基于分期播種法的冬季塑料大棚5種葉菜生育特性及產(chǎn)量效益分析

黃嘉俊　張亞紅　周娟　葛靜

摘要： 為探究寧夏地區(qū)橋式塑料大棚葉菜安全越冬的合適播期，以5種半耐寒葉菜為供試材料，分析比較其生育期內(nèi)環(huán)境因子以及葉菜生育特性、品質(zhì)、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合評價，篩選出各種葉菜的最適宜播期。結(jié)果表明：冬季棚內(nèi)最低氣溫為-4.4 ℃（大于5種葉菜生長所需最低溫度），寧夏地區(qū)橋式大棚內(nèi)葉菜可越冬，5種葉菜均在第5播期（1月10日）的生育期最短，第1播期（12月1日）部分品質(zhì)略優(yōu)于其他播期，但產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益在第2播期（12月11日）整體較高。綜合評價結(jié)果顯示，寧夏地區(qū)冬季橋式塑料大棚內(nèi)芫荽、菠菜、油菜、苔菜和苦菊安全越冬的最適播期分別是12月11日、12月11日、12月21日、12月21日和12月11日。

關(guān)鍵詞： 分期播種；橋式塑料大棚；越冬；葉菜；產(chǎn)量；效益

中圖分類號： S636.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1000-4440（2023）01-0160-09

Analysis of growth characteristics， yield and economic benefits of five kinds of leaf vegetables in winter plastic greenhouse based on staged sowing

HUANG Jia-jun¹， ZHANG Ya-hong^1，2， ZHOU Juan¹， GE Jing¹

（1.College of Agriculture， Ningxia University， Yinchuan 750021，China；2.College of Food and Wine， Ningxia University，Yinchuan 750021，China）

Abstract： To explore the appropriate sowing time for safe overwintering of leaf vegetables in bridge-like plastic greenhouse in Ningxia area， five kinds of semi-cold-tolerant leaf vegetables were used as test materials. Environmental factors during the growth period of leaf vegetables and their growth characteristics， quality， yield and economic benefits were analyzed and compared. Comprehensive evaluation was carried out by membership function to screen out the most suitable sowing date for different leaf vegetables. The results showed that the minimum temperature in winter greenhouse was -4.4 ℃（higher than the minimum temperature required for the growth of five leaf vegetables）， and leaf vegetables in bridge-like greenhouses in Ningxia area could live through the winter. Five kinds of leaf vegetables all showed the shortest growth period at the fifth sowing date （January 10^th）. Part of the qualities of leaf vegetables during the first sowing date （December 1^st） was slightly better than other sowing dates. However， the overall yield and economic benefits of the second sowing date （December 11^th） were high. According to the comprehensive evaluation results， the optimum sowing times for safe overwintering of coriander， spinach， rape， Chinese mustard cabbage and endive chrysanthemum in bridge-like plastic greenhouse of Ningxia area were December 11^th， December 11^th， December 21^st， December 21^stand December 11^threspectively.

Key words： sowing by stages;bridge-like plastic greenhouse;overwintering;leaf vegetables;yield;benefit

寧夏回族自治區(qū)位于中國西北地區(qū)，冬季日照時間短、溫度低，嚴(yán)重限制了蔬菜的生長發(fā)育。近年來，塑料大棚憑借其便于模塊化建造、方便耐用等優(yōu)點(diǎn)^[1]，成為中國設(shè)施園藝常用的一類溫室，但塑料大棚保溫性能差，仍可能使葉菜遭受低溫凍害從而造成減產(chǎn)或絕收。因此本課題組對普通塑料大棚進(jìn)行改良優(yōu)化，設(shè)計(jì)建造了一種以南北兩側(cè)為墻體、棚膜上覆蓋1層保溫被、東西兩側(cè)有1.2 m矮墻體的大跨度有矮墻塑料大棚（橋式塑料大棚），提高了塑料大棚的保溫性^[2]，在北方低溫的背景下，對于冬季葉菜的合理種植及產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重要影響。

