拼插式自回水基质栽培槽在黄瓜生产上的应用效果

赵 鹤

（北京市农业技术推广站，北京 100029）

目前，我国果类蔬菜无土栽培主要采用基质栽培[1]，即将作物根系固定在有机或无机的基质中，采用滴灌或细流灌溉的方式为植物提供营养液，营养液可通过栽培槽（或栽培袋）底部开口排出形成回液并进行循环利用。国外果类蔬菜无土栽培以连栋玻璃温室岩棉栽培为主，如荷兰、美国等；中国对无土栽培技术的研究起步较晚，但近年来发展迅速，在全国各地均有推广应用，主要与日光温室和塑料大棚相结合，栽培模式包括支架岩棉栽培、简易折叠基质栽培槽栽培、半地下式栽培槽栽培以及基质袋栽培等[2]。北京地区果类蔬菜无土栽培生产中应用的栽培模式较多，但是普遍存在植物根际通气性差，回液裸露在空气中造成设施内湿度较大等问题，容易诱发病虫害，影响产量和品质[3]。

为了解决普通设施（塑料大棚和日光温室）无土栽培中根际通气性差、回液裸露等问题，北京市农业技术推广站从改进回液收集方式和提高根区环境调控能力着手，研发了适用于普通设施条件的拼插式自回水基质栽培槽，并研究了其在黄瓜生产上的应用效果，以期为其在蔬菜无土栽培生产中的推广应用提供可靠依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

拼插式自回水基质栽培槽由北京市农业技术推广站研发，北京五英伟业泡塑材料有限公司生产。拼插式自回水基质栽培槽结构：栽培槽为倒梯台形，槽体上口长80 cm、上口宽40 cm、下口长65.6 cm、下口宽23.6 cm、高35 cm，基质填充量为56 L/个；槽体两端设置连接管并与槽体合为一体，连接管由槽体两端紧贴槽底向槽内延伸；槽内设置渗水隔板，渗水隔板设置渗水孔；槽体中间设置通气管，通气管一端插入渗水隔板中；槽体及渗水隔板均由聚苯乙烯压制而成，通气管的材质为聚氯乙烯。

折叠基质栽培槽购自北京新河基石环境科技有限公司。折叠基质栽培槽+底托回水结构：栽培槽由聚氯乙烯板折叠成长700 cm、宽40 cm、高35 cm的槽体，基质填充量为588 L/个；槽体底部放置同材质底托，用于回液收集。

供试作物为黄瓜，品种为金胚98。试验采用椰糠基质栽培，基质体积田间持水量约为68%，购自格陆谷有限公司。

1.2 试验方法

试验于北京金六环农业园的塑料大棚内进行，大棚长50 m、宽8 m、脊高3 m，面积为400 m2。试验设置2个栽培槽处理，分别为拼插式自回水基质栽培槽（处理1）和折叠基质栽培槽+底托回水（处理2），每个处理3个重复，以折叠基质栽培槽+底托回水为对照（CK）。处理1每667 m2使用500个拼插式自回水基质栽培槽，处理2每667 m2使用折叠基质栽培槽400 m。试验于2017年3月28日定植，东西向栽培，每667 m2种植3 000株，营养液采用日本山崎黄瓜专用营养液配方配制，不同处理的灌溉策略及田间管理均保持一致，2017年8月10日结束生产。

1.3 调查项目及方法

试验期间实时监测棚内空气相对湿度以及基质相对含水量（体积相对含水量），定期调查黄瓜根际CO2浓度、根系干鲜质量、植株长势及果实产量，委托中国农业大学园艺学院检测基质理化性状。

1.3.1 空气相对湿度与基质相对含水量监测

采用北京农业信息技术研究中心提供的温室环境物联网采集系统（绿园CJ-11），实时监测棚室的空气相对湿度和基质相对含水量，在每个大棚中部的相同位置设置1个监测点，监测时间为4—7月，每30 min记录1次。

