適合于溫室盆栽苜蓿的營養(yǎng)液比較研究

成鳳花，胡進(jìn)玲，史敏,黨淑鐘,李彥忠,*

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，蘭州大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點實驗室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州730020；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特010010)

紫花苜蓿(Medicagosativa)為豆科苜蓿屬多年生草本植物，根系發(fā)達(dá)，具有產(chǎn)量高、品質(zhì)好、適應(yīng)性廣、抗逆性強、經(jīng)濟(jì)效益高、生態(tài)性能好等優(yōu)點，素有“牧草之王”和“飼料皇后”的美譽[1-2]，在我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和草地生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮著極其重要的作用。目前對紫花苜蓿栽培的研究主要為田間高產(chǎn)栽培苜蓿，集中于水分、施肥[3]、灌溉[4]、刈割[5]和種植密度[6]等，關(guān)于室內(nèi)栽培苜蓿的研究主要集中于鹽脅迫[7]等機(jī)理方面，雖然也有關(guān)于室內(nèi)栽培苜蓿的營養(yǎng)方面的研究，如薛崢等[8]研究了不同營養(yǎng)水平對紫花苜蓿苗期根系生長的影響，王茜等[9]采用盆栽半控制試驗研究土壤水分和施氮水平對紫花苜蓿苗期生長的互作效應(yīng)，但有關(guān)室內(nèi)培養(yǎng)出生長健康、整齊的苜蓿植株所需要的營養(yǎng)物質(zhì)種類比較的研究較為缺乏。

致病性測定是牧草病害研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，據(jù)科赫式法則[10]，通常需將病株上分離到的多種微生物接種至生長健康且長勢一致的苜蓿植株上，若接種苗發(fā)病而對照苗仍然生長健康，則可確定測試的接種體為致病菌。然而，本研究團(tuán)隊在溫室內(nèi)栽培苜蓿準(zhǔn)備用于接種時，通常將土壤滅菌，澆灌自來水，結(jié)果苜蓿植株出現(xiàn)葉片黃化、干枯和脫落的狀況，部分植株甚至死亡，無法滿足接種之用。光溫脅迫[11-12]、水分不足[13]、養(yǎng)分缺乏[14]以及土壤/種子中的病原雜菌[15]等均可導(dǎo)致出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。溫室中栽培苜蓿時經(jīng)常出現(xiàn)生長不良的狀況，是否是光照不足、土壤養(yǎng)分缺乏抑或是自來水中某些物質(zhì)影響了苜蓿生長，至今尚未澄清。

本研究的目的為試驗溫室培養(yǎng)苜蓿時是否由于提供給苜蓿的營養(yǎng)物質(zhì)的種類及其含量影響了苜蓿的生長。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試苜蓿品種為隴東苜蓿，于2016年購自克勞沃種子公司，保存于蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院種質(zhì)資源庫。供試土壤采自花市，為黑壤土，經(jīng)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧研究所輻照中心鈷60輻照滅菌，確定土壤無菌。

供試營養(yǎng)液有2種，其中施可得植物生長液(compound fertilizer)購自美國Scotts有限責(zé)任公司子公司施可得園藝肥料武漢有限公司，包裝說明上注明的成分為：除大量元素氮(30 g·L-1)、磷酐(15 g·L-1)、氧化鉀(17.5 g·L-1)，中量元素氧化鎂(1.3 g·L-1)、硫(1.7 g·L-1)外，還含有植物茁壯成長所必須的螯合態(tài)微量元素(總含量≥0.2 g·L-1)，使用時4 L蒸餾水中加入30 mL施可得植物生長液，故稀釋后氮磷鉀濃度分別為N (225 mg·L-1)、P (49 mg·L-1)、K (109 mg·L-1)。另一種營養(yǎng)液為霍格蘭氏營養(yǎng)液[8]，主要成分為四水硝酸鈣、硝酸鉀、磷酸二氫鉀、七水硫酸鎂、碘化鉀、四水氯化錳、硫酸鋅、硫酸銅、鉬酸鈉、氯化鈷和五水檸檬酸鐵(均購自天津市大茂化學(xué)試劑廠)，經(jīng)計算其氮磷鉀濃度為N (210 mg·L-1)、P (31 mg·L-1)、K (234 mg·L-1)，使用時用1 mol·L-1的NaOH將霍格蘭氏營養(yǎng)液pH調(diào)至6.8[16]。供試自來水和蒸餾水與實驗室常用的一致，其中自來水pH為8.08。

