日光溫室夏季番茄土壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培根區(qū)及株間溫度特征

李宗耕 楊其長 查凌雁 張玉彬 劉文科

摘要：夏季在日光溫室中采用土壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培方法種植番茄，通過溫度傳感器探究栽培壟根區(qū)和株間不同高度的溫度變化規(guī)律。結(jié)果表明：根區(qū)溫度穩(wěn)定性強(qiáng)，波動范圍較地上部小，白天遠(yuǎn)低于地上溫度，而夜間則高于地上溫度。一天中，不同高度的株間溫度僅在正午時段略有差別，以高1.0 m處溫度最高，最高溫平均值為40.7℃。根區(qū)溫度隨深度增加穩(wěn)定性變強(qiáng)，波動范圍變小，白天根區(qū)深5.0 cm處的溫度較深10.0 cm處的高，夜間則相反;南北方向上，根區(qū)深5.0 cm處的溫度從南到北呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢，而10.0 cm處以南部溫度最高，中部和北部溫度沒有明顯差異，即隨著深度的增加，根區(qū)溫度在南北方向上的差異逐漸減小?？偟膩砜?，地上部溫度波動范圍大，但不同高度的株間溫度沒有明顯差異;根區(qū)溫度波動范圍小，穩(wěn)定性強(qiáng)，但在不同深度和南北方向上存在差別。

關(guān)鍵詞：日光溫室;番茄;土壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培;根區(qū)溫度;株間溫度

中圖分類號：S641.204+.7文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2018）12-0041-04

溫度是影響作物生長最重要的環(huán)境要素之一[1，2]。日光溫室內(nèi)一般無溫度調(diào)控設(shè)備，室內(nèi)溫度易受自然環(huán)境影響，出現(xiàn)由季節(jié)變化和外界環(huán)境溫度變化造成的冬春季低溫和夏季高溫脅迫問題 [3，4]?;而且日光溫室單體面積大，內(nèi)部空間廣闊，要想對其進(jìn)行溫度調(diào)控，耗能較大。針對日光溫室冬季栽培遇到的低溫脅迫問題，我們從調(diào)控根區(qū)溫度的角度出發(fā)，提出了一種新型栽培方式——土壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培（soil ridged substrate-embedded cultivation， SSC），即采用一定的技術(shù)手段將基質(zhì)嵌入到土壟中進(jìn)行栽培[5]。

SSC新型栽培方法將土壤栽培與無土栽培相結(jié)合，不但可充分發(fā)揮無土栽培的高產(chǎn)高效優(yōu)勢，還充分利用了土壟的蓄熱保溫性能，且不同于傳統(tǒng)的地上筑槽基質(zhì)栽培，方便操作，節(jié)省建筑材料的使用成本。此外，SSC還限制根系空間，有效吸收利用水肥，阻斷水肥淋溶，提高水肥利用率，可結(jié)合滴灌系統(tǒng)使用，減少水肥資源投入，有利于解決日光溫室土壤污染等突出問題[6]。前期試驗表明，與土壤栽培相比，在低溫環(huán)境下，SSC栽培能夠有效提高根區(qū)溫度的穩(wěn)定性，增強(qiáng)根區(qū)溫度的緩沖能力，提高夜間根區(qū)溫度，緩解低溫脅迫，同時提高甜椒產(chǎn)量[7，8]。

夏季栽培是日光溫室周年生產(chǎn)中必不可少的環(huán)節(jié)。夏季光照充足，太陽輻射強(qiáng)，導(dǎo)致日光溫室內(nèi)外溫度較高，室內(nèi)溫度甚至高達(dá)45.0℃以上，給夏季栽培帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，且前期試驗中未探明SSC方式在夏季栽培中的應(yīng)用效果。本試驗通過在夏季使用SSC方式種植番茄，探究番茄根區(qū)和不同高度株間的溫度變化特征，以期為新技術(shù)的應(yīng)用推廣提供數(shù)據(jù)參考與支持。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

試驗在北京市順義區(qū)大孫各莊鎮(zhèn)試驗溫室中進(jìn)行。溫室長 60 m，跨度 8 m，脊高 3.8 m，種植作物為番茄（Lycopersicon esculentum Mill.），品種為粉太郎，2018年3月20日定植。

番茄栽培采用土壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培（SSC），全營養(yǎng)液滴灌（Hoagland營養(yǎng)液配方）。將混合均勻的基質(zhì)（草炭∶蛭石∶珍珠巖=3∶2∶1）裝入PE基質(zhì)袋中，在基質(zhì)袋底部打孔，沿南北方向?qū)⒒|(zhì)袋排放整齊，然后在基質(zhì)袋兩側(cè)按照相同的標(biāo)準(zhǔn)培土起壟，并覆蓋黑色地膜，形成土壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培。

