普通土壤栽培增施CO2和有機土栽培對日光溫室秋黃瓜產量和品質的影響

馬 俊 賀超興 閆 妍 李衍素 于賢昌

（中國農業科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

黃瓜（Cucumis sativusL.）是設施園藝的主要作物之一，約占我國設施蔬菜栽培總面積的50%。溫室黃瓜栽培生長快、產量高、效益好，深受農戶歡迎（由海霞 等，2006）。在黃瓜整個生長過程中，同化物光合作用需要消耗大量的CO2，而冬季日光溫室封閉性強，通風性差，造成嚴重的CO2虧缺，影響了黃瓜產量潛力的發揮（魏珉和邢禹賢，2001）。大量研究表明，空氣中CO2濃度達0.10%～0.15%時可以大幅提高黃瓜的光合強度，從而提高產量和改善果實品質。早在20世紀20年代，CO2施肥就在歐美、日本等地推廣應用（高素華和郭建平，1995）。20世紀70年代以來，國外設施栽培中CO2施肥得到了普遍應用，挪威有75%、荷蘭有65%的溫室施用CO2，其他如丹麥、日本、英國、美國等在溫室中施用CO2也相當普遍，研究表明溫室CO2施肥可明顯提高黃瓜、番茄產量（魏珉和邢禹賢，2001）。我國從20世紀80年代開始，隨著設施栽培的發展，CO2施肥也在黃瓜、番茄等蔬菜生產中得到了一定程度的推廣運用，并取得了一定的應用效果（高陽俊 等，2004），但相關的理論研究尚不多見。有研究表明有機土栽培基質有向日光溫室中補充CO2的效果，此栽培技術是利用腐熟秸稈、有機肥與土壤配制的蔬菜栽培系統，具有改善根區營養，促進甜椒生長的效果（賀超興 等，2004），可使溫室內CO2日最高濃度在11月和3月達1 200 μL·L-1以上，在不施CO2的情況下保證番茄的正常生長（陳雙臣 等，2004）。為了明確土壤栽培溫室增施CO2和有機土栽培對黃瓜生長的影響，本試驗研究了有機土與普通土壤栽培增施CO2的作用效果，以期為溫室增施CO2技術應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2010年8～12月在中國農業科學院蔬菜花卉研究所試驗農場日光溫室內進行。溫室東西長80 m，南北長7 m，中間由玻璃和PC 板隔成3 段，每段長約27 m，分別設置不同處理。溫室覆蓋塑料薄膜，透光率大約為58%，秋冬季覆蓋保溫被。

供試黃瓜品種為本所培育的溫室黃瓜品種中農27 號，8月23日催芽后播種于營養缽內，營養缽直徑13 cm、高13 cm，育苗基質為草炭和蛭石以2V：1V配制而成，播后覆蓋基質，常規苗期管理。于9月10日雙行定植，株距0.4 m，小行距0.5 m，大行距0.7 m，栽培密度為2 746株·（667 m2）-1。

1.2 試驗設計

試驗設3 個處理：①有機土栽培（YCK）；②普通土壤栽培，坐果期增施CO2（PCO2）；③普通土壤栽培（PCK）。每個處理30 株，5 次重復。其中有機土由腐熟玉米秸、菜田土、蚯蚓糞（2V∶1V∶1V）和少量雞糞配制而成（王林闖 等，2010）。增施CO2采用CO2鋼瓶釋放法，從坐果后的膨大期開始施用，晴天9：00 開始施用，每7 d 施2～3 次，每次釋用CO2約30 kg·hm-2，使溫室中CO2濃度達到1 000～1 200 mg·L-1（魏珉 等，2003b），其余2 個處理常規管理。所有處理采用常規肥水管理。10月進入采收期，12月底溫室最低氣溫低于10 ℃時拉秧，采收期為2個月。

1.3 項目測定

使用美國產ZT-7000 型手持便攜式CO2測定儀對不同溫室的CO2濃度進行實時測定，每隔30 min 測定1 次；同時通過旗碩基業公司農用通一體化溫室環境采集儀的農業環境遠程無線監控管理平臺連續記錄不同處理溫室環境中的CO2濃度。