1.2 方法

1.2.1試驗方法 試驗于2017年，在蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院實驗室病原菌接種苗培養(yǎng)溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室中每天光照16 h(光照強度6680 LUX)，溫度為(22±1) ℃；黑暗8 h，溫度(18±1) ℃，溫度由雙空調(diào)控制；溫室平均濕度為65%～80%。試驗采用盆栽法，盆的上口徑7.3 cm，下口徑6.2 cm，高9 cm，裝入160 g過2 mm篩的滅菌鮮土。在體視顯微鏡下選取大小均等、籽粒飽滿的苜蓿種子，常規(guī)消毒并催芽48 h后(胚長約2～3 cm)移栽至裝有滅菌鮮土的花盆中，每盆5株，共移栽20盆，隨機(jī)擺放于溫室的架子上定期轉(zhuǎn)盆。

本試驗設(shè)施可得植物生長液、霍格蘭氏營養(yǎng)液、自來水和蒸餾水4個處理，每個處理5個重復(fù)，出苗后分別澆灌上述液體。初次澆水時按土壤最大持水量的75%澆灌，以后按植株大小和土壤濕潤程度澆灌，即第1、2周，隔2 d澆1次；第3周，隔1.5 d澆1次；第4周，隔1 d澆1次，每次均為40 mL。移栽第4周后取樣，保存于-20 ℃冰箱待測。

1.2.2測定指標(biāo) 移栽后每周測量一次株高，觀察植株生長狀況，對出現(xiàn)的異常表現(xiàn)拍照。第4周后統(tǒng)計分枝數(shù)、分枝部位、節(jié)間數(shù)和葉片數(shù)，取樣后每個處理測定15株的地上、地下的鮮重和干重，以干重數(shù)據(jù)計算根冠比；每處理取10株根系，用濃度為1 g·L-1的甲基藍(lán)溶液染色5～10 min，蒸餾水沖洗根部殘留的染液數(shù)次至無殘留，分散后放入盛有適量蒸餾水的透明有機(jī)玻璃盤中，用鑷子將重疊的根系充分展開，用Epson V700彩色圖像掃描儀掃描苜蓿根系，Scoots掃描分析軟件讀取根表面積和根直徑數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 22.0軟件進(jìn)行ANOVA方差分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 植株生長狀況

子葉褪綠、變黃、干枯的時間不同(圖1A)：澆灌自來水和蒸餾水的植株出現(xiàn)在第13天，澆灌霍格蘭氏營養(yǎng)液的植株出現(xiàn)在第20天，而澆灌施可得植物生長液的植株在收獲時子葉保持綠色。

圖1 收獲時4種處理下苜蓿植株的子葉、單葉、復(fù)葉和莖干(A)以及生長狀況(B)Fig.1 The cotyledon leaves, single leaves, compound leaves and stems (A) of the plants under four treatments at the harvest and growth status of the plants (B) 圖中小寫字母a、b、c和d分別表示施可得植物生長液、霍格蘭氏營養(yǎng)液、蒸餾水和自來水處理。The lowercase letters a, b, c and d in the Figure represent compound fertilizer, Hoagland’s nutrient solution, distilled water and tap water treatment, respectively.

真葉褪綠、莖干粗壯(圖1A)、植株長勢不同：澆灌自來水和蒸餾水的植株基部真葉自下而上逐漸變黃、干枯，自葉邊緣向內(nèi)褪綠，葉片出現(xiàn)褪綠黃斑，且葉小，葉柄及葉脈呈紅褐色，莖干纖細(xì)，節(jié)間短。在澆灌蒸餾水的植株上此癥狀更明顯，澆灌霍格蘭氏營養(yǎng)液的植株也出現(xiàn)類似現(xiàn)象，整株矮化、生長細(xì)弱，莖干呈紅褐色，而澆灌施可得植物生長液的植株未出現(xiàn)葉片褪綠等以上現(xiàn)象，且植株高大、葉片嫩綠、莖稈粗壯(圖1B)。

2.2 株高

第1周各處理間的株高差異不顯著(P>0.05)；第2周時，澆灌施可得植物生長液的苜蓿株高顯著(P<0.05)高于自來水，霍格蘭氏營養(yǎng)液、蒸餾水與自來水處理間株高差異不顯著(P>0.05)；第3周，澆灌施可得植物生長液和霍格蘭氏營養(yǎng)液的株高顯著(P<0.05)高于自來水180%和34%，蒸餾水與自來水處理間株高差異不顯著；第4周，施可得植物生長液和霍格蘭氏營養(yǎng)液處理的苜蓿株高亦顯著(P<0.05)高于自來水256%和88%，蒸餾水與自來水處理間株高差異仍不顯著(圖2)。同時，自來水、蒸餾水、施可得植物生長液和霍格蘭氏營養(yǎng)液處理的苜蓿幼苗的株高生長量在4周內(nèi)分別為4.6、4.5、16.5和8.7 cm，且施可得植物生長液處理下第3周時苜蓿生長量最大，生長速率達(dá)1.15 cm·d-1，而自來水的僅為0.28 cm·d-1(圖2)。

圖2 移栽后4周中4種處理下苜蓿的株高和生長速率Fig.2 The plant height and the growth rate of alfalfa under four treatments at four weeks after transplanting 不同大寫字母代表同一時間不同處理下的差異顯著性(P<0.05)，小寫字母代表同一處理下不同時間的差異顯著性(P<0.05)。Different capital letters for the significant differences (P<0.05) in different treatments at the same time, and lowercase letters for the significant differences (P<0.05) in different time under the same treatment.

