西北高原区甜瓜—西兰花有机生态型基质栽培高产高效模式研究

High Yield and High Efficiency Model of Melon-Broccoli Substrate Cultivation in Semi-Arid Region of Northwest in China

摘要

为解决西北高原区非耕地有效利用和传统设施蔬菜栽培存在的土传病害严重、种植结构单一、经济效益不明显和不稳定等现实问题，选用草炭：河沙=3：1和草炭：炉渣=3：1两个基质配比方案进行有机生态型基质改造，探索出春夏茬栽培甜瓜，秋茬栽培西兰花的栽培方式。实践证明，在西北高原区利用基质配比栽培甜瓜—西兰花（提前利用设施育苗）的生产技术，前茬甜瓜可实现经济产值 136 388.6元·hm^-2，西兰花经济产值78 685.5元·hm^-2，塑料大棚甜瓜—西兰花种植模式可实现总产值为215 074.1元·hm^-2，该模式让原有土传病虫害严重的土壤得到了休耕与隔离。有机生态型基质栽培甜瓜—西兰花，为非耕地开发利用或老旧设施棚室持续生产提供了一种高产、高效、生态的栽培模式。

Abstract

To address the issues of severe soil-borne diseases, single-crop planting structure, and uncertain economic benefits and stability in the non-arable land utilization and traditional facility-based vegetable cultivation in the Northwest Plateau region in China, two substrate ratio schemes, namely, grass charcoal:river sand=3:1 and grass charcoal:furnace slag=3:1, were selected for organic eco-friendly substrate transformation. The study aimed to explore a cultivation approach for cultivating sweet melon in the spring and summer seasons and broccoli in the autumn season. The practical implementation of melon and broccoli cultivation using substrate ratios in the Northwest Plateau region, along with early seedling cultivation in facilities, resulted in significant economic outputs. Specifically, the economic output was 136,388.6 yuan·hm^-2 for the preceding melon crop and 78,685.5 yuan·hm^-2 for broccoli. The overall output achieved in the plastic greenhouse with sweet melon and broccoli cultivation amounted to 215,074.1 yuan·hm^-2. Additionally, this approach allowed the previously heavily afflicted soil with soil-borne diseases and pests to undergo fallow and isolation. The organic eco-friendly substrate cultivation of melon and broccoli provided a high-yield, efficient, and eco-friendly cultivation model for the development and utilization of non-arable land or for continuous production in aging facility greenhouses.

Graphical abstract

关键词

基质改造 / 甜瓜 / 西兰花 / 高效模式

Key words

substrate cultivation / melon / broccoli / efficient mode

长期以来，西北坡耕地设施农业是一项重要的水土保持农艺措施^[1]。塑料大棚因其造价成本低，搭建和拆卸相对方便^[2]，成为西北高原半干旱区从事蔬菜生产非常经济实用的农业设施类型^[1]。随着设施土壤连年种植，棚室内不合理的施肥、灌溉等人为措施导致的土壤酸化、盐渍化普遍发生^[3]。与此同时，大多数塑料大棚从事早春茬或者是秋延后的作物种植，多集中在番茄、黄瓜、辣椒等大宗蔬菜生产上^[1,4]，随着全国蔬菜市场供给趋于饱和，市场行情不稳定，农户种植收益增加十分有限^[5]。

基质栽培作为非耕地现代农业开发利用的重要形式，是克服土传病虫害，改进栽培管理水平，节水节肥非常有效而长久的办法^[6]。部分研究^[7]集中在戈壁非耕地农业栽培理论创新与农业工程技术上，也有研究^[8,9]集中在基质栽培对部分作物茬口生长发育的影响，其研究成果已取得了一定的经济、社会和生态效益，殷学云等人^[10]继开展了以农业废弃物等自然资源作为栽培基质的研究，并提出了很多生产借鉴的基质配比类型。关于就土传病害发生严重的生产棚，进行基质改造，实现一年两茬高效栽培模式的研究鲜有报道。

本课题组在近些年试验基础上，前期试验总结出有机基质占七成的总体原则与无机基质进行配比，用于传统蔬菜上栽培应用，实践证明是一项简易可行的基质配比技术。本研究将土传病虫害严重的塑料大棚进行基质栽培改造，探索实践了一条高效而可行的春夏茬甜瓜，秋茬西兰花一年两茬栽培模式，并分析比较两种基质栽培下植株形态、产量构成以及经济效益，使土传病虫害严重的塑料大棚得以持续种植盈利，有效改善了当地蔬菜种植结构和茬口，为西北高原半干旱老旧设施棚室持续生产或非耕地开发利用提供一条高效、生态的现代种植模式。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年1月至11月在甘肃省武山县蔬菜科技示范园区（34.44° N，104.59° E）进行，无霜期195 d，年均气温10.2 ℃，日照为 2 363 h，降水量550 mm，为典型的西北黄土高原半干旱区季风气候区。

