葉用萵苣層架式栽培基質厚度的環境效應分析

趙永華 溫祥珍李亞靈 許玉坤

（山西農業大學園藝學院，山西太谷 030801）

隨著人口的增加和城鎮化進程的加快，農業生產用地日益減少，對單位面積的蔬菜產量要求越來越高，立體栽培可以提高單位面積的產量，已成為提高溫室空間利用率、產量、經濟效益的有效手段之一（李式軍和郭世榮，2010；王正 等，2016）。目前，植物工廠由于建造成本、運行成本和設備成本（補光、用電、營養液栽培）高等問題（畢研飛等，2017；張宇和肖玉蘭，2017），普遍不盈利。利用現有設施開展葉菜類蔬菜立體栽培，特別是基質栽培，不僅能夠提高設施土地利用率和蔬菜產量，而且能夠有效降低建設成本和運行維護成本，已在花卉和部分葉菜類蔬菜種植上得到了應用和推廣。

立體栽培模式選用栽培基質時既要考慮栽培架的承重能力，還要顧及作物根系環境的穩定性。基質太厚，對立體栽培架的承重要求增高，進行工廠化生產的設備成本、基質成本、管理成本都會增加；基質太薄，則作物根系環境穩定性差，養護成本高（Boivin et al.，2001；王曉紅和謝修鴻，2012；秦秋婕 等，2016）。本試驗以意大利生菜為試材，設置3種基質厚度（6、10、14 cm），研究不同基質厚度對葉用萵苣根系環境、產量及品質的影響，以期為葉用萵苣層架式栽培基質選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2018年在山西農業大學設施農業工程研究所的非對稱三連棟溫室內進行，分別于春、夏季（3月10日至5月15日、7月18至9月11日）種植了2茬。供試葉用萵苣品種為意大利生菜，購于山西省太谷縣種子商店。栽培基質是由中國農業科學院蔬菜花卉研究所研制的育苗基質與腐熟羊糞以3V∶2V混合而成，其基本理化性質為：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，速效鉀759.26 mg·kg-1。

設置3個基質厚度水平：6、10、14 cm，采用隨機區組設計，3次重復。兩次試驗分別于3月10日、7月18日進行播種育苗，待幼苗四葉一心時（4月6日、8月3日）移栽到蔬菜周轉箱（長×寬×高=44 cm×30 cm×25 cm）中。第1次試驗每箱8株，每處理3箱；第2次試驗每箱5株，每處理3箱。視基質含水量與天氣情況，每天澆1～2次清水。栽培前測定基質理化性狀；生長期間定期測量各處理的根系溫度和基質含水量；春季試驗定植10 d后每處理隨機選擇9株進行標記，每隔7 d測定1次葉長、葉寬、葉片數等生長指標，共測5次；采收后（5月15日、9月11日）每處理選取成熟度一致的植株5株，測定單株鮮質量、干質量；夏季試驗采收后每處理選取成熟度一致的植株3株，測定葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物、VC、硝酸鹽含量。

1.2 項目測定

根系溫度和基質含水量分別采用多路溫度儀和YM-01智能多點土壤濕度儀測量，每箱在中心位置設置1個測點，每處理測量2箱；探頭插入基質層5 cm深處，每隔30 min記錄1次。

基質容重、總孔隙度、pH、EC的測定參照《無土栽培學》（郭世榮，2003）；速效N含量測定采用堿解氮擴散法，速效P含量測定采用鋁銻抗比色法，速效K含量測定采用火焰光度法（鮑士旦，2000）。

葉用萵苣植株葉長、葉寬，采用卷尺測量最大葉的長和寬；葉片數，葉長≥2 cm的葉片數量；葉面積，用最大葉片的長×寬來表示（聶書明和杜中平，2012）；單株鮮質量及干質量，先用電子天秤稱量單株鮮質量，然后在通風干燥箱中105℃殺青20 min、75 ℃下烘至恒重，再用電子天平稱量單株干質量；葉綠素含量，采用乙醇提取法測定（李合生，2000）；硝酸鹽含量，采用水楊酸濃硫酸比色法測定（李合生，2000）；可溶性蛋白含量，采用考馬斯G-250染色法測定（高俊鳳，2005）；可溶性糖含量，采用蒽酮比色法測定（高俊鳳，2005）；可溶性固形物含量，采用手持折光儀測定（李小方和張志良，2016）；VC含量，采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定（李小方和張志良，2016）。

