不同營養(yǎng)液濃度與噴霧頻率對霧培馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響

包 蕾，王振龍，金文錄，何文壽

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750001）

近年來，為防止馬鈴薯退化，實現(xiàn)其優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)目的，馬鈴薯脫毒原原種的生產(chǎn)愈加重要［1-2］，而霧培法作為主要生產(chǎn)技術(shù)因其在原原種產(chǎn)量方面具有極大優(yōu)勢而備受關(guān)注［3-5］。霧培法生產(chǎn)馬鈴薯的主要養(yǎng)分供給來自營養(yǎng)液［6］，對此，目前大多研究是在MS營養(yǎng)液配方基礎(chǔ)上改變N、P、K比例或調(diào)整整體濃度進(jìn)行探討［7-9］。但最近研究發(fā)現(xiàn)此類型配方離子濃度較高，氮含量過大且含有不利于馬鈴薯塊莖生長的 Cl-［10］。相反，Oraby 等［11］采用霍格蘭營養(yǎng)液配方取得單株結(jié)薯數(shù)超過70個的理想效果。喬建磊［12］在霍格蘭營養(yǎng)液基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，得出氮磷鉀比例為1∶0.28∶1.3時霧培馬鈴薯結(jié)薯性能最好，但針對霍格蘭營養(yǎng)液濃度的研究很少。

現(xiàn)階段，關(guān)于噴霧頻率的研究也較少且各研究所選取頻率值差異較大、不集中［13］。Jowkar等［14］以兩種噴霧頻率3 min/15 min和3 min/30 min（噴霧時間/間隔時間）對玫瑰進(jìn)行霧培研究，發(fā)現(xiàn)3 min/15 min的噴霧頻率更有利于玫瑰生長。Fanourakis等［15］研究得出:在3種噴霧頻率3 min/2 h、12 min/1 h和1 min/6 h（噴霧時間/間隔時間）中，3 min/2 h有利于切菊花生長，低頻（1 min/6 h）有利于植株地上部干物質(zhì)量積累，而高頻（12 min/1 h）影響不顯著。

在霧培馬鈴薯方面單獨針對噴霧頻率的研究更少且所采用噴霧頻率復(fù)雜多樣，柳巧霞等［16］研究認(rèn)為:在溫度增高的條件下，供液時間越長，馬鈴薯植株生長越快。邱孟柯等［17］在霧培馬鈴薯全生育期將噴霧頻率設(shè)為間隔3 min噴霧20 s。梁杰等［18］在不同馬鈴薯生長期采用不同噴霧頻率，幼苗期間隔400 s噴霧30 s，塊莖成長期間隔200 s噴霧30 s。李標(biāo)等［19］則根據(jù)不同光照條件進(jìn)行設(shè)置，移栽最初7 d白天噴霧30 s間隔1 h，晚上噴霧30 s間隔2 h，7 d后白天噴霧30 s間隔1.5 h，晚上噴霧30 s間隔3 h。

有研究認(rèn)為:根據(jù)馬鈴薯不同生育期來調(diào)節(jié)營養(yǎng)液濃度與噴霧頻率，不僅可以促進(jìn)植株生長，還可節(jié)約營養(yǎng)液及能源［13］，對規(guī)范指導(dǎo)霧培馬鈴薯生產(chǎn)具有一定的實踐意義。因此，本研究在此方面進(jìn)行了初步研究，并以霍格蘭營養(yǎng)液為基礎(chǔ)，針對不同生育期不同營養(yǎng)液濃度與噴霧頻率對霧培馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響進(jìn)行討論，擬初步探索霧培馬鈴薯適宜的營養(yǎng)液濃度與噴霧頻率，為進(jìn)一步的深入研究和科學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯原原種生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗環(huán)境概況

本試驗于2018年4月至6月在寧夏大學(xué)玻璃溫室培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行，試驗期間，溫室白天溫度18～30℃，夜間10～20℃；濕度70%～80%；生長期光照主要來自日光照射，每天光照時間大致為8～10 h。

