不同黃沙栽培模式對溫室番茄根際溫度的影響

嚴(yán)宗山,楊世梅,李彥榮,王 蕾,張想平,陳 亮,王翠麗,張自強(qiáng)

(甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅 武威 733006)

河西走廊是甘肅省設(shè)施蔬菜的主產(chǎn)區(qū)，受品種布局、種植經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)業(yè)集中度等因素影響，設(shè)施蔬菜重茬現(xiàn)象較為普遍，土壤連作障礙嚴(yán)重，病蟲防治難度加大，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證，制約了產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1-2]?；|(zhì)栽培是解決土傳性病害的有效手段[3]。目前，栽培基質(zhì)多采用草炭和巖棉，易造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染[4]。有機(jī)生態(tài)基質(zhì)有效利用了廢棄資源，但也需要定期更換或消毒，成本偏高[5]。黃沙攜帶病源少、透氣性好、成本低廉，作為栽培基質(zhì)可以預(yù)防土傳病害，其結(jié)合水肥一體化技術(shù)在番茄、辣椒等高產(chǎn)栽培中取得較好效果[6-7]。河西走廊黃沙資源豐富，充分利用河西地區(qū)黃沙資源，對發(fā)展戈壁農(nóng)業(yè)具有重要意義。

根際溫度是農(nóng)田作物管理和氣象氣候變化研究的重要物理參量之一[8]，根際溫度有別于棚溫，提高根際溫度是設(shè)施蔬菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的關(guān)鍵措施，提高1 ℃根際溫度相當(dāng)于增加2 ℃氣溫[9]。WALKER[10]認(rèn)為，植物生長發(fā)育受根際溫度影響較大，根際溫度變化1 ℃能引起植物生長明顯變化。根際溫度低于12 ℃影響植物根系活性[11]，增加根際溫度能夠促進(jìn)養(yǎng)分吸收，提高產(chǎn)量[12]。馮玉龍等[13]研究結(jié)果顯示，適宜的根際溫度能夠提高植株光合速率，促進(jìn)葉片生長、生物量積累和礦質(zhì)元素吸收。任志雨[14]認(rèn)為，增加根際溫度可以提高番茄光合特性和產(chǎn)量。前人[15-17]有關(guān)根際溫度的研究大多集中于土壤和蛭石等基質(zhì)栽培，針對黃沙栽培根際溫度的研究較少。因此，研究黃沙栽培模式下根際溫度變化對黃沙栽培模式推廣意義重大。鑒于此，以不同黃沙栽培模式為研究對象，探究不同栽培模式下番茄根際溫度變化，以期為黃沙栽培模式創(chuàng)新和種植技術(shù)改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)條件及材料

試驗(yàn)于2018年4—10月在甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院試驗(yàn)基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行，該區(qū)位于東經(jīng)101°59′～103°23′，北緯37°23′～38°12′，具有干旱少雨、日照充足、晝夜溫差大的特點(diǎn)，年平均降水量100 mm，年平均溫度7.7 ℃，無霜期150 d左右。

供試番茄品種：愛吉155。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3種不同類型的黃沙栽培模式，分別為黃沙調(diào)溫栽培(T1)、黃沙地下槽式栽培(T2)和黃沙地上槽式栽培(T3)，以平地土壤栽培(CK)為對照。每種模式面積為60 m2，包含5個(gè)種植槽，每個(gè)種植槽種植2行番茄，株距為40 cm。槽面鋪設(shè)地膜，槽內(nèi)黃沙為風(fēng)積沙，pH值7.0左右。

在番茄根際深10、20、30 cm處分別埋入2027型溫度智能SD卡測試記錄儀探頭記錄根際溫度；另在溫室內(nèi)設(shè)置3個(gè)測量點(diǎn)，懸掛溫度記錄儀探頭，用來測量空氣溫度，懸掛高度為2 m；溫度測定均設(shè)置為每隔1 h自動記錄1次。

黃沙調(diào)溫栽培(T1處理，圖1)：走道寬60 cm，走道之間挖寬60 cm、深40 cm的U型槽，內(nèi)覆塑料膜隔絕土壤，槽底平放直徑12 cm的PVC圓管作為調(diào)溫通氣道，圓管側(cè)面每隔20 cm開孔，孔徑5 cm，孔外裹阻沙網(wǎng)，防止細(xì)沙進(jìn)入調(diào)溫通氣道，PVC圓管北端彎管向上伸出地面接軸式風(fēng)扇，南端彎頭向下接排水道，槽內(nèi)裝滿風(fēng)積沙。調(diào)溫通氣道可傳導(dǎo)溫度、氣體交換和導(dǎo)出余水，排水道收集和排出余水，防止?jié)a根。軸式風(fēng)扇按設(shè)定溫度自動啟閉運(yùn)行，將熱風(fēng)鼓入調(diào)溫通氣道。

黃沙地下槽式栽培(T2處理，圖2)：走道寬60 cm，走道之間挖寬60 cm、深40 cm的U型槽，內(nèi)覆塑料膜隔絕土壤，槽內(nèi)裝滿風(fēng)積沙。