1.3.2 基质理化性状测定

1.3.2.1 基质物理性质测定 将不同处理基质加入容积为V、质量为m1的容器，装满待测基质后称其质量m2，浸泡24 h至饱和状态后称其质量m3，将容器上口用湿润纱布包住并称其总质量m4，将容器倒置至无水分渗出时称其质量m5，将容器撤去纱布后连同基质于105 ℃烘干至恒重后测量总质量m6。按以下公式计算各处理基质的容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度及大小孔隙比。

容重（g/cm3）=（m6－m1）/V；

总孔隙度Φ=（m3－m2）/（V×ρ水）×100%；

通气孔隙度Φ1=（m4－m5）/（V×ρ水）×100%；

持水孔隙度Φ2=[m5－（m4－m3）－m2]/

（V×ρ水）×100%；

大小孔隙比=Φ1/Φ2。

1.3.2.2 基质化学性质测定 采用饱和浸提法测量不同处理基质的EC值和pH值，将100 g基质放入烧杯中，加入500 mL去离子水，搅拌均匀后静置2 h，用滤纸过滤得到浸泡基质后的液体，采用电导率仪和pH计测量EC值和pH值。

1.3.3 根际CO2浓度测定

在结果盛期（5月25日），对不同栽培槽植株根际基质中的CO2浓度进行测定，每个处理测量5个点，采用HD5BX泵吸式二氧化碳气体检测仪于上午同一时间进行检测。

1.3.4 根系生长情况调查

在结果盛期（5月25日），选取各处理的6株黄瓜根系进行干鲜质量测量。鲜质量测量需将根系清洗干净并吸干表面水分后称重。干质量测量采用烘干测量法，将测量鲜质量后的根系于105 ℃杀青、75 ℃烘干至恒重后称重。

1.3.5 植株长势

各处理随机选取3株黄瓜植株做标记，定期调查其株高、茎粗和叶片数，每15 d调查1次。

1.3.6 果实产量

4月29日开始采收后实时记录各处理产量，并换算成667 m2产量。

1.3.7 黄瓜病害情况调查

在结果盛期（6月2日），调查黄瓜白粉病和霜霉病的发生情况，每个处理小区随机调查10株黄瓜。病害调查指标和病情分级方法如下。

发病级数：未发病为0级；叶部染病面积在20%～50%为2级；叶部染病面积在50%～75%为3级；叶部染病面积大于75%为4级。

黄瓜发病率=发病株数/观测总株数×100%；

病情指数=∑（发病级数×各级发病叶数）/

（调查总叶×最高发病级数）×l00%。

2 结果与分析

2.1 不同栽培槽处理对基质相对含水量的影响

7月5日—8月5日对不同处理的基质相对含水量进行监测，结果显示：处理1的基质相对含水量介于30.88%～50.00%，比CK低7%～20%。图1为不同处理在7月17日12：12—7月18日12：12的基质相对含水量监测结果，图中基质相对含水量的高峰期均出现于灌溉期间。从图1可知，在基质、灌水时间和灌水量相同的情况下，处理1的基质相对含水量整体低于CK且两者的最大值相差较大，处理1的基质相对含水量最高为41.31%，而CK的基质相对含水量最高达74.69%。

2.2 不同栽培槽处理对棚室空气相对湿度的影响

图2为不同处理在8月8日00：00—24：00的空气相对湿度的监测结果，可以看出处理1的空气相对湿度整体低于CK处理，最大差距可达9.81%，这可能是由于拼插式自回水基质栽培槽的回液在回液室内流动，并未暴露于空气中，从而降低了棚内的空气相对湿度。

2.3 不同栽培槽处理对基质理化性状的影响

容重是影响椰糠基质通透性的重要因子之一，其大小与基质的质地、通透性、含水量及所含杂质等密切相关。对于优良基质来说，其良好的理化性状主要表现为固、液、气三相比例恰当，容重在0.1～0.8 g/cm3，总孔隙度在75%以上[4-5]，EC值在0.75～3.49 mS/cm[6]。

