梁貝貝溫江麗李靈芝李海平郭文忠*

（1北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京 100097；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷 030800）

培育優(yōu)質(zhì)壯苗是蔬菜高產(chǎn)的重要前提，在現(xiàn)代化蔬菜育苗條件下，水分管理作為一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，其供應(yīng)狀況直接影響幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育及壯苗指數(shù)等指標(biāo)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)基質(zhì)（土壤）不同含水量對(duì)蔬菜育苗的影響開(kāi)展了大量研究，研究表明，基質(zhì)相對(duì)含水量維持在60%～80%范圍內(nèi)時(shí)黃瓜幼苗光合能力較強(qiáng)（陳俊琴和趙瑞，2017）；在溫室環(huán)境下，土壤含水量為90%時(shí)黃瓜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)和生理指標(biāo)顯著優(yōu)于其他處理水平（馮嘉玥 等，2005）；土壤含水量為50%～60%可以提高秋茬黃瓜產(chǎn)量（張曉萍 等，2002）。目前，國(guó)內(nèi)外研究大多局限在溫室環(huán)境下，但溫室條件存在溫度、光照等環(huán)境因子不可精確調(diào)控等因素。植物工廠育苗作為一種高度專(zhuān)業(yè)化、現(xiàn)代化、自動(dòng)化的育苗生產(chǎn)方式（魏靈玲 等，2009），能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光源、溫度和濕度等智能控制（劉文科，2017），得到了廣泛的重視。LED光源是植物工廠的優(yōu)選光源，具有傳統(tǒng)光源無(wú)法比擬的光電和農(nóng)學(xué)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。為此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)在植物工廠LED光源環(huán)境下蔬菜育苗的研究。本文以黃瓜品種中農(nóng)26號(hào)為試材，在植物工廠LED光源環(huán)境下，設(shè)置基質(zhì)不同水分梯度處理，分析幼苗生長(zhǎng)發(fā)育和耗水量對(duì)基質(zhì)不同含水量的響應(yīng)，探索黃瓜幼苗生長(zhǎng)階段最佳灌水方案，為黃瓜育苗精準(zhǔn)化水分管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年10～11月在北京智能裝備技術(shù)中心的植物工廠育苗室（39°56′32.60′′N(xiāo)，116°16′53.73′′E）進(jìn)行，苗齡為 30 d。植物工廠內(nèi)的環(huán)境溫度24 ℃/18 ℃（晝/夜），相對(duì)濕度70%～80%，CO2濃度800μmol·mol-1。采用LED燈作為光源，光照強(qiáng)度為200 μmol·m-2·s-1，光照時(shí)間10 h·d-1，光照時(shí)間段為每天的8：00～18：00。

1.2 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為中農(nóng)26號(hào)。采用72孔規(guī)格穴盤(pán)育苗，于10月5日播種，播種前將混合基質(zhì)裝滿穴盤(pán)，基質(zhì)為草炭∶蛭石（體積比為2∶1）混合基質(zhì)，基質(zhì)容重0.31 g·cm-3、總孔隙度69%、通氣孔隙度13%、持水孔隙度67%、pH值5.56、電導(dǎo)率496μS·cm-1。清水澆透0.5 h后進(jìn)行播種，每個(gè)穴孔播1粒，播后覆蓋蛭石，子葉未展開(kāi)前清水灌溉，保持基質(zhì)濕潤(rùn)。幼苗真葉展開(kāi)后開(kāi)始澆灌營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液為阿農(nóng)配方，1倍全價(jià)營(yíng)養(yǎng)液的pH值為6.5，EC值為1.83 mS·cm-1。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用稱(chēng)重法控制黃瓜幼苗基質(zhì)含水量，設(shè)置5個(gè)水分梯度，分別設(shè)定為基質(zhì)最大持水量的55%～60%（CI1）、65%～70%（CI2）、75%～80%（CI3）、85%～90%（CI4）和95%～100%（CI5）。黃瓜幼苗真葉展開(kāi)后（播種后14 d）開(kāi)始進(jìn)行基質(zhì)不同含水量處理，每天9：00對(duì)各個(gè)處理的含水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，于幼苗開(kāi)始試驗(yàn)處理前，用稱(chēng)重法測(cè)定每盤(pán)幼苗的基質(zhì)含水量，第2天計(jì)算幼苗耗水量，并將每盤(pán)幼苗補(bǔ)充至設(shè)定好的基質(zhì)含水量（姜順邦和韋小麗，2016）。每個(gè)處理3次重復(fù)，1個(gè)穴盤(pán)為1次重復(fù)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目

