光照度與鉀營養(yǎng)互作對水培白菜生長與品質的影響

畢研飛 魏斌 唐政輝

摘要：為研究光照度與鉀營養(yǎng)濃度互作對水培白菜植株生長與品質的影響，以白菜品種蘇州青為材料，采用營養(yǎng)液水培的方法，設置3個不同光照度[100、150、200 μmol/（m2·s）]及4個不同鉀營養(yǎng)濃度（1、2、3、4 mmol/L）的互作處理，測定雙因素互作對白菜植株地上部鮮質量、葉片光合速率、可溶性糖含量、可溶性蛋白質含量、維生素C含量、硝酸鹽含量及硝酸還原酶活性的影響。結果表明，隨著光照度和鉀濃度的增加，植株地上部鮮質量、葉片光合速率、可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸鹽含量及硝酸還原酶活性均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，維生素C含量不斷增大。當光照度為150 μmol/（m2·s）和鉀營養(yǎng)濃度為3 mmol/L時，植株生長與品質指標表現(xiàn)最好。本研究可為葉菜工廠化水培生產中光照和營養(yǎng)液的科學管理提供理論依據(jù)。

關鍵詞：白菜;水培;光照度;鉀濃度;產量;品質

中圖分類號： S634.304 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）01-0116-04

白菜（Brassica campestris ssp. chinensis L.）屬十字花科蕓薹屬，是我國重要的綠葉蔬菜，深受消費者喜愛。營養(yǎng)液水培由于能夠最大限度地滿足作物根系對水、肥、氣等條件的要求，且不受地域土壤環(huán)境影響，已發(fā)展成為葉菜生產的一種重要途徑[1-2]。在葉菜水培生產中，適當提高氮營養(yǎng)濃度可提高葉菜產量[3]。然而，近年來為了提高蔬菜產量，氮肥的施用量越來越高，造成葉菜硝酸鹽含量顯著上升，安全品質堪憂[4-5]。如何降低硝酸鹽含量、提高葉菜類蔬菜品質成為目前研究的熱點之一。

近年來科研工作者就如何通過農藝管理、基因型篩選、遺傳育種和采后貯存等手段降低蔬菜硝酸鹽含量開展了大量的研究工作。其中，農藝管理方面的研究主要涉及光照、溫度、水分、營養(yǎng)濃度和微量元素等諸多因素[6-8]。研究表明，適當增加光照度（光量子通量密度，PPFD）與營養(yǎng)濃度、合理灌溉、增施微量元素（如鉬、鈷、錳、鐵和硫）等措施有利于提高蔬菜產量及降低硝酸鹽累積。但已有的研究主要是單因素分析，單因素試驗需要人為將試驗因素外的其他因素調節(jié)到同一水平，而實際生產中某一因素的改變往往會引起其他因素的變化[9-10]，如作物在弱光條件下對鉀元素的吸收會明顯減少，且鉀素利用率與光照密切相關[11-12]。另外，關于水培條件下光照度與鉀營養(yǎng)互作對白菜生長與品質的影響尚未見報道，因此有必要進行多因素的互作研究。

本研究通過水培試驗，分析不同光照度與鉀營養(yǎng)互作處理對白菜產量及品質的影響，以期探究營養(yǎng)液水培條件下白菜優(yōu)質高效生產的適宜光照密度及鉀素水平，為葉菜工廠化水培生產過程中的光照調控和營養(yǎng)液管理提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為江蘇地區(qū)優(yōu)良地方品種蘇州青，種子由江蘇省農業(yè)科學院蔬菜研究所提供。

1.2 試驗方法

試驗于2017年8—10月在江蘇常熟國家農業(yè)科技園區(qū)試驗基地進行。采用72孔穴盤育苗，基質成分為草炭與蛭石（V草炭 ∶ V蛭石=3 ∶ 1）。待幼苗長至4葉1心，將根部清水洗凈后用海綿包裹基部定植于水培箱，然后移入植物工廠進行光照度與鉀營養(yǎng)互作處理。處理光源為紅藍比為3 ∶ 1的LED復合光，紅光主峰波長660 nm，藍光主峰波長445 nm。設置100（P100）、150（P150）、200（P200）μmol/（m2·s）3個不同光照度以及在山崎配方營養(yǎng)液[13]的基礎上設置1（K1）、2（K2）、3（K3）、4（K4） mmol/L 4個鉀濃度，共計12個互作處理（P100-K1、P100-K2、P100-K3、P100-K4、P150-K1、P150-K2、P150-K3、P150-K4、P200-K1、P200-K2、P200-K3、P200-K4），每處理12株幼苗，3個重復。植物工廠日溫設為（25±2） ℃，夜溫為（15±2） ℃，移栽18 d后進行各指標的測定。

