管安琴等

摘要：近年來，我國設(shè)施蔬菜栽培面積逐年擴大，但由于設(shè)施條件、栽培技術(shù)、管理水平等方面的問題對棚室蔬菜的生產(chǎn)造成了諸多不利影響。綜述了棚室內(nèi)光照、溫度、土壤的環(huán)境特點及與作物生長的關(guān)系，并提出了相應(yīng)的棚室蔬菜栽培中的環(huán)境調(diào)控措施。

關(guān)鍵詞：棚室蔬菜；光照；溫度；土壤；調(diào)控技術(shù)

中圖分類號：S625.5文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0191-03

目前我國大型園藝設(shè)施219.3萬hm2，占亞歐美三大洲的92.3%，其中塑料棚室218萬hm2，占94.1%[1]。2010年，全國設(shè)施蔬菜面積344.3萬hm2，占亞歐美三大洲的94.8%[2]。蔬菜作物的生長發(fā)育及產(chǎn)品器官的形成，一方面取決于本身的遺傳特性，另一方面取決于外界環(huán)境條件。由于棚室內(nèi)的土壤、光照、溫度等諸多環(huán)境因子都發(fā)生了重大變化，使棚室蔬菜栽培技術(shù)遠不同于露地，本研究結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗就相關(guān)環(huán)境調(diào)控技術(shù)做一綜述。

1土壤環(huán)境

1.1棚室內(nèi)土壤環(huán)境特點

設(shè)施土壤長期覆蓋栽培缺少降雨淋溶，改變了土壤自然條件下的水熱平衡，其溫、光、水、肥、氣等管理與露地不同。隨著設(shè)施蔬菜的專業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展，設(shè)施土壤地表高度集約化經(jīng)營，設(shè)施內(nèi)的連作障礙問題也就日趨嚴重，土傳病蟲害、次生鹽漬化和自毒作用是引起連作障礙的主要原因。設(shè)施內(nèi)大型機械設(shè)備進出不便，設(shè)施土壤缺乏深耕翻，土壤耕層變淺，通氣透水性變差。過量的不合理的施肥造成土壤營養(yǎng)元素失衡、土壤酸化、土壤中有機物的礦化與分解速率減緩、土壤中養(yǎng)分的有效性降低。

1.2棚室內(nèi)土壤環(huán)境與作物生長

土壤是指陸地上能夠生長植物的疏松表層，土壤之所以能生長植物，是因為土壤具有肥力，指土壤供給和協(xié)調(diào)植物生長發(fā)育所需要的水分、養(yǎng)分、空氣、熱量、扎根條件和無毒害物質(zhì)的能力。土壤組成物質(zhì)是土壤肥力的基礎(chǔ)，任何一種土壤都是由固液氣3相物質(zhì)組成。固體部分包括礦質(zhì)土粒、有機質(zhì)、土壤微生物。土壤是植物扎根立足的場所，它的組成、性質(zhì)、顆粒大小和配合比率也是土壤性質(zhì)的產(chǎn)生和變化的基礎(chǔ)，直接影響土壤肥力。

我國不同地區(qū)、不同種植年限的設(shè)施土壤都有不同程度的鹽漬化發(fā)生。土壤中鹽離子濃度過高，會降低植物根際土壤溶液滲透勢，導(dǎo)致其根細胞失水枯萎以致死亡。鹽害癥狀從影響種子發(fā)芽到根系發(fā)育不良，氣溫高時植株表現(xiàn)萎蔫；再到地上部植株一直表現(xiàn)矮小，葉色濃綠，心葉卷縮黃化，即使能開花結(jié)果也出現(xiàn)早衰、畸形果等癥狀；甚至植株直接萎蔫枯死[3-4]。有研究表明，長期連作，黃瓜、西瓜、番茄、蘆筍等作物的根系分泌物和殘茬易引起自毒作用[5-8]。自毒物質(zhì)會影響植株根系活力，從而影響植株生長和產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì)等。作物殘體在其分解過程中也會產(chǎn)生某些植物毒素影響下茬作物的生長。連作條件往往又使土壤有益微生物種群和數(shù)量降低，有害微生物增加。連作中作物根系分泌物和植株殘體也為病原菌提供了營養(yǎng)及賴以生存的寄主和繁殖場所，加之棚室又具有相對適宜的繁殖條件，土壤缺乏雨水淋洗；設(shè)施生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的過量施用，土壤環(huán)境質(zhì)量劣化，導(dǎo)致土壤中病原菌抗藥性不斷提高。如黃瓜枯萎病、茄子黃萎病，發(fā)生危害逐年加重，都與溫室栽培連作有關(guān)；喜濕病害如黃瓜霜霉病、番茄灰霉病在一些粗放管理的高溫高濕的溫室環(huán)境中發(fā)生尤為嚴重；白粉虱、美洲斑潛蠅等因棚室栽培，不僅能發(fā)生危害，而且為大田提供了大量病原菌，形成周年循環(huán)危害[9]。過量不合理的施肥，使得養(yǎng)分供求比例嚴重失衡；再加上單一作物連作對某些養(yǎng)分選擇性吸收，使得土壤中某些礦質(zhì)營養(yǎng)元素特別是微量元素相對缺乏，從而導(dǎo)致植株體內(nèi)營養(yǎng)失調(diào)出現(xiàn)生理性病害，如番茄臍腐病、青椒小果、黃瓜苦味、萵苣葉燒病等[10]。設(shè)施栽培條件下土壤酸化明顯，并且設(shè)施種植年限越長，土壤的pH值下降越明顯。土壤酸化影響作物根系正常生長發(fā)育，從而影響根系對土壤中水分和養(yǎng)分的吸收，特別是影響磷、鈣、鎂等的吸收，因此易于發(fā)生某些生理性病害，如白菜根腫病、芹菜裂莖、蘿卜糠心等的發(fā)病率顯著增加[11]。土壤酸化也影響作物產(chǎn)量及地上部一些器官的生長發(fā)育。