使用LI-6400 便攜式光合測定儀測定植物凈光合速率等數據。在采收后期分別調查各處理的株高（莖基部到生長點的長度）、莖粗（在地面以上1 cm 處量取）；用TTC 還原法測定根系活力（劉永軍 等，2000）；采用丙酮提取法測定光合色素含量（劉永軍 等，2000）。黃瓜進入采收期后，每3 d 采收1 次，每次采收后單獨測產，最后統計小區總產量。在黃瓜采收中期選取成熟度一致的瓜條樣品送至農業部蔬菜品質監督檢測中心（北京）測定硝酸鹽含量（NY/T 1279—2007）、VC 含量（GB 61095—1986）、總糖含量（NY/T1278—2007）、粗蛋白含量（GB/T 8856—1988）等營養品質指標，可溶性固形物含量用日本ATAGO 公司生產的數字折射儀ACT-1E 測定。

1.4 數據分析

試驗數據采用DPS 軟件Duncan 新復極差法進行統計分析，采用Microsoft Excel 軟件進行作圖比較。

2 結果與分析

2.1 日光溫室CO2濃度的日變化規律

從圖1 可以看出，在黃瓜采收期不同處理下溫室CO2濃度有明顯差異，室外自然狀態下的CO2濃度為434～487 mg·L-1，一天中CO2濃度變化不大。黃瓜苗期因生長量小，光合強度低，溫室中CO2濃度一直保持在400 mg·L-1左右，接近室外CO2濃度，可見黃瓜苗期原則上可以不施CO2。進入采收期的黃瓜，植株較為高大，晴天光合作用強烈，在普通土壤栽培條件下，其日光溫室的CO2濃度略高于苗期，但明顯低于有機土栽培，并隨著光合作用的消耗，溫室中CO2濃度在9：00 后放風前達最小值，甚至低于外界環境中CO2濃度，處于CO2虧缺狀態，此時打開風口放風，9：30 左右溫室內CO2濃度達到了490 mg·L-1，接近室外CO2濃度，在13：00 左右又再次下降，說明開風口并不能完全解決溫室普通土壤栽培中CO2虧缺的問題，因此有必要增施CO2。而陰天由于光照較弱，光合作用不足，CO2濃度下降緩慢，基本可以滿足光合生長需求，可以不用增施CO2。

圖1 自然光溫條件下黃瓜采收期日光溫室CO2濃度日變化規律

采用有機土栽培，則溫室內CO2濃度在日出前明顯高于普通土壤栽培（圖1），可達1 000 mg·L-1左右，這與植株呼吸和根區有機物的降解密切相關。但有機土栽培下晴天和陰天的CO2濃度變化有明顯差異，表現為晴天溫室CO2的下降速度明顯快于陰天，可見晴天植物的光合強度明顯強于陰天，因此晴天補充CO2具有更好的經濟性和必要性。

對不同處理下溫室CO2濃度變化的比較可見（圖2），日光溫室在8：00 后，所有處理的CO2濃度均隨著光照增強迅速下降，而普通土壤栽培的降幅小于有機土栽培和普通土壤栽培增施CO2的處理，可能是過低的CO2濃度影響到光合速率，而較高的CO2濃度有利于光合作用，從而使其迅速下降到600 mg·L-1以下。而有機土栽培的CO2濃度雖略低于普通土壤栽培增施CO2的處理，但其具有高濃度CO2維持時間長的特點，保證了光合作用的持續高效，防止了CO2不足現象的發生，因而保證了植株光合作用的正常進行。

圖2日光溫室黃瓜栽培不同處理CO2濃度日變化曲線

2.2 日光溫室增施CO2對黃瓜生長的影響

從表1 可見，普通土壤栽培增施CO2的處理（PCO2）其株高顯著高于未施用CO2的普通土壤栽培（PCK），對莖粗影響不顯著。而普通土壤栽培增施CO2和有機土栽培的黃瓜植株干、鮮質量較普通土壤栽培顯著增加。表明這兩個處理對黃瓜的葉片生長和葉面積有明顯的促進作用。

