基于基质配比的潮汐式育苗水肥吸持规律研究

康艺凡，高欣娜，黄 媛，武 猛，杜亚茹，杨英茹

（石家庄市农业信息感知与智能控制重点实验室·石家庄市农业信息化工程技术研究中心·河北省都市农业技术创新中心·石家庄市农林科学研究院 石家庄 050041）

潮汐灌溉是一种由栽培床底部供水、借助栽培基质的毛细管作用将水肥供给植物吸收的灌溉方式，与顶部喷淋灌溉相比，具有提高水肥利用率、降低病害发生率、加快作物生长等优点[1]。

在蔬菜育苗过程中，水肥管理是影响幼苗生长发育的重要因素。前人研究表明，在保证种苗需水量条件下，适宜的浸泡时间、较低的基质含水量能保证较为充足的氧气含量，有助于提高根系的代谢活力[2-3]。李倩等[4-5]研究表明，1、2 cm 供液高度可实现适度的亏缺灌溉，穴盘地上部生长受到抑制，不易发生徒长，且可提供良好的基质透气环境，较3 cm 的供液高度能有效地保障根系活力。王正[6]研究表明，黄瓜最适供液方案为供液维持13～18 min，间隔时间319～401 min；番茄最适供液方案为供液维持13～16 min，间隔319～371 min。因此，基于潮汐式灌溉条件，对灌溉高度、灌水时间等蔬菜潮汐式育苗关键因素开展研究具有必要性。

基质的理化性质是影响潮汐式灌溉水分吸收速率、养分吸持量、养分分布和移动的重要因素。大量学者对育苗基质进行研究表明，不同的蔬菜作物的最适基质配比受作物生长习性、外界环境等多种因素影响[6-9]。育苗基质一般由亲水物质和疏水物质组成，且基质组成物质的吸水性与保水性成反比，因此现行的育苗基质一般为多种材料复合而成[10]。Huyen 研究表明，用于辣椒和番茄潮汐式育苗的基质配比为V草炭∶V珍珠岩∶V蛭石=1∶1∶1，用于西瓜、甜瓜等蔬菜作物潮汐式育苗的基质配比为V草炭∶V珍珠岩=4∶1[11]。

前人对潮汐式灌溉技术的研究多以单一基质配比为研究对象，忽略了基质本身对水肥吸持规律的影响，为此，笔者结合实际生产条件，探究了几种常用基质配比在潮汐式灌溉育苗过程中的水分和养分吸持规律，对精准施肥和精准灌溉决策，进而培育健壮种苗具有重要科学意义，同时为蔬菜潮汐灌溉育苗技术的推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料选择大果型番茄普罗旺斯[圣尼斯种子（北京）有限公司]，该品种为无限生长型，产量高、品质好、抗逆性强。育苗基质由草炭、珍珠岩、蛭石混合而成，基质原料均购自河北高泽（农林）科技有限公司，营养液采用海法宝利丰复合肥（N、P2O5、K2O 质量比为19∶19∶19+ME）600 倍液，可溶性盐浓度（EC 值）为2 mS·cm-1，育苗穴盘采用72 孔穴盘（长×宽×高为53 cm×27 cm×5 cm，40 cm3/穴），购自河北欣欣塑业。

试验在简易苗床进行，苗床设置5 个营养液槽，每个营养液槽长、宽、高分别是100、80、10 cm，灌溉高度设1、2、3 cm 共3 个处理。

1.2 方法

试验于2021 年10 月至2022 年1 月在石家庄市农林科学研究院智慧农业研究中心实验室及院内日光温室进行。种苗生长试验依据基质配比设置6 个处理，每个处理设置3 次重复，每个穴盘为1个重复，共计18 盘，随机区组设计。在每个试验穴盘中随机取样20 株进行生长指标测定。

