简易设施下巨型南瓜树的水气培研究

简易设施下巨型南瓜树的水气培研究徐伟忠，王利炳，章金栋浙江省丽水市农科所农业智能化快繁中心（邮编：323000）摘要：本文综述性地分析了植物土培、水培、气培存在的优缺点，及三种栽培方式对植物潜能发挥上不同程度的影响与限制因素，提出了新型的水气培模式，并详细介绍了水气培技术在巨型南瓜树栽培上的运用，达到了较好的栽培效果。通过分析笔者2005年的栽培实践，说明该技术提高产量与增加单瓜重上，达到了土壤栽培下无可比拟的效果，总结性地分析了该技术的优势与在当前植物生理潜能研究上的意义，展示了该技术在观光农业、城市农业项目建设中的广阔前景与市场空间。关键词：巨型南瓜，水气培，生理潜能，环境控制，观光农业引言：巨型南瓜是当前风靡欧美的一种观赏南瓜，以其瓜形巨大而受宠，成为人们家庭、办公场所搬放与雕刻饰品，也是观光农园建设与科普教育的主选品种，我国也相继从美国及加拿大引进各种品种，进行生产科研上的栽培。据有关资料查寻目前国际上最大的单瓜重为1469磅，是2005年在美国宾夕法尼亚的一位叫Weighoff的巨型南瓜种植者培育成功。说明巨型南瓜具有巨大的植物生理潜能，在品种一定的情况下，完全可以通过栽培措施的优化，而发挥出超常规的产量潜力。目前我国对于巨型南瓜栽培大多采用大肥大水及严格地进行理蔓控瓜的土壤栽培，以期获得超级巨瓜的目的，但对于树状整形再结合养液水气培方法进行培育的还未见报道。为了探求一种能稳定地让种质潜能得以发挥又能实现简易管理的栽培方法，已成为园区建设的一种迫切需求。采用树形栽培不仅能让瓜果更为显眼直观，又能欣赏硕大如荷叶的瓜叶，与粗如臂膀的树干，更给人以神奇壮观之感，达到更好的观光效果，同时采用水气培还可以达到土壤栽培条件下所不能达到的效果，更利于植物遗传上最大潜能的发挥[1]，比土壤栽培生长更快，单瓜更大，株产更高。水气培更具优势植物的栽培分为基质培、水培、与气雾培三种方式，而水气培是介于两者中间的一种栽培方法。而水气培既具水培营养充分特点又具气培氧气充足的优势，两者结合形成了一种既管理方便又能使植物快速生长的技术体系，所以在日本常用水气培技术来栽培各种巨型的蔬菜，如番茄树栽培也从原来的深液流栽培渐渐发展为现在的水气培为主，也有叫喷射式水耕[2]。这种方法让部份根系浸泡在养液中，一部份根系间歇性地处于气雾中，或者结合动态水位法[3]，使根系处于浸露交替雾化结合的根域环境中。在这样的环境下栽培可克服因液温过高造成的缺氧烂根问题，在简易环境下进行深液流栽培最常遇到的问题就是液温过高而造成溶氧骤降[4]，影响根系植株的生长。而在规模栽培下凭致冷技术会消耗极大的电能，采用这种动态液位雾化结合的水气培技术，在无需致冷情况下也能使根系获取充足的摄氧量。在营养液配方与供给一定的情况下，根域环境氧气是否充足是影响生长的最主要因子，所以说气雾培比基质培及水培有更多的优势[5]。但在电力不稳或者自动控制技术较为落后情况下采用气培，常会因停电或控制故障而出现植株的失水萎蔫。在水气培情况下，根系的分布区域，既有浸泡于营养液中的，又有因水位变化而交替裸露的部分，还有部份是间歇性处于气雾中，这样的根域环境即使偶遇停电与故障也不会对植株生长造成伤害。同时以气雾方式供液可以使栽培池中的营养液溶氧量最大化，比直接管道进液或落差进液有更多的空气溶入，即使是长期浸于养液中的部份根也有比常规深液流栽培下有更丰富的溶氧量[6]。水培与气培的结合克服了单纯深液流水培或气雾培存在的问题与缺点，又能把两者的优势有机的组合在一起，所以日本常以这种方式作为观光园番茄王栽培的一种主要模式[7]，具有控制简单管理方便，植株生长快的特点，可作为研究与挖掘植物潜能一种较为理想的方法。在巨型南瓜中采用这种技术再结合主干平棚式整枝，可以使一株普通的巨型南瓜产量倍增，管理更便，观赏性更强，可用于观光园中的南瓜树栽培。