不同黄沙栽培模式对温室番茄根际温度的影响

严宗山,杨世梅,李彦荣,王 蕾,张想平,陈 亮,王翠丽,张自强

(甘肃省农业工程技术研究院，甘肃 武威 733006)

河西走廊是甘肃省设施蔬菜的主产区，受品种布局、种植经验、产业集中度等因素影响，设施蔬菜重茬现象较为普遍，土壤连作障碍严重，病虫防治难度加大，产品质量无法保证，制约了产业发展[1-2]。基质栽培是解决土传性病害的有效手段[3]。目前，栽培基质多采用草炭和岩棉，易造成资源浪费、环境污染[4]。有机生态基质有效利用了废弃资源，但也需要定期更换或消毒，成本偏高[5]。黄沙携带病源少、透气性好、成本低廉，作为栽培基质可以预防土传病害，其结合水肥一体化技术在番茄、辣椒等高产栽培中取得较好效果[6-7]。河西走廊黄沙资源丰富，充分利用河西地区黄沙资源，对发展戈壁农业具有重要意义。

根际温度是农田作物管理和气象气候变化研究的重要物理参量之一[8]，根际温度有别于棚温，提高根际温度是设施蔬菜高产优质栽培的关键措施，提高1 ℃根际温度相当于增加2 ℃气温[9]。WALKER[10]认为，植物生长发育受根际温度影响较大，根际温度变化1 ℃能引起植物生长明显变化。根际温度低于12 ℃影响植物根系活性[11]，增加根际温度能够促进养分吸收，提高产量[12]。冯玉龙等[13]研究结果显示，适宜的根际温度能够提高植株光合速率，促进叶片生长、生物量积累和矿质元素吸收。任志雨[14]认为，增加根际温度可以提高番茄光合特性和产量。前人[15-17]有关根际温度的研究大多集中于土壤和蛭石等基质栽培，针对黄沙栽培根际温度的研究较少。因此，研究黄沙栽培模式下根际温度变化对黄沙栽培模式推广意义重大。鉴于此，以不同黄沙栽培模式为研究对象，探究不同栽培模式下番茄根际温度变化，以期为黄沙栽培模式创新和种植技术改进提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验条件及材料

试验于2018年4—10月在甘肃省农业工程技术研究院试验基地日光温室内进行，该区位于东经101°59′～103°23′，北纬37°23′～38°12′，具有干旱少雨、日照充足、昼夜温差大的特点，年平均降水量100 mm，年平均温度7.7 ℃，无霜期150 d左右。

供试番茄品种：爱吉155。

1.2 试验设计

试验设置3种不同类型的黄沙栽培模式，分别为黄沙调温栽培(T1)、黄沙地下槽式栽培(T2)和黄沙地上槽式栽培(T3)，以平地土壤栽培(CK)为对照。每种模式面积为60 m2，包含5个种植槽，每个种植槽种植2行番茄，株距为40 cm。槽面铺设地膜，槽内黄沙为风积沙，pH值7.0左右。

在番茄根际深10、20、30 cm处分别埋入2027型温度智能SD卡测试记录仪探头记录根际温度；另在温室内设置3个测量点，悬挂温度记录仪探头，用来测量空气温度，悬挂高度为2 m；温度测定均设置为每隔1 h自动记录1次。

黄沙调温栽培(T1处理，图1)：走道宽60 cm，走道之间挖宽60 cm、深40 cm的U型槽，内覆塑料膜隔绝土壤，槽底平放直径12 cm的PVC圆管作为调温通气道，圆管侧面每隔20 cm开孔，孔径5 cm，孔外裹阻沙网，防止细沙进入调温通气道，PVC圆管北端弯管向上伸出地面接轴式风扇，南端弯头向下接排水道，槽内装满风积沙。调温通气道可传导温度、气体交换和导出余水，排水道收集和排出余水，防止沤根。轴式风扇按设定温度自动启闭运行，将热风鼓入调温通气道。

黄沙地下槽式栽培(T2处理，图2)：走道宽60 cm，走道之间挖宽60 cm、深40 cm的U型槽，内覆塑料膜隔绝土壤，槽内装满风积沙。

黄沙地上槽式栽培(T3处理，图3)：走道宽60 cm，走道之间用砖块码出畦面宽60 cm、高40 cm的槽，底部铺设塑料膜，槽内装满风积沙。

平地土壤栽培(CK)：走道宽60 cm，走道之间种植带宽60 cm，常规土壤种植。

1.3 数据处理

试验选用2018年5—8月每月3日、13日、23日12 d内0：00—24：00同一时刻温室气温及不同深度根际温度平均值进行分析，数据采用 Excel 2007软件处理。