黃沙地上槽式栽培(T3處理，圖3)：走道寬60 cm，走道之間用磚塊碼出畦面寬60 cm、高40 cm的槽，底部鋪設(shè)塑料膜，槽內(nèi)裝滿風(fēng)積沙。

平地土壤栽培(CK)：走道寬60 cm，走道之間種植帶寬60 cm，常規(guī)土壤種植。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)選用2018年5—8月每月3日、13日、23日12 d內(nèi)0：00—24：00同一時(shí)刻溫室氣溫及不同深度根際溫度平均值進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)采用 Excel 2007軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄不同栽培模式氣溫日變化

由圖4可知，溫室氣溫變化規(guī)律呈降低后升高再降低趨勢，6:00氣溫最低，15:00氣溫達(dá)到全天溫度峰值，23:00—6:00氣溫較低，變化平緩，6:00—22:00氣溫變化較大。

2.2 番茄不同栽培模式根際10 cm溫度變化

根際溫度測量結(jié)果表明(圖5)，除T1處理外，其余各處理全天各時(shí)段根際10 cm深溫度均高于CK。3種黃沙栽培模式根際10 cm深溫度變化趨勢基本一致，8:00最低，隨后溫度迅速升高，16:00—17:00達(dá)到當(dāng)天最高；CK全天根際溫度變化較平緩，9:00最低，18:00最高。說明10 cm深黃沙栽培模式達(dá)到當(dāng)天最高和最低根際溫度時(shí)間早于土壤栽培。同一天不同時(shí)間段根際溫度均表現(xiàn)為T3處理最高，T2處理次之，CK較低，T1處理最低(除13:00—19:00 T1處理略高于CK外)，T3處理、T2處理、CK和T1處理下最高根際溫度依次為30.80、27.70、24.10、24.69 ℃，最低根際溫度依次為24.44、22.07、21.16、19.13 ℃，日較差依次為6.36、5.63、2.94、5.56 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對照高-2.03～6.70 ℃(表1)。

表1 番茄不同栽培模式不同深度根際溫度變化Tab.1 Changes of rhizosphere temperature in different

2.3 番茄不同栽培模式根際20 cm溫度變化

如圖6所示，一天不同時(shí)間段根際20 cm深溫度表現(xiàn)為T3處理最高，T1處理次之，T2處理較低，CK最低。T1處理根際溫度于9:00降至最低值，隨后溫度迅速上升，18:00達(dá)到最高值；其余3種栽培模式根際溫度變化趨勢基本一致，在9:00溫度最低，隨后逐漸上升，于19:00達(dá)到最高值。T3處理、T1處理、T2處理和CK最低溫分別為24.93、23.13、22.81、21.43 ℃，最高溫分別為29.29、27.39、25.51、23.76 ℃，日較差分別為4.36、4.26、2.70、2.33 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對照高1.39～5.53 ℃(表1)。

2.4 番茄不同栽培模式根際30 cm溫度變化

由圖7可見，同一天不同時(shí)間段根際30 cm深溫度為T3處理最高，CK最低，0:00—11:00 T1處理根際溫度高于T2處理，11:00—24:00 T1處理低于T2處理。T2處理根際溫度變化較大，于9:00溫度降至最低，隨后迅速升高，18:00升至最高；其他3種栽培模式根際溫度變化趨勢基本一致，10:00—11:00溫度最低，隨后逐漸升高，21:00—22:00溫度達(dá)到峰值。T3處理、T2處理、T1處理和CK最低溫分別為25.50、22.96、23.33、21.90 ℃，最高溫分別為28.01、26.24、25.40、23.73 ℃，日較差分別為2.51、3.29、2.07、1.83 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對照高1.06～4.29 ℃(表1)。

2.5 同一栽培模式下番茄根際不同深度溫度變化

由圖8可以看出，不同栽培模式不同深度根際溫度日變化趨勢均呈先降低后升高再降低趨勢。CK在21:00—11:00，根際溫度為30 cm>20 cm>10 cm；12:00—21:00，基本表現(xiàn)為10 cm>20 cm>30 cm；最低根際溫度為30 cm>20 cm>10 cm，最高根際溫度為10 cm>20 cm>30 cm，平均根際溫度為30 cm>10 cm>20 cm，日較差為10 cm>20 cm>30 cm(表1)。T1處理10 cm根際溫度明顯低于20 cm和30 cm，在3:00—10:00,30 cm高于20 cm，其他時(shí)間均為20 cm大于30 cm；最低溫度為30 cm>20 cm>10 cm，最高溫度為20 cm>30 cm>10 cm，平均值為20 cm>30 cm>10 cm，日較差為10 cm>20 cm>30 cm。T2處理，22:00—11:00，根際溫度為30 cm>20 cm>10 cm；11:00—22:00，根際溫度為10 cm>20 cm>30 cm；最低溫度為30 cm>20 cm>10 cm，最高溫度為10 cm>20 cm>30 cm，平均值為10 cm>20 cm>30 cm，日較差為10 cm>20 cm>30 cm。T3處理，22:00—10:00，根際溫度為30 cm>20 cm>10 cm；10:00—22:00，根際溫度基本表現(xiàn)為10 cm>30 cm>20 cm；最低溫度為30 cm>20 cm>10 cm，最高溫度為10 cm>30 cm>20 cm，平均值為10 cm>20 cm>30 cm，日較差為10 cm>30 cm>20 cm。不同深度日平均溫度：T3處理為27 ℃左右，T1和T2處理為25 ℃左右，CK為22 ℃左右。