1.2.1 基质配比 通过对石家庄地区育苗场常用基质配比调研及查阅文献[12-14]，确定6 种试验基质配比（表1）。

表1 试验基质配比

1.2.2 基质理化性质 基质容重、孔隙度、EC 值、氢离子浓度指数（pH）按NY/T 2118－2012《蔬菜育苗基质》[15]规定的方法测定。依据行业标准，蔬菜育苗基质的理化指标应符合容重0.20～0.60 g·cm-3，pH5.5～7.5，EC 值0.10～0.20 mS·cm-1，总孔隙度＞60%。基质理化性质测定结果显示，试验所用基质配比pH 为6.42～7.24。EC 值为0.10～0.17 mS·cm-1，总孔隙度为64.17%～74.37%。试验设计6 种基质理化性质均在蔬菜育苗基质标准范围内，符合筛选最优育苗基质的标准[15]（表2）。

表2 基质理化性质测定结果

1.2.3 种苗生长指标测定及评价 种苗生长至4

叶1 心时，用直尺测量幼苗基部到生长点的距离作为株高；用游标卡尺测量子叶节下方1 cm 处直径作为茎粗；用称质量法测量幼苗地上部、地下部的干物质质量；用排水法测量根系体积；根冠比及壮苗指数计算方法如下。

根冠比=地下部干质量/地上部干质量；（1）

于种苗生长至4 叶1 心时采用植物营养测定仪（YSN-4N）测定第二片真叶的叶绿素值及氮值；取测试苗自60 cm 高度自然下落，收集散坨后称质量，散坨质量与原坨质量比为散坨率，小于80%为不合格，大于等于80%为合格；

基于熵值法[16-17]进行TOPSIS 评价：为消除数据之间的量纲差异，将数据进行归一化处理，用熵权法计算权重值。首先计算第j个指标中，第i个样本标志值得比重：

TOPSIS 是在加权规范化决策矩阵的基础上拟定理想方案和负理想方案并确定每个方案距离的距离最后根据相对距离确定方案的优劣。具体步骤如下：

构造规范化决策矩阵：

确定理想方案和负理想方案：理想方案由各指标中的最佳属性值构成而负理想方案由各指标中的最劣属性值构成。

根据相对接近度Ci排序，Ci的值越大表示相应方案的相对优势越大。

1.2.4 水分吸持规律研究 配制相对含水量为20%的基质，填装基质，紧实度保持一致，称量穴盘和基质的总质量（W1），置于简易潮汐式苗床。第一分钟每隔20 s 取出1 盘，之后每隔1 min 取出1 穴盘，共计时15 min，取出后穴盘控水15 min，称量每盘的质量（W2），每1 min 为1 个处理，每处理3 次重复。灌水高度设为2、3 cm，重复进行以上试验。水分吸收速率计算公式如下：

配制相对含水量为20%的基质，填装基质，紧实度保持一致，置于简易潮汐式苗床充分吸水24 h以上，取出后穴盘控水15 min，称量每盘的质量（W3），将充分吸水的基质进行自然风干，风干后称量穴盘和干基质的总质量（W4），每处理3 次重复。灌水高度设为2、3 cm，重复进行以上试验。基质最大水分吸收量计算公式如下：

1.2.5 EC值吸持规律测定 取灌水高度为3 cm、灌溉时间为8 min 的基质烘干后进行测定。将待测基质400 mL 装入容积为500 mL 的玻璃培养瓶，注入250 mL 的水，置于摇床上37 ℃，220 r·min-1震荡1 h后过滤，采用DDBJ-350 型便携式电导率仪对滤出液EC 值进行测定，试验设置3 次重复。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 软件进行试验数据整理及图表绘制，采用IBM SPSS Statistics 23 进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同基质配比对番茄苗的影响