1.3 指標測定

利用Li-6400便攜式光合儀測定功能葉片的光合速率，同時測定其葉綠素含量。用電子天平測量各處理的地上部鮮質量，按葉柄、葉片解樣，分別測定葉片的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量，葉柄與葉片的硝酸鹽含量及硝酸還原酶活性?？扇苄蕴呛坎捎幂焱y定;可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定;維生素C含量采用比色法測定;硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定;參照李合生NRA離體測定法測定硝酸還原酶（nitrate reductase activity，NRA）活性[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用SPSS 20.0作差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 光照度與鉀營養(yǎng)互作對植株地上部鮮質量、葉片葉綠素含量和光合速率的影響

在鉀營養(yǎng)濃度一定時，低光照度（P100）處理白菜生長受到明顯抑制，隨著光照度的增加，植株葉片變大。當光照度為P150時，白菜株型緊湊，葉片大且多，地上部鮮質量、葉片的葉綠素含量和光合速率顯著大于低光照度（P100）處理，如 P150-K1 與P100-K1相比，地上部鮮質量、葉綠素含量和光合速率分別提高58.12%、31.25%、35.87%。當光照度超過P150時，上述指標隨光照度增大而降低。

在光照度一定時，隨鉀營養(yǎng)濃度的增加，白菜地上部鮮質量、葉片的葉綠素含量和光合速率均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。當鉀濃度為K3時，不同光照度處理下的上述指標值均最高，且顯著大于（P<0.05）低鉀濃度（K1）處理，然而，P150光照度下低鉀濃度（K1、K2）處理各指標值大于低光照度（P100）下K3鉀營養(yǎng)濃度處理，說明在不同光照度處理下，鉀肥對白菜生長的影響不同，兩者具有明顯的交互作用，且光照度對白菜生長的影響作用大于鉀濃度（表1）。

2.2 光照度與鉀營養(yǎng)互作對白菜營養(yǎng)品質的影響

如圖1所示，隨著光照度和鉀營養(yǎng)濃度的增加，葉片的可溶性糖與可溶性蛋白質含量大體上呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。在P150-K3處理下，葉片可溶性糖與可溶性蛋白質含量最高，顯著大于其他處理（P<0.05）。當光照度一定時，維生素C含量隨鉀濃度的增大而增加，且高濃度（K4）鉀營養(yǎng)水平下的葉片維生素C含量顯著大于低濃度（K1）處理，如光照度為P150時，前者與后者相比，維生素C含量提高49.13%。當鉀營養(yǎng)濃度一定時，維生素C含量隨光照度的增大呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，P150光照度處理時的維生素C含量最高，而且在P150光照度水平下，不同鉀濃度處理均呈現(xiàn)出較高的維生素C含量，說明適宜的光照度能促進白菜葉片維生素C含量的增加。

2.3 光照度與鉀營養(yǎng)互作對白菜硝酸鹽含量及硝酸還原酶活性的影響

硝酸鹽含量是蔬菜重要的安全品質指標之一。從圖2可以看出，在光照度一定時，植株硝酸鹽含量隨鉀營養(yǎng)濃度的升高呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢;在鉀營養(yǎng)濃度一定時，植株硝酸鹽含量隨光照度的增加而呈現(xiàn)出不斷減小的趨勢，且較高光照度水平下，鉀營養(yǎng)濃度調控效率更高，兩者表現(xiàn)出正向的互作效應。如P100光照度水平下，鉀濃度K4與K2相比較，葉片內硝酸鹽含量降低26.75%，而在P150光照度時，K4比K2降低49.52%。從圖3可以看出，在光照度一定時，硝酸還原酶活性隨鉀營養(yǎng)濃度的升高呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢;在鉀營養(yǎng)濃度一定時，光照度對植株不同器官中硝酸還原酶活性的影響不同，葉柄中硝酸還原酶活性隨光照度的增加而升高，而葉片中硝酸還原酶活性隨光照度的增加而呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且不同處理下葉片中硝酸還原酶活性均顯著高于葉柄。