1.3 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2007軟件和SPSS 13.0統計分析軟件進行作圖和數據分析。運用隸屬函數法（張鵬航 等，2016）對各項品質指標進行分析，從而評價不同基質厚度栽培的葉用萵苣綜合品質，計算公式為：

式中，Xi表示第i個營養指標的數值，U（Xi）為計算得出的該指標的隸屬函數值。將不同處理下的葉用萵苣的各項品質指標的隸屬函數值求和，計算平均值，該值即為葉用萵苣的綜合品質評價值，數值越大，表示綜合品質越好。

2 結果與分析

2.1 不同基質厚度對根系溫度的影響

從表1可以看出，春季試驗（3～5月）中，不同基質厚度處理的葉用萵苣根系最低溫和日均溫差異均不顯著，根系最高溫隨著基質厚度的增加而降低，14 cm處理比6 cm處理顯著降低了4.21 ℃；反映在日較差上則是根系溫度日較差隨著基質厚度的增加而減小，而日較差越小根系溫度越穩定，越有利于葉用萵苣生長，說明適宜的基質厚度能夠起到穩定根系溫度的作用。夏季試驗（7～9月）進一步驗證了該結果。

隨機選取4 d典型的陰、晴天作代表，觀察葉用萵苣根系溫度的日變化（圖1）。不同基質厚度處理的晴天根系溫度日變化幅度較大，陰天變化幅度相對較小。由圖1-a可見，無論是春季試驗還是夏季試驗，晴天6 cm處理的葉用萵苣根系溫度的日較差最大，并且升溫和降溫都很迅速，而10 cm和14 cm處理的根系溫度變化幅度相對較小。8月24日（夏季試驗），6 cm處理的根系溫度在14：00達到最高值33.9℃，10 cm和14 cm處理的高溫時間較6 cm處理晚1 h左右，且分別降低了4.0 ℃和6.5 ℃，有效緩解了夏季的高溫效應。由圖1-b可見，兩次試驗中，陰天時根系溫度日變化幅度均較小，10 cm和14 cm處理的根系最低溫均高于6 cm處理，起到了一定的保溫作用。

表1 不同基質厚度對葉用萵苣根系溫度的影響

2.2 不同基質厚度對基質含水量的影響

隨機選取4 d典型的陰、晴天作代表，觀察基質含水量的日變化，每天早上8：00澆水且基質含水量控制在80%左右。由圖2可見，基質越厚，基質含水量的日變化幅度越小，夏季的變化幅度明顯大于春季，晴天的變化幅度明顯大于陰天。在夏季晴天，基質厚度6、10、14 cm處理的基質含水量日變化范圍分別為80.2%～50.5%、80.5%～59.7%、80.2%～68.5%，其中變化幅度較大的時間段是14：00～19：00，5 h內6、10、14 cm處理的基質含水量分別降低了12.7、6.8、2.1個百分點。春季晴天基質含水量的日變化趨勢與夏季相同，但一天的整體變化幅度相對較小，6、10、14 cm處理的基質含水量分別降低了16.3、11.7、7.7個百分點。兩次試驗陰天的基質含水量日變化幅度都很小，不同基質厚度處理間差異也較小。

圖1 不同基質厚度處理下葉用萵苣根系溫度的日變化

圖2 不同基質厚度處理下基質含水量的日變化

2.3 不同基質厚度對葉用萵苣生長和品質的影響

2.3.1 不同基質厚度對葉用萵苣生長指標的影響

由圖3可見，定植后10～17 d，各處理葉用萵苣葉面積增長速率均較快，且增長速率為基質厚度14 cm＞10 cm＞6 cm；定植17～24 d，葉面積的整體增長速率變緩，可能是由于此期間葉片數增加較快造成的，增長速率為基質厚度10 cm＞14 cm＞6 cm；定植24 d后，各處理葉面積的增長速率又變快；定植38 d后，10 cm和14 cm處理的葉面積差異不大，但均顯著大于6 cm處理。

由圖4可見，定植17 d內，14 cm和10 cm處理的葉用萵苣葉片數增長速率基本一致，6 cm處理的葉片數增長最慢；定植17～31 d，各處理的葉片數增長速率均變快，此期間為葉用萵苣快速生長時期，14 cm和10 cm處理的葉片數仍無明顯差異，6 cm處理的葉片數也快速增長，但數量仍為最少的；定植38 d后，14 cm和10 cm處理的葉片數差異不大，但均明顯大于6 cm處理。