1.3棚室內(nèi)土壤環(huán)境的調(diào)控

由于棚室自身環(huán)境特點、長期連作、不合理的施肥以及管理方式不當?shù)仍?，使得棚室蔬菜生產(chǎn)中出現(xiàn)了嚴重的土壤生態(tài)問題?，F(xiàn)根據(jù)存在問題結(jié)合實踐和文獻資料，提出相應(yīng)技術(shù)措施。

1.3.1土壤處理技術(shù)（1）秸稈還田與地膜覆蓋。施用稻草等作物秸稈不僅能提高土壤有機質(zhì)含量，也能顯著改善土壤理化性質(zhì)，用地膜覆蓋或地面撒施木屑，可減少土表水分蒸發(fā)，有良好的抑鹽效果。沙國棟等研究指出，施用 75 000 kg/hm2 腐熟的稻草深翻35 cm以上可以增加土壤有機質(zhì)，保持土壤疏松，形成較深的耕作層，改良作物根系環(huán)境[12]。張春蘭等研究指出，土壤中施用稻草可以降低土壤電導(dǎo)率，提高土壤養(yǎng)分的有效性，而且稻草在分解過程中形成的中間產(chǎn)物——有機酸及酚類化合物還有抑制土壤傳染性病害的作用[13]。

（2）高溫悶棚與深耕翻、噴滴灌。土壤深耕30 cm以上，形成較深的耕作層，增加土壤通氣透水性，利于作物根系生長發(fā)育，增強作物抗逆性。深耕翻要與有機肥的施用相結(jié)合，充分耕翻確保肥料均勻。高溫悶棚15 d以上，利用持續(xù)的高溫殺滅棚室內(nèi)土表的病菌，棚室內(nèi)蓄積熱量栽培畦溫度升高，加速土壤熟化。地膜覆蓋的栽培畦在持續(xù)高溫強光條件下產(chǎn)生的氣體對地下害蟲及根際線蟲有很好的殺滅作用。采用膜下滴灌措施，減少水分蒸發(fā)，防止土壤鹽分向上層積聚，能有效防止土壤鹽漬化，對鹽分高的土壤在栽培前浸泡1次透水洗鹽；夏季利用換茬空隙，用噴灌或撤膜淋雨溶鹽，使土壤表層鹽分隨雨水流失或淋溶到土壤深層。

（3）增加有益微生物。微生物肥料可以擴大和加強作物根際有益微生物的活動，增加作物養(yǎng)分和改善營養(yǎng)條件，是有機栽培的一種輔助性肥料，使用時應(yīng)選擇國家允許使用的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。如EM原露（一種有效微生物活菌制劑）在改良土壤、提高肥力、抑制土壤有害微生物的生存與繁殖、增強植物代謝功能等方面可收到較好效果，能在一定程度上緩解連作障害、土壤酸化、鹽漬化等問題[14]。

