CO2氣肥對北方棚室蒜薹生長發(fā)育及品質(zhì)的影響

王向鶴等

摘要：以大蒜（Allium sativum L.）蒜薹為研究對象，通過測定蒜薹生長發(fā)育和生理生化的的各項指標，以此評價施用不同濃度CO2氣肥對北方棚室蒜薹生長發(fā)育和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，CO2氣肥濃度為1 000 mL/m3時株高和假莖粗達到最高水平，分別為341 mm和4.98 mm。CO2氣肥濃度為1 200 mL/m3時葉寬達11.28 mm，最有利于葉片發(fā)育，并且蒜薹葉綠素相對含量（SPAD值）、可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量最高，分別為59、15.6%、6.9 mg/g、312 μg/g，分別比空白對照提高了7.3%、83.0%、35.6%、97.5%。游離氨基酸含量在CO2氣肥濃度為800 mL/m3時達到最高，為2.75 mg/g，比對照提高了34.8%。蒜薹的干物質(zhì)含量在CO2氣肥濃度為1 000 mL/m3時最高，為12.16%，比對照高5.2%。施用CO2氣肥可顯著提高蒜薹的產(chǎn)量，在CO2氣肥濃度為1 200 mL/m3時產(chǎn)量達到最高，為4.75 kg/m2，比對照高23.2%。大蒜素含量在CO2氣肥濃度分別為800、1 600 mL/m3時達到較高水平，分別比對照提高了17%、5%?？傊诒狈脚锸覂?nèi)施用CO2氣肥可以顯著促進蒜薹生長發(fā)育及營養(yǎng)物質(zhì)的積累，施肥的最佳濃度為1 000～1 200 mL/m3。

關(guān)鍵詞：CO2氣肥；北方棚室；大蒜（Allium sativum L.）；蒜薹；生長發(fā)育；品質(zhì)

中圖分類號：S145.3；S625.5；S633.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）12-2919-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.028

The Effect of CO2 Gas Fertilizer on Growth and Quality

of Garlic Scape in Northern Greenhouse

WANG Xiang-he1，2， PEI Zhan-jiang2， WANG Su2， GAO Ya-bing2， ZHU Hong-yan1， YAN Hong1， LIU Jie2

（1.College of Chemical and Environmental Engineering/Key Laboratory of Green Chemical Technology of College of Heilongjiang Province， Harbin University of Science and Technology， Harbin 150040， China；

2. Rural Energy Insititute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， China）

Abstract： The effects of concentration of CO2 gas fertilizer on growth and quality of garlic（Allium sativum L.） scape were studied by determining the development and physiological-biochemical index. Results showed that when CO2 gas fertilizer concentration was at 1 000 mL/m3， the plant height and pseudostem diameter was the highest（341 mm and 4.98 mm respectively）. Leaf width was 11.28 mm when CO2 gas fertilizer concentration was at 1 200 mL/m3， which was the best for leaf development； and chlorophyll（SPAD）， soluble sugar， soluble protein and vitamin C was 59， 15.6%， 6.9 mg/g， 312 μg/g， respectively， increased by 7.3%， 83.0%， 35.6% and 97.5% than the control group. Free amino was promoted by 34.8% at 800 mL/m3， increasing to 2.75 mg/g. Dry substance of garlic scape was increased by 5.2% at 1 200 mL/m3； while the production of garlic scape was improved by 23.2， reaching to 4.75 kg/m2. Allicin was increased by 17% and 5% at 800 mL/m3 and 1 600 mL/m3 respectively. In conclusion， the growth and nutrients accumulation of garlic scape could be remarkably promoted by applying CO2 gas fertilizer with the best concentration at 1 000 to 1 200 mL/m3.