1.4.1 生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定 黃瓜幼苗播種后14 d開(kāi)始進(jìn)行基質(zhì)不同含水量處理，之后每隔4 d各處理隨機(jī)選取3株測(cè)定幼苗的株高和莖粗。用直尺測(cè)量幼苗莖基部至頂端生長(zhǎng)點(diǎn)高度作為株高（cm），用游標(biāo)卡尺測(cè)量子葉節(jié)下方1 cm處直徑作為莖粗（mm）。育苗期結(jié)束、幼苗四葉一心時(shí)，各處理隨機(jī)選取3株，根系活力用TTC還原法測(cè)定。用EPSON Prefection V 700進(jìn)行根系掃描，并利用WinRHIZOPro分析幼苗根長(zhǎng)、根體積、根面積及根直徑，稱(chēng)重法測(cè)定幼苗地上部、地下部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，并計(jì)算幼苗根冠比和壯苗指數(shù)。

根冠比=地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量

壯苗指數(shù)=莖粗/株高×全株干質(zhì)量

1.4.2 幼苗耗水量測(cè)定 每天補(bǔ)水灌溉前電子秤所得的每盤(pán)幼苗的耗水量/72，即為單株幼苗的日耗水量。

總耗水量=處理前的耗水量+試驗(yàn)處理后每天的耗水量

灌溉水分利用效率（WUE，g·L-1）用總干物質(zhì)增量和總灌水量比值表示（姜順邦和韋小麗，2016），計(jì)算公式如下：

WUE=（DMt-DMa）/M

DMt（total dry mass）為總干物質(zhì)質(zhì)量，DMa（average dry mass）為處理前黃瓜幼苗平均干物質(zhì)質(zhì)量，M為該幼苗處理期間總灌水量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2017 軟件處理數(shù)據(jù)，SPSS 23.0 軟件進(jìn)行差異性和曲線估算分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)不同含水量對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.1.1 株高和莖粗 由圖1可知，隨著黃瓜幼苗生長(zhǎng)周期的變化，其株高和莖粗呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)。不同基質(zhì)含水量處理下，CI4處理株高始終最高，但與CI3處理差異不顯著，在不同基質(zhì)含水量處理后16 d，CI4和CI3處理的株高分別是為7.90、7.83 cm；CI1處理的株高值最小，較CI4處理減少19.78%。不同基質(zhì)含水量處理后16 d，CI4處理的莖粗值最大，且與CI3、CI2無(wú)顯著差異，莖粗分別為4.42、4.27、4.18 mm。其次是CI5和CI1處理，與CI4相比分別減少了12.8%、23.3%。

圖1 基質(zhì)不同含水量對(duì)黃瓜幼苗株高和莖粗的影響

2.1.2 鮮質(zhì)量和干質(zhì)量 植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量在一定程度上可以反映出植物在一段時(shí)間內(nèi)的物質(zhì)積累量。由表1看出，在植物工廠LED光源條件下，隨著基質(zhì)含水量的上升，黃瓜幼苗的地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量表現(xiàn)為一個(gè)先上升后下降的過(guò)程。在基質(zhì)含水量為85%～90%時(shí)，黃瓜幼苗的地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量達(dá)到最大，分別為6.569 g和1.334 g。黃瓜幼苗的地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量表現(xiàn)出與幼苗鮮質(zhì)量同樣的趨勢(shì)，CI4處理的幼苗地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量最高，分別為0.440 g和0.062 g。反映幼苗綜合素質(zhì)的CI4處理的根冠比和壯苗指數(shù)分別達(dá)到了0.208和0.281，其中根冠比顯著高于其他處理。

表1 基質(zhì)不同含水量對(duì)黃瓜幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響

2.1.3 根系形態(tài)指標(biāo) 由表2可以看出，基質(zhì)不同含水量對(duì)黃瓜幼苗根系總長(zhǎng)、根系總面積、根系平均直徑、根系總體積、根系活力指標(biāo)影響顯著（P＜0.05）。其中CI4根系總長(zhǎng)顯著高于其他水平處理，為1 223.358 cm，CI1處理最小，較CI4處理降低了21.5%。各處理根系總長(zhǎng)表現(xiàn)為：CI4＞CI3＞CI5＞CI2＞CI1。黃瓜幼苗根系總面積以CI4處理最大，為139.692 cm2，與此同時(shí)，該處理的幼苗根系平均直徑和根系總體積顯著高于其他處理。綜合幼苗根系形態(tài)指標(biāo)，不適宜的基質(zhì)含水量會(huì)抑制黃瓜幼苗地下部根系的積累。CI4處理的根系活力顯著高于其他處理水平（P＜0.05）。CI1與CI5處理的根系活力較低，且二者之間無(wú)顯著差異，相比CI4處理，分別降低了64.14%、64.00%。