3 結(jié)論與討論

根際溫度是保證作物正常生長的重要因素之一[18]，對作物地上部生長、果實(shí)膨大、新生根活性、冠層光合作用和土壤養(yǎng)分吸收等均有影響[19-20]。根際溫度對作物生長的影響高于氣溫[21]，其隨氣溫變化，但滯后于氣溫[22]。本研究結(jié)果表明，不同處理不同深度根際溫度變化趨勢與氣溫變化規(guī)律基本一致，達(dá)到最低溫和最高溫的時(shí)間滯后于氣溫，且隨著根際深度增加達(dá)到極值的時(shí)間推遲，與張俊鵬等[23]研究結(jié)果一致。10 cm深根際溫度為黃沙地上槽式栽培最高，依次為黃沙地下槽式栽培、土壤栽培、黃沙調(diào)溫栽培，日較差分別為6.36、5.63、2.94、5.56 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對照高-2.03～6.70 ℃，3種黃沙栽培模式達(dá)到當(dāng)天最高和最低根際溫度時(shí)間早于土壤，說明黃沙淺層根際溫度對氣溫變化的靈敏性高于土壤；20 cm深根際溫度為黃沙地上槽式栽培最高，黃沙調(diào)溫栽培次之，黃沙地下槽式栽培較低，土壤栽培最低，日較差分別為4.36、4.26、2.70、2.33 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對照高1.39～5.53 ℃；30 cm深根際溫度為黃沙地上槽式栽培最高，對照最低，日較差為1.83～3.29 ℃，不同黃沙栽培模式根際溫度較對照高1.06～4.29 ℃。由此可知，除10 cm深黃沙調(diào)溫栽培外，其他黃沙栽培模式不同深度根際溫度均高于對照，可能由于黃沙表面較土壤疏松，反射率小、根際溫度增幅大、往下傳遞的熱量多，熱量到達(dá)的深度深[24]。3種黃沙栽培模式日較差均高于對照，邱譯萱[25]認(rèn)為，日均溫為25 ℃時(shí)，6 ℃晝夜溫差更能促進(jìn)番茄株高和莖粗增加，其營養(yǎng)物質(zhì)含量最高，單果質(zhì)量也高于12 ℃和0 ℃溫差[26]。本研究結(jié)果顯示，黃沙處理10 cm根際溫差為6 ℃左右，20 cm和30 cm根際溫差也高于土壤栽培，推測黃沙栽培模式更有利于番茄生長。黃沙地上槽式栽培根際10～30 cm深溫度均高于其他模式，與地上栽培槽直接裸露于空氣中受熱升溫更快有關(guān)，但過高根際溫度不利于植物生長，因此，黃沙地上槽式栽培對植株生長的影響有待進(jìn)一步研究。

溫室番茄主要根系層分布在0～30 cm[27]。本研究中，通過對番茄10～30 cm深根際溫度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，根際溫度日變化規(guī)律呈先降低后升高再降低趨勢，其中,3:00—10:00較低，此時(shí)間段土壤栽培、黃沙地下槽式栽培、黃沙地上槽式栽培和黃沙調(diào)溫栽培模式均為30 cm>20 cm>10 cm；12:00—21:00屬于一天中根際溫度較高階段，此時(shí)間段內(nèi)除調(diào)溫栽培模式20 cm深最高外，其余模式均為10 cm深最高。不同栽培模式日較差均為10 cm>20 cm>30 cm，說明根際溫度隨深度增加變動幅度減小，深層土壤由于其相對穩(wěn)定的環(huán)境，具有一定的保溫性[16,28]。番茄適宜生長溫度為20～25 ℃，低于15 ℃不能開花或授粉不良，高于30 ℃光合作用減弱[29]。本研究結(jié)果表明，黃沙地上槽式栽培日均溫為27 ℃左右，黃沙調(diào)溫栽培和黃沙地下槽式栽培日均溫為25 ℃左右，土壤栽培為22 ℃左右。

綜上所述，3種黃沙栽培模式均有利于提高番茄根際不同深度溫度，黃沙栽培模式日較差高于土壤。黃沙地上槽式栽培根際溫度最高，其日均溫高于25 ℃，其余2種黃沙栽培模式日均溫為25 ℃左右，較適宜作物生長。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可以用黃沙作為基質(zhì)進(jìn)行番茄栽培，以此來解決土傳性病害問題。