分期播種法^[3]是根據(jù)一個地方氣候條件的差異，研究作物生長與環(huán)境因素之間關(guān)系的一種方法。適宜的播期有利于蔬菜與合適的氣象條件進(jìn)行匹配，是提高對蔬菜生育特性認(rèn)識的重要手段，更是提升產(chǎn)量和效益的最經(jīng)濟(jì)的方式之一^[4-5]，因此對葉菜種類和播期的篩選尤為重要。關(guān)于分期播種法與作物生育特性的關(guān)系前人已做了大量的研究^[6]。Neupane等^[7]在內(nèi)華達(dá)州對亞麻薺的播期和播種方法進(jìn)行了研究，認(rèn)為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民應(yīng)當(dāng)早播。Angelo等^[8]通過分析播期和施氮量發(fā)現(xiàn)，氮回收率和農(nóng)藝效率的估算指標(biāo)主要取決于不同播期的生長條件。也有研究結(jié)果表明，合適的播期更有利于提高蔬菜的產(chǎn)量效益^[9]。潘躍平等^[10]的研究結(jié)果顯示，結(jié)球甘藍(lán)在江蘇省鎮(zhèn)江市產(chǎn)量最高的播期是8月15日。阿迪力·阿卜來提等^[11]的研究結(jié)果表明，露地越冬菠菜在新疆維吾爾自治區(qū)北疆地區(qū)平均氣溫降至15～20 ℃時播種較為合適，一般在8月25日之后播種的產(chǎn)量較優(yōu)。前人的研究主要集中在分析單一措施（如播期調(diào)控或品種選擇）對葉菜生育特性和產(chǎn)量的影響，對于寧夏地區(qū)冬季塑料大棚內(nèi)葉菜種類的選擇與播期的確定鮮有研究，尚未明確適合寧夏地區(qū)冬季塑料大棚內(nèi)種植的最優(yōu)葉菜種類和最佳播期。

本課題組對普通塑料大棚進(jìn)行改良優(yōu)化并設(shè)計(jì)建造橋式塑料大棚，前期已經(jīng)對橋式塑料大棚環(huán)境性能進(jìn)行了研究^[2]。本研究在此基礎(chǔ)上，基于分期播種法，選用5種耐寒葉菜（芫荽^[12]、菠菜^[13]、油菜^[14]、苔菜^[15]和苦菊^[16]），對比寧夏地區(qū)冬季塑料大棚內(nèi)外環(huán)境因子，探究不同播期對葉菜生育特性及產(chǎn)量的影響，篩選出適合寧夏冬季塑料大棚生產(chǎn)的越冬葉菜種類及適合的播期，為越冬葉菜成功種植和寧夏地區(qū)實(shí)現(xiàn)一年三茬周年生產(chǎn)高效栽培模式提供保障，同時也為減輕凍害對農(nóng)民收入的影響、提高設(shè)施蔬菜產(chǎn)量等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)于2020年12月上旬至2021年3月中旬在寧夏回族自治區(qū)銀川市賀蘭園藝產(chǎn)業(yè)園塑料大棚中進(jìn)行。供試作物有芫荽、菠菜、油菜、苔菜和苦菊5種葉菜。種植方式為撒播，在2020年12月1日-2021年1月10日，每10 d播種1茬，以播種日期為處理，共5個處理，每個處理的小區(qū)面積為18.2 m²。所有處理統(tǒng)一管理，進(jìn)行雜草病蟲害防控管理。具體試驗(yàn)方案如表1所示。

1.2 塑料拱棚結(jié)構(gòu)

圖1是大跨度東西走向塑料拱棚（新型橋式塑料大棚）結(jié)構(gòu)，相較于普通塑料大棚在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化改良。大棚南北長80 m，東西跨度16 m，脊高5.07 m，南、北墻體結(jié)構(gòu)為厚0.50 m的中空墻體（內(nèi)、外層均為厚0.10 m的聚苯板）。東西兩側(cè)為高1.2 m、厚0.5 m的墻體（外層為厚0.1 m的聚苯板，內(nèi)層為厚0.1 m的水泥發(fā)泡板），地下1.0 m處也有墻體。在棚膜上覆蓋1層保溫被，棚內(nèi)頂部建造二道幕，兩者可根據(jù)溫度變化結(jié)合使用，以有效減少熱量的損失。

