蔡江橋,許 靜,王 輝,戴耀良,馮世秀,楊積濤,田麗萍
(1.深圳市中科院仙湖植物園/深圳市南亞熱帶植物多樣性重點實驗室,廣東 深圳 518004;2.石河子大學(xué)藥學(xué)院,新疆 石河子 832003)
近30多年來,為滿足日益增長的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要,我國農(nóng)用化肥的投入已經(jīng)達到了相當(dāng)高的比例。目前,我國是全球化肥投入水平最高的地區(qū)之一,單位面積化肥用量遠遠高于世界平均水平,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大多依附化肥的投入[1-2]?;实氖┯脤ψ魑镌霎a(chǎn)具有重要意義,但長期大量使用化肥不僅不能促進作物增產(chǎn),反而造成土壤污染,如土壤結(jié)構(gòu)破壞、質(zhì)量下降、有機質(zhì)含量下降、肥力減退、鹽堿化;造成大氣污染,江河湖泊富營養(yǎng)化;對食品安全造成威脅,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降;對資源能源造成浪費等問題[3-6]。然而,由于作物賴以生存的土壤和環(huán)境已經(jīng)不同程度地遭到破壞,所以如果突然停止使用化肥而沒有其他肥料代替的話,作物產(chǎn)量將大幅度減產(chǎn)。因此,為了改善生態(tài)環(huán)境,改善作物賴以生存的土壤環(huán)境,提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量,研究對土壤環(huán)境危害較小的有機肥、微生物肥和植物源營養(yǎng)素是未來農(nóng)業(yè)研究的重要方向。
中醫(yī)農(nóng)業(yè)是指將中醫(yī)藥原理和方法應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,實現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)中醫(yī)藥的跨界融合,充分利用中草藥的化學(xué)物質(zhì)促進作物生長,防治病蟲害侵襲,是一種環(huán)保安全的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)理念[7]。中草藥提取物具有促進作物根系生長、提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)和改良土壤結(jié)構(gòu)等特點。中草藥活性物質(zhì)易被植物同化吸收和轉(zhuǎn)化利用,能有效激發(fā)植物體內(nèi)酶的活性,增強植物的代謝功能和光合作用,提高植物的抗病和抗逆能力。此外,中草藥提取物能夠促進植物根系固定無機肥料,提高土壤對養(yǎng)分的吸收和利用效率,從而減少無機肥料的使用,是一種環(huán)保的有機營養(yǎng)素。本試驗以黃瓜為材料,研究不同濃度的植物源營養(yǎng)素和施用方法對黃瓜發(fā)芽、植株生長、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響,篩選適宜的植物源營養(yǎng)素添加量和施用方法,以期為植物源營養(yǎng)素在黃瓜及其他蔬菜中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
試驗于2017年7~9月在深圳市中國科學(xué)院仙湖植物園中進行。
供試黃瓜品種為粵秀三號,試驗前黃瓜種子需提前1 d晚上用清水浸泡12 h。供試植物源營養(yǎng)素由深圳市南亞熱帶植物多樣性重點實驗室自制,是以中醫(yī)農(nóng)業(yè)理論為指導(dǎo),以傳統(tǒng)中草藥為原料(如何首烏、菝葜、生姜、虎杖、苦參和千斤拔等),經(jīng)現(xiàn)代萃取技術(shù)精制而成,主要成分為植物多糖、植物蛋白、氨基酸、黃酮、酚酸、皂苷、甾醇、生物堿和微量元素等活性成分,pH值為5.5,有機質(zhì)含量(以烘干計)≥90%。供試營養(yǎng)液為Hoagland營養(yǎng)液。供試土壤為壤土,pH 5.88、有機質(zhì)含量6.10 g/kg。
1.2.1 種子萌發(fā)試驗 黃瓜種子萌發(fā)試驗采用培養(yǎng)皿濾紙法。取直徑10 cm的培養(yǎng)皿,內(nèi)鋪濾紙2層,分別用不同濃度的植物源營養(yǎng)素水溶液(0、0.1、0.2、0.5、1、2 mg/L)浸濕,將100粒黃瓜種子均勻擺放于濾紙上,重復(fù)兩次,并保持培養(yǎng)皿濕潤。將培養(yǎng)皿放置于培養(yǎng)箱(25℃)內(nèi),每隔12 h向培養(yǎng)皿內(nèi)添加相應(yīng)濃度的植物源營養(yǎng)素5 mL,保持培養(yǎng)皿內(nèi)濾紙濕潤,3 d后記錄發(fā)芽種子數(shù),統(tǒng)計發(fā)芽率[8-10]。