1.2 試驗裝置

采用霧培控制箱進(jìn)行試驗，主要由營養(yǎng)液桶、栽培箱、供液泵、時間控制配電箱、PVC管道、霧化噴頭等部件組成，可實現(xiàn)噴霧自動控制及循環(huán)式供液。噴霧頻率通過智能計測器控制。栽培箱規(guī)格（長×寬×高）為230 cm×60 cm×30 cm，幼苗在聚乙烯硬泡沫板上定植，馬鈴薯植株種植密度（行距×株距）為15 cm×10 cm，每小區(qū)定植脫毒苗42株。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗以“費烏瑞它”馬鈴薯脫毒苗為試驗材料，該品種為早熟品種，生育期為80～90 d左右，生長勢旺盛，脫毒試管苗先于統(tǒng)一水培條件下培育20 d，營養(yǎng)液以改良霍格蘭營養(yǎng)液A為基礎(chǔ)［20］（表1），前7 d采用A/3營養(yǎng)液，之后采用3/5 A營養(yǎng)液。待株高達(dá)到8～10 cm，根勢良好，以裂區(qū)試驗設(shè)計開始霧培試驗。其中營養(yǎng)液濃度梯度為主區(qū)，噴霧頻率為副區(qū)，均分別設(shè)3個調(diào)節(jié)梯度，共9個處理，3次重復(fù)。以馬鈴薯塊莖形成前后分為前期與后期（前期與后期大致各為30 d），詳細(xì)試驗安排見表2。在脫毒苗定植前3 d，由于幼苗處于緩苗狀態(tài)，統(tǒng)一噴0.6 A營養(yǎng)液，噴霧頻率設(shè)置為每間隔10 min噴霧40 s，之后按照試驗設(shè)計運行。微量元素營養(yǎng)液統(tǒng)一采用改良阿農(nóng)微量元素營養(yǎng)液配方［21］；微霧噴頭流量控制在0.2 L/min左右，管道壓力大約為0.2 Pa，營養(yǎng)液循環(huán)利用，每周更換一次，每天調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH值至6.0～7.0。

表1 主要元素營養(yǎng)液配方 （mg/L）

表2 不同處理裂區(qū)試驗排列

1.4 數(shù)據(jù)測定與分析

馬鈴薯于霧培架上定植第3 d開始，每隔5 d選取10株植株，測定與馬鈴薯生長發(fā)育密切相關(guān)的株高、莖粗、匍匐莖數(shù)等生長指標(biāo)。株高測量范圍從莖基部與栽培板交界處到植株最頂部，莖粗用游標(biāo)卡尺測量植株莖基部與栽培板交界處直徑，根長測量范圍從莖基部與栽培板交界處到根末端，目測統(tǒng)計所有匍匐莖數(shù)，具體參照馬鈴薯栽培生理［22］。每隔10 d選取植株3株，采用托普智能葉面積儀測定葉面積（從上到下依次選取大、中、小3片葉進(jìn)行測量后取平均值）［1］；采用常規(guī)排水法測定根系體積［1］；植株生物量為干物質(zhì)量（分別測量根、莖、葉、果實及總干重），將鮮樣在105℃殺青30 min，然后在80℃下烘干至恒重［23］。收獲期每個處理選取10株馬鈴薯統(tǒng)計產(chǎn)量并計算平均值（分別記錄G≤3 g、3 g＜G≤5 g、5 g＜G≤10 g、G＞10 g馬鈴薯個數(shù)及單株總薯數(shù)與總薯重并折算其產(chǎn)量）；試驗數(shù)據(jù)以Excel 2010軟件整理，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，用LSD法進(jìn)行顯著性檢驗，顯著性水平P＜0.05（n=5），結(jié)合權(quán)重，隸屬函數(shù)法進(jìn)行相關(guān)值評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)液濃度梯度與噴霧頻率對霧培馬鈴薯生物量的影響

從表3可以看出，定植30 d時，噴霧頻率、營養(yǎng)液濃度及兩因素交互均可極顯著影響（P＜0.001）根干重、葉干重、莖干重和全株干重。其中，各處理間根干重差異顯著，處理C0.8∶1T20∶30最高，可達(dá) 2.49 g/株， 比 最 低 處 理 C0.6∶0.8T20∶30（0.67 g/株 ）高出271.64%。但各處理間葉干重差異顯著性不明顯。此外，葉干重在各指標(biāo)間所占比例最大；相比前期末，定植60 d時，兩因素對馬鈴薯的生物量影響的差異顯著性不大，但各處理間的差異顯著性均較大，噴霧頻率對全株干重影響不顯著（P＞0.05），但可極顯著影響葉干重（P＜0.001），營養(yǎng)液濃度對葉干重、莖干重和果實干重均有極顯著影響，兩因素交互作用除了可顯著增加根干重外（0.001＜P＜0.01），對其他指標(biāo)的影響均可達(dá)到極顯著水平。處理C1∶1.2T20∶30在葉干重、莖干重和全株干重上均表現(xiàn)為最大，分別為10.08、4.51和25.34 g/株，比最低處理分別高出216.98%、58.80% 和 96.28%。處理 C0.6∶0.8T10∶20根干 重 最 大，為 4.93 g/株；處理 C1∶1.2T15∶25果實干重最大，為9.95 g/株。此外，且從各指標(biāo)變化來看，后期末葉干重與果實干重所占比例最大。綜合來看，處理C1∶1.2T20∶30在前期末各部位生物量不大，但后期增長幅度迅速，在后期末表現(xiàn)為全株生物量最大；而處理C1∶1.2T10∶20在整個生育期各部位生物量均較小。