试验地塑料大棚为钢结构，跨度8 m，长为40 m，顶高2.8 m，东西走向。该大棚已连续4年种植番茄、辣椒等茄科蔬菜，番茄根结线虫病、辣椒茎基腐病、根腐病在连作温棚中普遍存在加重的现象。

1.2 供试品种

甜瓜品种：云脆一号，薄皮甜瓜型，早熟，果实短椭，白皮白肉，糖度17%，单瓜重1~2 kg，抗病性好。引种来源：江苏绿港现代农业发展有限公司。

西兰花品种：莫兰蒂50，早熟品种，秋播定植后65 d左右成熟，株型直立，茎秆粗壮，花球紧实高球形，不易散花，商品性好。品种来源：北京华耐农业发展有限公司。

1.3 试验设计与方法

试验前期先是将土传病害严重的塑料大棚内土壤进行基质栽培改造。基质栽培改造采用呈“└┘”型红砖铺设基质槽填充配比基质的方法。设计选用武山科技园区课题组近些年试验成熟的基质配比处理，分别草炭∶河沙=3:1，草炭∶炉渣=3:1两个基质分别进行春夏茬甜瓜，秋延后西兰花栽培，就塑料大棚一年两茬作物比较两种基质栽培下植株形态、产量构成以及经济效益。

基质栽培所用草炭选用甘肃绿能瑞奇有限公司生产，粒度在1~3 mm范围内，有机质含量2%，炉渣选用当地供热锅炉出料炉渣，河沙为该地区渭河流域洗沙，两种基质均用滤网处理分级筛选（粒径1~4 mm范围内）。

1.4 数据采集与分析

分别在甜瓜和西兰花收获期，每个处理随机取样30株进行测定分析，用千分之一电子秤称量记载。生物产量测定甜瓜植株和西兰花植株整个植株重量，经济产量测定甜瓜单瓜重、西兰花花球单重，最后分析经济指数，结合当年当季市场行情，进行效益分析。

测定数据采用Excel 2010进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 塑料大棚基质栽培改造

基于塑料大棚土传病害非常严重，目前已经无法从事蔬菜正常生产，特进行基质栽培改造处理。实际改造情况见图1，具体改造建设方法为：基质栽培槽在大棚内为西高东低，坡降1/100，呈“└┘”型红砖（长×宽×高：24 cm×12 cm×5 cm）堆砌结构，槽底用棚膜（厚度=0.15 mm）包铺隔离原土壤。槽宽为70 cm，槽间距50 cm，基质深25 cm。基肥全部同草炭、河沙、炉渣一并混合搅拌装填栽培槽（见图1）。

基肥用量：750 kg·hm^-2磷酸二铵+600 kg·hm^-2复合肥（品牌：新洋丰，养分：25-10-16（N-P-K），湖北新洋丰肥业有限公司），追肥配套文丘里施肥器，施用速效水溶肥750 kg·hm^-2（品牌：活力丰，养分12-6-22（N-P-K），总含量40%，北京澳佳肥业有限公司）。黑色地膜覆盖，采用膜下滴灌，每栽培槽铺设两条滴管带，滴灌间距20 cm。

2.2 栽培管理

该塑料大棚基质栽培改造共6行，草炭∶河沙=3:1、草炭∶炉渣=3:1配比各3行，每行定植160株，株距25 cm，每个处理共计定植480株。分别进行春夏茬甜瓜，秋延后西兰花栽培塑料大棚一年两茬高效栽培模式（见图1）。

2.1.1 甜瓜栽培管理

甜瓜于2021年3月10日在武山蔬菜科技园育苗区育苗。4月21日进行双行错位“品”字式定植，苗龄42 d，定植前用恶霉灵进行蘸根，株距25 cm。每行160株，共计3行，浇足定植水，一周后封定植穴。缓苗至开花结果前视墒情浇水，以相对含水量在60%~70%左右为宜。在爬蔓期（5月上旬）、开花座瓜期（5月下旬）和甜瓜膨大期（6月下旬）分别随水追肥一次。

