简易设施下巨型南瓜树的水气培研究

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

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，如果结合自动控制技术就可实现温光气热等环境因子的自动调节。运用智能模块及各类传感器和执行部件，进行科学的参数设定与植物专家模式的建立运用，能为南瓜的生长创造最为适宜的环境，对于植株生长潜能发挥起到了有重要的作用。但在简易设施大棚内，为了考虑实用性，达到最节能化的控制，大多采用模糊区间阈值控制法^[13]，如空气温度在生长的高温季节，只作高温上限的控制，空气湿度只作下限控制，光照强度只作光饱和上限的控制，或者有些参数只作报警提示，再结合人工措施来完成。这样就可以实现在相对简易设施下的环境优化，具有更广的适应性。南瓜在设施条件下，常遇夏季高温危害，需结合微喷降温系统来抵御高温，可以设定高温极限于33-35℃间，这样不会对南瓜造成危害，又达节水的目的。空气湿度通常以65-70%为下限，当低于此值时即自动进行微喷加湿，光饱和点设定为8万LX，当中午光强超过此值时，会自动报警或自动拉上蔗阳网。其它参数的控制如二氧化碳浓度、人工光照等可以根据设施情况来决定，在简易设施条件下，按照上述控制即可达到巨型南瓜生长的要求，当然越是精确的控制对于南瓜生长越有利，但同时也要考虑运行的成本与实用性。

（6）搭架整枝：5月1日定植的南瓜苗，经过一个月的生长就形成了具有一个2．5米高的主干与5个长度近2-3米的分叉枝蔓，构成了南瓜树的一级骨架。这么快的生长速度，需在定植后立即开始搭架工作。作为南瓜树一般采用主干平棚形整枝，必须在离地面2．5-3米处拉上方格状的钢丝网架,作为南瓜生长缚蔓所用,让枝蔓在网架上合理均匀地延伸布局。在修剪理蔓上与土壤栽培不同，土壤栽培常以独蔓整枝为主，把所有子蔓都给予摘心或抹除，而水气培环境下，为了让南瓜具有更优美的树姿及更多的光合面积与最高的单株产量，必须采用合理留枝适度控蔓的方法，让其有更大的枝蔓生长空间，所以栽培后采用以下的修剪整形技术。

其一，做到及时引蔓培养主干，移栽后，先用一塑料水管或竹竿垂直固定于植株侧面，并把开始爬行的瓜蔓用塑料绳呈“8”字结的方式垂直地绑缚在支撑杆上，让瓜蔓垂直生长，保持顶端优势培养成为主干，同时也起到抑制侧蔓生长的作用。

其二，理清枝蔓主次，培养丰产骨架。对主干上萌发的侧蔓作摘心处理，让其成为辅养树体的辅养蔓，当植株生长至近网架高度时，选留5个方向错落均匀的侧蔓作为主蔓培养，把选定5大主蔓的瓜蔓进行绑缚牵引生长。

其三，对于主蔓上萌发的子蔓与孙蔓一律作摘心处理，控制其生长，但不去除，使树体有更多的光合叶面积，更有利于植株的快速生长与产量潜能的发挥。另外，在整个生长发育过程中，还要及时去除卷须与过量的雄化以节省树体营养的消耗，把去除卷须后的枝蔓，用塑料绳均匀地绑缚在水平网架上，创建一个合理的光合叶面积。

（7）留瓜护瓜：留瓜的部位对于瓜的生长影响较大，一般留瓜的位置，离主干分枝处不宜太远也不宜太近，如离主干太近，叶片光合输送至瓜的距离太远，不利于后期膨大，同时也会影响该瓜蔓的营养生长，使光合叶面积变小，通常在离主干2-3米的距离段开始留瓜为宜。太远使矿质营养输送的距离拉长，或因后期植株衰退而影响瓜的膨大。在进行南瓜树水气培时，由于各种生长因子的优化，留瓜数可由土壤栽培的1-2个增至5个，使单株产量提高至数倍。当瓜果膨大至蓝球般大小时，需对瓜进行搭台与撑伞蔗阴。巨型南瓜可达单瓜重达100斤以上，光凭网架难以支撑承载，需在瓜下吊板或搭台支撑，另外，在灼热的强光下，以防止日灼而引起的裂果，需进行撑伞蔗阴，一般选择小雨伞较好，一个瓜一个伞起到护瓜之作用。