3 討論與結論

本研究果表明，光照度與鉀營養(yǎng)濃度對白菜生長具有明

顯的互作效應，植株地上部鮮質量、葉綠素含量和光合速率隨光照度或鉀營養(yǎng)濃度的增加均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，且變化幅度受兩者的共同影響，兩者只有協(xié)調供應才能保證植株理想地生長，獲得較高的產量，這與曾希柏等在萵筍[15]和關義新等在玉米[16]上的研究結果一致。在光照度與鉀營養(yǎng)濃度兩因素中，光照度是影響白菜生長的主效因子，如 P100-K3 與P100-K1處理相比，前者地上部鮮質量顯著大于后者（P<0.05），比后者提高51.12%，然而，P150-K1處理的植株鮮質量大于P100-K3處理，說明光照度對白菜的增產作用大于鉀營養(yǎng)濃度。

目前，關于光照度與鉀營養(yǎng)濃度互作對作物品質的關系研究很少，且大多集中在光照度或鉀營養(yǎng)濃度單個因子上。前人在生菜[17]、番茄[18]和黃瓜[19]等作物上的研究表明，適當鉀營養(yǎng)濃度有利于提高可溶性糖和可溶性蛋白質的含量，但鉀濃度過高則會使蔬菜產量和品質降低，這與本試驗的結果相一致，葉片中可溶性糖與可溶性蛋白質含量隨鉀營養(yǎng)濃度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在鉀濃度K3時達到最大值，且顯著大于高濃度（K4）處理（P<0.05）。原因可能是過高濃度的鉀影響了植株體內各營養(yǎng)離子間的平衡，從而抑制植株的能量代謝和生物合成。

本研究還發(fā)現(xiàn)，適當?shù)墓庹斩扰c鉀營養(yǎng)濃度可顯著降低白菜硝酸鹽含量。但各處理對葉柄中硝酸鹽含量的影響比葉片明顯要小，且葉柄硝酸鹽含量要顯著大于葉片，平均是葉片的1.63倍，由此可知，葉柄應該是植株硝酸鹽的主要積累部位，在種植時，可根據(jù)實際生產情況，優(yōu)先選擇葉片比重大、硝酸鹽含量低的品種。適當?shù)墓庹斩扰c鉀營養(yǎng)濃度互作處理對植株硝酸鹽含量的調控效率明顯大于光照度或鉀濃度單一因子調控。如P100-K3與P100-K2處理相比，葉片硝酸鹽含量降低16.39%，P150-K2與P100-K2處理相比，葉片硝酸鹽含量降低29.96%，而P150-K3與P100-K2處理相比，葉片硝酸鹽含量降低51.97%。硝酸還原酶作為NO3-同化步驟中的第1個酶，也是硝酸鹽代謝過程的限速酶，其活性對植株硝酸鹽的積累影響很大。但是，硝酸還原酶（NRA）活性與硝酸鹽濃度之間的關系至今還不明確。有研究認為，NRA是影響蔬菜中硝酸鹽累積的主要內源因素，較高的NRA能夠降解更多的硝酸鹽，兩者之間是負相關的[20-21];但也有研究認為，NRA作為一種底物誘導酶，作物體內高的硝酸鹽底物濃度，NRA活性也會比較高，兩者之間關系是正相關的[22]。本試驗結果與前者研究相似，當植株葉柄或葉片內硝酸鹽含量較高時，相應的NRA比較低，但硝酸鹽的積累容易受外界光照、溫度和施肥等因素的影響[23-24]，因此只以植株體內硝酸鹽的濃度來衡量NRA是不充分的。

綜合分析本試驗中光照度與鉀營養(yǎng)濃度對白菜葉片葉綠素含量、光合速率、地上部鮮質量、可溶性糖含量、可溶性蛋白質含量、維生素C含量、硝酸鹽含量及硝酸還原酶活性的影響，初步認為在本試驗條件下，光照度與鉀營養(yǎng)濃度具有顯著的交互作用，當光照度為P150和鉀營養(yǎng)濃度為K3時，植株表現(xiàn)出最好的生長及品質指標，是白菜工廠化水培生產的適宜光照度與鉀營養(yǎng)濃度。

參考文獻：

[1]夏禮如，李 巖，孟力力. 江蘇設施蔬菜產業(yè)發(fā)展主要風險因子分析及應對措施[J]. 江蘇農業(yè)科學，2017，45（18）：332-333.