Key words： CO2 gas fertilizer； northern greenhouse； Allium sativum L.； garlic scape； growth； quality

CO2是植物進行光合作用的重要原料，其與植物體內(nèi)有機物的合成有關(guān)，在一定范圍內(nèi)植物的光合速率與CO2濃度呈正相關(guān)關(guān)系，即CO2濃度越大，光合效率越強，則產(chǎn)量越高[1]。在中國北方，棚室蔬菜生長常常受到氣溫、光照、濕度、空氣等環(huán)境條件的影響，尤其是生產(chǎn)上大量使用的日光溫室又是一個相對封閉的生產(chǎn)環(huán)境，與外界氣體交換較少，造成環(huán)境中的CO2嚴重不足，使得棚室蔬菜常處于CO2饑餓狀態(tài)，加上光合效率偏低，營養(yǎng)物質(zhì)積累較慢，產(chǎn)量和品質(zhì)往往低下[2，3]。通常情況下，日出前棚室內(nèi)的CO2濃度最大，可超過800 mL/m3，日出后隨著作物光合作用的加強，CO2消耗增多，使棚內(nèi)CO2濃度逐漸降低，最低可降到75 mL/m3左右[4]；而在溫室大棚內(nèi)CO2濃度需要達到800～1 600 mL/m3才可有效促進蔬菜的新陳代謝，有利于蔬菜生長和碳水化合物的積累[5]?？悼档萚6]研究了凈化后的廢氣作為CO2氣肥對溫室黃瓜（Cucumis sativus L.）生長、果實發(fā)育、經(jīng)濟產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響，結(jié)果增施CO2氣肥可以顯著促進溫室黃瓜植株和果實的生長，提高黃瓜果實的品質(zhì)與產(chǎn)量，其CO2氣肥的最佳施用濃度為1 500 mL/m3。CO2氣肥技術(shù)可以處理沼氣能源產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物、緩解環(huán)境污染，對沼氣燃燒產(chǎn)生的CO2能夠有效利用，這不僅可以增加棚室內(nèi)的CO2濃度，為棚室蔬菜提供CO2氣肥，從而增加光合作用的原料，同時還能起到保溫和增濕的作用，使棚室內(nèi)溫度上升，防止早春的凍害發(fā)生，這對提高棚室蔬菜產(chǎn)量與品質(zhì)具有積極影響[7]。

大蒜（Allium sativum L.）的蒜薹在北方冬季是經(jīng)濟價值較高的蔬菜種類，不僅口感好，食用價值高，而且其富含的大蒜素還具有極高的保健功能，可對細菌、病毒和真菌等微生物產(chǎn)生一定的消毒作用，還可防治高血壓，并能協(xié)調(diào)人體內(nèi)的脂蛋白平衡[8，9]；是深受消費者歡迎的冬季綠色蔬菜之一。目前CO2氣肥技術(shù)由于受到沼氣發(fā)酵成本及技術(shù)的限制，難以得到大范圍應(yīng)用。為此，試驗通過設(shè)置不同濃度的CO2氣肥處理，研究其對蒜薹生長發(fā)育及品質(zhì)的影響，以期為北方棚室蔬菜生長與農(nóng)家沼氣燃燒產(chǎn)生的CO2利用等提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院盆栽場完成，以薹用大蒜為試材，用直徑為25 cm的塑料圓盆為栽植盆，以體積為0.47 m3的透明玻璃罩模擬溫室大棚環(huán)境；CO2氣肥濃度分別設(shè)置為0、800、1 000、1 200、1 400、1 600 mL/m3 6個處理，分別以CK、T1、T2、T3、T4、T5表示，每處理3個重復(fù)（盆），每盆14株大蒜。在試驗過程中大蒜植株均用玻璃罩蓋??；采用向玻璃罩內(nèi)通入一定體積的CO2氣體代替沼氣燃燒釋放的CO2作為氣肥，所用的CO2為市售的鋼瓶裝CO2氣體。

