叶用莴苣层架式栽培基质厚度的环境效应分析

赵永华 温祥珍李亚灵 许玉坤

（山西农业大学园艺学院，山西太谷 030801）

随着人口的增加和城镇化进程的加快，农业生产用地日益减少，对单位面积的蔬菜产量要求越来越高，立体栽培可以提高单位面积的产量，已成为提高温室空间利用率、产量、经济效益的有效手段之一（李式军和郭世荣，2010；王正 等，2016）。目前，植物工厂由于建造成本、运行成本和设备成本（补光、用电、营养液栽培）高等问题（毕研飞等，2017；张宇和肖玉兰，2017），普遍不盈利。利用现有设施开展叶菜类蔬菜立体栽培，特别是基质栽培，不仅能够提高设施土地利用率和蔬菜产量，而且能够有效降低建设成本和运行维护成本，已在花卉和部分叶菜类蔬菜种植上得到了应用和推广。

立体栽培模式选用栽培基质时既要考虑栽培架的承重能力，还要顾及作物根系环境的稳定性。基质太厚，对立体栽培架的承重要求增高，进行工厂化生产的设备成本、基质成本、管理成本都会增加；基质太薄，则作物根系环境稳定性差，养护成本高（Boivin et al.，2001；王晓红和谢修鸿，2012；秦秋婕 等，2016）。本试验以意大利生菜为试材，设置3种基质厚度（6、10、14 cm），研究不同基质厚度对叶用莴苣根系环境、产量及品质的影响，以期为叶用莴苣层架式栽培基质选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2018年在山西农业大学设施农业工程研究所的非对称三连栋温室内进行，分别于春、夏季（3月10日至5月15日、7月18至9月11日）种植了2茬。供试叶用莴苣品种为意大利生菜，购于山西省太谷县种子商店。栽培基质是由中国农业科学院蔬菜花卉研究所研制的育苗基质与腐熟羊粪以3V∶2V混合而成，其基本理化性质为：容重0.25 g·cm-3，孔隙度76.63%，pH值7.5，EC值2.48 mS·cm-1，速效氮含量355.33 mg·kg-1，速效磷1 192.58 mg·kg-1，速效钾759.26 mg·kg-1。

设置3个基质厚度水平：6、10、14 cm，采用随机区组设计，3次重复。两次试验分别于3月10日、7月18日进行播种育苗，待幼苗四叶一心时（4月6日、8月3日）移栽到蔬菜周转箱（长×宽×高=44 cm×30 cm×25 cm）中。第1次试验每箱8株，每处理3箱；第2次试验每箱5株，每处理3箱。视基质含水量与天气情况，每天浇1～2次清水。栽培前测定基质理化性状；生长期间定期测量各处理的根系温度和基质含水量；春季试验定植10 d后每处理随机选择9株进行标记，每隔7 d测定1次叶长、叶宽、叶片数等生长指标，共测5次；采收后（5月15日、9月11日）每处理选取成熟度一致的植株5株，测定单株鲜质量、干质量；夏季试验采收后每处理选取成熟度一致的植株3株，测定叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物、VC、硝酸盐含量。

1.2 项目测定

根系温度和基质含水量分别采用多路温度仪和YM-01智能多点土壤湿度仪测量，每箱在中心位置设置1个测点，每处理测量2箱；探头插入基质层5 cm深处，每隔30 min记录1次。

基质容重、总孔隙度、pH、EC的测定参照《无土栽培学》（郭世荣，2003）；速效N含量测定采用碱解氮扩散法，速效P含量测定采用铝锑抗比色法，速效K含量测定采用火焰光度法（鲍士旦，2000）。

叶用莴苣植株叶长、叶宽，采用卷尺测量最大叶的长和宽；叶片数，叶长≥2 cm的叶片数量；叶面积，用最大叶片的长×宽来表示（聂书明和杜中平，2012）；单株鲜质量及干质量，先用电子天秤称量单株鲜质量，然后在通风干燥箱中105℃杀青20 min、75 ℃下烘至恒重，再用电子天平称量单株干质量；叶绿素含量，采用乙醇提取法测定（李合生，2000）；硝酸盐含量，采用水杨酸浓硫酸比色法测定（李合生，2000）；可溶性蛋白含量，采用考马斯G-250染色法测定（高俊凤，2005）；可溶性糖含量，采用蒽酮比色法测定（高俊凤，2005）；可溶性固形物含量，采用手持折光仪测定（李小方和张志良，2016）；VC含量，采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定（李小方和张志良，2016）。