1.3 測定項(xiàng)目

1.3.1 環(huán)境數(shù)據(jù) 利用北京紫藤（Zigvine）無線傳感器（每5 min記錄1次數(shù)據(jù)）對環(huán)境要素（包括光照度、CO₂濃度、空氣溫度和濕度、土壤溫度和濕度）進(jìn)行觀測。

1.3.2 生育期 按常規(guī)方法記載每個處理的播種期、出苗期（子葉完全展開，2張基生葉顯露時為發(fā)芽期結(jié)束）、采收期（芫荽株高15 cm，菠菜株高20 cm，油菜和苔菜株高25 cm，苦菊株高15 cm）。

1.3.3 品質(zhì)指標(biāo) 分別取5個種類葉菜的5個播期樣品，每個處理下的每種葉菜取3個重復(fù)?？扇苄钥偺呛坎捎幂焱壬y定，V_C含量采用鉬藍(lán)比色法測定，硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定，可溶性固形物含量采用數(shù)顯糖度計(jì)測定，有機(jī)酸含量采用NaOH滴定法測定。以上測定參考葉尚紅等^[17]的方法進(jìn)行測定。

1.3.4 產(chǎn)量 采收期取0.5 m²植株的地上部分進(jìn)行稱量，折合成產(chǎn)量。

1.4 應(yīng)用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合評價

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對同一種葉菜5個播期處理的生育期、品質(zhì)、產(chǎn)量和效益進(jìn)行綜合評價^[18]，首先計(jì)算每種葉菜5個播期處理的生育期、品質(zhì)、產(chǎn)量和效益的隸屬函數(shù)值，然后計(jì)算每種葉菜5個播期的平均隸屬函數(shù)值，其數(shù)值越大，說明該播期葉菜的綜合評價結(jié)果越好。用于每種葉菜5個播期綜合評價的隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為：

X（μ1）=（X_i-X_min）/（X_max-X_min），i=1，2，3，…，n（1）

X（μ2）=1-（X_i-X_min）/（X_max-X_min），i=1，2，3，…，n（2）

式中，X_i為某種葉菜第i播期的測定值，X_min為最小測定值，X_max為最大測定值。如某一指標(biāo)與播期呈正相關(guān)，用X（μ1）表示；如某一指標(biāo)與播期呈負(fù)相關(guān)，用X（μ2）表示。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并用SPSS 26.0軟件進(jìn)行單因素方差和多元回歸分析，用Origin 2019b進(jìn)行作圖，最終采用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 橋式塑料大棚內(nèi)外環(huán)境因子的對比

由表2可知，高度為1.5 m的塑料大棚棚內(nèi)空氣溫度和土壤溫度均高于棚外，整體溫度（氣溫+土溫）自12月至1月上旬呈下降趨勢，1月中下旬至3月中旬呈上升趨勢，棚內(nèi)空氣平均溫度較棚外提高了11.9 ℃。4 ℃積溫代表大部分葉菜種子萌發(fā)所需的最低溫度，本試驗(yàn)以該指標(biāo)作為衡量5種葉菜能否在橋式塑料大棚安全越冬的重要環(huán)境因子。棚內(nèi)≥4 ℃積溫平均值較棚外提高了73.5 ℃。棚外≥4 ℃積溫最大值出現(xiàn)在3月中旬，為65.7 ℃，最小值自12月上旬至1月下旬，為0 ℃；棚內(nèi)≥4 ℃積溫最大值出現(xiàn)在3月中旬 為136.5 ℃，最小值在12月中旬，為23.4 ℃。塑料大棚內(nèi)外深度0.1 m的土壤溫度旬變化規(guī)律整體表現(xiàn)為12月至次年1月上旬呈下降趨勢，1月中下旬至3月中旬呈上升趨勢，棚內(nèi)土溫平均值較棚外提高了9.7 ℃。