表3 不同營養(yǎng)條件下馬鈴薯生物量 （g/株）

2.2 營養(yǎng)液濃度梯度與噴霧頻率對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

從表4可以看出，噴霧頻率對各結(jié)薯性能指標(biāo)的影響較營養(yǎng)液濃度與兩因素交互作用顯著。其中，噴霧頻率對3 g＜G≤5 g小薯數(shù)影響不顯著（P＞0.05），但可極顯著影響G＞10 g小薯數(shù)（P＜0.001），對其他指標(biāo)均有顯著影響（0.001＜P＜0.01）；營養(yǎng)液濃度可顯著增加單株總薯重、5 g＜G≤10 g小薯數(shù)和折合產(chǎn)量，對其他指標(biāo)影響均不顯著；兩因素交互作用可顯著影響單株總薯數(shù)與G≤3 g小薯數(shù)，對其他指標(biāo)影響均不顯著。就各處理間的變化而言，3 g＜G≤5 g小薯數(shù)的變化差異較小，處理 C1∶1.2T20∶30最高，為6.86個；處理C0.8∶1T20∶30匍匐莖數(shù)與G≤3 g的小薯數(shù)均最大，分別為139.00條/株與51.14個，比最 低 高 出 40.40%和155.7%； 處 理C1∶1.2T15∶25總薯數(shù)、總薯重、G＞10 g小薯數(shù)和折合產(chǎn)量均最高，分別為69.43粒/株、172.34 g/株、4.14個 和9 306.28 g/m2，比最低處理分別高出82.71%、110.97%、1 327.58%和110.96%； 處 理C0.8∶1T15∶25在5 g＜G≤10 g小 薯 數(shù) 最 多， 為10.71個。 而處 理 C0.6∶0.8T20∶30總薯 重、5 g＜G ≤ 10 g、G＞10 g和折合產(chǎn)量均最低，處理 C0.6∶0.8T10∶20匍匐莖數(shù) 與3 g＜G ≤ 5 g最低，處理 C1∶1.2T10∶20總薯重和 G ≤ 3 g最低。

表4 不同營養(yǎng)條件下馬鈴薯產(chǎn)量

2.3 霧培馬鈴薯生物量與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

對霧培馬鈴薯定植第60 d部分生長指標(biāo)及產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析。從表5可以看出，單株總薯數(shù)與果實干重之間為極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.811。全株干重與葉干重之間為極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.923；與果實干重為顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.760。其次，莖干重與葉干重之間呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.776；但匍匐莖數(shù)與根干重及葉干重之間均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表5 馬鈴薯生物量與產(chǎn)量相關(guān)性

2.4 霧培馬鈴薯各生長指標(biāo)的主成分分析

影響霧培馬鈴薯生長的諸因素間存在一定交互關(guān)系，致使反映馬鈴薯生物量與產(chǎn)量的許多指標(biāo)信息發(fā)生交織和重疊，為使影響因素更加清晰，本研究針對收獲時（60 d）霧培馬鈴薯11項指標(biāo)以主成分分析法進(jìn)行降維，根據(jù)累積貢獻(xiàn)率≥85%原則，篩選出4個主成分。如表6所示，主成分1、2、3、4貢獻(xiàn)率分別為46.70%、21.01%、13.62%和9.20%，累積貢獻(xiàn)率可達(dá)90.53%，因此，4個主成分可綜合衡量11項指標(biāo)的所有信息。第一主成分上莖干重、果實干重、全株干重、根長、根體積和葉面積均有較大正向量值，為其主要指標(biāo)，特征向量值分別為0.806、0.831、0.960、0.778、0.726和 0.763，因此第1主成分主要為收獲時馬鈴薯生物量及部分生長指標(biāo)的綜合體現(xiàn)。第2主成分上匍匐莖數(shù)有較大正向量值，為0.762，其次為株高。第3主成分上株高、根干重和根長有較大正向量值，分別為0.529、0.443和0.361。第4主成分與莖粗關(guān)系密切，向量值為0.687。