由表3 可以看出，不同基质配比对番茄苗的株高、茎粗、根体积和根冠比均有一定影响，其中配比1、配比3 和配比6 的株高均显著高于其他配比；配比3 的茎粗与配比1 无显著差异，但显著高于其他配比；配比1 的根体积与配比5 无显著差异，但显著高于其他配比；配比4 的根冠比与配比5 的无显著差异，但显著高于其他配比。其他性状以配比1叶绿素含量及氮值最高，分别为38.38 及12.06 mg·kg-1，配比2 的壮苗指数最高，为3.04。6种基质配比所育种苗出苗率均在90%以上，皆满足子叶完整、叶色正常、根系嫩白密集、根毛浓密、无机械性损伤、无病虫、无散坨等成苗要求。通过熵权法进行赋权，权重系数最高的为C3（根体积）49.10%，其次是C1（株高）权重系数34.70%（表4）。基于权重系数利用TOPSIS 评价法进行排序，最终的评价结果为配比1＞配比5＞配比3＞配比6＞配比4＞配比2（表5），结果显示配比1 为最优方案，即V草炭∶V珍珠岩∶V蛭石=1∶1∶1。

表3 不同基质配比所育种苗性状调查

表4 熵值法计算权重结果

表5 基于熵值法TOPSIS 评价计算结果

2.2 基质配比及灌水高度对水分吸收量的影响

由图1 可知，基质的最大水分吸收量受灌水高度影响，当灌水高度为1 cm 时，6 个基质配比的最大水分吸收量均显著低于灌水高度为2、3 cm 时的最大水分吸收量；各配比灌水高度为2、3 cm 时，基质最大水分吸收量差异不显著，表明当灌水高度为2、3 cm 时，设定合理的灌溉时间可使基质达到最大水分吸收量。

由表6 可以看出，就基质配比而言，配比1 的最大水分吸收量为629.26 g，显著高于除配比6 外的其他配比；最大水分吸收量较低的为配比2、配比3 和配比4，其中配比4 的最大水分吸收量最低，为573.84 g。将草炭含量相等的基质配比进行比较，配比3 的最大水分吸收量高于配比4，配比6 的最大水分吸收量高于配比5，这表明当草炭含量一定时蛭石含量高的基质最大水分吸收量较高，因此，在实际生产中若想增加基质水分吸收量，可适当增加蛭石含量。

表6 不同配比基质最大吸水量

表7 灌水高度为1 cm 时基质水分吸收速率（g·s-1）

2.3 基质配比及灌水高度对水分吸收速率的影响

前2 min 的水分吸收速率显著高于后3 min 的水分吸收速率，配比3 和配比6 前1 min 的水分吸收速率显著高于后4 min 的水分吸收速率，配比4 和配比5 前40 s 的水分吸收速率显著高于后期的水分吸收速率。当灌溉高度为2 cm 时，配比1、配比3、配比4 和配比6 前40 s 的水分吸收速率显著高于后期的水分吸收速率，配比2 和配比5 前40 s 的水分吸收速率显著高于吸水2 min 后的水分吸收速率；当灌溉高度为3 cm 时，配比1、配比2、配比5和配比6 前40 s 的水分吸收速率显著高于后期的水分吸收速率。

依据各基质配比水分吸收速率差异显著性分析结果，选取各配比灌水1 min 内的水分吸收速率进行研究.结果表明，当灌水高度为1 cm 时，1～6配比的水分吸收速率依次为3.48、2.63、2.52、2.45、1.55、2.36 g·s-1，表现为配比1>配比2>配比3>配比4>配比6>配比5；当灌水高度为2 cm 时，6 个配比的平均水分吸收速率分别为6.27、5.18、4.88、4.84、5.41、5.61 g·s-1，表现为配比1>配比6>配比5>配比2>配比3>配比4；当灌水高度为3 cm 时，6 个配比的平均水分吸收速率与灌水高度为2 cm 时一致，且水分吸收速率均大于7.0 g·s-1。