從整體來看，大棚內(nèi)最低氣溫為-4.4 ℃，而棚外的最低氣溫為-25.4 ℃，棚內(nèi)最低氣溫滿足5種葉菜對于最低氣溫的需求（芫荽-5 ℃、菠菜-15 ℃、油菜-8 ℃、苔菜-10 ℃、苦菊-10 ℃），因此不同播期均能滿足各種葉菜生長發(fā)育的要求，大棚內(nèi)環(huán)境能使葉菜安全越冬。

2.2 不同播期對葉菜生育特性的影響

由圖2可知，不同播期內(nèi)環(huán)境條件的差異是影響5種葉菜生育期變化的主要原因，并且同種葉菜生育期明顯受到播期的調(diào)節(jié)作用。由圖2和圖3可知，同種葉菜的生育期變化趨勢與平均溫度變化趨勢相反，生育期整體呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，其中第 2播期葉菜生育期最長，芫荽、菠菜、油菜、苔菜和苦菊分別為89 d、79 d、79 d、80 d和90 d，這是由于第2播期較其他播期溫度最低（4 ℃），不利于種子的萌發(fā)。從第3播期開始，棚內(nèi)溫度逐漸上升，進(jìn)而使得葉菜生育期縮短，其中第5播期最短，分別為67 d、59 d、56 d、58 d和67 d。由此可見，播期對葉菜生育期具有明顯的調(diào)節(jié)作用，從各種葉菜的生育期來看，各種葉菜在第2播期的全生育期最長，之后全生育期逐漸縮短，推遲播期后，大棚內(nèi)溫度升高是影響生育期變化的主要原因。隨著播期的推遲，生育期前期棚內(nèi)氣溫逐漸升高，導(dǎo)致葉菜的生長發(fā)育加快，進(jìn)而縮短了生育期。

2.3 不同播期對葉菜品質(zhì)的影響

5種不同葉菜的特性決定了其品質(zhì)的差異。但是對于同種葉菜而言，不同播期間的品質(zhì)差異明顯。由表3可知，芫荽第1播期的可溶性固形物、可溶性糖含量優(yōu)于其他播期；菠菜第1播期的可溶性糖含量較高；油菜和苦菊第1播期的V_C含量較高，硝酸鹽含量較低；苔菜第1播期的可溶性糖含量較高，硝酸鹽含量較低。

2.4 不同播期對葉菜產(chǎn)量與效益的影響

由于各播期內(nèi)環(huán)境條件的差異，同種葉菜不同播期的單株鮮質(zhì)量、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益存在差異。整體而言，第2播期的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益較高。芫荽A2播期產(chǎn)量最高，為26 401.32 kg/hm²，經(jīng)濟(jì)效益為1 hm²95 044.75元；菠菜B2播期產(chǎn)量最高，為37 201.86 kg/hm²，經(jīng)濟(jì)效益為1 hm²126 486.32元；油菜C3播期產(chǎn)量最高，為38 401.92 kg/hm²，經(jīng)濟(jì)效益為1 hm²122 886.14元；苔菜D3播期產(chǎn)量最高，為46 402.32 kg/hm²，經(jīng)濟(jì)效益為1 hm²139 206.96元；苦菊E2播期產(chǎn)量最高，為28 001.40 kg/hm²，經(jīng)濟(jì)效益為1 hm²100 805.04元（表4）。

2.5 不同種類葉菜適宜播期及其綜合評價

利用隸屬函數(shù)對5種葉菜的生育期、品質(zhì)、產(chǎn)量和效益進(jìn)行綜合評價（表5），篩選出5種葉菜最適合播期（表6）。由表6可知，在寧夏地區(qū)冬季橋式塑料大棚內(nèi)芫荽、菠菜、油菜、苔菜和苦菊越冬茬口最適宜的播期分別為12月11日、12月11日、12月21日、12月21日和12月11日，采收時間分別為3月5日、2月23日、2月26日、2月29日和3月7日。5種葉菜中苔菜的經(jīng)濟(jì)收益最高，為1 hm²139 206.96元，其次是菠菜，為1 hm²126 486.32元，最低的是芫荽，為1 hm²95 044.75 元。