1.3 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2007软件和SPSS 13.0统计分析软件进行作图和数据分析。运用隶属函数法（张鹏航 等，2016）对各项品质指标进行分析，从而评价不同基质厚度栽培的叶用莴苣综合品质，计算公式为：

式中，Xi表示第i个营养指标的数值，U（Xi）为计算得出的该指标的隶属函数值。将不同处理下的叶用莴苣的各项品质指标的隶属函数值求和，计算平均值，该值即为叶用莴苣的综合品质评价值，数值越大，表示综合品质越好。

2 结果与分析

2.1 不同基质厚度对根系温度的影响

从表1可以看出，春季试验（3～5月）中，不同基质厚度处理的叶用莴苣根系最低温和日均温差异均不显著，根系最高温随着基质厚度的增加而降低，14 cm处理比6 cm处理显著降低了4.21 ℃；反映在日较差上则是根系温度日较差随着基质厚度的增加而减小，而日较差越小根系温度越稳定，越有利于叶用莴苣生长，说明适宜的基质厚度能够起到稳定根系温度的作用。夏季试验（7～9月）进一步验证了该结果。

随机选取4 d典型的阴、晴天作代表，观察叶用莴苣根系温度的日变化（图1）。不同基质厚度处理的晴天根系温度日变化幅度较大，阴天变化幅度相对较小。由图1-a可见，无论是春季试验还是夏季试验，晴天6 cm处理的叶用莴苣根系温度的日较差最大，并且升温和降温都很迅速，而10 cm和14 cm处理的根系温度变化幅度相对较小。8月24日（夏季试验），6 cm处理的根系温度在14：00达到最高值33.9℃，10 cm和14 cm处理的高温时间较6 cm处理晚1 h左右，且分别降低了4.0 ℃和6.5 ℃，有效缓解了夏季的高温效应。由图1-b可见，两次试验中，阴天时根系温度日变化幅度均较小，10 cm和14 cm处理的根系最低温均高于6 cm处理，起到了一定的保温作用。

表1 不同基质厚度对叶用莴苣根系温度的影响

2.2 不同基质厚度对基质含水量的影响

随机选取4 d典型的阴、晴天作代表，观察基质含水量的日变化，每天早上8：00浇水且基质含水量控制在80%左右。由图2可见，基质越厚，基质含水量的日变化幅度越小，夏季的变化幅度明显大于春季，晴天的变化幅度明显大于阴天。在夏季晴天，基质厚度6、10、14 cm处理的基质含水量日变化范围分别为80.2%～50.5%、80.5%～59.7%、80.2%～68.5%，其中变化幅度较大的时间段是14：00～19：00，5 h内6、10、14 cm处理的基质含水量分别降低了12.7、6.8、2.1个百分点。春季晴天基质含水量的日变化趋势与夏季相同，但一天的整体变化幅度相对较小，6、10、14 cm处理的基质含水量分别降低了16.3、11.7、7.7个百分点。两次试验阴天的基质含水量日变化幅度都很小，不同基质厚度处理间差异也较小。

图1 不同基质厚度处理下叶用莴苣根系温度的日变化

图2 不同基质厚度处理下基质含水量的日变化

2.3 不同基质厚度对叶用莴苣生长和品质的影响

2.3.1 不同基质厚度对叶用莴苣生长指标的影响

由图3可见，定植后10～17 d，各处理叶用莴苣叶面积增长速率均较快，且增长速率为基质厚度14 cm＞10 cm＞6 cm；定植17～24 d，叶面积的整体增长速率变缓，可能是由于此期间叶片数增加较快造成的，增长速率为基质厚度10 cm＞14 cm＞6 cm；定植24 d后，各处理叶面积的增长速率又变快；定植38 d后，10 cm和14 cm处理的叶面积差异不大，但均显著大于6 cm处理。

由图4可见，定植17 d内，14 cm和10 cm处理的叶用莴苣叶片数增长速率基本一致，6 cm处理的叶片数增长最慢；定植17～31 d，各处理的叶片数增长速率均变快，此期间为叶用莴苣快速生长时期，14 cm和10 cm处理的叶片数仍无明显差异，6 cm处理的叶片数也快速增长，但数量仍为最少的；定植38 d后，14 cm和10 cm处理的叶片数差异不大，但均明显大于6 cm处理。