用盆栽場土壤作為栽培土，將準備好的栽培土放入18個塑料盆中，3盆為1組（1個玻璃罩）；挑選大小基本一致，生長充實的大蒜蒜瓣，在每個盆內(nèi)栽入14瓣；待幼苗長到5 cm高后用玻璃罩蓋上，于此后試驗期間的每天上午9：00用注射器向6個玻璃罩內(nèi)通入體積分別為0、168、210、252、294、337 mL的CO2氣體（陰雨天不通CO2氣體），密閉2 h，之后打開玻璃罩通風(fēng)1 h；在下午5：00再蓋上玻璃罩，防止晚上溫度過低損傷幼苗，以模擬溫室大棚的生產(chǎn)環(huán)境。隨時監(jiān)測玻璃罩內(nèi)的溫度，光照太強時需要在玻璃罩上方支起遮陽網(wǎng)降溫，避免罩內(nèi)溫度過高影響大蒜幼苗的正常生長發(fā)育。在幼苗高5 cm以后，每天測量大蒜生長的有關(guān)指標，如株高、葉寬、假莖粗和葉綠素相對含量（SPAD值），在第16天收獲時測定每處理蒜薹的總產(chǎn)量、干物質(zhì)含量，每盆預(yù)留1株大蒜冷藏作樣品，測量不同濃度CO2氣肥處理下蒜薹的可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸、維生素C以及大蒜素的含量等生化指標。

1.2 方法

使用直尺測量大蒜的株高，即把植株拉直，測量從土面到最高葉尖的距離；葉面寬度采用游標卡尺測定，即植株頂端以下第三片葉中部的寬度；游標卡尺測定假莖粗，即植株根部的最大直徑；用TYS-A葉綠素測定儀測定蒜薹葉綠素的相對含量（SPAD值）；蒜薹干物質(zhì)含量采用烘干法；天平稱量蒜薹產(chǎn)量；蒜薹的可溶性糖含量采用蒽酮比色法[10]測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250比色法[10]測定；游離氨基酸含量采用茚三酮比色法[11]測定；維生素C含量采用紫外分光光度法[12]測定；大蒜素含量采用苯腙法[13]測定。以上每一項生化指標測定均3次重復(fù)，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度CO2氣肥對薹用大蒜株高的影響

試驗測定的CO2氣肥對薹用大蒜株高的影響情況見圖1。由圖1可知，在試驗范圍內(nèi)以T2處理（CO2氣肥濃度1 000 mL/m3）的效果最好，薹用大蒜平均株高為341 mm，比CK大40 mm。不過試驗設(shè)置的不同濃度CO2氣肥處理對薹用大蒜株高的促進效果不同，當(dāng)CO2氣肥濃度低于1 000 mL/m3時，施用CO2氣肥有利于薹用大蒜植株的高度生長，但當(dāng)濃度超過1 000 mL/m3后，則促進效果減弱；說明在一定范圍內(nèi)增加玻璃罩模擬棚室環(huán)境內(nèi)的CO2氣肥濃度可以提高薹用大蒜的植株高度。

2.2 不同濃度CO2氣肥對薹用大蒜假莖粗度的影響

試驗測定的CO2氣肥對薹用大蒜假莖粗度的影響情況見圖2。由圖2可知，仍然是T2處理（CO2氣肥濃度為1 000 mL/m3）的效果最好，其假莖最粗，為4.98 mm，比CK粗0.35 mm，T1、T3、T4、T5處理的薹用大蒜假莖粗分別比CK粗0.24、0.20、0.15、0.07 mm，說明施用CO2氣肥可以促進薹用大蒜假莖的增粗生長。測定結(jié)果還顯示，在CO2氣肥濃度低于1 000 mL/m3時，薹用大蒜假莖隨著CO2氣肥濃度的增加增粗效果明顯；而當(dāng)濃度大于1 000mL/m3時，薹用大蒜假莖隨著CO2氣肥濃度的增加增粗效果減弱。

