番茄苗期根際加溫對其生長及水分吸收的影響

摘要：［目的］本文旨在明確適宜的番茄根際加溫溫度，為北方早春玻璃溫室中番茄苗期根際溫度調(diào)控提供理論和方法依據(jù)，緩解低溫環(huán)境對番茄生長的危害。［方法］在玻璃溫室高架巖棉栽培條件下，采用控溫加熱帶對番茄根際進行加溫，并設(shè)置3 個處理即根際不加溫（CK）、根際加溫至20 ℃（T20）、根際加溫至25 ℃（T25），研究不同根際加溫條件對早春苗期番茄生長、光合、干物質(zhì)積累和水分吸收等的影響。［結(jié)果］根際加溫可顯著促進番茄株高、莖粗、葉片數(shù)的增加，不同時期處理T20 比CK 株高提高13. 6%～17. 0%，莖粗提高10. 3%～14. 3%，葉片數(shù)增加3. 4%～12. 5%；處理T25 比CK 株高提高7. 2%～9. 7%，莖粗提高7. 7%～15. 6%，葉片數(shù)增加0%～15. 6%；定植后10 d，番茄凈光合速率隨根際溫度呈先升高后降低的趨勢，定植后20 d 和定植后30 d，番茄凈光合速率隨根際溫度升高而升高；根際加溫促進了番茄對水分的吸收，促進了番茄莖、葉干物質(zhì)積累，提早開花時間，其中處理T20 比CK 地上部總干重增加79. 3%～85. 4%，開花提早5 d，處理T25 比CK 地上部總干重增加29. 2%～72. 4%，提早開花時間3 d。［結(jié)論］T20 處理番茄株高和莖粗最大、積累干物質(zhì)總量最多、開花時間最早，即20 ℃是早春苗期番茄較為適宜的根際加溫溫度。

關(guān)鍵詞：番茄； 根際加溫； 生長； 光合； 地上部干重

中圖分類號：S641.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-8151（2024）03-0059-07

根是植株從外界吸收水分和養(yǎng)分的重要器官。根系的吸收能力受溫度、光照強度、根區(qū)通氣狀況、根際鹽度等多種因素的影響［1-2］。其中，根際低溫會減少根系對O2的吸收，抑制根系呼吸，影響植株根系生理代謝，降低植株對水分、養(yǎng)分的吸收和運輸［3-4］，使地上部養(yǎng)分缺乏、光合作用降低，導(dǎo)致作物生長受阻［5］。

研究表明，根際加溫可以緩解根際低溫對作物生長的影響。相較于傳統(tǒng)設(shè)施空間加溫，根際加溫方式節(jié)能效果顯著，也可顯著提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)等［6-7］。崔佳維等［8］研究表明，采用營養(yǎng)液膜技術(shù)（NFT）間歇供液條件下，營養(yǎng)液加溫可以促進生菜地上部生長和對礦質(zhì)元素的吸收，提高生菜品質(zhì)。岳煥芳等［9］研究表明，日光溫室冬季加溫灌溉，可提高草莓品質(zhì)和產(chǎn)量。叢琳［10］研究表明，根際加溫可以提前萱草始花期，并延長開花時間。孫世君等［11］研究表明，提高根際溫度可以提高黃瓜幼苗光合相關(guān)酶活性，促進光合作用以及光合產(chǎn)物累積。袁丁等［12］研究表明，冬季日光溫室番茄基質(zhì)加溫至22 ℃，可提高番茄產(chǎn)量、品質(zhì)等。

番茄是設(shè)施栽培的主要蔬菜作物之一，隨著現(xiàn)代種植技術(shù)水平的提升，可實現(xiàn)周年栽培，尤其在北方番茄設(shè)施栽培可獲得較高的經(jīng)濟效益［13］。研究表明，20～22 ℃為番茄生長的最適根溫范圍，9～10 ℃使番茄根毛停止生長，5 ℃以下低溫抑制番茄對水分和養(yǎng)分的吸收［14］。而在北方冬季或者早春設(shè)施蔬菜栽培中，經(jīng)常會出現(xiàn)倒春寒等低溫環(huán)境影響蔬菜生長，特別是高架栽培方式，其栽培架暴露于空氣中，導(dǎo)致根際溫度隨氣溫變化明顯，夜間低溫現(xiàn)象更為嚴重［12］。

