不同密度对密闭型育苗设施中番茄幼苗生长的动态影响

高永雷 毕延刚 高丽红 曲 梅

（中国农业大学农学与生物技术学院，设施蔬菜生长发育调控北京重点实验室，北京100193）

闭锁型育苗是育苗技术发展到当前的最高形式，它摆脱了自然条件的束缚和地域的限制，同传统育苗方式相比，闭锁型育苗不仅可以进一步提早播期、提高土地利用率、培育整齐一致的壮苗，而且有利于苗期病虫害的防治、保证幼苗质量和特性，是现代蔬菜高产、优质、高效生产的重要手段。但是，初始投资成本高与运行能源消耗大是制约闭锁型育苗发展的两大瓶颈。通常，能耗成本约占总运行费用的 50%～60%，其中，照明的成本要占总耗电量的 70%～80%（魏灵玲 等，2009），因此提高光能的利用率是密闭式植物育苗工厂发展的重要方向。

近年来，国内外学者围绕如何提高植物工厂光能利用率进行了大量研究，一方面研发了以LED灯为代表的高效低能耗人工光源。另一方面，生产者通过使用穴孔较小的穴盘提高种植密度以期获得更高的效益。但是过小的穴孔会限制根系的生长发育，特别是在育苗的后期，进而影响到幼苗地上部正常的生长发育（NeSmith & Duval，1998；Hurley & Rowarth，1999；安慧和上官周平，2007），降低了幼苗的质量，因此在保证种苗质量的同时，应该选取怎样的种植密度才能最大限度地提高经济效益，成为生产者比较关心的问题。本试验以番茄为试材，选取不同规格的穴盘，对不同密度下番茄幼苗个体及群体生长进行动态监测并对幼苗质量与经济效益进行综合分析，旨在探索适合密闭式育苗设施中番茄育苗的合理密度，从而提高工厂化育苗的光能利用率。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理条件

以中杂9号番茄（Lycopersicon esculentumMill.）为供试品种。采用尺寸为540 mm×280 mm的标准穴盘，选用4种不同的规格，即72、128、200、288孔作为处理，每个处理设3次重复。

试验于2012年3月16日至4月11日在中国农业大学东校区水利与土木工程学院密闭育苗设施内进行。番茄种子直播于穴盘中，育苗基质为草炭∶蛭石∶珍珠岩=3V∶1V∶1V。播种后将穴盘放入催芽室中进行催芽，第5天出苗后将穴盘移入密闭植物工厂中，待两片子叶展开后，采用山崎营养液每隔2 d灌溉1次，灌溉方式为潮汐式灌溉。光照强度为（210±14）μmol·m-2·s-1，光照时间为14 h·d-1，相对湿度为60%～80%，光期温度为26～28 ℃，暗期为18～20 ℃。植物工厂内的 CO2浓度随番茄幼苗生长进行调节，子叶展平前为室内自然浓度，子叶展平到第 1片真叶展平为0.4 mL·L-1，第1片真叶展平到第3片真叶初露为0.6 mL·L-1，第3片真叶初露后为 1 mL·L-1。

1.2 测定项目

番茄幼苗的生长指标：自出苗后第9天开始，每隔3 d各处理随机选取5株幼苗，隔行选取，分别测定株高、茎粗、下胚轴长及地下部和地上部的干鲜质量，利用EPSON PERFECTIO 4990 PHOTO根系扫描仪进行根系形态和叶面积的扫描，同时对穴盘中番茄幼苗的整体生长情况定焦拍照，观察幼苗的遮光情况；计算出苗后23 d番茄幼苗的壮苗指数、根冠比（R/T）和单位时间内干物质的积累量（G）。

出苗后第23天时选取各处理生长一致的番茄幼苗叶片用Li-6400测定叶片的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率。

出苗后第23天时各处理随机选取5株番茄幼苗，选取第2片真叶，剪去大叶脉，用蒽酮-乙酸乙酯法测定可溶性糖含量，用乙醇浸提法测定叶绿素含量。

1.3 数据处理

扫描得到的根系和叶片图像使用 WinRHIZO 2007根系分析软件分析。各指标数据用 IBM SPSS Statistics 19软件进行DUNCAN方差分析，显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同密度对番茄幼苗个体生长发育的影响

由表1可知，72孔和128孔处理的番茄幼苗的株高、茎粗、地上部鲜质量以及根体积之间无显著差异，且显著高于200孔和288孔处理；穴孔数从128孔增加到200孔时，番茄幼苗的各生长指标出现显著差异，同128孔处理相比，200孔处理的番茄幼苗的株高、茎粗、地上部鲜质量以及根体积分别减少了44.85%、36.57%、67.57%和42.86%。随着密度的增大，番茄幼苗的叶片数、叶面积、地下部鲜质量和根系总长逐渐减小，且72孔处理显著高于其他处理，但是各处理番茄幼苗的下胚轴无显著差异；番茄幼苗的整体生长状况如图1所示。

表1 不同密度对番茄幼苗生长指标的影响

图1 不同密度下番茄成苗的生长状况

由表2可知，72孔和128孔处理番茄幼苗的G值和壮苗指数之间差异不显著，但显著优于200孔和288孔处理；各处理根冠比无显著差异，128孔处理番茄幼苗的比叶重同72孔处理差异不显著，但是显著高于200孔和288孔处理。