2.3 不同濃度CO2氣肥對薹用大蒜葉寬的影響

試驗測定的CO2氣肥對薹用大蒜葉寬的影響情況見圖3。由圖3可知，在試驗范圍內(nèi)，以T3處理（CO2氣肥濃度為1 200 mL/m3）的薹用大蒜葉寬增大效果最明顯，其葉寬達到了11.28 mm，CK為9.62 mm，T3處理比CK增加了17.3%；當(dāng)CO2氣肥濃度低于1 200 mL/m3時，增施CO2可以促進薹用大蒜葉片的生長，而濃度大于1 200 mL/m3時，繼續(xù)增施CO2則葉寬的增加幅度不明顯。

2.4 不同濃度CO2氣肥對蒜薹葉綠素相對含量（SPAD值）的影響

試驗測定的CO2氣肥對蒜薹葉綠素相對含量（SPAD值）的影響情況見圖4。由圖4可知，增加CO2氣肥濃度可以增加蒜薹葉綠素的相對含量（SPAD值），處理T1、T2、T3、T4、T5的蒜薹葉綠素相對含量都比CK高。以T3處理（CO2氣肥濃度為1 200 mL/m3）的蒜薹葉綠素相對含量（SPAD值）最高，可達59，比CK提高了7.3%。隨著CO2氣肥濃度的增加，蒜薹葉綠素相對含量呈現(xiàn)先增加、后減少的變化趨勢。

2.5 不同濃度CO2氣肥對蒜薹可溶性糖含量的影響

試驗測定的CO2氣肥對蒜薹可溶性糖含量的影響情況見圖5。由圖5可知，施用CO2氣肥有利于蒜薹可溶性糖的積累。蒜薹可溶性糖含量在CO2氣肥濃度為1 200 mL/m3時達到最大值，為15.6%，比CK高83.0%，其他處理的可溶性糖含量均比T3處理低。隨著CO2濃度的增加，蒜薹可溶糖含量呈現(xiàn)先增加、后減少的變化趨勢。

2.6 不同濃度CO2氣肥對蒜薹可溶性蛋白含量的影響

試驗測定的CO2氣肥對蒜薹可溶性蛋白含量的影響情況見圖6。由圖6可知，T1、T2、T3、T4、T5處理與CK相比，蒜薹可溶蛋白質(zhì)的含量均有不同程度的提高，CK的可溶性蛋白質(zhì)含量為5.09 mg/g，T1、T2、T3、T4、T5處理分別是5.99、6.65、6.90、6.48、6.25 mg/g，分別比CK提高了17.7%、30.6%、35.6%、27.3%、22.8%。以T3處理（CO2氣肥濃度為1 200 mL/m3）的可溶性蛋白質(zhì)含量增加效果最明顯。隨著CO2濃度的增加，蒜薹可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)出先增加、后減少的變化趨勢。

2.7 不同濃度CO2氣肥對蒜薹維生素C含量的影響

試驗測定的CO2氣肥對蒜薹維生素C含量的影響情況見圖7。由圖7可知，T1、T2、T3、T4、T5處理的維生素C含量都比CK高。CK的維生素C含量為158 μg/g，T1、T2、T3、T4、T5處理的維生素C含量分別是196、234、312、244、188 μg/g，分別比CK提高了24.1%、48.1%、97.5%、54.4%、19.0%，可見施用CO2氣肥可以促進蒜薹維生素C含量的增加。以T3處理的維生素C含量增加效果最為明顯，遠遠高出CK和其他4個處理，因此CO2氣肥濃度為1 200 mL/m3最有利于蒜薹維生素C的積累。