國外關(guān)于根際溫度對作物生長的研究較多，國內(nèi)針對生菜、黃瓜、番茄等根際加溫雖有研究，但未見有針對早春玻璃溫室番茄栽培根際加溫的研究。本研究主要探討不同根際加溫條件對番茄苗期生長、光合特性和耗水量等的影響，旨在為北方早春玻璃溫室中番茄苗期根際溫度的調(diào)控提供理論和方法依據(jù)。

1 材料和方法

1. 1 試驗材料

供試番茄為圣尼斯蔬菜種子有限公司生產(chǎn)的歐官品種，屬中早熟無限生長型，成熟后為粉色果，適合北方保護地早春種植。

試驗于2019 年在北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心多功能連棟玻璃溫室內(nèi)進行，單棟溫室脊高6 m，南北長33 m，東西寬11. 5 m。試驗期間溫室內(nèi)空氣溫濕度如圖1 所示，前期溫室內(nèi)溫度較低，隨試驗時間推移，室內(nèi)最低氣溫和日平均氣溫隨著時間推移呈波動式升高，最高氣溫在13. 73～39. 85 ℃ 之間變化，相對濕度隨時間推移呈波動式下降。試驗期間室內(nèi)日平均氣溫為13. 31 ℃ ，最低氣溫為6. 32 ℃ ，最高氣溫為38. 56 ℃，相對濕度為52. 71%。溫室內(nèi)溫濕度由HMP155A 溫濕度傳感器（Campbell Scientific Inc，美國）測試并由CR1000 數(shù)采儀記錄。

1. 2 試驗設(shè)計

試驗于2019 年2 月18 日開始，在番茄六葉一心時，選取長勢一致的番茄苗統(tǒng)一定植于巖棉條上，巖棉條選用進口Grodan 巖棉（標準巖棉條尺寸為100 cm×20 cm×7. 5 cm）。試驗采用雙孔定植，定植密度為3. 75 株·m-2。每處理設(shè)3 次重復(fù)，每重復(fù)種植4 株。定植前用EC 值為1. 5 mS·cm-1的營養(yǎng)液浸泡巖棉，使巖棉充分浸透。營養(yǎng)液大中量元素為日本山崎番茄專用配方，微量元素為通用配方，詳見表1。灌溉方式為滴灌，采用定時不定量灌溉，每天灌溉時段為9：00-17：00，灌溉間隔1 h，灌溉量通過定時器控制灌溉時長來調(diào)整，隨著環(huán)境變化和植株的生長調(diào)控營養(yǎng)液的灌溉時長（即調(diào)整灌溉量），保證苗期番茄營養(yǎng)液回液量為灌溉量的15%～20%，以達到淋洗的作用?；匾和ㄟ^栽培槽底部的導(dǎo)流槽和回液導(dǎo)管排出收集，定植后緩苗10 d 后，開始每天灌溉并收集測量根部回液量。

每處理定株觀察番茄的生長情況。定植后開始根際加溫處理，由時間溫度控制器控制電加熱帶的加熱時間，當根際溫度低于設(shè)定溫度時即開始加熱，達到或者超過設(shè)定溫度后停止加熱。番茄苗期根系生長的平均適溫范圍為20～22 ℃，結(jié)合溫室環(huán)境和能耗等實際情況，本試驗共設(shè)計3 個處理，其中1 個為根際無加溫對照處理（CK），另2個為根際加溫處理，加熱溫度分別為（20±2） ℃（T20）和（25±2） ℃（T25）。3 月21 日加溫結(jié)束，共計加溫時間29 d。根際溫度由熱電偶線測量，由CR1000 數(shù)采儀采集并記錄。

1. 3 測定指標與方法

植株形態(tài)的指標：每處理選擇3 株番茄進行定株觀測，每7 d 測量1 次番茄植株的株高、莖粗。株高用直尺測量，為巖棉塊上表面至生長點的距離，莖粗為莖基部子葉處直徑，用游標卡尺測量。

光合指標的測定：定植后每隔10 d 于上午11：00-12：00 測定光合指標，包括凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci），用CIRAS-3 便攜式植物光合儀測定，葉片選擇從上部數(shù)第5 片完全展開葉。每株測3 次，每處理測3 株植株。

耗水量、干重測定：番茄緩苗后，每天測定番茄的灌溉量和回液量，以此計算植株日耗水量。在定植時、定植后14 d 和定植后28 d，各處理分別隨機選取番茄3 株，將莖、葉分開，在105 ℃殺青30 min后，于85 ℃烘干至恒重，分別稱莖、葉干重。