表2 不同密度对番茄幼苗复合指标的影响

2.2 不同密度对番茄幼苗光合等生理指标的影响

从表3可以看出，200孔和288孔处理的番茄幼苗的叶绿素和可溶性糖含量无显著差异，但显著高于72孔和128孔处理，而光合速率（200孔处理除外）、气孔导度和胞间CO2浓度显著降低。同 72孔处理相比，288孔番茄幼苗叶片的叶绿素和可溶性糖含量分别增加了 24.03%和 559.09%，而光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度分别降低了 47.72%、82.39%和36.67%，可以看出随着密度的不断增大，番茄幼苗叶片的叶绿素和可溶性糖含量逐渐升高，而光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度呈现相反的趋势。

表3 不同密度对番茄幼苗光合等生理指标的影响

2.3 不同密度下番茄幼苗个体生长的动态变化

由图2-A可知，出苗后第13天各处理番茄幼苗的株高无显著差异，而出苗后第16天200孔和288孔穴盘中番茄幼苗生长速率增加缓慢。出苗后第 23天 200孔和 288孔番茄幼苗株高分别比出苗后第 16天增加了 14.74%和22.04%，而72孔和128孔分别增加了95.34%和96.70%。

由图2-B可知，出苗后第13天，72、128孔和200孔穴盘中番茄幼苗的叶面积差异不显著，且显著高于288孔处理，出苗后第16天200孔和288孔穴盘中番茄幼苗的扩展速率缓慢，当200孔穴盘中个体叶面积达到16.21 cm2（出苗后第19天）时，叶面积趋向于一个稳定值，而72孔和128孔处理的番茄幼苗叶面积的扩展速率显著高于200孔和288孔处理。

由图2-C可知，出苗后13 d，200孔和288孔处理的G值先呈下降趋势，之后又呈现出小幅度的上升，而72孔和128孔处理的番茄幼苗的G值在整个生长过程中都呈上升趋势，且自出苗后13 d开始显著高于200和288孔处理。

由图 2-D可知，出苗后第 10天，各处理番茄幼苗的根系体积之间无显著差异，出苗后第13天根系体积的生长速率呈现出明显不同的趋势，穴孔面积越大，根系生长速率越快，特别是出苗后第16天，72孔和128孔穴盘中番茄幼苗根系的生长速率显著高于200孔和288孔处理。

图2 不同密度下番茄幼苗株高、叶面积、G值和根系体积的动态变化

2.4 不同时期不同密度下番茄幼苗叶片的扩展情况

从出苗后第10天开始对不同处理的番茄幼苗进行定焦拍照，如图3所示。出苗后第10天之前各处理番茄幼苗间互不遮挡，而出苗后第13天时288孔处理首先出现遮挡，紧接着是200孔处理（出苗后第16天），此时288孔处理的番茄幼苗遮挡较严重；128孔处理的番茄叶片在出苗后第23天时出现了较严重的遮挡现象，而72孔处理仍有一定空隙；从图3中可以明显看出，穴孔面积较小抑制了叶片的扩展，200孔和288孔处理的番茄幼苗叶片较小。

3 结论与讨论

植物工厂由于空间有限，为追求利益的最大化，人们往往盲目扩大育苗密度，使得幼苗的质量下降，如何处理好个体与群体之间的关系，是获得高品质种苗，提高经济效益的关键。

图3 不同时期不同密度下番茄幼苗叶片的扩展情况

采用不同规格穴盘进行番茄育苗，由于穴孔面积不同，根系的扩展空间有限，地上部在生长过程中先后出现相互遮光、相互拥挤，因而番茄幼苗的生长发育情况不同。200孔和288孔穴盘穴孔面积较小，出苗后第13天时根系扩展受到抑制，阻碍了根系对水分和养分的吸收，且地上部叶片相互遮光，第16天时单位面积穴盘中叶片面积已经达到饱和，若继续生长将阻碍番茄幼苗的正常发育，影响幼苗的质量，这与前人的研究结果相同（NeSmith & Duval，1998；Hurley &Rowarth，1999；Haver & Schuch，2001；Xu & Kafkafi，2001；Shangguan et al.，2004），此时番茄幼苗2片真叶，株高5.5 cm左右，茎粗为2 mm左右。而72孔和128孔处理的穴孔面积较大，此时番茄幼苗仍能正常发育，出苗后第23天时128孔处理的单位面积穴盘内叶面积也达到了饱和，72孔处理仍存在空隙，若培育更长苗龄的番茄幼苗可选用72孔或穴孔面积更大的穴盘，此时番茄幼苗4片真叶，株高为14 cm左右，茎粗为3.5 mm左右，符合壮苗标准（别之龙和黄丹枫，2008）。

200孔和288孔处理的番茄幼苗叶片的叶绿素和可溶性糖含量显著高于72孔和128孔处理，但是光合参数显著降低，原因可能是密度过大抑制了番茄幼苗的生长，特别是叶面积的扩展，提高了单位面积叶片内叶绿素的含量（安慧和上官周平，2007），抑制了叶片中可溶性糖向外运输（张晋 等，2011），进而抑制了光合作用。另有研究表明，光合参数的降低与根系扩展中受到阻力，特别是根尖，增加了ABA的合成有关（Hurley & Rowarth，1999））

经济效益的大小取决于幼苗的质量和数量，在保证质量的同时，最大化的利用育苗空间是行之有效的办法。在一定范围内增加种植密度，可提高群体的光能利用率和碳转运效率，但是密度过大，幼苗在生长过程中根系扩展受阻，叶片功能期缩短，衰老进程加快（徐庆章 等，1995），个体的质量就会下降。因实际生产中对苗龄的需求不同，如两叶一心的番茄幼苗适合用作嫁接苗，为获得较高的经济效益，利用密闭型育苗设施进行番茄育苗时可结合所需种苗苗龄选择适宜的穴盘，建议培育15 d苗龄的番茄种苗可选用200孔穴盘，25 d苗龄的可选用128孔穴盘。

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