2.3 日光溫室增施CO2對黃瓜植株生理指標的影響

采用普通土壤栽培增施CO2和有機土栽培處理的黃瓜較普通土壤栽培均顯著提高了黃瓜葉片葉綠素a 和葉綠素b 的含量，特別是增施CO2處理對提高葉片葉綠素含量具有顯著影響，但對類胡蘿卜素含量的影響不大。增施CO2和有機土栽培處理還顯著提高了黃瓜的根系活力，改善了營養吸收，與普通土壤栽培相比，增施CO2處理和有機土栽培處理的根系活力分別提高了148.82%和136.71%。

由表2 可知，增施CO2和有機土栽培處理還顯著提高了黃瓜凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度。其中增施CO2處理的凈光合速率又顯著高于有機土栽培，可見較高的CO2濃度對于黃瓜光合作用有明顯的促進作用，因此提高溫室CO2濃度是提高設施蔬菜光合效率的重要方法。而胞間CO2濃度則表現為增施CO2顯著低于普通土壤栽培，這與增施CO2后黃瓜光合作用增強，光合速率加快，使胞間CO2濃度明顯降低有關。

表1 增施CO2對日光溫室黃瓜植株生長的影響

表2 增施CO2對日光溫室黃瓜植株生理指標的影響

2.4 日光溫室增施CO2對黃瓜產量的影響

從表3 可見，增施CO2對黃瓜有明顯的增產效果，其單株產量較普通土壤栽培對照顯著提高，增產的原因可歸于施用CO2和有機土栽培均使黃瓜的單瓜質量顯著增加。這表明增施CO2促進了光合同化物的合成和瓜條的膨大生長，而有機土栽培對黃瓜也有明顯增產效果，特別是促進了單株坐瓜數的增多，因此溫室增施CO2和有機土栽培均能有效促進黃瓜產量的增加。增施CO2和使用有機土基質栽培均顯著提高了黃瓜的產量，其中增施CO2處理較普通土壤栽培增產43.79%，有機土栽培處理增產39.04%。

表3 增施CO2對日光溫室黃瓜產量的影響

從圖3 可見，有機土栽培對黃瓜產量的影響主要是采收前期和中期，而后期對產量影響很小。增施CO2處理對黃瓜產量的影響剛好相反，在采收的中后期比較明顯，而對前期產量的影響則不明顯，這是因為有機土栽培使得溫室 CO2濃度始終較高且根區理化性質得到了改善，促進了光合作用和營養吸收，而本試驗CO2的增施是在瓜條膨大期后采收期進行的，因此采收前期效應并不明顯，這一結果表明在黃瓜植株生長期增施CO2不但有利于植株生長發育，而且可促進雌花發育和瓜條數增加，最終促進產量的增加。而瓜條膨大期至采收期增施CO2，亦可促進果實膨大和花芽分化，因而促進了中后期黃瓜產量的增加。

圖3 各處理不同采收期黃瓜產量比較

2.5 日光溫室增施CO2對黃瓜營養品質的影響

由表4 可以看出，增施CO2處理可顯著提高盛果期黃瓜可溶性固形物和VC 含量，較普通土壤栽培分別提高10.21%和7.23%，對總糖和粗蛋白含量的影響不明顯。而有機土栽培可顯著提高果實中總糖和粗蛋白的含量，亦顯著高于增施CO2處理。增施CO2處理的硝酸鹽含量顯著高于有機土和普通土壤栽培，這可能是由于光合作用增強了根系活力和營養運輸，根系硝酸還原酶活性增加提高了植株硝酸鹽含量，并最終使冬季果實中硝酸鹽的含量有所增加（張延麗 等，2009）。

表4 增施CO2對日光溫室黃瓜品質的影響

3 結論與討論

大量研究表明，增施CO2可以提高溫室CO2濃度，對黃瓜生長、產量和品質有促進提高作用（魏珉 等，2003a，2003b），本試驗結果也表明：增施CO2具有明顯的提高黃瓜產量、改善營養品質的效果；應用有機土栽培具有提高溫室CO2濃度的效果。由于有機土栽培除了改善根區理化結構和營養供應外，還提高了溫室CO2濃度，促進了植株的生長，從根區環境改善和光合速率提高兩方面增加了光合同化物積累，最終促進了黃瓜增產并顯著提高了黃瓜果實中總糖和粗蛋白等營養品質。