表8 灌水高度为2 cm 时基质水分吸收速率（g·s-1）

表9 灌水高度为3 cm 时基质水分吸收速率（g·s-1）

2.4 基质配比对基质EC值的影响

基质理化性质测定结果显示，6 种基质配比初始EC 值无显著差异，6 种基质进行EC 值吸持规律测定结果表明，当基质充分吸水后，配比6 的EC 值最高，为1.17 mS·cm-1，孔隙度为74.37%；配比1 的EC 值最低为0.88 mS·cm-1，孔隙度为64.17%。EC值与基质孔隙度成正比，回归方程为y=24.067x-629.587（R2=0.902）（图2）。

图2 基质孔隙度与EC 值相关关系

3 讨论与结论

在蔬菜育苗的过程中，水肥管理是影响幼苗生长发育的重要因素[18-19]。潮汐式灌溉依靠基质借助毛细管作用进行水肥吸收，因此，灌溉高度是影响水肥吸收的重要因素[20-21]，在笔者的试验中，当供液高度为1 cm 时，穴盘底孔所受压力较小，各基质配比均未达到基质最大水分吸收量，且基质水分吸收速率较低。前人研究表明，较低的供液高度导致基质水分欠缺不利于植物生长[4-5]。灌溉高度增加时，穴盘底孔周围受到水分压力增大，基质水分吸收速率随之增高，当供液高度为2 cm 和3 cm 时，各基质配比可达到基质的最大水分吸收量，同时水分吸收速率随之增高，但当供液高度为3 cm 时，水分吸收速率过高，无法实现对基质含水量的精准控制。同时前人研究表明，较高的供液高度易造成基质水肥饱和，从而影响根系呼吸和矿质元素的吸收[19]。因此，为保证基质充足的吸水量及适宜可控的水分吸收速率，在实际生产中推荐供液高度为2 cm。

育苗基质是穴盘育苗中的一个重要组成部分，基质的理化性质能够影响水肥的吸收速率、养分分布和转移[5]。笔者通过实地调研及文献查阅所得多种基质配比进行水分吸持试验。结果表明，在潮汐育苗过程中，蛭石的含量与基质最大水分吸收量成正比，这与基质本身的理化性质有关。育苗基质一般由亲水物质和疏水物质组成，蛭石、珍珠岩等为亲水物质。前人研究表明，蛭石可以吸收自质量2.5 倍的水，草炭等为疏水物质，吸水性较差[10]。因此，在实际生产中若想增加基质水分吸收量，可适当提高基质中的蛭石含量。笔者试验中配比1 蛭石含量最高，同时番茄种苗生长试验结果表明，配 比1 即V草炭∶V珍珠岩∶V蛭石=1∶1∶1 基于熵值法TOPSIS 评价排名最高，最适宜番茄种苗生长，因此，在当前试验条件下配比1 是番茄育苗基质的最优选择。

在潮汐式育苗中，营养液依靠毛细管作用进入基质，完成种苗的水肥供应，由于这种灌溉方式，基质的理化性质成为影响养分吸持量的重要因素[25]。该试验中，6 个配比的基质孔隙度为64.17%～74.37%，符合行业标准，且均有较好的吸肥效果，同时，笔者研究发现基质孔隙度与基质吸肥能力呈正相关关系，回归方程为y=24.067x-629.587（R2=0.902），因此实际生产中可在保证基质持水性、通气性的基础上调整基质孔隙度，提高其吸肥保肥能力。

综上，灌水高度是影响基质最大水分吸收量和水分吸收速率的重要因素，灌水高度为2 cm 可保证充足的含水量及可控的水分吸收速率，在潮汐式育苗实际生产中应选择2 cm 为供液高度；对于不同配比而言，蛭石是影响水分吸收的关键因素，增加蛭石含量可提高基质的最大水分吸收量以及水分吸收速率，在番茄潮汐式育苗推荐基质配比为V草炭∶V珍珠岩∶V蛭石=1∶1∶1。