（8）病虫管理：病虫管理是防止植株早衰，叶片早落的主要措施，在设施条件下，常有蚜虫、白粉虱、白粉病及霜霉病的发生，必须以防为主，阶段性地喷施杀虫灭菌剂，以维持叶片具有良好的光合效率。一般每隔10-15天叶面喷施一次，最好结合根外追肥措施，喷洒0.2-0.4%的尿素及磷酸二氢钾混合液，可大大延长叶龄与提高光合作用。

（9）吊桶补肥：南瓜树的水气栽培发挥了它巨大的生长潜能，后期树冠的分布面积极大，伸展出极长的瓜蔓，常会因吸收与输送矿质营养的距离太大，而影响后期的枝蔓营养供给与生长，利用南瓜茎节易生不定根的特性，可于较长的侧蔓下悬吊装有雾化营养液的塑料桶，通过桶内雾化的营养液促进形成大量的不定根，从而使该蔓获取更多的矿质营养。安装时操作时，可于桶底装一向上喷雾的喷头，把枝蔓弯曲压入桶内后，用黑色的无纺布或其它蔗盖物封好桶口，创造一个高湿的营养雾环境，一般2-3天就会于茎节上长出大量洁白的不定根，可源源不断地从桶中吸收矿质营养，为枝蔓的生长补足了矿质营养源。采用这措施可让南瓜蔓生长周期大大延长，营养生长大大加快，早衰现象大大推迟，是栽培巨型南瓜树的一项有效辅助技术措施。

南瓜树的测产与评价

采用水气培可以让普通巨型南瓜品种产量得到数倍的提高，可以使树冠生长及全株生物产量得到大幅度的提升。现就我所2005年栽培的南瓜树进行测产分析与评价，以了解南瓜的生理潜能，为生产提供参考。

该巨型南瓜的生育期为三个月左右，即5月1日移栽，至8月18日收获完茬。在这三个月的生长发育过程中从一株小苗培育成一株占地面积达86平方米，离基20cm处的树干直径达7cm，荷叶般大小叶片占总叶数30%以上的巨型南瓜树。远处看如一把巨伞，近看如一株大树，具有很好的观光效果，由硕大的叶片，粗壮的树干及巨大金灿的瓜果构成了一幅壮观的田园景观。

完茬后对瓜果的单瓜重及单株产量进行统计，并与土壤栽培进行对比，其产量数倍地高于相同品种的土壤栽培产量，充分展现了水气培的优势与增产效果。现把水气培单位株所结的5个瓜及土壤栽培的单瓜各项指标与重量列表如下：

瓜号	周长（cm）	直径(cm)	纵径(cm)	重量（KG）
1	161	48	25	52．5
2	158	45．2	24．7	51．5
3	162	46．1	23	52．8
4	143	41．6	22．6	46．6
5	170	50．9	26．3	55．4
平均值	158．8	46．4	24．3	51．76
合计	794	231．8	121．6	258．8
土壤对照	120	35．6	20	38．8

由上表计算获知，水气培的单瓜平均重为51.76kg，土栽的只有38.8kg，单瓜重增加显著，同时单株产量水气培高达258.8kg，数倍地高于土壤栽培。另外该品种的果形指数为24.3/46.4=0.52，为典型的扁园形，与目前大多数栽培的椭圆形巨型南瓜相比具有更好观赏性。运用水气培技术可以使单株产量数倍地提高，单瓜明显地增大。充分发挥了植物巨大的生理潜能，达到了产量与生物量的超常规发育，这与当前的番茄树水气培具有相同的技术效果，可以作为巨型南瓜园建设的主要技术来运用。