本試驗還發現，日光溫室中CO2的變化規律受天氣、作物大小和栽培方式等多種因素影響，不同處理環境下CO2濃度變化規律有明顯不同，因此生產上是否增施CO2應根據這些因素而定，植株較小、陰天不必施用，而有機土栽培或大量施用秸稈、有機肥亦可使溫室具有較高的CO2濃度，在生產上也不用增施CO2了，但普通土壤栽培的蔬菜在采收期植株高大、光合作用強烈很可能會因CO2濃度的瓶頸限制了光合作用，因此在設施蔬菜采收期特別是長季節栽培中增施CO2對于提高產量、維持生長和改善蔬菜營養品質具有重要作用。已有研究表明，補施CO2對黃瓜的生長有明顯影響（艾民 等，2005），使株高、莖粗的生長狀況優于對照（崔慶法和王靜，2003）。在本試驗中，普通土壤栽培增施CO2和有機土栽培的空氣CO2濃度均較普通土壤栽培顯著提高，黃瓜植株的干、鮮質量和葉片葉綠素含量均有所增加。而葉綠素含量的高低與植物光合作用強弱密切相關。因此增施CO2氣肥不但增加了葉綠素含量，使植株能更好地利用散射光，而且還提高了光合效率和光能利用率（郭衛華與李天來，2004）。此外增施CO2和有機土栽培還顯著提高了黃瓜植株的根系活力。由于根系活力提高而改善了根系營養吸收，也將直接影響黃瓜的光合速率。因此隨CO2濃度升高可使光合速率提高，凈光合生產力提高（Bowes，1993），故增施CO2處理和有機土栽培條件下的黃瓜凈光合速率都顯著高于普通土壤栽培處理。

本試驗中，增施CO2處理與普通土壤栽培相比，黃瓜有明顯的增產效果，單株產量最大提高了0.87 kg·株-1。而普通土壤栽培增施CO2在單株瓜數上與不增施處理差異不顯著，而在單瓜質量上差異顯著。有機土栽培對黃瓜產量的影響主要是采收的前期和中期，而后期對產量影響很小；增施CO2對黃瓜產量的影響剛好相反，在采收的中后期比較明顯，而對前期產量的影響非常小。Mortensen（1987）研究發現，在CO2倍增甚至更高情況下，大部分溫室植物開花增多，花的干質量增加，落花率減少，這就是CO2施肥可以增加產量的原因。有研究表明，補充CO2能提高溫室黃瓜的總產量（崔慶法和王靜，2003），提高CO2濃度后通過提高光合速率而使有機同化物合成增加，從而增加了單果質量（王修蘭和徐師華，1994），在本試驗中，增施CO2對盛果期黃瓜可溶性固形物和VC 含量有顯著效果，而有機土栽培對黃瓜總糖含量的影響高于增施CO2處理，這都與溫室補充CO2可以提高凈光合速率，改善了光合同化狀況有關（崔慶法和王靜，2003）。

隨著設施栽培技術的進步，增施CO2技術和有機土栽培技術也需要不斷完善，在日光溫室中采用有機土栽培和秸稈生物發酵均可以克服普通土壤栽培中的CO2不足，促進秸稈還田和CO2資源的高效利用，而普通土壤栽培和無土栽培由于缺少CO2源會影響光合作用，進而降低蔬菜的產量，影響其風味品質，若能及時補充CO2才能保證光能的充分利用，實現設施蔬菜的優質高產，因此增施CO2是提高設施黃瓜產量的重要技術手段，現階段絕大多數日光溫室蔬菜栽培中，土壤栽培是主要的栽培方式。CO2不足限制蔬菜優質高產，因此推廣有機土栽培技術或應用增施CO2技術對于設施蔬菜產量的提高具有重要作用。

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