2 结果与分析

2.1 番茄不同栽培模式气温日变化

由图4可知，温室气温变化规律呈降低后升高再降低趋势，6:00气温最低，15:00气温达到全天温度峰值，23:00—6:00气温较低，变化平缓，6:00—22:00气温变化较大。

2.2 番茄不同栽培模式根际10 cm温度变化

根际温度测量结果表明(图5)，除T1处理外，其余各处理全天各时段根际10 cm深温度均高于CK。3种黄沙栽培模式根际10 cm深温度变化趋势基本一致，8:00最低，随后温度迅速升高，16:00—17:00达到当天最高；CK全天根际温度变化较平缓，9:00最低，18:00最高。说明10 cm深黄沙栽培模式达到当天最高和最低根际温度时间早于土壤栽培。同一天不同时间段根际温度均表现为T3处理最高，T2处理次之，CK较低，T1处理最低(除13:00—19:00 T1处理略高于CK外)，T3处理、T2处理、CK和T1处理下最高根际温度依次为30.80、27.70、24.10、24.69 ℃，最低根际温度依次为24.44、22.07、21.16、19.13 ℃，日较差依次为6.36、5.63、2.94、5.56 ℃，不同黄沙栽培模式根际温度较对照高-2.03～6.70 ℃(表1)。

表1 番茄不同栽培模式不同深度根际温度变化Tab.1 Changes of rhizosphere temperature in different

2.3 番茄不同栽培模式根际20 cm温度变化

如图6所示，一天不同时间段根际20 cm深温度表现为T3处理最高，T1处理次之，T2处理较低，CK最低。T1处理根际温度于9:00降至最低值，随后温度迅速上升，18:00达到最高值；其余3种栽培模式根际温度变化趋势基本一致，在9:00温度最低，随后逐渐上升，于19:00达到最高值。T3处理、T1处理、T2处理和CK最低温分别为24.93、23.13、22.81、21.43 ℃，最高温分别为29.29、27.39、25.51、23.76 ℃，日较差分别为4.36、4.26、2.70、2.33 ℃，不同黄沙栽培模式根际温度较对照高1.39～5.53 ℃(表1)。

2.4 番茄不同栽培模式根际30 cm温度变化

由图7可见，同一天不同时间段根际30 cm深温度为T3处理最高，CK最低，0:00—11:00 T1处理根际温度高于T2处理，11:00—24:00 T1处理低于T2处理。T2处理根际温度变化较大，于9:00温度降至最低，随后迅速升高，18:00升至最高；其他3种栽培模式根际温度变化趋势基本一致，10:00—11:00温度最低，随后逐渐升高，21:00—22:00温度达到峰值。T3处理、T2处理、T1处理和CK最低温分别为25.50、22.96、23.33、21.90 ℃，最高温分别为28.01、26.24、25.40、23.73 ℃，日较差分别为2.51、3.29、2.07、1.83 ℃，不同黄沙栽培模式根际温度较对照高1.06～4.29 ℃(表1)。

2.5 同一栽培模式下番茄根际不同深度温度变化

由图8可以看出，不同栽培模式不同深度根际温度日变化趋势均呈先降低后升高再降低趋势。CK在21:00—11:00，根际温度为30 cm>20 cm>10 cm；12:00—21:00，基本表现为10 cm>20 cm>30 cm；最低根际温度为30 cm>20 cm>10 cm，最高根际温度为10 cm>20 cm>30 cm，平均根际温度为30 cm>10 cm>20 cm，日较差为10 cm>20 cm>30 cm(表1)。T1处理10 cm根际温度明显低于20 cm和30 cm，在3:00—10:00,30 cm高于20 cm，其他时间均为20 cm大于30 cm；最低温度为30 cm>20 cm>10 cm，最高温度为20 cm>30 cm>10 cm，平均值为20 cm>30 cm>10 cm，日较差为10 cm>20 cm>30 cm。T2处理，22:00—11:00，根际温度为30 cm>20 cm>10 cm；11:00—22:00，根际温度为10 cm>20 cm>30 cm；最低温度为30 cm>20 cm>10 cm，最高温度为10 cm>20 cm>30 cm，平均值为10 cm>20 cm>30 cm，日较差为10 cm>20 cm>30 cm。T3处理，22:00—10:00，根际温度为30 cm>20 cm>10 cm；10:00—22:00，根际温度基本表现为10 cm>30 cm>20 cm；最低温度为30 cm>20 cm>10 cm，最高温度为10 cm>30 cm>20 cm，平均值为10 cm>20 cm>30 cm，日较差为10 cm>30 cm>20 cm。不同深度日平均温度：T3处理为27 ℃左右，T1和T2处理为25 ℃左右，CK为22 ℃左右。

