gè)重復(fù)一個(gè)培養(yǎng)槽，各小區(qū)之間按照隨機(jī)區(qū)組排列，共計(jì)21槽。在具體的管理中，所有小區(qū)均按照相同的水肥管理和病蟲害防治方法執(zhí)行。

表1 不同處理的基質(zhì)配方體積比Table 1 The volume ratios of substrates in different treatments

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 栽培基質(zhì)pH值和EC測(cè)定。定植0 d(2016年8月20日，定植前)與定植100 d(2016年11月28日，盛果期)可以較好的表示基質(zhì)對(duì)于番茄的支撐和貢獻(xiàn)能力，因此，本研究在這兩個(gè)時(shí)期，稱取風(fēng)干栽培基質(zhì)10 g，再加蒸餾水50 ml，震蕩2至3 min，靜置30 min，然后用pH計(jì)測(cè)定pH值，電導(dǎo)率儀測(cè)定EC值。

1.3.2 番茄生長(zhǎng)指標(biāo)。(1)株高、莖粗測(cè)定：分別于定植30 d、60 d、90 d和120 d(2016年9月20日：苗期、2016年10月20日：盛花期、2016年11月20日：果實(shí)開始成熟期、2016年12月20日：果實(shí)采摘期),在距離基質(zhì)上部5 cm處用游標(biāo)卡尺測(cè)定番茄的莖粗，并采用卷尺測(cè)定番茄基部到生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度(株高)。

(2)干鮮重測(cè)定：定植100 d時(shí)(2016年11月28日，番茄盛果期)，測(cè)定地下部分、地上部分干鮮重，然后計(jì)算根冠比。

1.3.3 番茄光合生理指標(biāo)。定植100 d(2016年11月28日，番茄盛果期)，取樣日上午10:00左右，每個(gè)小區(qū)選擇代表性植株，并分別選取番茄中上部的三片功能葉片，使用便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定葉片的蒸騰速率(EVAP)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、凈胞間CO2濃度(Ci)和光合速率(Pn)。

1.3.4 番茄品質(zhì)與產(chǎn)量指標(biāo)。(1)品質(zhì)的測(cè)定：于定植100 d(2016年11月28日，番茄盛果期)取各處理相同部位的果實(shí)進(jìn)行可溶性糖、有機(jī)酸含量、維生素C(Vc)的測(cè)定。Vc、可溶性總糖、有機(jī)酸含量分別采用二甲苯萃取比色法、蒽酮比色法、酸堿滴定法測(cè)定。

(2)果實(shí)產(chǎn)量的測(cè)定：番茄成熟(果實(shí)通紅為成熟標(biāo)準(zhǔn))后，每次采收時(shí)均進(jìn)行單株番茄結(jié)果數(shù)量和每槽的番茄結(jié)果數(shù)量，用電子天平測(cè)定單株番茄產(chǎn)量，本研究共采收20次，最后進(jìn)行產(chǎn)量累積計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)在Excel 2007里進(jìn)行整理，并采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，方差分析采用最小顯著差數(shù)法(LSD)，P<0.05為差異顯著。圖件采用Origin 8.5 進(jìn)行制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 栽培基質(zhì)理化性質(zhì)變化情況

2.1.1 番茄定植各處理基質(zhì)的pH變化。與定值0天相比，定值100 d時(shí)各處理基質(zhì)的pH均明顯降低(表2)。在定植0天，除CK基質(zhì)的pH為中性，其他所有配方基質(zhì)的pH均呈堿性(8.11～8.78)。而定植100 d時(shí)，配方A、B、C、D、E、F處理的基質(zhì)pH均呈現(xiàn)不同幅度的下降，降幅為1.82%～15.8%，其中配方C處理基質(zhì)的pH下降幅度為最大，其次是配方基質(zhì)A、E、F、B、D。

表2 番茄定植0 d和100 d時(shí)各處理基質(zhì)的pH變化Table 2 The changes of pH in different treatments at 0 d and 100 d after tomato planting