測定指標(biāo)Index自來水Tap water蒸餾水Distilled water施可得植物生長液Compound fertilizer 霍格蘭氏營養(yǎng)液Hoagland’s nutrient solution地上鮮重Shoot fresh weight (g·plant-1)0.05±0.025c0.04±0.012c0.45±0.029a0.12±0.012b地上干重Shoot dry weight (g·plant-1) 0.01±0.002c0.01±0.003c0.08±0.006a0.03±0.009b根鮮重Root fresh weight (g·plant-1)0.03±0.006c0.03±0.003c0.15±0.006a0.06±0.004b根干重Root dry weight (g·plant-1)0.01±0.001c0.01±0.001c0.08±0.006a0.03±0.002b根冠比Root to crown ratio0.93±0.295a0.87±0.137a0.34±0.034b0.56±0.058ab 根表面積Root area (mm2) 221.30±4.145c203.18±5.138c444.88±13.106a309.94±10.723b根直徑Root diameter (mm)0.42±0.003c0.40±0.007c0.53±0.009a0.45±0.007b葉片數(shù)Numbers of leaves (a)4.00±0.110c3.96±0.108c7.36±0.181a5.20±0.141b節(jié)間數(shù)Numbers of internodes (a)3.00±0.100c2.96±0.108c6.36±0.181a4.20±0.141b分枝數(shù)Numbers of branches (a)——4.28±0.339a—

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note: In same line, data marked with different lowercase letters indicate the significant differences (P<0.05).

2.3 生物量及其他指標(biāo)

施可得植物生長液處理下苜蓿植株的地上鮮重、地上干重、根鮮重、根干重、根表面積、根直徑、葉片數(shù)和節(jié)間數(shù)顯著(P<0.05)高于自來水處理731%、655%、384%、445%、101%、27%、84%和112%；霍格蘭氏營養(yǎng)液處理比自來水處理顯著(P<0.05)高117%、188%、105%、117%、40%、7%、30%和40%；但蒸餾水處理與自來水處理各項指標(biāo)間無顯著差異(P>0.05)。同時，僅施可得植物生長液處理下苜蓿植株有分枝數(shù)且平均每株分枝4.28個，霍格蘭氏營養(yǎng)液、自來水和蒸餾水處理的植株均無分枝。自來水和蒸餾水處理的苜蓿植株其根冠比比施可得植物生長液處理顯著(P<0.05)高172%和153%，而其余處理間根冠比無明顯差異(表1)。

3 討論

健康的盆栽苜蓿植株是病原物致病性測定的基礎(chǔ)，光照不足、溫度過高、種帶病菌、土壤中的雜菌以及盆土營養(yǎng)不足等均會導(dǎo)致其出現(xiàn)生長不良的現(xiàn)象，無法滿足接種之用。研究表明，植物生長的形態(tài)特征是光照、溫度等因素綜合作用的直觀反應(yīng)，苜蓿是喜光、長日照植物，生長適宜的溫度為15～25 ℃，40 ℃高溫下苜蓿幼苗生長緩慢、枯萎甚至死亡[17]。本研究中，移栽后的前2周內(nèi)未出現(xiàn)生長弱小植株，未見植株死亡，可見土壤滅菌徹底、種子上無種帶病菌或種帶病菌已消毒處理掉，故種子消毒催芽和土壤滅菌處理是獲得生長健康、整齊植株的前提。然而在2周后部分處理的植株出現(xiàn)從子葉至真葉的變黃、干枯癥狀，而澆灌施可得植物生長液的植株至收獲時子葉仍保持綠色，真葉未出現(xiàn)變黃、干枯的癥狀，因此本研究所使用的溫室其溫度和光照適宜。