表6 各指標(biāo)的主成分分析

求出4個主成分的綜合得分值，并對其進(jìn)行排序，綜合評價收獲時（60 d）各處理間霧培馬鈴薯的生長及產(chǎn)量。由表7可以看出處理C1∶1.2T15∶25得分最高，為 0.71，依次是處理 C1∶1.2T20∶30、處理C0.6∶0.8T15∶25 和處理 C0.6∶0.8T10∶20。而處理 C1∶1.2T10∶20 得分最低，為0.14。再以最短距離法計算各處理間的歐氏距離，對9個處理進(jìn)行系統(tǒng)聚類。如圖1所示，可將9個處理聚為5類，結(jié)合表7所得的綜合排名，可將5類處理進(jìn)行排序:處理C0.8∶1T20∶30與C1∶1.2T15∶25聚為一類，綜合評價為一等；處理C0.6∶0.8T10∶20、C1∶1.2T20∶30 和 C0.6∶0.8T15∶25 聚為一類，綜合評價為二等；處理C0.8∶1T15∶25單獨聚為一類，綜合評價為三等；處理 C0.6∶0.8T20∶30和 C0.8∶1T10∶20聚為一類，綜合評價為四等；處理C1∶1.2T10∶20單獨聚為一類，綜合評價為五等。

表7 各指標(biāo)對馬鈴薯影響的綜合評價

圖1 各處理聚類分析

3 討論

有研究表明馬鈴薯塊莖干物質(zhì)的90%以上都來自光合產(chǎn)物，而葉片是進(jìn)行光合作用的主要場所，因此，其生長狀況好壞直接影響馬鈴薯產(chǎn)量高低［1］。在本研究結(jié)果中，霧培馬鈴薯生長前期末葉片干物質(zhì)累積量所占比例最大，后期末葉片與果實干物質(zhì)累積量所占比例最大，兩研究結(jié)果有相似之處。營養(yǎng)液濃度過低，其中礦質(zhì)元素含量不足，會導(dǎo)致養(yǎng)分虧缺而影響植株正常生長；營養(yǎng)液濃度過高，離子會對植株產(chǎn)生脅迫，植株也不能正常生長［7］。丁凡［8］研究表明，營養(yǎng)液濃度梯度可極顯著影響霧培馬鈴薯植株干重，表現(xiàn)為MX與0.8MX濃度下，植株干物質(zhì)累積量均大于0.6MX。本研究得出，前期末處理C0.8∶1T20∶30表現(xiàn)較優(yōu)，后期末處理C1∶1.2T15∶25與處理 C1∶1.2T20∶30表現(xiàn)較優(yōu)，即中高濃度條件有利于馬鈴薯干物質(zhì)累積且營養(yǎng)液濃度與噴霧頻率對其影響顯著，這與丁凡［8］研究有相似之處。但王素梅等［25］研究認(rèn)為低電導(dǎo)率（1 500μS/cm）和高電導(dǎo)率（3 000μS/cm）營養(yǎng)液都不利于植株生長，與本研究結(jié)果不同之處可能與所用營養(yǎng)液配方不同有關(guān)。其次，本研究結(jié)果表明，霧培馬鈴薯前期噴霧頻率以“間隔20 min噴霧40 s”有利于植株生長，后期以“間隔25 min噴霧40 s”有利于原原種產(chǎn)量增加。