1.2?試驗設(shè)計

栽培壟距為1.6 m，壟下底寬0.8 m，上底寬0.25 m，高0.20 m;內(nèi)嵌基質(zhì)袋長1.0 m，寬0.2 m，高0.12 m;每個基質(zhì)袋定植4株番茄，每壟5個基質(zhì)袋，共定植20株苗，株距為0.25 m，行距為0.6 m。

1.3?溫度采集方法

采用美國生產(chǎn)的CR1000數(shù)據(jù)采集器和T型熱電偶線采集溫度數(shù)據(jù)。于溫室中部位置布點，在南、北、中3個部位的根區(qū)深5.0 cm和10.0 cm處分別埋置溫度探頭;另外分別在株間距栽培壟高0.5、1.0、2.0 m處設(shè)置溫度探頭，測定不同高度株間空氣溫度。測點置于防輻射罩內(nèi)，避免太陽直射，數(shù)據(jù)采集頻率為10 min/次。連續(xù)測定2018年5—6月兩個月的數(shù)據(jù)，選取2018年6月1—5日連續(xù)5天的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)日出時間將5∶00—20∶00定為白天，20∶00—次日5∶00定為夜間。

2?結(jié)果與分析

2.1?番茄株間不同高度溫度變化

株間不同高度的氣溫具有相同的變化趨勢，但正午高溫時段，不同高度的氣溫存在一定的差異，以株間高1.0 m處溫度最高，空氣溫度最低。5天中白天株間高0.5、1.0 m處溫度和氣溫的平均值依次為30.3、31.2、30.2℃，最高溫平均值依次為38.9、40.7、37.0℃，以株間高1.0 m處的溫度最高;夜間株間不同高度的溫度和氣溫相差不大，株間高0.5、1.0 m處溫度和氣溫的平均值依次為22.5、22.9、22.9℃，最低溫平均值依次為18.9、19.2、19.2℃（表1）。

2.2?栽培壟根區(qū)溫度變化

與氣溫相比，根區(qū)溫度的變化較為平穩(wěn)，正午高溫時段明顯低于氣溫，而夜間低溫時段則明顯高于氣溫。不同深度的根區(qū)溫度存在一定差異。根區(qū)深5.0 cm處的溫度變化較深10.0 cm處更為劇烈，并在正午高溫時段明顯高于10.0 cm處，夜間低溫時段明顯低于10.0 cm處。連續(xù)5天平均，根區(qū)中部深5 cm和10 cm處白天溫度分別為27.7℃和27.0℃，最高溫分別為31.0℃和29.1℃，夜間溫度分別為27.3℃和28.2℃，最低溫分別為23.5℃和25.2℃（表1）。

2.3?栽培壟根區(qū)不同部位溫度變化

南、中、北三個部位根區(qū)溫度變化不同。在根區(qū)深5.0 cm處，高溫時段溫度由南到北依次明顯降低，低溫時段三個部位的溫度則差異不明顯;連續(xù)5天中，南、北、中部位白天的平均溫度分別為29.2、27.7、26.6℃，最高溫平均值依次為34.9、31.0、29.3℃，夜間平均溫度分別為27.1、27.3、26.0℃，最低溫平均值均為23.5℃（表1）。不同部位根區(qū)深10.0 cm處溫度變化與深5.0 cm處有所不同，以南部溫度波動范圍較大，中部和北部的溫度波動范圍較小，且兩者間相差不明顯;連續(xù)5天南、中、北部白天平均溫度為29.2、27.0、27.3℃，最高溫平均值依次為33.1、29.1、29.4℃，夜間平均溫度為27.8、28.2、28.1℃，最低溫平均值分別為24.2、25.2、25.3℃（表1）。

3?討論與結(jié)論

作為影響設(shè)施園藝作物生長的重要環(huán)境因素，溫度尤其高低溫對設(shè)施作物栽培生理的影響已成為研究的一大重點[9]。在實際生產(chǎn)過程中，栽培作物受到地上和根區(qū)溫度兩方面的影響，但兩者的變化規(guī)律及其對作物的影響卻并不相同。本試驗探索了夏季溫室大棚內(nèi)SSC新型栽培方式下番茄根區(qū)不同深度和地上株間不同高度處的溫度變化規(guī)律，總的來看，根區(qū)溫度較地上部溫度變化平緩，波動范圍小，白天時段低于地上溫度，夜間時段高于地上溫度，這是因為栽培壟兩側(cè)土壤和根區(qū)基質(zhì)具有吸蓄熱和緩沖的作用[10]。