本試驗發(fā)現(xiàn)，只有澆灌施可得植物生長液的植株才可旺盛生長，其分枝能力強、生物量積累多，而不澆灌營養(yǎng)液時，無論澆灌自來水還是蒸餾水，植株均會出現(xiàn)葉片枯黃的現(xiàn)象，說明本試驗所使用的土壤的營養(yǎng)成分含量不足。至于苜蓿生長需要的最佳養(yǎng)分成分及其含量是多少根據(jù)本研究無法確定，因施可得植物生長液為商業(yè)產(chǎn)品，其實際的配方尚不得而知?？梢钥隙ㄊ┛傻弥参锷L液含有較高的氮磷肥(N為225 mg·L-1、P為49 mg·L-1)，而霍格蘭氏營養(yǎng)液的氮磷濃度則相對較低(N為210 mg·L-1、P為31 mg·L-1)，因此影響苜蓿生長最主要的因素可能為氮磷肥，也不排除其他元素，因為各種礦質(zhì)元素執(zhí)行特定的生理功能，具有復(fù)雜的互作效應(yīng)，氮、磷互作可顯著促進(jìn)苜蓿生長和提高產(chǎn)量[18]，氮和磷配施明顯增加苜蓿的生長速度、生物量積累、分枝數(shù)和根系直徑等[19]。Versteeg等[20]也指出，氮、磷、鉀按比例協(xié)調(diào)施入，為作物提供均衡的營養(yǎng)，有利于植物的生長發(fā)育。在本試驗中，澆灌霍格蘭氏營養(yǎng)液的苜蓿植株比澆灌自來水和蒸餾水的植株推遲約一周表現(xiàn)出缺素癥狀，表明苜蓿隨著生長發(fā)育的推進(jìn)，此營養(yǎng)液所提供的養(yǎng)分不能滿足植物日漸增多的營養(yǎng)需求，從而生長不良。有研究表明[8]，霍格蘭營養(yǎng)液顯著促進(jìn)紫花苜蓿小苗地上部的生長并增加根系干物質(zhì)的積累，本研究結(jié)果與此不一致，可能是由于所用試劑的有效性和配制及保存方法不同。

自來水和蒸餾水處理相比，苜蓿植株前期(移栽后13 d左右)生長健康，之后子葉及基部老葉發(fā)黃，幼葉淡綠，莖干及葉柄呈紅褐色，至收獲時整株矮小，莖干細(xì)弱，子葉脫落，節(jié)間短，葉片小，但根冠比明顯高于兩種營養(yǎng)液處理，表明自來水和蒸餾水的礦質(zhì)營養(yǎng)極度缺乏，苜蓿表現(xiàn)出典型的缺素癥狀，增加根冠比以促進(jìn)根系吸收礦質(zhì)元素，但根生物量仍遠(yuǎn)低于兩種營養(yǎng)液處理，其原因可能是土壤養(yǎng)分不足產(chǎn)生的一系列生長抑制效應(yīng)所致，說明礦質(zhì)養(yǎng)分對室內(nèi)紫花苜蓿的生長十分關(guān)鍵，僅憑盆土中有限的營養(yǎng)遠(yuǎn)不能滿足苜蓿正常生長的養(yǎng)分需求，因此室內(nèi)栽培紫花苜蓿應(yīng)選用土壤肥力較好的土壤或澆灌營養(yǎng)液或施用化肥。本研究發(fā)現(xiàn)，自來水與蒸餾水處理相比，所有指標(biāo)差異均不顯著，但蒸餾水處理下苜蓿生長不良的癥狀更為突出，表明苜蓿葉片對礦質(zhì)元素非常敏感，自來水中極微量的礦物元素發(fā)揮了作用，且次氯酸并未對苜蓿生長造成危害。水的pH越高，次氯酸離解為氯酸根離子就越多，當(dāng)pH大于8時，次氯酸濃度極低[21]，對植物生長不具危害，本研究中自來水pH 8.08對苜蓿生長未造成危害結(jié)果與此一致。

4 結(jié)論

根據(jù)本試驗可以確定本研究團(tuán)隊溫室栽培苜蓿出現(xiàn)的問題為營養(yǎng)成分供給不足，而不是溫度、光照等其他因素。本研究發(fā)現(xiàn)，氮磷濃度較高的施可得植物生長液可培養(yǎng)出生長健康的苜蓿植株，而其余處理營養(yǎng)不足，澆灌后均逐漸表現(xiàn)出不同程度的生長不良癥狀，表明盆栽苜蓿的健康生長需要較多的礦質(zhì)養(yǎng)分含量。此外，自來水與蒸餾水處理相比，所有指標(biāo)差異均不顯著，但蒸餾水處理下苜蓿生長不良的癥狀更為突出，表明自來水中極微量的次氯酸并未對苜蓿生長造成危害，同時自來水中的微量礦物元素發(fā)揮了作用，故只有土壤養(yǎng)分足夠高，在光溫適宜、種子消毒、土壤滅菌徹底的條件下澆灌自來水也可獲得健康的盆栽苜蓿植株。