2.1.2 番茄定植基質(zhì)的EC變化。與定值0 d相比，定值100 d時(shí)配方A和C處理的EC值降低幅度居中，但均大于CK(表3)。定植0 d時(shí)，所有配方處理下基質(zhì)的EC為2.75～3.62 ms·cm-1。在所有處理中，配方F處理下基質(zhì)的EC最高(3.62 ms·cm-1)，配方A略低(3.57 ms·cm-1)，且配方F和A處理下基質(zhì)的EC顯著高于CK。與定值0 d相比，所有配方處理下基質(zhì)的EC在定植100 d時(shí)均普遍降低，降幅為28.0%～40.7%，其中配方E處理的降幅最大，其次為配方B、A、C、F、CK和D處理。

表3 番茄定植0 d和100 d時(shí)各處理基質(zhì)的EC變化(ms·cm-1)Table 3 The changes of EC in different treatments at 0 d and 100 d after tomato planting

2.2 栽培基質(zhì)對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

2.2.1 栽培基質(zhì)處理對(duì)不同定值時(shí)期番茄株高的影響。隨著定值時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理下番茄的株高均顯著增加(圖1)，在番茄定植30 d、60 d、90 d和120 d，各處理株高從37.7～43.8 cm生長(zhǎng)至187～209 cm，且株高的變化率先快后慢。各處理間，配方A、C和CK處理下株高均高于配方B、D、E和F處理，同時(shí)，配方A和C處理下番茄株高與CK無顯著差異。

注：不同的小寫字母表示同一時(shí)期各處理存在顯著差異(P<0.05)。下同。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between treatments at the same stage(P<0.05).The same is as below.圖1 各基質(zhì)處理下不同定值時(shí)期番茄株高變化Fig.1 The changes of plant height among treatments at different growth stages

2.2.2 栽培基質(zhì)處理對(duì)不同定值時(shí)期番茄莖粗的影響。與株高的結(jié)果相似，隨著定值時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理下番茄的莖粗均顯著提升(圖2)，在番茄定植30 d、60 d、90 d和120 d，各處理莖粗從7.44～9.42 mm增加到12.7～14.0 mm，且莖粗的變化率也呈現(xiàn)出先快后慢的趨勢(shì)。在各處理間，配方A、C和CK處理下株高均顯著高于配方B、D、E和F處理，同時(shí)，配方A和C處理下番茄株高與CK無顯著差異。由圖2可知，定植30 d后，配方A處理的蕃茄莖粗顯著高于其他配方(P<0.05)，而定植60 d時(shí)，番茄莖粗的增加率明顯高于其它處理，各處理莖粗在11.2～12.3 mm之間，配方A、C、CK處理的莖粗顯著高于配方B、D、E、F，其中配方E番茄的莖粗最小(11.2 mm)。定植的90 d后，各處理莖粗在12.1～13.1 mm之間，配方A、C、CK處理的莖粗高于配方B、D、E、F。

圖2 各基質(zhì)處理下不同定值時(shí)期番茄莖粗變化Fig.2 The changes of stem diameter among treatments at different growth stages

2.2.3 栽培基質(zhì)處理對(duì)定植100 d后番茄干鮮重及根冠比的影響。在所有處理中，CK處理下定值100 d時(shí)的番茄整株鮮重、干重及根冠比最大，而配方A處理則僅次于CK，但A與CK處理地上部鮮重?zé)o顯著差異。同時(shí)，處理A、CK處理下番茄地上部、地下部干鮮重和根冠比均顯著高于處理B、C、D、E、F處理。

表4 栽培基質(zhì)對(duì)定值100 d番茄干鮮重及根冠比的影響Table 4 The dry and fresh weights,root shoot ratios among treatments at 100 d after tomato planting

2.3 栽培基質(zhì)處理對(duì)番茄光合作用的影響

所有處理中，CK和配方A、C處理下，番茄的氣孔導(dǎo)度、凈光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度均明顯高于其它配方(表5)。其中CK處理下番茄的蒸騰速率最高(4.92 mmol(H2O)· m-2·s-1)，且CK和配方A處理下番茄的蒸騰速率顯著高于其他配方(A除外)，與CK處理相比，配方A、B、C、D、E和F處理下蒸騰速率分別顯著降低了1.42%、7.32%、3.86%、5.89%、10.37%和9.15%(P<0.05)；配方A處理下番茄的氣孔導(dǎo)度最高(825 mmol(H2O)·m-2·s-1)，且配方A和C處理下番茄的氣孔導(dǎo)度顯著高于其他處理，配方C處理下番茄的凈光合速率最高(22.1 μmol(CO2)·m-2·s-1)，且配方C和CK處理下番茄的凈光合速率顯著高于其他配方。