1.3.2合理平衡施肥根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和不同蔬菜作物的需肥特性制定施肥方案。增施有機肥，化肥減量配施，并推廣應(yīng)用水肥一體化技術(shù)。湯宏等發(fā)現(xiàn)在適宜的范圍內(nèi)施用有機肥，能提高蔬菜產(chǎn)品的維生素C含量，蔬菜可溶性糖含量隨著有機肥用量的增加而增加，同時能降低蔬菜中硝酸鹽的積累[15]。但是不同種類的有機肥對主要蔬菜種類重要品質(zhì)參數(shù)的影響也有所差別，因此有必要進一步找出和摸清有機肥種類及用量-產(chǎn)量-品質(zhì)三者之間促進、制約、消長與平衡的規(guī)律，以便為制定和推薦蔬菜有機肥的合理施用技術(shù)提供理論依據(jù)。王冰清等研究報道化肥減量及配施不同比例的有機肥對黃瓜、苦瓜、甘藍的產(chǎn)量沒有顯著影響，但能顯著提高這3種蔬菜的可溶性糖、維生素C、蛋白質(zhì)含量，降低蔬菜中的硝酸鹽含量[16]。施肥分成有機和無機兩部分，有機肥作為基肥，而無機肥可以根據(jù)作物各階段的需要配成營養(yǎng)液，隨滴灌一起施入土壤中。營養(yǎng)液滴灌既可做到定時定量，又能減少養(yǎng)分的損失和防止養(yǎng)分過多的積累。

1.3.3連作障礙防治將生態(tài)適應(yīng)性差異較大的不同科作物實行輪作，可以從源頭切斷病蟲害的繁殖和蔓延，還可以改變連作對土壤養(yǎng)分吸收的片面性。在專業(yè)化程度高的地區(qū)，對一些不耐連作的作物可采用嫁接技術(shù)。目前，生產(chǎn)上西瓜、甜瓜、黃瓜、番茄、茄子都不同面積地采用了嫁接技術(shù)。在土傳病害和次生鹽漬化嚴重的地區(qū)，采用基質(zhì)栽培技術(shù)是徹底解決這些土壤生態(tài)問題，實現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的有效途徑。另外，根際自生細菌的應(yīng)用已成為一個新的研究方向，目前正處于采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改造根際自生細菌，以改變土壤微生物結(jié)構(gòu)，消除連作造成的微生物結(jié)構(gòu)的破壞，有效防治土傳病蟲害發(fā)生的階段[17]。

2光照環(huán)境

2.1棚室內(nèi)光照環(huán)境特點

設(shè)施用的玻璃或塑料薄膜具有大量透過短波輻射，很少透過長波輻射的特性，溫室或塑料大棚內(nèi)白天大量透過太陽輻射，被地面和物體吸收，棚室內(nèi)向外發(fā)出的長波輻射大部分被截留，這樣使太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，蓄積在棚室內(nèi)，使溫度升高。

2.2棚室內(nèi)光照環(huán)境與作物生長

光照是植物進行光合作用最重要的能量源，它可直接影響光合碳循環(huán)中光調(diào)節(jié)酶的活性，也可通過影響植物生長環(huán)境，如溫度、濕度等來間接影響植物的生理生化過程。它也是花芽分化、開花結(jié)果等形態(tài)建成和控制生長過程的能量源。因此，光照是園藝設(shè)施中及其重要的環(huán)境因素。光照對植物生長發(fā)育的影響主要表現(xiàn)在光照強度、光周期、光質(zhì)3個方面。由于受棚室方位、骨架結(jié)構(gòu)、覆蓋材料特性及其潔凈程度以及深秋、冬季和早春季節(jié)性不良氣候條件的影響，常會造成光照強度與光照時間不足，使喜強光的果菜作物長期生長在弱光逆境中，導(dǎo)致植株生長細弱、落花落果、果實發(fā)育遲緩、含糖量降低、產(chǎn)量下降、品質(zhì)變劣。沙國棟等研究指出，黃瓜在寡照條件下，首先表現(xiàn)為植株軟弱，子房發(fā)育遲，果實膨大慢；隨著寡照持續(xù)時間增加，中上部葉的葉緣向外測或內(nèi)側(cè)微卷，生長點附近的新葉黃化，經(jīng)測定在持續(xù)寡照條件下，大量元素吸收相對過剩，鈣、鎂等中量元素吸收相對不足，營養(yǎng)失調(diào)導(dǎo)致生育障礙[12]。據(jù)曹陽報道，近年來國內(nèi)外研究了從光質(zhì)、照度、光照時間方面對冬季溫室進行補光均對果菜類蔬菜的生長發(fā)育、產(chǎn)品品質(zhì)、生理生化的不同方面產(chǎn)生了不同程度的積極影響[18]。如紅光處理的番茄幼苗營養(yǎng)生長旺盛、干物質(zhì)積累多、葉面積擴展快、葉綠素含量升高、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率增加、光合速率顯著高于其他處理。4 000～10 000 lx范圍內(nèi)，隨著補光強度的增大，植株增高、莖粗增加、葉面積變大，葉綠素含量升高、果實可溶性糖與可溶性蛋白含量上升，明顯促進黃瓜幼苗生長。季節(jié)的輻射變化強烈影響番茄的早期產(chǎn)量，給番茄相同的輻射日總量，短光照時間比長光照時間更能促進開花。此外，適當提高照度、優(yōu)化光質(zhì)、延長光照時間都能顯著降低蔬菜中的硝酸鹽含量，在LED光照栽培下僅通過優(yōu)化光質(zhì)便有可能使蔬菜的硝酸鹽含量降低20%以上[19]。