匍匐莖是馬鈴薯地下莖節(jié)上葉芽水平生長的側(cè)枝，是塊莖形成的前提，其數(shù)量與馬鈴薯產(chǎn)量密切相關(guān)［26］。唐銘霞等［27］研究認(rèn)為在馬鈴薯塊莖形成期，全硝態(tài)氮營養(yǎng)可顯著增加一級匍匐莖和二級匍匐莖數(shù)量。王季春［28］研究得出NO3--N/NH4+-N比值較高的營養(yǎng)液有較強的匍匐莖促進(jìn)能力。匍匐莖生長與營養(yǎng)元素成分關(guān)系密切，以上研究結(jié)果均表明不同氮素均對匍匐莖生長有一定影響，本研究在不同營養(yǎng)液濃度與噴霧頻率因素下進(jìn)行探討，得出噴霧頻率可顯著增加匍匐莖數(shù)量，且中高濃度營養(yǎng)液條件下增幅較大，這可能與兩因素造成處理間營養(yǎng)成分差異有關(guān)。有研究表明，單株薯數(shù)與薯重是反映馬鈴薯原原種產(chǎn)量很好的指標(biāo)［29］。丁凡［8］研究認(rèn)為中高濃度下馬鈴薯塊莖數(shù)與塊莖重極顯著高于低濃度，這與本研究結(jié)果相似。而噴霧頻率較營養(yǎng)液濃度對馬鈴薯單株薯數(shù)與單株薯重影響更顯著，且整體來看噴霧間隔時間較長的噴霧頻率更有利于結(jié)薯。柳巧霞等［16］研究得出:隨著溫度升高，噴霧時間適中的處理，馬鈴薯的單株薯數(shù)與薯重均最高，兩研究結(jié)果有相似之處。馬鈴薯為鹽中度敏感作物，鹽脅迫會抑制其生長，進(jìn)而影響產(chǎn)量［30］。本研究結(jié)果可能因為較長噴霧間隔時間正好降低根系周圍鹽濃度，進(jìn)而影響馬鈴薯根系滲透調(diào)節(jié)、葉片光合作用且增加植株體內(nèi)耐鹽性酶活性，反倒有利于馬鈴薯生長與產(chǎn)量增加。噴霧頻率作用機理微妙復(fù)雜，目前在此方面研究也較少，具體作用機理與更精確的噴霧頻率還需進(jìn)一步研究得出。

主成分聚類分析是數(shù)學(xué)上用來降維的一種方法，可很好地處理變量間的多重相關(guān)性，使彼此之間具有相互獨立性［31］，能夠客觀評價不同處理對霧培馬鈴薯生長的影響，近年來也在眾多農(nóng)業(yè)試驗中被應(yīng)用。本研究通過主成分與聚類分析得出，處理 C1∶1.2T15∶25與處理 C1∶1.2T20∶30表現(xiàn)最好，其次為處理 C0.6∶0.8T15∶25和處理 C0.6∶0.8T10∶20，處理 C1∶1.2T10∶20最次。處理C1∶1.2T10∶20營養(yǎng)液濃度較高，但在生物量與結(jié)薯性能上均表現(xiàn)不好，可能與本試驗區(qū)光照不均有關(guān)，由于試驗溫室周圍建筑物遮擋，導(dǎo)致該處理日光照時間最短。整體來看，在此試驗研究條件下，高濃度與低濃度有利于霧培馬鈴薯生長，這與王素梅［7］研究得出的營養(yǎng)液濃度過高與過低都不利于馬鈴薯生長的結(jié)果不一致，這可能與兩試驗所用的營養(yǎng)液配方與試驗因素不同有關(guān)，本試驗將馬鈴薯整個生育期設(shè)為前后兩時期，后期所提供營養(yǎng)液濃度相對高于前期，正好滿足結(jié)薯期所需較多的營養(yǎng)成分，也會在一定程度上增加產(chǎn)量。綜合來看，噴霧間隔時間較短并非有利于馬鈴薯的生長，相反，噴霧間隔時間較長表現(xiàn)較優(yōu)。有研究表明根際微生物活動與營養(yǎng)元素有關(guān)［32-33］，而本研究得出，不同的噴霧頻率影響下馬鈴薯生長與產(chǎn)量均有差異，這很大程度上可能與不同噴霧頻率導(dǎo)致營養(yǎng)元素成分差異有關(guān)。本試驗只在這方面進(jìn)行了初步探索，具體作用機理還需深入探討。

4 結(jié)論

綜上所述，定植30 d，0.8A營養(yǎng)液濃度下，噴霧間隔20 min有利于前期霧培馬鈴薯植株生長；定植60 d，A營養(yǎng)液濃度下，噴霧間隔25 min有利于后期霧培馬鈴薯生長及產(chǎn)量增加。處理C1∶1.2T15∶25在馬鈴薯產(chǎn)量及薯類分級上表現(xiàn)最佳。此外，主成分聚類分析結(jié)果表明，中高濃度且噴霧間隔時間較長有利于霧培馬鈴薯的生長及產(chǎn)量增加。