由圖5可見，6 cm處理的葉用萵苣單株鮮質量和干質量均顯著低于10 cm和14 cm處理，而10 cm和14 cm處理的單株鮮質量及干質量差異不大。春季試驗中，10 cm和14 cm處理的單株鮮質量分別比6 cm處理顯著增加了45.4%、47.8%，達到了100.3 g和102.0 g，且兩處理間差異不顯著；10 cm和14 cm處理的單株干質量差異亦不顯著，分別比6 cm處理顯著增加了20.7%、20.2%；夏季試驗與春季試驗結果基本一致，10 cm和14 cm處理的單株鮮質量分別比6 cm處理顯著增加了42.1%、48.7%，單株干質量分別顯著增加了30.8%、31.9%。

圖3 不同基質厚度對葉用萵苣葉面積的影響

圖4 不同基質厚度對葉用萵苣葉片數的影響

圖5 不同基質厚度對葉用萵苣單株鮮質量和干質量的影響

2.3.2 不同基質厚度對葉用萵苣葉綠素含量及品質的影響 從表2可以看出，10 cm處理的葉用萵苣葉綠素含量顯著高于其他兩個處理。葉用萵苣各品質指標在不同基質厚度處理下的變化趨勢并不一致，10 cm處理的可溶性蛋白含量和可溶性固形物含量最高，14 cm處理的可溶性糖含量和VC含量最高，硝酸鹽含量最低。采用隸屬函數法對葉用萵苣的品質進行綜合分析，結果顯示14 cm處理的隸屬函數值最高，說明該處理的葉用萵苣綜合品質最好，10 cm處理的隸屬函數值略低，但與14 cm處理的極為接近。

表2 不同基質厚度對葉用萵苣葉綠素含量及品質指標的影響

3 結論與討論

本試驗結果表明，基質越厚，葉用萵苣根系溫度和基質含水量的變化相對趨緩，能夠緩解外界環境變化對根系環境變化帶來的影響，這與盧珊珊（2016）的研究結果一致。葉用萵苣適宜生長的溫度范圍為15～25 ℃，一旦根際溫度過高或過低，根系生長就會受到抑制，進而導致產量和品質下降（連兆煌，1994；陳艷麗，2014）。春季試驗中根系最低溫度和夏季試驗中根系最高溫度均不在葉用萵苣適宜生長的溫度范圍內，但是春季試驗中10 cm和14 cm基質厚度的保溫性能較好，最低溫度比6 cm處理提高1.5 ℃左右；夏季試驗中10 cm和14 cm基質厚度的降溫效果明顯，比6 cm處理降低5 ℃左右，可以緩解夏季高溫對植物生長的傷害。根系溫度波動較大會引起生理功能的失調，影響根系的吸收能力，進而影響植株的生長，夏季土壤升溫過高過快和地溫不穩定都會對根系產生傷害（Gent &Ma，2000；陳艷麗，2014）。本試驗中，10 cm和14 cm基質厚度下根際溫度日較差較小，保證了葉用萵苣處于相對適宜穩定的根際環境中。基質層越厚，基質含水量日變化越小，說明基質的保水性越好，在夏季高溫以及相對粗放的管理模式下更不容易受到干旱脅迫。李淑英（2015）研究表明，基質越厚水分入滲阻力越大，基質厚度達到9 cm時對水分的滲透存在一定的阻水性和保水性，本試驗得出10 cm與14 cm厚度下基質的保水性強，與其結果一致。

本試驗中，不同基質厚度對葉用萵苣的生長指標和品質指標均有影響，10 cm和14 cm處理的葉面積、葉片數均優于6 cm處理，單株鮮質量、干質量及可溶性蛋白、可溶性固形物、VC含量也顯著高于6 cm處理，這與陳艷麗（2014）的試驗結果基本一致。而10 cm和14 cm處理的葉用萵苣生長指標和品質指標隨基質厚度變化的趨勢變緩，說明基質厚度與葉用萵苣的生長情況并不是線性關系，即基質厚度對葉用萵苣的生長促進作用在達到一定程度后差異不再顯著。

綜上所述，本試驗條件下較厚的基質有利于葉用萵苣根系環境的穩定，從而促進其生長，但當基質厚度達到10 cm以上時，這種促進作用開始變的不顯著。結合栽培架的承重和成本投入考慮，認為10 cm厚育苗基質與羊糞（3V∶2V）的復混基質適用于葉用萵苣層架式栽培。本試驗采用人工灌溉方式，無法實現對基質含水量的連續精確控制，對葉用萵苣的生長過程可能造成一些影響，需進一步進行探究。另外，前人的研究多針對基質配方，關于葉用萵苣在不同基質配方、不同基質厚度上的適應性，未來可進一步試驗研究。