2.3棚室內(nèi)光照環(huán)境的調(diào)控

2.3.1棚室建造合理根據(jù)當?shù)氐牡乩砦恢煤蜌夂驐l件選擇適宜的園藝設(shè)施，并按照適當?shù)姆轿唤ㄔ?。北方重點是發(fā)展節(jié)能日光溫室；長江流域是發(fā)展以防寒、保溫、遮陽、避雨栽培為主的大棚；華南地區(qū)是以擴大晝夜溫差為主要目的，發(fā)展冬季塑料大棚[1]。確定好適合的園藝設(shè)施還要確定合理的前后鄰棟棚室的間距，如在日光溫室小區(qū)的建設(shè)規(guī)劃中，為了保證10～14 h前棟溫室對后棟溫室不遮光和充分合理地利用土地，南北相鄰兩棟溫室之間的距離應(yīng)不小于前棟溫室脊高（含草苫卷起后的高度） 的2.8倍與前棟溫室后坡水平投影長度和后墻厚度之和的差[20]。同時日光溫室還要設(shè)計優(yōu)化前坡面采光角度。

2.3.2選用優(yōu)質(zhì)的塑料薄膜選用透光性好、防塵抗老化、無滴透明膜。最好采用新膜，新膜使用一段時間后也要經(jīng)常沖洗棚面的灰塵、水滴等以保持棚面清潔，增加棚膜的透光率，下雪天要及時清除棚面積雪，以免影響光照。

2.3.3應(yīng)用適宜的增光補光技術(shù)日光溫室可在后墻上掛上反光膜，地膜鋪設(shè)也能增加光照。連續(xù)陰雨天可用LED燈、生物效能燈等進行人工補光。李萍萍等發(fā)現(xiàn)，鏑燈補光效果最好，光譜能量分布接近日光[21]。對溫室番茄人工補充紫外線B可提高番茄紅素含量10%、維生素含量16%[22]。

2.3.4采用合理栽培管理技術(shù)選擇南北行向，寬窄行栽植，栽植密度合理，及時進行整枝、打杈、摘心、摘除老葉等田間管理。冬季早春栽培時要適時揭蓋保溫材料，延長見光時間，也要及時清除棚膜灰塵，以保證透光性能。

3溫度環(huán)境

3.1棚室內(nèi)溫度環(huán)境特點

棚室內(nèi)溫度的變化具有升溫快、溫差大、晴天氣溫變化劇烈、陰雨天變化平緩和分布不均等特點。棚室內(nèi)光照條件不僅影響蔬菜的生長，而且還直接影響溫度、濕度等其他條件。溫室大棚的薄膜反射了一部分光照，加上薄膜的老化、塵埃水滴的附著等影響透光，設(shè)施內(nèi)光照度僅為設(shè)施外的50%～80%。

3.2棚室內(nèi)溫度環(huán)境與作物生長

溫度對植物生長的影響很大程度上可歸因于它對酶系統(tǒng)活性的影響。當溫度升高時，基質(zhì)和酶分子的動能增大，反應(yīng)速度較快，但是如果溫度超過了限度，酶就會急劇變性。無論何種生物的生命活動都需要在一定的溫度范圍內(nèi)才能進行，生物的每一生命活動都有其最高溫度、最低溫度和最適溫度。溫度與影響植物生長的所有其他因素的共同點是，它的影響永遠不能孤立地去考慮，而是隨著植株的年齡或部位、植株的水分與營養(yǎng)狀況，以及它所經(jīng)歷的溫度狀況與輻射能量水平而變化。溫度對光合作用的影響很大，隨著溫度的升高，其光合作用逐漸增強，到達某個溫度時，光合速率達到最大，溫度如果繼續(xù)升高，由于呼吸消耗增加，凈光合作用反而下降。如不同葉齡的黃瓜葉片對溫度的反應(yīng)也不相同，完全展開10 d內(nèi)的葉片光合速率高，對溫度的反應(yīng)也敏感；完全展開20 d后的衰老葉片不僅光合速率低，而且對溫度變化的反應(yīng)也不敏感。黃瓜光合作用的最適溫度為25～32 ℃；光合作用的溫度下限為3～6 ℃，上限為42～44 ℃。35 ℃以上光合作用開始下降，40 ℃以上光合作用急劇衰退，代謝機能受阻[23]。溫度從3 ℃升高到 33 ℃，番茄光合產(chǎn)物的傳輸速度加快。如夜間溫度較低只有8 ℃，白天的光合產(chǎn)物中有相當大的一部分滯留在葉片中，對翌日的光合作用產(chǎn)生不良影響；如夜間溫度較高大于13 ℃，光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)輸速度加快，但因呼吸作用加強而消耗量增加[24]。