3 討論

寧夏回族自治區(qū)位于中國西北地區(qū)，冬季寒冷，氣溫的日較差較大^[19]，塑料大棚內(nèi)冬季蔬菜不能正常越冬。前人通過對塑料大棚結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，通過添加保溫被等措施，建造了橋式塑料大棚，顯著提高了棚內(nèi)溫度^[2]，為本試驗(yàn)的順利進(jìn)行打下了基礎(chǔ)。溫度為衡量葉菜能否安全越冬的重要指標(biāo)，在本研究中觀測到大棚內(nèi)最低氣溫為-4.4 ℃，溫度較低但持續(xù)的時間短^[20]，但芫荽（生長最低溫度-5 ℃）和油菜（生長最低溫度-8 ℃）對于最低溫度要求較高，為防止凍害，可減少種植。

播期是影響葉菜發(fā)育進(jìn)程的關(guān)鍵因素之一。一般認(rèn)為，播期的確定應(yīng)與適宜氣象條件相匹配^[21]。同一地區(qū)不同播期、生育期間的光溫條件存在差異，對其生育期、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量都會有不同程度的影響^[22-23]。本研究發(fā)現(xiàn)，全生育期天數(shù)隨播期的延遲逐漸縮短，播期早晚對各項(xiàng)指標(biāo)及植株形態(tài)有較大影響。隨著播期的推遲，各種類葉菜生育期均先增加，后逐漸縮短，與該時段平均溫度呈相反趨勢，說明棚內(nèi)溫度影響著不同葉菜的生育期，低溫可延長蔬菜的生育期。若播期提前，葉菜提前出苗，但此時棚內(nèi)環(huán)境溫度較低，葉片抗寒特性隨氣溫降低而降低，細(xì)胞膜透性變差，長時間低溫環(huán)境對葉菜細(xì)胞造成損傷，進(jìn)而產(chǎn)生凍害。若播期延后，因受到市場行情影響，可能會導(dǎo)致葉菜價格波動。播期適宜的葉菜可充分利用越冬前有效積溫積累營養(yǎng)物質(zhì)，以提高其抗凍能力，有利于葉菜的安全越冬以及出苗后的穩(wěn)健生長。

品質(zhì)是衡量葉菜經(jīng)濟(jì)價值的重要指標(biāo)之一^［24-25］，不同播期對葉菜各項(xiàng)指標(biāo)影響顯著^[26]。本研究中，各種類葉菜整體在第1播期品質(zhì)較優(yōu)且生育期較長，原因可能是較長生育期更利于葉菜內(nèi)部物質(zhì)積累，而晚播處理的棚內(nèi)溫度升高，導(dǎo)致各葉菜生育期較短，不利于葉菜內(nèi)部物質(zhì)的積累，這與吳迪^[27]的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，在播期作用下各種類葉菜產(chǎn)量變幅大，整體而言，第2播期的產(chǎn)量較高，可能與其生育期較長有關(guān)。播期通過改變?nèi)~菜各生育期的持續(xù)時間，改變?nèi)~菜群體光合生產(chǎn)，導(dǎo)致葉菜植株各器官之間干物質(zhì)積累及分配產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響葉菜產(chǎn)量。該結(jié)論與王世彬等^[28]的結(jié)論相同。

本試驗(yàn)通過對橋式塑料大棚內(nèi)外環(huán)境因子的觀測分析，確定了寧夏地區(qū)冬季不同種類葉菜的最適播期，后期可與開展春提前瓜菜類栽培模式及秋延后番茄大行距高密度栽培模式進(jìn)行組合搭配，形成優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效益的一年三茬栽培模式。前人研究結(jié)果表明，塑料大棚內(nèi)種植密度與葉菜產(chǎn)量有著緊密關(guān)系，但本試驗(yàn)對于種植密度未進(jìn)行研究，因此在實(shí)際生產(chǎn)中要提高經(jīng)濟(jì)效益，需要考慮不同種植密度等因素。另一方面，關(guān)于塑料大棚內(nèi)種植葉菜種類的選擇和播期的確定需要隨著當(dāng)年溫度的變化作出合適的調(diào)整。

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