小结

当前植物遗传潜能的研究已成为科研与生产上的一个重要课题，特别是通过设施条件及环控技术的改进来优化植物生长环境，达到植物生长上的超常规发育，实现各种蔬菜巨大化的栽培效果，这些方面的研究，已成为观光农园建设及科研上的一个主要项目。在我国南瓜树研究大多限于迷你型观赏南瓜的栽培研究，对于巨型南瓜的树状栽培尚属首例，在科研与生产上具有较强的指导意义。目前，在日本番茄的水气培技术已成为番茄树培育的一项重要技术来运用，同样在其它植物上还具有重要的借鉴意义，上述的研究是在设施简易的联栋大棚内进行，如果再进行设施的改进，相信巨型南瓜的潜能还会有更大的提高，特别是在夏季高温的制御、营养液的致冷及二氧化碳补充上再行改进，还可以使单株产量单瓜重再进一步的提高。

巨型南瓜树的水气培技术，具有使南瓜产量潜能得到数倍的提高，再通过主干形的棚架栽培比地栽爬蔓栽培有更强的观赏性，可以作为当前现代化农业园区建设的一个观光科普项目建设，在当观光、旅游、休闲、生态相结合的城市农业建设中，该技术具有广阔的发展前景与市场空间。

Under the simple facility the giant pumpkin tree's moisture cultivates the research

Agricultural Intelligentized Rapid Propagation Center of Lishui Institution of Agricultural Science

Abstract: This article summarized the nature to analyze the vegetable soil to cultivate, Shui Pei, the gas cultivates the existence the good and bad points, and three cultivations ways to plant ON potential display in varying degree influence and limiting factor, proposed the new moisture cultivated the pattern, and in detail introduced the moisture cultivated the technology in the giant pumpkin tree cultivation concrete utilization, has achieved the good cultivation effect. Again through analyzes the author 2005 the cultivation practice, explained this technology enhances in the output and increases on Shan Guazhong, had achieved under the soil cultivation the incomparable effect, the summary has analyzed this technical superiority with in the current plant physiology ON potential research significance, had demonstrated this technology in goes sightseeing agricultural, in the city agriculture project construction broad prospect and the market space.

Key word: The giant pumpkin, the moisture cultivates, the physiological ON potential, the environment control, goes sightseeing the agriculture

作者简介：徐伟忠（1971-），男，汉，研究员，主要从事农业智能化及物理农业领域的研究，现任浙江省丽水市农科所农业智能化快繁中心主任，2004年度全国农村青年创业致富带头人，曾主持研究开发植物非试管快繁技术，植物水生诱变技术，温室大棚控制计算机，芽苗菜智能化栽培技术等十多项技术，其中，植物非试管快繁技术经鉴定居国内领先水平，获国家星火计划项目，无形资产评估达1.4亿元。

参考文献：

2、西田正治，野沢重雄．水気耕栽培法による作物の生育について : 第1報水気耕によるメロンの高誘引の多数個取り栽培．植物化学調節研究会研究発表記録集 (昭和53年度), 東京，善文社．31-32,1978．

5、石倉一憲，古山光夫，安田雄治，小豆沢斉．ブドウの水気耕栽培における好適窒素濃度と給液法，日本植物工場学会，平成7年度大会学術講演要旨集．東京：善文社，1995，65-66．

8、野沢重雄．生命の発見―“新しい科学”の可能性を求めて．東京：善文社，1992/03

9、中島武彦．環境保全型水耕へのアプローチ．ハイドロポニックス，1996，10(1)：22-23

11、後藤英司，菅原大輔，李　盈徳，高倉　直．酸素ガスを用いたホウレンソウ水耕の溶存酸素濃度制御．植物工場学会誌，2003，15(1)，27-32

13、石井雅久．大規模化､周年利用化のための温室構造および環境制御一フェンロー型温室､屋根開放型温室の換気・環境特性―．農業および園芸．2004，79(1)，31-37