栽培系统的构造在瓜果蔬菜的水培过程中，为了克服养液中缺氧造成对植物不良影响或烂根问题，生产科研上已形成了多种栽培方法与营养液循环方式如：NFT的营养液膜技术，M式水耕技术，DTT的深液流技术，潮汐式循环技术、新和式等。其中新和式是在两个栽培槽之间实现养液等量交换的方式，具有更充足的氧气溶入量，并存在根系的动态涨落，这种方式使养液交换循环彻底，增氧效果好，如果再结合出水口的喷射或喷雾装置，还可以使水气接触表面积大大增大，让水中摄入更充足的氧气，更利于根系的生长发育。用于巨型南瓜树栽培的系统就是在新和式原理基础上改进与创新，把原来两个平行的栽培床变成两个相互间可等量交换营养液的栽培池，为了让南瓜单株占有养液量最大化，通常把栽培槽建成能容一个立方的地下式营养液池，栽培时实现相邻两池间的养液等量交换，但它们不是同时换液，一个排液时另一个则处于进液状态，这样就会使池内出现液位的潮汐涨落，让根处于一浸一露状态，有利于根系摄取更多的氧气，另外在两个池各自进液及排液管上等距离安装雾化喷头，使每次循环交换时，营养液都是以雾化的方式注入池中，一可使植株的部份根系处于营养雾中达到气雾培的效果，另外一方面也可使营养液中溶入更多的氧气，达到更佳的增氧效果。在具体操作时，液池可以用厚10cm的泡沫板割制粘结成，把制成的栽培池平埋于预先挖好的一立方米见方的土坑中，为了避免泡沫池内因侧壁土方向内挤压而蹋陷，可于泡沫池内铺薄膜后，再于泡沫内壁加固一个用木条钉制的方框，起外撑抗压作用，这样一个具有相对隔热的大容量栽培池就建造成了。建好栽培池后，再于相邻两池间交互布好进液排液管用于交换养液之用，在动力泵的启动下实现池间的养液交换。当其中一个池的循环泵启动时，该池处于排液状态，达到液位下降渐露根系的增氧效果，而另外一个池处于进液状态，根系处于营养液雾环境下，达到液位提高渐浸根系的效果。这种方式的循环兼具了水培与气雾培优势，又有深液流大水体的效果，所以更利于生产操作与更适于巨型植物的栽培，更利于植物潜能的发挥，生长速度比单纯的深液流要快，缺氧危害可有效排除。在循环的自动控制上也较为简单，只需安装一个具有水位控制与调节功能的微型智能模块即可，就可实现交换液量与水位涨落落差的自动调整。栽培前期植株小根量少时，交换液量少相应的水位差也小些，随着根系的庞大渐渐增大交换量与调大水位差。运用这种方法可有效解决高温季节高液温情况下的增氧问题，即使在液温高达到33度也不会对根系造成缺氧烂根危害，如果在深液流情况下，这样的高温早就出现烂根现象了，而运用这系统可达到理想溶氧效果，建设时不需配置养液致冷系统，就能实现栽培植物的快速生长，根系的良好发育，可节省大量的电能与相关的运行成本。传统采用的大容器深液流栽培时，液温控制所耗的能量是最大的，而用了水气培后根本就不需设置养液致冷系统，处于地下的泡沫池可以为根系创造相对稳定的液稳环境，对根系的生长极为有利。能使巨型南瓜的生理潜能发挥最大化植物的生长速度主要由外界的气候环境及根域的氧气、水分、矿质离子环境所决定[8]，在土壤中由于根系与土壤营养接触的表面积小，而不能使根系摄取矿质离子速度与能力达最大化，同时土壤的机械阻力，也影响了根系的延伸生长，所以土壤中形成的南瓜根系大多具有机械组织发达，根系分叉级数多的特点，主要也是为了适应土壤环境而形成的根系形态[9]。但在水培环境下，根系直接与营养液接触，有最大的营养接触表面积，可以直接吸收与运输营养，在这种情况下形成的根系大多为须状的不定根根系，分叉少或无分叉，直接吸收营养供给植株。另外根系在水中延伸生长时所遇的机械阻力大大大小于土壤中的阻力，可节省部份生物能量，矿质运输的距离也缩短，吸收营养直接而高效，所以水培又比土壤栽培的植物生长要快，产量要高。但水培技术中最关键的限制因子就是养液中的氧气，没有土壤中的充足，所以在实施水培时必须进行循环增氧或曝气增氧或输入纯氧与压缩空气，以提高水中的溶氧量。但营养液溶氧量是受液温及外界大气压的变化而影响，比如在20℃液温时，纯水的饱和溶氧可达9.17mg/L左右，而在33℃时，只能达到7.3g/l[10]。