植物工廠條件下不同營養(yǎng)液配方對韭菜生長的影響

李政璞 佟靜 王素娜 季延海 王麗萍 梁浩 武占會

摘要：為篩選出韭菜生產(chǎn)最優(yōu)營養(yǎng)液配方，在人工光型植物工廠設(shè)施條件下，采用水培系統(tǒng)進(jìn)行水培試驗。3種營養(yǎng)液配方分別是國家蔬菜技術(shù)研究中心營養(yǎng)液EC2.0（G2.0）、日本大冢商業(yè)配方營養(yǎng)液EC2.0（R2.0）、日本大冢商業(yè)配方營養(yǎng)液EC2.2（R2.2）。在相對環(huán)境一致的條件下，韭菜G2.0處理的株高比R2.0處理和R2.2處理顯著提高34.1%和22.7%;全株干質(zhì)量以G2.0處理表現(xiàn)最優(yōu)，分別比R2.0處理和R2.2處理增加76.6%和33.8%;全株鮮質(zhì)量以G2.0處理表現(xiàn)最優(yōu)，分別比R2.0處理和R2.2處理增加62.4%和34.4%。G2.0處理的韭菜可溶性糖含量、可溶性酸含量、維生素C含量和根系活力均維持在一個較高的水平。以上結(jié)果綜合表明，國家蔬菜技術(shù)研究中心研發(fā)的營養(yǎng)液EC2.0（G2.0）最佳，具有較好的應(yīng)用價值，結(jié)果可為提高韭菜種植水平和發(fā)展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：植物工廠;營養(yǎng)液;水培;韭菜;生長指標(biāo);生理指標(biāo);相關(guān)性分析

中圖分類號： S633.304+.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）17-0153-04

韭菜（Allium tuberosum Rottl. ex Spr.）為百合科蔥屬（Allium tuberosum）多年生宿根植物，原產(chǎn)于我國，因其營養(yǎng)豐富以及特殊的藥用價值而被人們所喜愛，在我國北方被廣泛種植[1]。無土栽培有節(jié)水、節(jié)肥、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等特點，是我國韭菜生產(chǎn)發(fā)展的方向之一[2]。目前，韭菜栽培相關(guān)研究主要集中于營養(yǎng)液栽培技術(shù)[3]、韭菜地栽病蟲害的發(fā)生和防治對策[4]以及韭菜品種篩選等方面。傳統(tǒng)的土壤栽培韭蛆危害會采用農(nóng)藥灌根的方法進(jìn)行防治，造成韭菜農(nóng)藥殘留嚴(yán)重超標(biāo)，使得中毒事件頻頻發(fā)生[5]。韭菜營養(yǎng)液水培技術(shù)很好地解決了生產(chǎn)過程中韭蛆的危害，大大減少了農(nóng)藥的使用量，并且在該條件下生長的韭菜具有生長速度快、產(chǎn)量高、凈菜率高等優(yōu)點[6]。但是，目前對于水培韭菜營養(yǎng)液管理及營養(yǎng)液濃度的相關(guān)研究較少。因此加強對水培韭菜產(chǎn)業(yè)化的建設(shè)，是新時代社會發(fā)展的必然趨勢，且對該領(lǐng)域的未來發(fā)展大有裨益[7]。

植物工廠可為植物生長提供最有利的外部環(huán)境，使用人工光照明，可以在層架上實現(xiàn)多層立體化無土栽培的種植方式，在這種環(huán)境條件下生長的蔬菜生育期短、空間利用率高[8]，可以有效提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)[9]，生產(chǎn)出真正集安全、優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)為一體的高品質(zhì)蔬菜[10]。在人們生活質(zhì)量提高和對健康食品不懈追求的大環(huán)境下，植物工廠蔬菜消費市場巨大[11]、經(jīng)濟價值可觀、前景廣闊[12]。

因此，研究韭菜生產(chǎn)專用的營養(yǎng)液配方，提高韭菜的品質(zhì)和產(chǎn)量具有重要的意義[13]。為此，本研究在植物工廠環(huán)境下開展韭菜生產(chǎn)最優(yōu)營養(yǎng)液配方篩選試驗，以期提高水培韭菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年3—6月在北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心（116°29′E、39°94′N）人工光型植物工廠水培系統(tǒng)中進(jìn)行。以寬韭791為試材，催芽后于2019年3月12日播種，3月26日假定植到300孔穴盤中，4月10日定植到6孔格盤中，開始進(jìn)行試驗處理。