本研究結(jié)果還表明，根區(qū)溫度在不同深度和南北方向上也存在一定的差異。隨著深度的增加，根區(qū)溫度的波動范圍變小，穩(wěn)定性增強(qiáng)，這與楊合廷[11]的研究結(jié)果相符。造成這種現(xiàn)象的主要原因是根區(qū)深度較淺時容易受外界太陽輻射和空氣溫度的影響，吸放熱劇烈，但隨深度增加，根區(qū)溫度受外界影響逐漸減小，而且夜間低溫時能夠接受下層土壤傳輸?shù)臒崃浚虼艘归g溫度較淺層高，而白天溫度較淺層低，波動范圍小。南北方向的根區(qū)溫度隨深度不同也有所差別，在根區(qū)深5.0 cm處，白天時段表現(xiàn)出明顯的南高北低現(xiàn)象;而在根區(qū)深10.0 cm處，白天時段南部溫度明顯高于中、北2個部位，中部和北部根區(qū)溫度間沒有明顯差別。這可能是由于南部栽培壟靠近透明覆蓋材料，受太陽輻射和外界溫度影響最大，根區(qū)溫度波動較大;隨著栽培壟向北延伸，由于受植物遮擋和與透明材料距離增加，太陽輻射和外界溫度對其影響逐漸降低，根區(qū)溫度波動較平穩(wěn)。

在地上部垂直方向上，植株間不同高度的氣溫，僅白天高溫時段距栽培壟垂直距離1.0 m處的氣溫略高出0.5 m和2.0 m處，其余時段沒有明顯差異。造成正午時段株間中部氣溫略高的原因可能是由于溫室上下通風(fēng)口的存在，導(dǎo)致底部和頂部的空氣流動強(qiáng)，具有一定的散熱作用;而中間部位由于番茄植株相互間的遮擋，通風(fēng)不暢，進(jìn)而熱量累積，溫度略有升高。

綜合來看，垂直方向上，根區(qū)溫度比地上溫度波動范圍小，穩(wěn)定性強(qiáng);根區(qū)溫度隨著深度的增加穩(wěn)定性增強(qiáng)，波動范圍變小;地上不同高度間溫度相差較小。南北方向上，由南到北根區(qū)溫度表現(xiàn)出明顯的降低現(xiàn)象和波動變化差異，但隨著深度的增加差異減小，均仍以南部根區(qū)溫度最高。

參?考?文?獻(xiàn)：

[1]?Dodd I C， He J， Turnbull C G， et al. The influence of supra-optimal root-zone temperatures on growth and stomatal conductance in Capsicum annuum L.[J]. Journal of Experimental Botany， 2000， 51（343）：239.

[2]?Cooper A J. Root temperature and plant growth： a review[M]. Commonwealth Agriculture Bureaux， Slough， England， 1973.

[3]?李文， 楊其長， 張義， 等. 日光溫室主動蓄放熱系統(tǒng)應(yīng)用效果研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象， 2013， 34（5）： 557-562.

[4]?Malcolm P J， Holford P， Barchia I， et al. High and low root zone temperatures at bud-break reduce growth and influence dry matter partitioning in peach rootstocks[J]. Scientia Horticulturae， 2014， 171（3）：83-90.

[5]?傅國海， 劉文科. 日光溫室甜椒起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培根區(qū)溫度日變化特征[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2016， 24（1）： 47-55.

[6]?傅國海， 楊其長， 劉文科. LED補(bǔ)光和根區(qū)加溫對日光溫室起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培甜椒生長及產(chǎn)量的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2017， 25（2）： 230-238.

[7]?傅國海， 楊其長， 劉文科. 日光溫室不同類型起壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培壟冬季溫?zé)嶙兓疤鸾访缙谏L比較[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2017， 22（10）： 103-112.

[8]?李宗耕， 傅國海， 劉文科. 日光溫室四種土壟內(nèi)嵌式基質(zhì)栽培壟甜椒根區(qū)與壟側(cè)晝夜溫度變化特征[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報， 2018， 20（2）： 108-115.

[9]?劉軍銘， 趙琪， 尹賾鵬，等. 利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)揭示的植物高溫脅迫響應(yīng)機(jī)制[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2015， 26（8）： 2561-2570.

[10]任志雨， 王秀峰， 魏珉. 不同根區(qū)溫度對黃瓜幼苗礦質(zhì)元素含量及根系吸收功能的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2003， 17（3）： 351-355.

[11]楊合廷. 不同深度土壤溫度變化觀測試驗[J]. 中國園藝文摘， 2012（10）：9.