在水培营养液中，由于还受诸如微生物、矿质离子、代谢产物等其他各种因素影响,根本就不可能达到饱和溶解度,在33℃情况下,即使长期处于循环状态，实测值也只难以达到4-5mg/L以上,处于根系溶氧需求的胁迫临界值[11]，就会造成缺氧的生理障碍，此时尽管如何循环也难以溶入更多的氧，在生产上必须以降温措施来提高营养液的溶氧量，需配置养液致冷系统，这样就会使生产成本大大提高，影响该技术的推广运用。而采用水气培后，可以让根系处于既有充足营养供给量，又有让根系直接露裸于空气的增氧过程，使高温下溶氧受限的因子得到突破，即使在高温达33℃以上的根域环境也不会因溶氧量低而造成缺氧。水气培结合了气雾培生长最为快速的优点，又结合了深液流养液栽培具稳定性更强的优点，实现了南瓜栽培过程中根域环境创造的最优化，成本最低化，更适于普通设施条件下的生产运用。运用水气培后可以使巨型南瓜具有比土壤栽培与常规水培更优越的根域环境，使矿质营养、氧气、水份都处于最佳的状态，自然能使植物的生长发育速度最大化，生理潜能得到最大化发挥与形成产量的基因最大化表达[12]。在品种一定的情况下，植株生长快慢，单株产量与单果重量及生物量，主要是由各种环境因子决定，如气温、湿度、光照、二氧化碳、水分、矿质营养、及氧气，这些因素构成了植物产量形成的主要因子。作为巨型南瓜栽培就是为了实现上述因子的优化，实现单株与单瓜产量的最大化。其中气候因素如果在设施环境下可以结合智能控制技术来实现，温光气湿的优化控制，如夏季高温，可以自动开启微喷及通风系统以求环境温度的下降，光照过强可以通过自动关闭蔗阳网以降低光强，这些都可以结合温室大棚智能制系统来实现。只有人为地为巨型南瓜或植物创造最佳的生长因子，才能使瓜的生理潜能得以最大化的发挥。巨型南瓜的水气栽培巨型南瓜的水气培技术与常规土壤栽培技术相比，在生产操作上有很大的不同之处，现结合2005年我所农业高新园区栽培实践，把有关技术措施及栽培要点总结如下：（1），无土育苗，天气渐暖的3月中旬是播种育苗的最佳时期，把种子直接播于以珍珠岩或者蛭石为基质的定植篮中，播时以种子平放浅播为原则，以防戴帽影响出苗，播后要注意基质湿度管理，做到湿度大而不积水，这样有利于幼苗水生根系的发育，有利于移栽后有更好的适水性。在没有营养的珍珠岩基质中，要配合浇施无土栽培专用营养液才能让苗长得壮，需每隔3-5天浇足一次日本园试配方的全价营养液，通过约30-45天的培养，已具5-6片真叶时即可移栽。（2）移栽定植，5月1日左右进行移栽定植，移栽时只需把带有定植篮植株套植入栽培池上的定植孔内即可，然后开启循环系统进行养液循环。移栽操作时尽量小心，不宜伤害已穿出定植篮外的水生根系，以利于快速缓苗。（3）营养管理：用于南瓜栽培的营养液配方可选择日本的园试配方，按配方比例配好后，调整适合的EC值，一般苗期（开花前）以0．8-1为宜，开花座瓜期调至１－１．２，后期瓜果的膨大快速生长期调至１．２－１．６，南瓜的耐肥性比番茄较好，可以适当偏高，更利于生长．在南瓜栽培期间营养液的ＥＣ值，可以每周人工测定一次，过高加入清水稀释即可，过低加入预先配备好的母液进行调整．每隔３０－４５天彻底换液一次．而在装有计算机控制系统的现代设施条件下，可以利用养液控制智能模块实现营养液EC值的自动调控，主要由在线的EC传感器及自动控制装置来完成管理工作。（4）程序设定：在水气培系统中，进液排液程序的设定较为重要，它主要也是由水位传感与时间管理模块结合来完成，由水位传感器检测进液排液时水位涨落信号，以控制水泵关闭开启，当达到设定水位时即自动关闭。时间模块确定间歇时段，形成了排液----间歇---进液----间歇----排液的反复循环程序。其中水位上下限的设定决定两池间排液与进液交换量与根系曝露部份的距离，间歇时段决定根系裸露于空气及浸没于养液中的时间，通常设定水位以根系1/2--2/3露于空气中为准，间歇以10-15分钟为限。（5）环境控制：在设施条件下进行作物的栽培，比自然条件有更大的优势，