試驗設(shè)3個處理，供試3種營養(yǎng)液配方分別是國家蔬菜工程技術(shù)研究中心研發(fā)的營養(yǎng)液EC 2.0（G2.0）、日本大冢商業(yè)配方營養(yǎng)液EC 2.0（R2.0）、日本大冢商業(yè)配方營養(yǎng)液EC 2.2（R2.2）。每個處理重復(fù)3次，每個處理60株韭菜幼苗，于2019年6月13日進(jìn)行各項指標(biāo)測定，計算3個重復(fù)的平均值。

試驗期間環(huán)境條件為光照度 160 μmol/（m2·s），光—暗周期12 h—12 h，溫度18～22 ℃，相對濕度50%～70%，CO2濃度（1 500±30） μmol/mol，試驗期間每周測定1次營養(yǎng)液的EC值和pH值，并進(jìn)行調(diào)整，采用85%磷酸調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH值（6.2±0.2），每10 d更換1次營養(yǎng)液，營養(yǎng)液均采用去離子水配制。

1.2 測定指標(biāo)

1.2.1 生長指標(biāo)測定 生長指標(biāo)包括韭菜植株的株高、假莖粗、根長、葉長、葉寬。采用電子天平測定單株鮮質(zhì)量，再在105 ℃下殺青15 min，75 ℃下烘干至恒質(zhì)量后，測定干質(zhì)量，測定時對幼苗隨機取樣，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)測定5次。

1.2.2 生理指標(biāo)測定 采用乙醇浸提比色法測定葉片光合色素含量;根系活力測定采用2，3，5-三苯基氯化四氮唑法（TTC）法[14]。

1.2.3 品質(zhì)指標(biāo)測定 采用2，6-二氯酚靛酚比色法測定維生素C含量;采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量;采用考馬斯亮藍(lán)比色法測定可溶性蛋白含量[15];用酚酞作指示劑，用中和法進(jìn)行滴定測酸;采用紫外分光光度法依照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1279—2007《蔬菜、水果中硝酸鹽的測定 紫外分光光度法》測定硝酸鹽含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行處理和作圖，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，Duncan's新復(fù)極差法檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同營養(yǎng)液配方對植物工廠水培韭菜生長指標(biāo)的影響

如表1所示，韭菜植株的株高、假莖粗、葉片長、葉片寬和根長均以G2.0處理最大，其次為R2.2處理。G2.0處理株高分別比R2.0處理、R2.2處理增加34.1%、22.7%，假莖粗分別增加18.2%、7.5%，葉片長分別增加29.9%、43.8%，葉片寬分別增加50.5%、43.8%，根長分別增加28.8%、18.8%。

2.2 不同營養(yǎng)液配方對植物工廠水培韭菜生物量的影響

從表2可知，各處理地上部、根、全株的干鮮質(zhì)量差異顯著，其中以G2.0處理最高，全株干質(zhì)量分別比R2.0、R2.2處理提高76.6%、33.8%，鮮質(zhì)量分別比R2.0、R2.2處理提高62.4%、34.4%。

2.3 不同營養(yǎng)液配方對植物工廠水培韭菜生理指標(biāo)的影響

根系作為作物吸收養(yǎng)分的直接部位，其生理活性大小以及生長狀況對植株的生長發(fā)育具有影響。由表3可知，G2.0處理的韭菜植株根系活力最大，分別比R2.0處理和R2.2處理增加15.9%和3.7%，R2.0處理和R2.2處理之間無顯著差異。各處理間葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量差異不顯著，但均以G2.0處理最高，表現(xiàn)為G2.0處理>R2.2處理>R2.0處理。G2.0處理的葉綠素a、葉綠素b含量最高，顯著高于其他2處理，其中葉綠素a含量分別比R2.0處理和R2.2處理提高75.6%和84.6%，R2.0處理和R2.2處理間差異不顯著。但是，G2.0處理葉綠素a/b值最低。經(jīng)相關(guān)性分析結(jié)果（表4）表明，葉綠素總含量與葉綠素a含量和葉綠素b含量之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.988和0.978。

2.4 不同營養(yǎng)液配方對植物工廠水培韭菜品質(zhì)的影響

韭菜可溶性糖含量以G2.0處理最高，達(dá)13.47%，分別比R2.0處理和R2.2處理增加38%和28%?？扇苄运岷恳訥2.0處理最高，R2.0 處理和R2.2處理次之，R2.0處理和R2.2處理之間無顯著差異。G2.0處理的維生素C含量最高，為80.08 mg/kg，比R2.0處理增加43.8%，比R2.2處理增加36.6%（表5）。可溶性蛋白含量以R2.2處理最高，比R2.0處理提高5.2%，比G2.0處理提高10.4%。硝酸鹽含量以R2.2處理最高，分別比R2.0處理和G2.0處理高出24.5%和52.5%。