图1 不同栽培槽处理下基质相对含水量变化情况（2017年7月17—18日）

图2 不同栽培槽处理下棚室空气相对湿度变化情况（2017年8月8日）

为了研究不同栽培槽处理对基质理化性状的影响，分别测定了定植前未使用过的基质与生产中期2个处理的基质的理化性状。由表1可知，3个处理的基质容重相差不大，在0.11～0.12 g/cm3；处理1的基质总孔隙度最高（80.9%），CK次之（79.4%），CK0最小（73.3%）；CK0的基质通气孔隙度最大（12.1%），分别比处理1和CK大89.1%和146.9%；处理1和CK的基质持水孔隙度均为74.5%，高于CK0；处理1的基质大小孔隙比大于CK，但小于CK0；3个处理的基质pH值相差不大，在6.27～6.68；处理1的EC值最大（0.83 mS/cm），CK次之（0.60 mS/cm），CK0最小（0.33 mS/cm）。由此可见，基质使用后部分理化性状会发生变化，不同栽培槽处理对基质理化性状有一定影响。基质使用后的总孔隙度增加，通气孔隙度降低，持水孔隙度变大，大小孔隙比降低，EC值提高；拼插式自回水基质栽培槽的基质理化性状整体优于CK。

2.4 不同栽培槽处理对黄瓜植株长势的影响

由表2～4可知，在缓苗期，处理1的株高小于CK，茎粗大于CK，叶片数与CK相同；而在始瓜期和盛瓜期，处理1的株高、茎粗及叶片数均大于CK；处理1的黄瓜株高、茎粗和叶片数的日均生长量分别为2.52 cm、0.14 mm和0.27片，较CK分别提高3.28%、27.27%和50.00%。由此可见，处理1的植株长势强于CK。

表1 不同栽培槽处理的基质理化性状情况

表2 不同栽培槽处理的株高生长情况 cm

表3 不同栽培槽处理的茎粗生长情况 mm

表4 不同栽培槽处理的叶片数生长情况

2.5 不同栽培槽处理对植株根系生长的影响

调节植物根际通气条件能够有效改善植物根系生长，更好地发挥根系的生产潜力[7]；为此，拼插式自回水基质栽培槽设置了根系通气管，以改善黄瓜植株根际通气情况。从根际CO2浓度和根系干鲜质量来看（表5），处理1的根系通气管设计取得了良好效果，有效改善了根际气体环境，CO2浓度较CK降低了0.28%，促进了根系生长，根系鲜质量和干质量较CK分别提高了4.4%和18.6%。

2.6 不同栽培槽处理对黄瓜产量的影响

由表6可知，处理1折合667 m2产量为3 822.6 kg，比CK高25.9%；生产中2个处理的水肥管理均一致，667 m2用水量为113.2 m3，667 m2用肥量为167.7 kg；处理1每立方米水产出为33.8 kg，每千克肥料产出为22.8 kg，分别比CK高26.1%和26.0%。

2.7 不同栽培槽处理对病虫害的影响

由表7可知，2个处理均有白粉病和霜霉病发生，发病率均为100%，其中，处理1白粉病和霜霉病的病情指数分别为15.3和14.6，分别比CK低8.9%、47.5%。特别是CK的霜霉病，发病较严重，可能是由于折叠基质栽培槽+底托回水处理的回液裸露，导致空气相对湿度偏高，植株易感染霜霉病且不易控制。

2.8 不同栽培槽处理的成本效益分析

由表8可知，处理1的总投入比CK高2.4%，主要是因为其栽培槽投入、人工投入均比CK高；但处理1的总效益和产投比均大于CK，说明拼插式自回水基质栽培槽的经济效益高于CK。

3 结论与讨论

3.1 拼插式自回水基质栽培槽应用效果良好

3.1.1 回液回流顺畅

在基质栽培中，一般为栽培畦设置一定的地面坡度（0.246°），便于回液的收集，避免基质中营养液积存而导致沤根。通过2种栽培模式的基质相对含水量与回液室（槽）的定期监测情况来看，拼插式自回水基质栽培槽的基质相对含水量低于折叠基质栽培槽+底托回水处理，且回液室内无积存营养液，未发现基质下漏、根系扎进回流室等情况，说明回液能够顺畅地流入回液池内；而折叠基质栽培槽+底托回水处理的基质相对含水量偏高，可能是由于排水孔贴近底托不易渗水以及底托回液回流不畅而导致营养液积存于基质中。