3 结论与讨论

根际温度是保证作物正常生长的重要因素之一[18]，对作物地上部生长、果实膨大、新生根活性、冠层光合作用和土壤养分吸收等均有影响[19-20]。根际温度对作物生长的影响高于气温[21]，其随气温变化，但滞后于气温[22]。本研究结果表明，不同处理不同深度根际温度变化趋势与气温变化规律基本一致，达到最低温和最高温的时间滞后于气温，且随着根际深度增加达到极值的时间推迟，与张俊鹏等[23]研究结果一致。10 cm深根际温度为黄沙地上槽式栽培最高，依次为黄沙地下槽式栽培、土壤栽培、黄沙调温栽培，日较差分别为6.36、5.63、2.94、5.56 ℃，不同黄沙栽培模式根际温度较对照高-2.03～6.70 ℃，3种黄沙栽培模式达到当天最高和最低根际温度时间早于土壤，说明黄沙浅层根际温度对气温变化的灵敏性高于土壤；20 cm深根际温度为黄沙地上槽式栽培最高，黄沙调温栽培次之，黄沙地下槽式栽培较低，土壤栽培最低，日较差分别为4.36、4.26、2.70、2.33 ℃，不同黄沙栽培模式根际温度较对照高1.39～5.53 ℃；30 cm深根际温度为黄沙地上槽式栽培最高，对照最低，日较差为1.83～3.29 ℃，不同黄沙栽培模式根际温度较对照高1.06～4.29 ℃。由此可知，除10 cm深黄沙调温栽培外，其他黄沙栽培模式不同深度根际温度均高于对照，可能由于黄沙表面较土壤疏松，反射率小、根际温度增幅大、往下传递的热量多，热量到达的深度深[24]。3种黄沙栽培模式日较差均高于对照，邱译萱[25]认为，日均温为25 ℃时，6 ℃昼夜温差更能促进番茄株高和茎粗增加，其营养物质含量最高，单果质量也高于12 ℃和0 ℃温差[26]。本研究结果显示，黄沙处理10 cm根际温差为6 ℃左右，20 cm和30 cm根际温差也高于土壤栽培，推测黄沙栽培模式更有利于番茄生长。黄沙地上槽式栽培根际10～30 cm深温度均高于其他模式，与地上栽培槽直接裸露于空气中受热升温更快有关，但过高根际温度不利于植物生长，因此，黄沙地上槽式栽培对植株生长的影响有待进一步研究。

温室番茄主要根系层分布在0～30 cm[27]。本研究中，通过对番茄10～30 cm深根际温度进行分析发现，根际温度日变化规律呈先降低后升高再降低趋势，其中,3:00—10:00较低，此时间段土壤栽培、黄沙地下槽式栽培、黄沙地上槽式栽培和黄沙调温栽培模式均为30 cm>20 cm>10 cm；12:00—21:00属于一天中根际温度较高阶段，此时间段内除调温栽培模式20 cm深最高外，其余模式均为10 cm深最高。不同栽培模式日较差均为10 cm>20 cm>30 cm，说明根际温度随深度增加变动幅度减小，深层土壤由于其相对稳定的环境，具有一定的保温性[16,28]。番茄适宜生长温度为20～25 ℃，低于15 ℃不能开花或授粉不良，高于30 ℃光合作用减弱[29]。本研究结果表明，黄沙地上槽式栽培日均温为27 ℃左右，黄沙调温栽培和黄沙地下槽式栽培日均温为25 ℃左右，土壤栽培为22 ℃左右。

综上所述，3种黄沙栽培模式均有利于提高番茄根际不同深度温度，黄沙栽培模式日较差高于土壤。黄沙地上槽式栽培根际温度最高，其日均温高于25 ℃，其余2种黄沙栽培模式日均温为25 ℃左右，较适宜作物生长。因此，在实际生产中可以用黄沙作为基质进行番茄栽培，以此来解决土传性病害问题。