1.2.2 幼苗生長試驗 黃瓜幼苗生長試驗采用培養(yǎng)皿濾紙法。取直徑10 cm的培養(yǎng)皿,內(nèi)鋪濾紙2層,分別用含有不同濃度植物源營養(yǎng)素的Hoagland營養(yǎng)液(0.1、0.2、0.5、1、2 mg/L)浸濕,將10粒黃瓜種子均勻擺放于濾紙上,3次重復(fù),并保持培養(yǎng)皿濕潤。以Hoagland營養(yǎng)液為對照進行相同操作。將培養(yǎng)皿放置于培養(yǎng)箱(25℃)內(nèi),每隔12 h向培養(yǎng)皿內(nèi)添加含有相應(yīng)濃度植物源營養(yǎng)素的Hoagland營養(yǎng)液5 mL,保持培養(yǎng)皿內(nèi)濾紙濕潤,直到第10天。10 d后待黃瓜幼苗長到一葉一心時,測定黃瓜幼苗的莖長、莖粗、葉面積、鮮重和干重[11-12],其中莖長從根頸部到生長點為基準測量,莖粗以第一片葉下部節(jié)間為基準測量,葉面積采用等腰三角形法測定,鮮重和干重以全株幼苗為基準測定。
1.2.3 盆栽試驗 植物源營養(yǎng)素對黃瓜植株生長的影響采用盆栽試驗。設(shè)葉面噴施0.3 mg/L植物源營養(yǎng)素、根部噴施0.3 mg/L植物源營養(yǎng)素、噴施清水(CK)3個處理,每個處理4次重復(fù),每盆裝土5 kg、栽育苗高約4 cm的植株2棵,每盆用植物源營養(yǎng)素或清水100 mL,根部噴施第一次用100 mL植物源營養(yǎng)素與土壤混合后裝入盆中。將其放置在自然環(huán)境下進行培養(yǎng),之后每隔15 d施肥1次[13]。
移栽后25 d,測定黃瓜植株的株高、莖粗、節(jié)間長、葉面積,其中株高從根頸部到生長點為基準測量,莖粗以第1片真葉下部節(jié)間為基準測量,節(jié)間長以第4片真葉下部節(jié)間為基準測量,葉面積采用等腰三角形法測定。黃瓜開花期,統(tǒng)計前3 d及盛花期任選3 d的各處理組的開花總數(shù),各取平均值為開花初期和盛花期的開花數(shù)。移栽后40 d的上午10:00,采用Li-6400光合作用儀測定黃瓜植株倒六葉葉片的光合速率,每個葉片測量3次。黃瓜始果期開始,每天采摘各處理鮮瓜,待75 d生育期滿采摘其余所有鮮瓜,統(tǒng)計各處理產(chǎn)量,即為黃瓜總產(chǎn)量;同時對黃瓜進行品質(zhì)分析:可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250法、游離氨基酸含量測定采用水合茚三酮比色法、可溶性糖和還原糖含量測定采用蒽酮比色法、硝酸鹽含量測定采用紫外分光光度法、維生素C含量測定采用2,6-二氯酚靛酚鈉染色法[15-16]。移栽后75 d黃瓜拉秧后,測定植株地上鮮重、地上干重、地下鮮重和地下干重。
采用Excel和SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。
由圖1可知,不同濃度的植物源營養(yǎng)素處理黃瓜種子其發(fā)芽率不同,呈現(xiàn)低濃度促進、高濃度抑制的趨勢。當(dāng)植物源營養(yǎng)素濃度在0.2 mg/L和0.5 mg/L時,黃瓜種子的發(fā)芽率顯著高于對照,其中0.2 mg/L植物源營養(yǎng)素處理的黃瓜種子發(fā)芽率最高為96%;當(dāng)植物源營養(yǎng)素濃度提高到1~2 mg/L時,其發(fā)芽率與對照差異不大。因此,在實際應(yīng)用時要注意控制植物源營養(yǎng)素的濃度在0.2 mg/L。
圖1 不同濃度的植物源營養(yǎng)素對黃瓜種子發(fā)芽率的影響
從表1和表2可以看出,植物源營養(yǎng)素在低濃度時促進黃瓜幼苗生長,而在高濃度時則抑制黃瓜幼苗生長。各指標測定結(jié)果顯示,當(dāng)植物源營養(yǎng)素濃度在0.2 mg/L和0.5 mg/L時黃瓜幼苗生長狀態(tài)最優(yōu),但大部分指標差異不顯著。其中,莖粗、葉面積、葉片鮮重和干重在0.2 mg/L處理時達到最大值;而幼苗鮮重、根鮮重和干重在植物源營養(yǎng)素濃度為0.5 mg/L時出現(xiàn)最大值。在實際應(yīng)用中以0.2 mg/L為植物源營養(yǎng)素使用的最佳濃度。
在一定濃度范圍內(nèi),黃瓜幼苗莖長、莖鮮重和干重隨著植物源營養(yǎng)素濃度的增加而增加,但當(dāng)濃度增加到10 mg/L時則完全抑制了黃瓜生長。其中,莖長的差異隨著時間的延長逐步顯現(xiàn),可能是因為隨著黃瓜幼苗的生長,植株營養(yǎng)器官開始快速生長,其對營養(yǎng)的需求越來越多,植物源營養(yǎng)素可以促進植株對營養(yǎng)的吸收,同時能提供更全面的營養(yǎng),因此,在一定濃度范圍內(nèi),莖鮮重和干重也隨植物源營養(yǎng)素濃度的增加而增加。