表2 基質(zhì)不同含水量對(duì)黃瓜幼苗根系形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2 黃瓜幼苗耗水規(guī)律與水分利用效率

從圖2可以看出，植物工廠LED光源環(huán)境下，基質(zhì)不同含水量對(duì)黃瓜幼苗的單株日耗水量影響顯著（P＜0.05）。不同基質(zhì)含水量處理后1～5 d，各處理的單株日耗水量呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)；處理后5～12 d，基質(zhì)不同含水量下幼苗單株日耗水量表現(xiàn)為快速增加的趨勢(shì)，在幼苗處理后12 d，CI4處理下幼苗單株日耗水量顯著高于其他處理，日耗水量為8.09 mL。處理后12～16 d均表現(xiàn)為CI4處理顯著高于其他處理水平。

圖2 基質(zhì)不同含水量下黃瓜幼苗單株日耗水量

由表3可知，基質(zhì)不同含水量下黃瓜幼苗單株總耗水量差異顯著（P＜0.05），幼苗總耗水量隨基質(zhì)含水量的增加呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì)。CI4處理的單株總耗水量顯著高于其他處理，單株總耗水量為129.72 mL，CI3處理水平次之，總耗水量為125.15 mL，為CI4處理的96.47%；CI1處理的單株總耗水量最低，為79.70 mL，是CI4處理的61.44%?；|(zhì)不同含水量對(duì)黃瓜幼苗水分利用效率影響顯著（P＜0.05），CI4處理幼苗水分利用效率顯著高于其他處理水平，為3.481 mg·mL-1；其次是CI3處理，為2.567 mg·mL-1，且該處理與CI2和CI1處理無(wú)顯著差異。CI5處理的水分利用效率最小，為2.095 mg·mL-1，與CI4相比降低了39.81%。

表3 基質(zhì)不同含水量對(duì)黃瓜幼苗總耗水量和水分利用效率的影響

2.3 黃瓜幼苗生育天數(shù)和單株日耗水量的關(guān)系方程

綜合分析幼苗生長(zhǎng)和生理指標(biāo)，以85%～90%基質(zhì)含水量處理下擬合黃瓜幼苗生育天數(shù)與單株日耗水量的關(guān)系模型：y=0.355 3 x-1.887 5。根據(jù)關(guān)系模型可知（圖3），黃瓜幼苗期間，隨播種后天數(shù)的增加，幼苗單株日耗水量呈上升趨勢(shì)。

圖3 黃瓜幼苗生育天數(shù)與單株日耗水量的關(guān)系方程

3 結(jié)論與討論

光照是LED光源植物工廠環(huán)境發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，在智能調(diào)控環(huán)境下培育優(yōu)質(zhì)壯苗是蔬菜生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，健壯的幼苗對(duì)提高作物抗逆性十分有益，也是果實(shí)生產(chǎn)的基礎(chǔ)和豐產(chǎn)的保證。由本試驗(yàn)結(jié)果可知，植物工廠LED光源下，基質(zhì)含水量為85%～90%時(shí)，黃瓜幼苗的株高、莖粗、幼苗地上部和地下部生物積累量最大，實(shí)現(xiàn)了根冠比和壯苗指數(shù)最高；且幼苗地下部根系等指標(biāo)最佳。本文研究結(jié)果與馮嘉玥等（2005）的試驗(yàn)結(jié)果基本一致，但與宋羽等（2014）在溫室條件下的甜瓜育苗試驗(yàn)研究結(jié)果不一致，分析原因，一是不同蔬菜存在差異；二是蔬菜作物生長(zhǎng)環(huán)境不同。此外，LED光源條件下，85%～90%的基質(zhì)含水量顯著提高了黃瓜幼苗的水分利用效率，且高于在日光溫室條件下（孔德杰 等，2011），分析原因可能是在LED植物工廠智能調(diào)控環(huán)境下，可以縮短育苗周期并減少育苗期間的總耗水量。綜合分析幼苗的生長(zhǎng)情況，在植物工廠LED光源環(huán)境下，基質(zhì)含水量為85%～90%不僅可以培育優(yōu)質(zhì)壯苗，而且能夠達(dá)到水分高效利用的效果，符合植物工廠蔬菜育苗的發(fā)展方向。