表5 栽培基質(zhì)對(duì)定值100 d番茄光合作用的影響Table 5 The photosynthesis among treatments at 100 d after tomato planting

2.4 栽培基質(zhì)對(duì)定值100 d番茄品質(zhì)的影響

在所有處理中，基質(zhì)配方A處理下番茄的Vc含量和可溶性糖含量最高，而配方C處理下番茄的有機(jī)酸含量最高。配方A、C和CK處理下番茄Vc含量顯著高于配方B、D、E、F(P<0.05)。番茄可溶性糖含量介于0.124%～0.197%，配方A處理下番茄的可溶性糖含量最高(0.197%)，配方C處理次之(0.184%)，而配方E處理最低(0.124%)，同時(shí)，配方D、E、F、I處理下番茄的可溶性糖含量顯著低于配方A和C。對(duì)于番茄有機(jī)酸含量，配方C處理下番茄的有機(jī)酸含量最高(0.567%)，A處理次之(0.543%)，配方B處理最低(0.412%)。與CK處理相比，配方B、D、E和F處理下番茄的有機(jī)酸含量分別降低了20.5%、19.3%、20.3%和14.1%。

表6 栽培基質(zhì)對(duì)定值100 d番茄品質(zhì)的影響Table 6 The tomato quality among treatments at 100 d after tomato planting

2.5 栽培基質(zhì)對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

在所有處理中，番茄的產(chǎn)量在10.3～13.0 kg·m-2之間，與CK處理相比，配方A、C處理下番茄產(chǎn)量分別提高7.55%、5.12%。其中配方A處理下番茄的產(chǎn)量和單株產(chǎn)量最高，且顯著高于其他處理。番茄單株結(jié)果數(shù)在246～316個(gè)之間，也呈現(xiàn)出配方A處理下番茄的單株結(jié)果數(shù)和單果質(zhì)量均顯著高于其他處理。其中，與CK處理相比，配方A、B、C、D和F處理下番茄的平均單果質(zhì)量分別提高了5.6%、2.4%、4.8%、3.2%、2.4%。

表7 栽培基質(zhì)對(duì)番茄產(chǎn)量的影響Table 7 The tomato yields in different treatments

3 討 論

3.1 栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)變化

在眾多指標(biāo)中，研究者一般選擇pH和EC值作為無土栽培基質(zhì)的重要指標(biāo)。同時(shí)，在進(jìn)行基質(zhì)篩選時(shí)，針對(duì)當(dāng)?shù)厝菀撰@取且價(jià)格低廉的材料也是發(fā)展無土基質(zhì)栽培的關(guān)鍵[8-9]。大量研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)的適宜pH值為微酸性或中性[10]。但營(yíng)養(yǎng)液的澆灌顯著影響基質(zhì)的pH值，且在輸在的生長(zhǎng)過程中，根系的生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收過程也會(huì)顯著改變基質(zhì)的理化性質(zhì)，從而顯著改變基質(zhì)的pH值。在本研究的番茄種植中，與定植前期相比，在定植100 d時(shí)，所有配方處理的基質(zhì)pH值下降了1.82%～16.5%，且pH值接近7.03～7.33，特別是配方A，其基質(zhì)的pH值下降幅度最高。原因主要與配方A的產(chǎn)量最高，而較高的產(chǎn)量則進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)植物在生長(zhǎng)過程中通過根系分泌更多的有機(jī)酸，從而降低了基質(zhì)的pH值[11-12]。此外，在本研究中，所有配方在番茄定植前的基質(zhì)EC值為2.75～3.62 ms·cm-1，但定植100 d后，各個(gè)處理的EC值均呈明顯的降低趨勢(shì)。陳素娟等[13]研究表明，栽培基質(zhì)適宜的電導(dǎo)率為1～4 ms·cm-1，因此，本研究的所有基質(zhì)配方和CK處理在定值前和定植100 d后都符合基質(zhì)電導(dǎo)率的條件。