由图5可见，6 cm处理的叶用莴苣单株鲜质量和干质量均显著低于10 cm和14 cm处理，而10 cm和14 cm处理的单株鲜质量及干质量差异不大。春季试验中，10 cm和14 cm处理的单株鲜质量分别比6 cm处理显著增加了45.4%、47.8%，达到了100.3 g和102.0 g，且两处理间差异不显著；10 cm和14 cm处理的单株干质量差异亦不显著，分别比6 cm处理显著增加了20.7%、20.2%；夏季试验与春季试验结果基本一致，10 cm和14 cm处理的单株鲜质量分别比6 cm处理显著增加了42.1%、48.7%，单株干质量分别显著增加了30.8%、31.9%。

图3 不同基质厚度对叶用莴苣叶面积的影响

图4 不同基质厚度对叶用莴苣叶片数的影响

图5 不同基质厚度对叶用莴苣单株鲜质量和干质量的影响

2.3.2 不同基质厚度对叶用莴苣叶绿素含量及品质的影响 从表2可以看出，10 cm处理的叶用莴苣叶绿素含量显著高于其他两个处理。叶用莴苣各品质指标在不同基质厚度处理下的变化趋势并不一致，10 cm处理的可溶性蛋白含量和可溶性固形物含量最高，14 cm处理的可溶性糖含量和VC含量最高，硝酸盐含量最低。采用隶属函数法对叶用莴苣的品质进行综合分析，结果显示14 cm处理的隶属函数值最高，说明该处理的叶用莴苣综合品质最好，10 cm处理的隶属函数值略低，但与14 cm处理的极为接近。

表2 不同基质厚度对叶用莴苣叶绿素含量及品质指标的影响

3 结论与讨论

本试验结果表明，基质越厚，叶用莴苣根系温度和基质含水量的变化相对趋缓，能够缓解外界环境变化对根系环境变化带来的影响，这与卢珊珊（2016）的研究结果一致。叶用莴苣适宜生长的温度范围为15～25 ℃，一旦根际温度过高或过低，根系生长就会受到抑制，进而导致产量和品质下降（连兆煌，1994；陈艳丽，2014）。春季试验中根系最低温度和夏季试验中根系最高温度均不在叶用莴苣适宜生长的温度范围内，但是春季试验中10 cm和14 cm基质厚度的保温性能较好，最低温度比6 cm处理提高1.5 ℃左右；夏季试验中10 cm和14 cm基质厚度的降温效果明显，比6 cm处理降低5 ℃左右，可以缓解夏季高温对植物生长的伤害。根系温度波动较大会引起生理功能的失调，影响根系的吸收能力，进而影响植株的生长，夏季土壤升温过高过快和地温不稳定都会对根系产生伤害（Gent &Ma，2000；陈艳丽，2014）。本试验中，10 cm和14 cm基质厚度下根际温度日较差较小，保证了叶用莴苣处于相对适宜稳定的根际环境中。基质层越厚，基质含水量日变化越小，说明基质的保水性越好，在夏季高温以及相对粗放的管理模式下更不容易受到干旱胁迫。李淑英（2015）研究表明，基质越厚水分入渗阻力越大，基质厚度达到9 cm时对水分的渗透存在一定的阻水性和保水性，本试验得出10 cm与14 cm厚度下基质的保水性强，与其结果一致。

本试验中，不同基质厚度对叶用莴苣的生长指标和品质指标均有影响，10 cm和14 cm处理的叶面积、叶片数均优于6 cm处理，单株鲜质量、干质量及可溶性蛋白、可溶性固形物、VC含量也显著高于6 cm处理，这与陈艳丽（2014）的试验结果基本一致。而10 cm和14 cm处理的叶用莴苣生长指标和品质指标随基质厚度变化的趋势变缓，说明基质厚度与叶用莴苣的生长情况并不是线性关系，即基质厚度对叶用莴苣的生长促进作用在达到一定程度后差异不再显著。

综上所述，本试验条件下较厚的基质有利于叶用莴苣根系环境的稳定，从而促进其生长，但当基质厚度达到10 cm以上时，这种促进作用开始变的不显著。结合栽培架的承重和成本投入考虑，认为10 cm厚育苗基质与羊粪（3V∶2V）的复混基质适用于叶用莴苣层架式栽培。本试验采用人工灌溉方式，无法实现对基质含水量的连续精确控制，对叶用莴苣的生长过程可能造成一些影响，需进一步进行探究。另外，前人的研究多针对基质配方，关于叶用莴苣在不同基质配方、不同基质厚度上的适应性，未来可进一步试验研究。