表1 不同濃度的植物源營養(yǎng)素對黃瓜幼苗莖和葉片生長的影響
2.3.1 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜植株生長的影響 由表3可知,植物源營養(yǎng)素處理的黃瓜各指標都優(yōu)于清水對照,而植物源營養(yǎng)素根部噴施處理的效果優(yōu)于葉面噴施。其中,根部噴施處理植株的莖粗、葉片數(shù)、節(jié)間長和葉面積均顯著高于對照,分別增長20.03%、28.17%、37.30%和17.72%,而株高與對照無顯著差別;葉面噴施處理植株除節(jié)間長與對照相比顯著增長了15.93%外,其他各指標雖有所增長但均未達顯著差異水平。
2.3.2 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜葉片光合速率的影響 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜葉片光合速率的影響不同,葉面噴施處理、根部噴施處理和對照組的光合速率分別為16.03、15.32、10.43 μmol/m2·s。其中葉面噴施處理和根部噴施處理分別比對照提高53.67%和46.85%,說明植物源營養(yǎng)素可以提高黃瓜葉片的光合速率。
表2 不同濃度的植物源營養(yǎng)素對黃瓜幼苗鮮重、干重的影響
表3 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜植株生長的影響
2.3.3 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜開花情況的影響 由圖2可知,植物源營養(yǎng)素處理的黃瓜開花初期和盛花期的開花數(shù)都高于對照。開花初期,葉面噴施和根部噴施處理植株的開花數(shù)分別比對照提高33.33%和344.44%,說明根部噴施有助于黃瓜早期開花;盛花期,葉面噴施和根部噴施處理的開花數(shù)分別比對照提高13.24%和41.18%,根部噴施處理植株的開花數(shù)比葉面噴施處理提高24.68%??梢?,植物源營養(yǎng)素采用根部噴施能顯著增加黃瓜開花數(shù),說明根部噴施其營養(yǎng)物質(zhì)更易于積累在黃瓜生殖器官上。
圖2 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜開花情況的影響
2.3.4 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響 表4顯示,植物源營養(yǎng)素處理的黃瓜干物質(zhì)積累和產(chǎn)量等指標均優(yōu)于對照。其中,葉面噴施處理的根鮮重、根干重顯著高于對照,而根部噴施處理黃瓜較對照有所增長但差異不顯著;葉面噴施處理植株的地上鮮重、地上干重較對照有較大幅度增長,而根部噴施處理較對照略有增長;根部噴施處理的瓜干重較對照增長顯著,而葉面噴施組較對照處理有所增長但差異不顯著;對于瓜鮮重、結(jié)瓜數(shù)和產(chǎn)量,根部噴施處理較對照有較大幅度增長,而葉面噴施處理較對照略有增長??梢?,葉面噴施植物源營養(yǎng)素有利于黃瓜后期的營養(yǎng)生長,而根部噴施有利于植株后期的生殖生長。
表4 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響
2.3.5 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜品質(zhì)的影響 表5顯示,植物源營養(yǎng)素處理的黃瓜品質(zhì)優(yōu)于對照,而根部噴施處理優(yōu)于葉面噴施。其中,植物源營養(yǎng)素處理黃瓜的可溶性蛋白和可溶性氨基酸含量比對照增長顯著,葉面噴施和根部噴施處理植株的可溶性蛋白含量分別比對照提高50.62%和65.43%;可溶性氨基酸含量方面,葉面噴施和根部噴施處理分別比對照提高25.00%和32.76%。植物源營養(yǎng)素處理黃瓜中的硝酸鹽含量顯著低于對照,其在葉面噴施和根部噴施處理黃瓜中的含量分別比對照降33.62%和35.36%。與對照相比,植物源營養(yǎng)素處理黃瓜的可溶性糖和維生素C含量雖有增長但差異不顯著??梢?,植物源營養(yǎng)素可有效提高黃瓜中可溶性蛋白和可溶性氨基酸的含量,同時對硝酸鹽在黃瓜中的積累有一定的抑制作用。
表5 植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜品質(zhì)的影響