[2]劉士哲. 水培蔬菜產業(yè)化前景及存在問題和解決途徑[J]. 農業(yè)工程技術，2017，37（22）：39-45.

[3]劉舒婭，于錫宏，蔣欣梅，等. 尿素不同施用量對菠菜硝酸鹽積累及產量的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2015，43（1）：180-181.

[4]都韶婷，金崇偉，章永松. 蔬菜硝酸鹽積累現(xiàn)狀及其調控措施研究進展[J]. 中國農業(yè)科學，2010，43（17）：3580-3589.

[5]王朝輝，田霄鴻，李生秀. 葉類蔬菜的硝態(tài)氮累積及成因研究[J]. 生態(tài)學報，2001，21（7）：1136-1141.

[6]熊國華，林咸永，章永松，等. 環(huán)境因素對蔬菜累積硝酸鹽影響的研究進展[J]. 土壤通報，2004，35（3）：362-365.

[7]楊曉英，楊勁松. 氮素供應水平對小白菜生長和硝酸鹽積累的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2007，13（1）：160-163.

[8]王朝輝，田宵鴻，李生秀，等. 土壤水分對蔬菜硝態(tài)氮積累的影響[J]. 西北農業(yè)大學學報，1997，25（6）：15-20.

[9]陳 潔，徐 海，單奇?zhèn)ィ? 光照度、施肥量及品種互作對不結球白菜硝酸鹽含量和產量的影響[J]. 江蘇農業(yè)學報，2009，25（4）：861-864.

[10]張國芹，牟建梅，何玲莉，等. 氮硅配施對不結球白菜養(yǎng)分吸收及產量和品質的影響[J]. 江蘇農業(yè)學報，2016，32（5）：1128-1133.

[11]劉 峰，聶榮邦. 作物鉀營養(yǎng)研究進展[J]. 作物研究，2004（增刊1）：358-361.

[12]黃麗芬，張 蓉，余 俊，等. 弱光下氮素配施對雜交水稻氮磷鉀吸收分配的效應研究[J]. 核農學報，2014，28（12）：2261-2268.

[13]郭世榮. 無土栽培學[M]. 北京：中國農業(yè)出版社，2011.

[14]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[15]曾希柏，青長樂，謝德體，等. 作物生長中光照和氮肥施用量的相互關系研究[J]. 土壤學報，2000，37（3）：380-387.

[16]關義新，林 葆，凌碧瑩. 光、氮及其互作對玉米幼苗葉片光合和碳、氮代謝的影響[J]. 作物學報，2000，26（6）：806-812.

[17]郎文培，艾紹英，王朝輝，等. 鉀肥種類及用量對生菜生長和品質效應的影響研究[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2008，27（5）：1946-1950.

[18]張 濤，閔 炬，施衛(wèi)明，等. 不同磷鉀肥配比對大棚蔬菜養(yǎng)分吸收、產量及品質的影響[J]. 江蘇農業(yè)學報，2008，24（5）：668-673.

[19]徐 剛，彭天沁，高文瑞，等. 不同基質含水量和鉀肥施用量對黃瓜生長及光合作用的影響[J]. 江蘇農業(yè)學報，2014，30（5）：1109-1114.

[20]Wang Z H，Li S X. Effects of nitrogen and phosphorus fertilization on plant growth and nitrate accumulation in vegetables[J]. Journal of Plant Nutrition，2004，27（3）：539-556.

[21]郭大勇，謝建磊，朱仕貴，等. 葉面噴施鋅肥對生菜各器官中硝酸鹽含量和硝酸還原酶活性的影響[J]. 西北農業(yè)學報，2008，17（5）：302-305.

[22]王利群，王文兵，吳守一，等. 蔬菜硝酸鹽含量與硝酸還原酶活性的研究[J]. 食品科學，2003，24（12）：37-40.

[23]李文嬈，李建設. 蔬菜中硝酸鹽含量、累積機制及施肥對其影響的研究綜述[J]. 寧夏農學院學報，2003，24（2）：68-71.

[24]郭麗娜，劉秀珍，趙興杰. 施肥及環(huán)境因素對蔬菜硝酸鹽積累影響的研究進展[J]. 山西農業(yè)大學學報（自然科學版），2005，25（4）：416-419.呂 梅，紀文娟，王潤賢，等. 配方施肥對烏牛早茶苗營養(yǎng)生長及茶葉品質的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2019，47（1）：120-126.