2.8 不同濃度CO2氣肥對蒜薹游離氨基酸含量的影響

試驗測定的CO2氣肥對蒜薹游離氨基酸含量的影響情況見圖8。由圖8可知，CK和T1、T2、T3、T4、T5處理的蒜薹游離氨基酸含量分別是2.04、2.75、2.47、2.25、1.99、1.87 mg/g。以T1處理（CO2氣肥濃度為800 mL/m3）的游離氨基酸含量最高，比CK高34.8%。隨著CO2濃度的繼續(xù)增加，游離氨基酸含量呈下降趨勢，在CO2濃度較高的T4、T5處理，游離氨基酸含量比CK還低，分別降低了2.4%和8.3%。所以CO2氣肥濃度為800 mL/m3最有利于蒜薹游離氨基酸的積累。

2.9 不同濃度CO2氣肥對蒜薹干物質(zhì)含量的影響

試驗測定的CO2氣肥對蒜薹干物質(zhì)含量的影響情況見圖9。由圖9可知，增加CO2氣肥濃度對提高蒜薹干物質(zhì)含量有明顯的促進作用，T1、T2、T3、T4、T5處理的蒜薹干物質(zhì)含量均比CK高。以T2處理的蒜薹干物質(zhì)含量最高，為12.16%，比CK高5.2%。在氣肥濃度小于1 000 mL/m3時，CO2濃度增加，蒜薹干物質(zhì)含量逐漸增加；而當(dāng)濃度大于1 000 mL/m3后，CO2濃度增加，蒜薹干物質(zhì)含量則逐漸減少，其變化呈現(xiàn)先增后減的趨勢。由此可見，CO2濃度為1 000 mL/m3最有利于蒜薹干物質(zhì)的積累。

2.10 不同濃度CO2氣肥對蒜薹單位面積產(chǎn)量的影響

試驗測定的CO2氣肥對蒜薹單位面積產(chǎn)量的影響情況見圖10。由圖10可知，施用CO2氣肥有利于蒜薹增產(chǎn)，適宜濃度的CO2氣肥可最大程度增加蒜薹的產(chǎn)量。CK、T1、T2、T3、T4、T5處理的蒜薹產(chǎn)量分別是3.85、4.13、4.63、4.75、4.26、4.25 kg/m2，以T3處理的產(chǎn)量最高，比CK高出23.2%，T2比CK高20.5%，說明施加CO2氣肥的增產(chǎn)效果十分明顯，最佳氣肥濃度是1 200 mL/m3。另外，當(dāng)CO2氣肥濃度低于1 200 mL/m3時，蒜薹產(chǎn)量隨CO2濃度遞增呈正向增長；而當(dāng)濃度大于1 200 mL/m3后，蒜薹產(chǎn)量隨CO2濃度遞增呈負向增長。

2.11 不同濃度CO2氣肥對蒜薹大蒜素含量的影響

試驗測定的CO2氣肥對蒜薹大蒜素含量的影響情況見圖11。由圖11可知，CK的大蒜素含量為10.25‰，T1、T4、T5處理的大蒜素含量分別是12.00‰、10.48‰、10.80‰，比CK要高；而T2、T3處理的大蒜素含量分別是9.35‰、8.44‰，比CK低。T1、T5處理分別比CK提高了17%、5%。由此可見，隨著CO2氣肥濃度的增加，蒜薹大蒜素含量呈現(xiàn)先增加、后減少、再增加的變化趨勢。分析認為，大蒜素是一種含硫化合物，其主要成分是二烯丙基三硫化合物[14]。在棚室內(nèi)施用低濃度CO2氣肥后，由于此時糖類、纖維素、蛋白質(zhì)、維生素C、葉綠素等化合物的合成積累較慢（前面的測定結(jié)果已經(jīng)說明了這一點），使大蒜素的代謝比較活躍，處在整個植株的的生理活性中心，并促使大蒜植株加速從土壤中吸收硫元素，所以低濃度CO2氣肥處理的蒜薹其大蒜素合成積累多、含量較高；當(dāng)棚室內(nèi)CO2氣肥施用的濃度增加后，糖類、纖維素、蛋白質(zhì)、維生素C、葉綠素等化合物的代謝被激活，生理活性中心發(fā)生轉(zhuǎn)移，其合成積累加快，造成大蒜素的合成變緩。隨著CO2氣肥濃度的持續(xù)增加，糖類、纖維素、蛋白質(zhì)、維生素C、葉綠素等化合物的代謝又受阻，加上大蒜植株對土壤中硫元素的吸收利用，進而大蒜素含量隨之呈現(xiàn)出增加的趨勢；因此蒜薹大蒜素含量在試驗范圍內(nèi)總體上呈現(xiàn)出先增加、后減少、再增加的變化，這提醒種植者在實際生產(chǎn)中應(yīng)該注意硫元素的補充。