2.5 植物工廠水培韭菜各指標(biāo)之間相關(guān)性分析

由表4可見，植物工廠水培韭菜可溶性蛋白含量與可溶性糖含量、可溶性酸含量、維生素C含量之間呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.878、0.760、0.690。G2.0處理葉綠素含量最高，且葉綠素總含量與植株干質(zhì)量、可溶性糖含量、抗壞血酸含量之間具有一定相關(guān)性，與試驗結(jié)果一致。硝酸鹽含量與各指標(biāo)間呈負(fù)相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

在水培蔬菜時，選取最優(yōu)營養(yǎng)液配方對植物的生長更為有利[16]。本試驗對比了自主研發(fā)營養(yǎng)液配方（G2.0）和商業(yè)韭菜常用營養(yǎng)液配方（R2.0和R2.2）對植物工廠水培韭菜生長的影響。研究發(fā)現(xiàn)，韭菜單株干鮮質(zhì)量、株高、假莖粗、葉片長、葉片寬及根長均表現(xiàn)為G2.0處理高于其他2個處理。但可溶性蛋白含量及硝酸鹽含量則表現(xiàn)為R2.0處理和R2.2處理高于G2.0處理，除此之外，可溶性糖、可溶性酸、維生素C、葉綠素含量均為G2.0處理高于R2.0處理和R2.2處理，且差異顯著，可以說明G2.0處理的水培韭菜綜合營養(yǎng)品質(zhì)最好。

對設(shè)施園藝作物而言，植物工廠的環(huán)境因子控制精度高，植物生長快，生長周期短，能確保植物苗生長的一致性。研究表明，以生產(chǎn)葉菜為例，人工光植物工廠的生產(chǎn)效能約為露地生產(chǎn)的40～108倍[17]。劉慶鑫等發(fā)現(xiàn)，植物工廠的環(huán)境條件可以促進(jìn)作物干物質(zhì)積累，顯著提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[18]。分析原因可能是與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相比，植物工廠生產(chǎn)不受自然環(huán)境影響，可確保植物生長環(huán)境最佳，并可通過科學(xué)配水施肥，實現(xiàn)作物均衡生產(chǎn)，促成植物快速生長。

從生理指標(biāo)來看，光合作用為植物提供了物質(zhì)及能量來源，是植物正常生長及高產(chǎn)的基礎(chǔ)，而葉綠素含量常被用來衡量植株葉片的光能吸收能力[19]。李燦等研究指出，光合作用與葉綠素之間有直接的關(guān)系[20]，葉綠素參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而產(chǎn)生更多的干物質(zhì)[21]，從而提高韭菜的品質(zhì)[22]，這與任鳳玲等研究結(jié)果[23]一致。鮮質(zhì)量是衡量植物組織水分的一個常用指標(biāo)，含水量的多少在一定程度上可以反映植物的生長狀況[24]。

從生理品質(zhì)方面分析，地上部及根系生長狀況直接影響了韭菜對水分及營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)而影響韭菜的品質(zhì)。本研究表明，R2.0處理和R2.2處理地上部生長勢及根系活力均比G2.0處理弱，分析原因可能是葉綠素含量隨著植株生長量的迅速增加產(chǎn)生了生物稀釋作用[25]，進(jìn)而影響地上部各器官（葉片、假莖粗等）的生長勢，也可能是由于G2.0處理的葉綠素a/b值最小，抗逆性最佳，不可避免地增加了植株的生物量和產(chǎn)量。別之龍等研究指出，人體從蔬菜中攝取的硝酸鹽含量約占攝入總亞硝酸含量的81.2%，過量的硝酸鹽在人體中可以被還原成亞硝酸鹽，危害人類健康[26]。本研究結(jié)果表明，R2.2處理硝酸鹽含量最高，R2.0處理次之，G2.0處理最低。

綜上所述，不同營養(yǎng)液配方對韭菜的生長、營養(yǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量具有不同影響，其中，G2.0處理在3個處理中表現(xiàn)出較好的培育優(yōu)勢，結(jié)果可為水培韭菜的工廠化生產(chǎn)模式及高效高產(chǎn)提供參考。

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