表5 不同栽培槽处理的根系干鲜质量与根际CO2浓度

表6 不同栽培槽处理的黄瓜产量及水肥利用效率

表7 不同栽培槽处理的黄瓜白粉病和霜霉病发病情况

表8 不同栽培槽处理的成本效益分析

3.1.2 降低了棚室空气相对湿度

在基质栽培中，为了减缓栽培基质盐分的累积和保障营养元素的均衡，部分灌溉液从基质中渗漏后形成回液，并收集后重复利用。在实际生产中，多数基质栽培模式的回液均呈开放式暴露在空气中，从而导致棚室湿度过大。本试验的拼插式自回水基质栽培槽设计亮点在于采用营养液封闭回流方式，试验结果表明：该设计达到了预期效果，与CK相比，空气相对湿度的降幅可达9.81%。

3.1.3 缓解了基质理化性状的恶化

容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度和大小孔隙比等指标是衡量基质物理性状的重要指标。本试验中，新椰糠基质应用70 d以后，其物理性质发生了一定变化，但总体上拼插式自回水基质栽培槽的基质理化性状优于CK，通气孔隙度和大小孔隙比是CK的1.3倍，缓解了栽培基质物理性质的恶化。

从基质化学性质的测定结果来看，基质使用前后的pH值变化不大，但由于应用过程中营养液的持续供给，导致基质EC值有所升高，所以在生产中要注意定期灌水，进行盐分清洗，以避免EC值过高而造成盐渍伤害[7]；拼插式自回水基质栽培槽的EC值和pH值均高于折叠基质栽培槽+底托回水处理，这可能是由于拼插式自回水基质栽培槽的上口水分蒸发面积大于折叠基质栽培槽所致。

3.1.4 促进了植株的生长发育和产量形成

拼插式自回水基质栽培槽的多余营养液能够顺畅回流，使基质保持适宜的相对湿度，同时根系通气装置改善了根际气体环境，促进了植株的生长发育和产量的形成。相比CK，拼插式自回水基质栽培槽的植株根系干鲜质量分别提高了18.6%和4.4%，株高、茎粗和叶片量的日均生长量分别提高了3.28%、27.27%和50.00%，产量增加了25.9%，水、肥生产效率分别提高了26.1%和26.0%。

3.1.5 经济效益良好

与CK相比较，拼插式自回水基质栽培槽的总投入较高，但是其相应的总效益和产投比也较高，分别比CK高25.9%和23.0%；因此，拼插式自回水基质栽培槽的经济效益符合生产要求，适宜在塑料大棚蔬菜无土栽培中应用。

3.2 拼插式自回水基质栽培槽存在问题及改进措施

试验中发现拼插式自回水基质栽培槽存在一些问题需要改进与完善。一方面，拼插式自回水基质栽培槽上口面积较大，水分蒸发面积较大，容易导致夜间湿度大，为了有效控制棚室空气相对湿度，宜进行覆盖栽培；另一方面，槽体材质为聚苯乙烯泡沫板，强度较低，遇重力拉抻时容易导致槽体两侧变形，可增添固定绳来固定槽体两侧或采用聚氯乙烯作为槽体材质，以增加槽体的支撑力。

参考文献

[1]刘慧超,庞荣丽,辛保平,等.蔬菜无土栽培研究进展[J].现代农业科技,2009(1):34-35,37.

[2]汪兴汉.无土栽培的基本形式与装置(二)[J].江苏农业科学,1989(9):33-35.

[3]汪晓云.新型无土栽培模式系列谈(一):无土栽培技术的现状及存在问题[J].农业工程技术(温室园艺),2013(1):50,52,54.

[4]连兆煌,李式军.无土栽培原理与技术[M].北京:中国农业出版社,1994.

[5]李式军,高祖明.现代无土栽培技术[M].北京:北京农业大学出版社,1988:25-26.

[6]CHAVEZ W,DI BENEDETTO A,CIVEIRA G,et al.Alternative soilless media for growing Petunia×hybrida and Impatiens wallerana: physical behavior,effect of fertilization and nitrate losses[J]. Bioresource Technology,2008,99(17):8082-8087.

[7]郭世荣.无土栽培学[M].北京:中国农业出版社,2003.蔬