结瓜子蔓留在1.0~1.1 m结位处，等到子蔓长至0.4~0.5 m左右时摘心，主蔓长至2.2 m左右摘心打顶，使单株留1个瓜。

病虫害管理同常规管理进行防治，主要做好细菌性角斑病和霜霉病预防。该茬甜瓜土传病害诸如苗期猝倒病、茎基腐病、根结线虫均没有发生。

2.2.2 西兰花栽培

西兰花于2021年6月24日在武山蔬菜园区育苗区育苗。8月13日定植（苗龄50 d）。定植前用农用链霉素进行蘸根，在甜瓜茬原膜错穴定植，株距25 cm，每行160株，共计3行，浇足定植水，一周后封定植穴。缓苗至结球前视墒情浇水，以相对含水量在60%~70%左右为宜。在莲座期（8月下旬）、结球前（9月中旬）分别追肥一次。

病虫害管理同常规管理进行防治，主要做好霜霉病和菜青虫的预防，西兰花土传根肿病、根结线病没有发生。

2.3 生育期监测

整个试验期间，两茬作物都进行主要生育期的观测记载（见表1）。不同基质配比下生育进程有所不同，总体来看，草炭：河沙=3:1处理下栽培甜瓜、西兰花均表现为生长发育较早，有利于生殖生长，并能够实现提早上市；草炭：炉渣=3:1处理下甜瓜和西兰花营养生长表现更为明显，生育期有所延长。

2.4 形态指标和产量分析

从2表看出，甜瓜和西兰花两种作物鲜生物量、经济产量均表现为草炭：炉渣=3:1栽培下更高；甜瓜的经济指数、产量和经济效益表现为草炭：河沙=3:1处理下更高，西兰花的经济指数、产量和经济效益表现为草炭：炉渣=3:1处理下更高。就产量构成来看，两种基质配比栽培均明显的解决了土传病害（土传病害发生率为零）。从塑料大棚一大茬口合并来看，甜瓜—西兰花连作模式可实现产值215 074.1元·hm^-2。在土传病虫害发生情况来看，甜瓜和西兰花在两种基质处理下土传病虫害发生率均为0。

3 讨论

草炭属于有机基质，河沙、炉渣属于无机基质^[10]，炉渣、河沙等基质来源相对广泛，是较为经济易得的基质来源。陈丽萍^[8]研究表明，有机基质可以明显提高辣椒净光合速率，有利于碳水化合物的积累，该试验中两种基质配比处理有机基质均占比75%，生长表现均比较好，栽培实践获得了很好的经济产量。在株高、最大叶长方面，草炭：炉渣=3:1处理西兰花具有更高的株高和叶长，这说明该基质配比栽培下西兰花获得了更多的生长积累量；草炭：炉渣=3:1处理下甜瓜、西兰花鲜生物量均更高，说明该基质配比对其营养生长更为有利。研究证明，有机基质在配比比例中占有很重要的作用，这和肖艳辉等人研究成果相同^[11]。本研究中，草炭：河沙=3:1处理下甜瓜的经济指数更高，说明该处理更有利于甜瓜经济产量的形成。该试验中，基质配比处理下两茬作物栽培均未发现土传病虫害，实践证明，用简易基质处理栽培改造替代土壤栽培，不仅可以让原有土传病虫害严重的土壤进行休耕与隔离，同时不耽误农户的生产效益，塑料大棚实现了持续生产，因此具有广阔的应用前景。

4 结论

（1）草炭∶河沙=3:1和草炭∶炉渣=3:1均是两种比较理想的基质配比，均适用于甜瓜和西兰花的栽培生产，作物长势良好，产量稳定，土壤栽培上发生的土传病虫害问题得以很好解决。

（2）两种基质配比对作物生长与发育作用机制不同。草炭∶炉渣=3:1基质配比栽培西兰花更有利于实现营养生长，经济指数更高；草炭∶河沙=3:1基质配比栽培甜瓜更有利于生殖生长，经济指数更高。

（3）按塑料大棚甜瓜—西兰花一大茬计算，可以实现产值在215074.1元·hm^-2，具有非常明显的经济效益，在老旧设施棚室持续生产或西北高原非耕地开发利用提供了一种高产、高效、生态的栽培模式。

参考文献

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基金资助

甘肃省人才项目《渭河流域现代农业新技术集成与人才培养》和天水市科技项目《武山县日光温室蔬菜有机基质栽培技术试验示范与 推广》