3 討論

在薹用大蒜整個生長發(fā)育過程中，通過施加CO2氣肥，5個施用CO2氣肥處理的薹用大蒜的生物學(xué)性狀如株高、葉寬、假莖粗與對照相比，均有不同程度的增加。蒜薹的農(nóng)藝性狀如干物質(zhì)含量、產(chǎn)量和生化指標如葉綠素相對含量（SPAD值）及可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸、維生素C含量等與對照相比，都有明顯的提高。適宜濃度的CO2氣肥會對蒜薹生長產(chǎn)生促進作用，而濃度過高或過低都會對蒜薹生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響，這與李萍萍等[15]的研究結(jié)果一致。

試驗結(jié)果表明，當(dāng)CO2氣肥濃度為1 000 mL/m3時，株高和假莖粗達到最高水平，分別為341 mm和4.98 mm。氣肥濃度為1 200 mL/m3時葉寬達11.28 mm，最有利于葉片發(fā)育，并且蒜薹葉綠素相對含量（SPAD值）及可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量最高，分別為59、15.6%、6.9 mg/g、312 μg/g，分別比空白對照高7.3%、83.0%、35.6%、97.5%。游離氨基酸含量在CO2氣肥濃度為800 mL/m3時達到最高，為2.75 mg/g，比對照提高了34.8%。蒜薹的干物質(zhì)含量在氣肥濃度為1 000 mL/m3時最高，為12.16%，比對照高5.2%.。施用CO2氣肥可顯著提高蒜薹的產(chǎn)量，在氣肥濃度為1 200 mL/m3時，產(chǎn)量達到最高，為4.75 kg/m2，比對照高23.2%。大蒜素含量在氣肥濃度分別為800、1 600 mL/m3時達到較高水平，分別比對照提高了17%、5%。綜合而言，CO2氣肥施肥的最佳濃度為1 000～1 200 mL/m3。

在試驗中觀察發(fā)現(xiàn)，增施CO2氣肥的大蒜比不施用氣肥的生長速度快，植株均勻健壯，葉片的寬度和厚度都明顯提高，而且蒜薹的成熟期約提前3 d，這可以使蒜薹提早上市，加上單位面積蒜薹產(chǎn)量的增加，將會使種植者收入提高，取得良好的經(jīng)濟效益。

利用沼氣燃燒釋放的CO2作為北方棚室蔬菜種植的氣體肥料，一方面可以有效處理廢棄物、為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開辟肥源，另一方面還可以對棚室內(nèi)作物起到保溫和增濕的作用，但是試驗使用的CO2氣肥是直接從鋼瓶里放出的CO2氣體，因此試驗結(jié)果的客觀性、普遍性還需要在棚室內(nèi)安裝沼氣發(fā)酵裝置進行中試來驗證，這就需要下一步的繼續(xù)研究。

總之，在北方棚室內(nèi)施用CO2氣肥可以有效促進蒜薹生長發(fā)育及營養(yǎng)物質(zhì)的積累，改善蒜薹品質(zhì)。增加蒜薹產(chǎn)量，并有利于農(nóng)村沼氣能源的合理化利用，這符合國家節(jié)能減排的要求，而且符合當(dāng)前農(nóng)村的實際情況，利國利民，應(yīng)當(dāng)大力提倡、積極宣傳推廣。

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