1. 4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Duncan 多重比較法分析差異顯著性。運用Excel 2010 進行數(shù)據(jù)計算，用SPSS 22 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用Excel 2010 和Origin 2016 作圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同根際加溫后番茄苗期生長特征

圖3 為不同處理株高、莖粗和葉片數(shù)隨定植時間的變化情況。由圖3 可知，各處理株高、莖粗和葉片數(shù)均隨定植時間的延長而逐漸升高。在定植后7～21 d 株高增長緩慢，21 d 后增長迅速。在各測量時期，株高均表現(xiàn)為T20 最高，T25 次之，CK最低，T20 與T25 各測量時期株高無明顯差異，T20 株高比CK 高14. 1%～17. 0%，差異顯著。T25 與CK 相比，株高無明顯差異（除第14 d 外）。各處理莖粗與株高的變化趨勢不同。各處理莖粗表現(xiàn)為慢-快-慢的增長趨勢。在定植后14～21 d增長速率最快。在各測量時期，T20 與T25 莖粗無明顯差異，但均顯著高于CK（除第21 d 外）。各處理葉片數(shù)在定植前14 d 無明顯差異，在定植14 d后，差異開始顯現(xiàn)，在定植后21 d 和28 d，T20 比CK 葉片數(shù)各增加1. 33 片，差異顯著，T25 比CK 分別增加1. 67 片和1. 00 片，差異顯著，T20 與T25 之間葉片數(shù)無明顯差異?？梢姼H加溫可以促進苗期番茄株高和莖粗的增長，促進葉片分化與生長，且效果顯著。

2. 2 不同根際加溫后番茄苗期光合特性

從圖4 可以看出，提高根際溫度對番茄苗期光合特性參數(shù)產(chǎn)生影響。定植后10 d，T20 葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2 濃度均為最高，顯著高于其它2 個處理（T25 胞間CO2 濃度除外）；T25 處理由于光合速率低，消耗的CO2 少，因此胞間CO2 濃度較高，而CK 光合速率居中，但其氣孔導(dǎo)度小，進入細胞的CO2少，消耗大，因此胞間CO2濃度最低。定植后20 d，T20 和T25 葉片凈光合速率分別比CK 高20. 6% 和32. 0%，差異顯著，T20 與T25 之間無明顯差異；T20 葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度最高，分別比CK 高32. 0% 和81. 5%，差異顯著，T20 與T25 之間無明顯差異；T25 葉片蒸騰速率與CK 無明顯差異，但葉片氣孔導(dǎo)度顯著高于CK；胞間CO2 濃度在定植20 d 后各處理間無明顯差異。定植后30 d，根際加溫結(jié)束，氣溫回升，葉片凈光合速率變化規(guī)律同定植后20 d相似，T20 和T25 葉片凈光合速率顯著高于CK，但前二者之間無明顯差異。各處理葉片蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度均無明顯差異?？梢姼H加溫總體上提高了番茄葉片凈光合速率，促進葉片氣孔開放，提高葉片氣孔導(dǎo)度，提高了蒸騰速率。氣溫回升后，處理結(jié)束，除光合作用仍有差異外，其它3 項指標差異均不顯著。

2. 3 不同根際加溫后番茄苗期干重和開花特性

由表2 可以看出，定植后14 d 和定植后28 d 各處理莖、葉干重均明顯增加。相同時間段內(nèi)，T20 番茄植株莖、葉干重均為最大，在定植后14 d 和28 d 均顯著高于CK。說明根際適當加溫可以促進番茄植株養(yǎng)分吸收，促進干物質(zhì)積累。

各處理開花時間明顯不同，T20 第一穗花開花時間為3 月15 日，開花時間最早，T25 開花時間推遲了3 d，CK 第一穗花開花時間最遲，為3 月20 日，比T20 開花延遲5 d。說明苗期根際加溫可以促進番茄提早開花時間，以根際加溫20 ℃效果最顯著。

2. 4 不同根際加溫后番茄苗期日耗水量變化特征

圖5 為不同根際加溫處理番茄日耗水量變化，可以看出各處理番茄日耗水量隨定植時間延長逐漸增加。一方面是由于番茄生長，植株本身需水量的增加，另一方面由于天氣逐漸變暖，氣溫升高，輻射增加，番茄蒸騰作用加大。氣溫對番茄耗水影響較為明顯，3 月6 日、3 月10 日和3 月19 日氣溫升高，蒸騰增大，各處理番茄耗水量明顯增加。T20 和T25平均日耗水量分別為376. 67 mL 和398. 05 mL，明顯高于CK（日平均耗水量294. 21 mL）。說明根際加溫可以促進苗期番茄幼苗對水分的吸收。