3.2 栽培基質(zhì)對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

為進(jìn)一步分析番茄生長(zhǎng)、水分含量和干物質(zhì)積累以及地上部和地下部干物質(zhì)的分配比例等生理指標(biāo)，本研究測(cè)定了莖粗、株高、干鮮重和根冠比，結(jié)果表明，與基質(zhì)B、C、E、F相比，基質(zhì)A和C的效果顯著較好，其中基質(zhì)A(雞糞∶牛糞∶草炭∶蛭石∶河沙=3∶3∶1∶1∶2)的效果最優(yōu)。推測(cè)主要原因可能是該配方中調(diào)整了草炭和蛭石的比例可能與該配方中加入的有關(guān)，而適宜的草炭和蛭石比例是提升栽培基質(zhì)物理性能的關(guān)鍵。在大蒜的無土栽培中，有機(jī)混合的栽培基質(zhì)(玉米稈∶草炭∶牛糞∶河沙∶菇渣∶蛭石=2∶1∶2.5∶2.5∶1∶1)中，莖粗、株高和節(jié)位數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)均顯著優(yōu)于其他處理[14]。但是，也有研究表明，不同配方基質(zhì)處理下，番茄的生長(zhǎng)差異較大[15]。此外，當(dāng)配方基質(zhì)(雞糞∶牛糞∶蛭石∶河沙=3.5∶3.5∶1∶2)中有機(jī)物料的比例高于河沙時(shí)，由于其總孔隙度較小，因不利于植物根系的透氣從而不利于優(yōu)化栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)。因此，合理的有機(jī)物料比例是改善無土栽培基質(zhì)的重要措施。

3.3 栽培基質(zhì)對(duì)番茄光合作用的影響

作為表征植物干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)化的重要過程，光合作用在評(píng)價(jià)植物生長(zhǎng)過程的作用至關(guān)重要。一般研究認(rèn)為，當(dāng)植物的光合速率提高后，作物的產(chǎn)量可以得到顯著提升[16]。前人研究表明，在植物的光合作用主要是將吸收的CO2和水傳化為植株體內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)[17]。除了提高作物產(chǎn)量之外，提升光合速率還可以顯著促進(jìn)植物品質(zhì)優(yōu)化[18]。同時(shí)，作為表示植物代謝水分的指標(biāo)，蒸騰速率是表示植株水分運(yùn)輸能力的重要指標(biāo)，因此，蒸騰速率的快慢對(duì)于植物吸收水分非常關(guān)鍵[19]。此外，因?yàn)闅饪资侵参矬w內(nèi)氣體和水分與外界交換的主要通道，因此，氣孔導(dǎo)度也顯著影響植物的蒸騰作用，本研究表明，在所有處理中，配方C處理下番茄的凈光合速率最高，且配方C和CK處理下番茄的凈光合速率顯著高于其他配方，且A處理的胞間二氧化碳濃度最高，說明A處理進(jìn)行光合作用的原料充足。

3.4 栽培基質(zhì)對(duì)番茄品質(zhì)的影響

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公眾對(duì)高品質(zhì)蔬菜的需求越來越高，這就對(duì)無土栽培技術(shù)提出了更高的要求[20]。在蔬菜上，衡量品質(zhì)的指標(biāo)主要有Vc、可溶性糖含量和有機(jī)酸等。本研究表明，配方A處理下番茄的Vc和可溶性糖含量最高，而配方C處理的有機(jī)酸含量最高。番茄可溶性糖含量介于0.124%～0.197%，配方A番茄可溶性糖含量最高，配方C次之，配方E番茄可溶性糖含量最低。這主要與配方基質(zhì)的養(yǎng)分有關(guān)。本研究初步表明，基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)和蛭石、草炭及沙石的合理比例是提升番茄品質(zhì)的關(guān)鍵，且有利于番茄的生長(zhǎng)和增產(chǎn)。

4 結(jié) 論

不同配方處理下番茄的生長(zhǎng)、光合作用、產(chǎn)量和品質(zhì)的變化不一。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為配方A(雞糞∶牛糞∶草炭∶蛭石∶河沙=3∶3∶1∶1∶2)處理的效果最佳，其次是配方C(雞糞∶牛糞∶草炭∶河沙=2.5∶2.5∶2∶3)，二者均基本達(dá)到商品基質(zhì)的水平。因此，配方A和C適合作陽臺(tái)“一米菜園”番茄栽培基質(zhì)進(jìn)行應(yīng)用和推廣。