本試驗研究了植物源營養(yǎng)素對黃瓜種子萌發(fā)、生長和品質(zhì)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),植物源營養(yǎng)素可以提高黃瓜種子的發(fā)芽率,有效促進黃瓜幼苗的生長,但不同的施用方法對黃瓜植株生長和瓜果品質(zhì)的影響不同。低濃度(0.2 mg/L)的植物源營養(yǎng)素使黃瓜種子發(fā)芽率提高了12.94%,植株莖粗、葉面積、葉片鮮重、葉片干重等也分別提高了11.43%、145.71%、26.59%和25.79%;高濃度(10 mg/L)的植物源營養(yǎng)素抑制了黃瓜種子的發(fā)芽和生長,而且隨著濃度的增加抑制作用越明顯。可見,植物源營養(yǎng)素濃度過高或過低都不利于黃瓜種子發(fā)芽和幼苗生長,在實際應(yīng)用中要注意控制使用濃度。在研究植物源營養(yǎng)素不同施用方法對黃瓜生長及品質(zhì)的影響時,發(fā)現(xiàn)根部噴施和葉面噴施均能促進黃瓜生長和提高黃瓜品質(zhì),其中根部噴施更有利于黃瓜生長初期的營養(yǎng)生長和后期的生殖生長,而葉面噴施則有利于黃瓜生長后期的營養(yǎng)生長。因此,在實際應(yīng)用中,在植株生長初期可采用根部噴施,生長后期可根據(jù)不同目的采用不同施用方法。
植物源營養(yǎng)素是以中醫(yī)農(nóng)業(yè)為思想而開發(fā)的,由多種中草藥混合而成,有機質(zhì)含量高,營養(yǎng)元素平衡,可提升植物品質(zhì),是一種新型、高效、環(huán)保、天然有機植物營養(yǎng)產(chǎn)品。植物源營養(yǎng)素中含有多種營養(yǎng)物質(zhì),具有提高種子發(fā)芽率、提高種苗成活率、促進作物生長、提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量、改良土壤等作用。植物源營養(yǎng)素中含有的中藥活性成分在促進植物生長方面發(fā)揮著重要作用,主要是因為中藥提取物中不僅含有植物生長所需要的營養(yǎng)元素,而且還含有一些次生代謝物質(zhì)。例如,虎杖、何首烏等中藥提取物含有大量多酚類物質(zhì),植物多酚是植物界最為重要的次生代謝產(chǎn)物之一,酚和醌可以相互轉(zhuǎn)化,植物多酚的酚羥基極易被氧化,具有很強的清除活性氧和自由基能力,一方面可通過還原反應(yīng)降低植物內(nèi)環(huán)境中氧含量,另一方面可作為供氫體釋放出氫與植物體內(nèi)的自由基結(jié)合,中止自由基引發(fā)的鏈鎖反應(yīng),從而阻止氧化的繼續(xù)進行,既是氧的活化劑,又是氧的載體,提高了植物適應(yīng)環(huán)境的能力[17-19]。中藥提取物中還含有多種營養(yǎng)物質(zhì),有利于土壤微生物的生長繁殖,調(diào)節(jié)土壤的微生物菌群,利用土壤微生物的固定、分解、分泌作用,從而影響土壤中營養(yǎng)養(yǎng)分的變化,進而起到有效改良土壤的作用[20-22]。例如,張淑紅等[23]發(fā)現(xiàn)苦參提取物能調(diào)節(jié)茄子根際微生物;周寶利等[24]利用苦參提取物處理茄子,發(fā)現(xiàn)其增加了茄子根際細菌、放線菌數(shù)量,抑制了真菌生長,增加了多種酶活性,進而改善了茄子生長和根際土壤微生態(tài)環(huán)境。
中醫(yī)農(nóng)業(yè)是一個既古老又嶄新的領(lǐng)域,古老是因為其物質(zhì)基礎(chǔ)是傳統(tǒng)的中草藥,嶄新是因為融入了現(xiàn)代高新科技,是傳統(tǒng)科學(xué)與現(xiàn)代科技的跨界融合[7]。中醫(yī)農(nóng)業(yè)不同于常規(guī)農(nóng)業(yè),在生態(tài)種植和有機種植方面具有巨大優(yōu)勢,是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然方向,因此以中醫(yī)農(nóng)業(yè)為思想而產(chǎn)生的植物源營養(yǎng)素將具有廣闊的市場前景。植物源營養(yǎng)素是多種中草藥提取物混合而成,無環(huán)境污染問題,對人畜安全,而且還有不產(chǎn)生抗性、無藥害、肥效好、可兼治病蟲害、提高作物品質(zhì)等優(yōu)點,為發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)提供了有效支持,將使大規(guī)模生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展成為可能,但植物源營養(yǎng)素在市場上的全面應(yīng)用還需要在更多的農(nóng)作物、園藝植物上做應(yīng)用試驗,以進一步驗證其功效。
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