3.3棚室內(nèi)溫度環(huán)境的調(diào)控

3.3.1變溫管理方法隨著晝夜光照時間的變化，作物的生理活動中心不斷轉(zhuǎn)移，依據(jù)作物生理活動中心將1 d分為若干時段，并設(shè)計出各時段適宜的管理溫度，以促進同化產(chǎn)物的創(chuàng)造、運轉(zhuǎn)和合理分配，同時降低呼吸消耗。白天為增進光合作用時間帶，傍晚至前半夜為促進光合作用運轉(zhuǎn)時間帶，后半夜為抑制呼吸消耗時間帶，變溫管理適溫的具體指標，不同作物種類、品種、生育階段，以及白天照度等不同而有所差異。設(shè)計變溫管理的目標溫度時，一般上午和中午為增進光合作用時間帶，溫度控制在白天適溫上限左右；下午作物需要轉(zhuǎn)化上午的光合產(chǎn)物，出現(xiàn)光合效率下降趨勢，溫度控制在白天適溫的下限左右；傍晚4～5 h比夜間適溫上限提高1～2 ℃以促進運轉(zhuǎn)，其后以下限溫度作為通常的夜溫；后半夜溫度保持在能正常生育的最低界限溫度抑制呼吸消耗。各個時間帶的長度及時間分界點，還有待進一步深入研究。

3.3.2保溫設(shè)施與技術(shù)南方地區(qū)冬季栽培可以采用多層覆蓋的方式達到保溫效果?？刹扇〈笈飪?nèi)套中棚，中棚內(nèi)套小棚，小棚上覆蓋棚膜外再加1層無紡布，這樣可以較好保持設(shè)施內(nèi)的溫度。北方地區(qū)的日光溫室多采取在設(shè)施外覆蓋草簾、保溫被等材料進行保溫。由于部分日光溫室存在設(shè)施不規(guī)范、設(shè)計不科學(xué)、施工不規(guī)范等問題給設(shè)施蔬菜冬春季的生產(chǎn)造成諸多不利影響，可以根據(jù)實際需要對這些溫室作出適當整改。如樊平聲等設(shè)計的淮北地區(qū)新型材料日光溫室就有建造成本不高、光熱環(huán)境合理、保溫效果好等優(yōu)點[25]。還可以對棚室內(nèi)地面覆蓋地膜、鋪草等，以減少水分蒸發(fā)和熱量損失；在溫室的前沿及兩側(cè)設(shè)置防寒溝，以防止地中熱量的橫向流出。

3.3.3加溫管理技術(shù)覆蓋后還不足以保持設(shè)施內(nèi)的溫度，還可以采用臨時加溫措施，如電熱加溫、爐火加溫等。電熱加溫耗電多、電熱線耐用年限短，一般多用于育苗床；爐火加溫一定要架設(shè)煙道，避免有害氣體在設(shè)施內(nèi)的累積。

3.3.4降溫管理技術(shù)通風(fēng)換氣管理主要是降溫，兼顧排除濕氣、補充CO2，是設(shè)施栽培最主要的技術(shù)措施之一。夏季溫室大棚內(nèi)的溫度過高，利用自然通風(fēng)換氣降溫，容易達到作物生長要求的溫度。也可以在通風(fēng)換氣時直接向作物噴霧，用葉面水分蒸發(fā)降低作物體溫。此外，還可以加蓋遮陽網(wǎng)，改良棚室結(jié)構(gòu)等以達到降溫目的。如馮偉民等設(shè)計的改良型通風(fēng)防蟲大棚，通過加大兩側(cè)通風(fēng)口高度、增開兩端通風(fēng)窗、將大門與通風(fēng)窗覆蓋20目防蟲網(wǎng)，在5月的晴熱天氣可以比普通大棚降低7.5 ℃[26]。

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