3 討論

根系的生長情況直接影響植株對水分和養(yǎng)分的吸收。根際低溫下，呼吸作用減弱，根系活力降低，根系生長緩慢［15］。本研究中，未加溫條件下，早春實測最低根際溫度僅為4. 9 ℃，而采用時間溫度控制器控制電加熱帶加溫后，控制效果良好，明顯提高了根際溫度。

蒸騰作用是根系吸收水分和養(yǎng)分的動力。根際低溫影響番茄對水分和養(yǎng)分吸收的原因主要在于：（1）根際低溫環(huán)境，影響根系細胞膜結(jié)構(gòu)，束縛水增多，對水的粘性增大，水分的傳導(dǎo)速率減小，限制了根系對水分的吸收［16］；（2）根際低溫條件，影響植株根系生長，減少了根系對水分的吸收面積［17］；（3）根際低溫影響了植株葉片的蒸騰作用，限制了植株對水分的吸收和運輸。本試驗結(jié)果表明，根際加溫至20 ℃或25 ℃后，番茄日耗水量顯著高于對照。這與Awal 等［18］研究結(jié)果一致：提高根際溫度，增加了植株的蒸騰拉力，促進了番茄對水分的吸收與運輸。

光合作用是植株積累有機物的重要途徑，受多種環(huán)境因素影響。黎雪［19］研究表明根際溫度也是影響植株光合的重要因素，根際溫度與植株的光合速率顯著相關(guān)（Plt;0. 01）。本研究結(jié)果也表明，根際加溫有利于提高番茄葉片的光合作用。與對照相比，根際加溫至20 ℃后葉片光合作用顯著增強。郝婷等［20］的研究結(jié)果與此相似，但其研究結(jié)果是在根際溫度為25 ℃時黃瓜凈光合速率最大。這可能是由于番茄和黃瓜對根際溫度的耐受性不同所導(dǎo)致差異。

植株生長是多方面共同作用的結(jié)果，而健康發(fā)達的根系是植株生長的根本，適宜的環(huán)境可促進根系的生長。根際低溫限制植株生長一方面是由于根際低溫造成根系生長緩慢，根系向上部運輸水分和養(yǎng)分速率降低，導(dǎo)致植株可用養(yǎng)分減少，生長受到限制，干物質(zhì)積累降低［21］；另一方面可能是根際低溫間接抑制了植株的光合作用，導(dǎo)致光合產(chǎn)物積累減少，影響了植株的生長和干物質(zhì)的積累。Solfjeld 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，根區(qū)溫度從2 ℃升高到17 ℃時，樺樹的株高、干重、葉面積等均隨根部溫度的升高而增加。Yan 等［6］研究發(fā)現(xiàn)，根部溫度為20 ℃時，黃瓜幼苗的株高、節(jié)間長、總干重等均顯著大于根部溫度為12 ℃時。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比，早春根際加溫可以顯著促進番茄株高、莖粗的生長，提高番茄地上部干物質(zhì)總量，這與前人研究結(jié)果一致［15］。因此，在寒冷季節(jié)根際適宜的加溫有利于番茄的生長。

此外，開花是植株從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵點，同樣受很多種因素的影響［23］，研究表明，低溫以及弱光條件下，番茄開花速度減慢［24-25］，這與本研究結(jié)果根際加溫可提早開花時間相一致。根際加溫后促進了番茄根系和植株的生長，增強光合作用以及光合產(chǎn)物的積累，促進花器官發(fā)育，使開花時間提前，而對照組可能由于根溫過低，水分養(yǎng)分供應(yīng)不足，酶活性降低而影響其開花，造成開花延遲。

4 結(jié)論

綜上所述，通過加熱帶可以很好地調(diào)控根際溫度，保持根際溫度環(huán)境的穩(wěn)定。根際加溫有利于番茄根系生長，促進番茄的光合作用、對水分的吸收，最終表現(xiàn)為促進番茄生長、干物質(zhì)積累并使開花時間提前。其中根際加溫至20 ℃時，促進效果最佳，是番茄苗期根際溫度調(diào)控的最優(yōu)選擇。

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（編輯：郭玥微）

基金項目：寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目（2022BBF02023）；北京市農(nóng)林科學(xué)院青年科研基金項目（QNJJ202307）；國家自然科學(xué)基金項目（31601794）；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)北京市工程實驗室（PT2023-29）