不同鈣素濃度與不同水源對(duì)霧培馬鈴薯植株的影響

趙晨曉 何文壽

摘 ? ?要：為了探索霧培馬鈴薯的最優(yōu)鈣素濃度范圍，以及營(yíng)養(yǎng)液不同配制水源之間的差異，共設(shè)置4個(gè)濃度梯度，分別為A1（3.20 mol/L）、A2（4.00 mol/L）、A3（4.80 mol/L）、A4（5.60 mol/L），兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)液水源，分別為T1（去離子水）、T2（自來(lái)水），測(cè)定不同處理下植株的生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)及養(yǎng)分含量。通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，A3條件下在植株生長(zhǎng)發(fā)育及養(yǎng)分吸收方面都表現(xiàn)良好，尤其是A3處理下SPDA值明顯大于其他處理。因此A3處理最適合植株生長(zhǎng);T1與T2在根系發(fā)育方面具有較為明顯的差異，在其他方面T1、T2之間不具有顯著差異。適當(dāng)?shù)卦黾逾}元素濃度可以提高植株的生長(zhǎng)速度，改善植株的生長(zhǎng)狀況，同時(shí)促進(jìn)植株全鉀、全鈣、全鎂的吸收;自來(lái)水配制營(yíng)養(yǎng)液水源在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)在根系表面積、投影面積、體積及像素面積方面與去離子水具有明顯差異，對(duì)于植株的養(yǎng)分吸收不具有明顯差異。

關(guān)鍵詞：氣霧栽培;馬鈴薯;鈣素濃度;根系發(fā)育;營(yíng)養(yǎng)液水源

文章編號(hào)： 1005-2690（2021）10-0003-04 ? ? ? 中國(guó)圖書分類號(hào)： S532 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

馬鈴薯作為一種兼具主食與蔬菜兩種身份的作物被廣泛種植。但是傳統(tǒng)的種植方式會(huì)出現(xiàn)連續(xù)耕作產(chǎn)量減少且極易出現(xiàn)土傳病害，因此培育脫毒原種可以改善馬鈴薯的產(chǎn)量，消除連作障礙。馬鈴薯原原種是經(jīng)過(guò)馬鈴薯莖尖組織培養(yǎng)進(jìn)行病毒檢測(cè)合格后的脫毒組培苗。霧培馬鈴薯是一種培育脫毒原原種的方式，其生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度、濕度、光照等由人為控制，植株根部與完全水培不同，霧培的根部懸于半空中氧氣充足，栽培過(guò)程中通過(guò)不間斷向馬鈴薯根部噴射營(yíng)養(yǎng)液向馬鈴薯植株供應(yīng)養(yǎng)分與水分，對(duì)根系的發(fā)育有極大的促進(jìn)作用。與其他種植方式相比，霧培可以提升馬鈴薯原原種的產(chǎn)量。這項(xiàng)技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，包括應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的全球糧食挑戰(zhàn)、減輕營(yíng)養(yǎng)不良的環(huán)境變化[1-2]。

鈣肥是一種重要的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)馬鈴薯植株適量增施鈣肥，可以提高單株產(chǎn)量與大、中薯率，同時(shí)可以增加馬鈴薯塊莖中維生素C、鈣和粗蛋白等含量[3]。同時(shí)鈣還是構(gòu)成細(xì)胞壁的重要成分之一，其對(duì)穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、細(xì)胞的伸長(zhǎng)和分裂、酶活性的調(diào)節(jié)和代謝過(guò)程都起著重要的作用。植物對(duì)鈣的吸收主要是鈣離子形式，以質(zhì)流和根系截獲的被動(dòng)吸收為主[4]。本試驗(yàn)為了尋求最優(yōu)的霧培營(yíng)養(yǎng)液鈣元素濃度，設(shè)置了4種鈣素濃度進(jìn)行霧培試驗(yàn)。

為了控制試驗(yàn)過(guò)程中的成分固定不變，一般試驗(yàn)過(guò)程用水會(huì)使用凈化水或去離子水，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)使用去離子水或者凈化水。通常為了方便及節(jié)約生產(chǎn)成本會(huì)使用自來(lái)水用作營(yíng)養(yǎng)液配制水源，自來(lái)水是相較于井水和雨水等其他水源中水質(zhì)最為穩(wěn)定的理想水源。姚利軍曾收集雨水和自來(lái)水及兩者混合分別進(jìn)行生菜的霧培試驗(yàn)，結(jié)果表明，不同的水源對(duì)于生菜的品質(zhì)具有較明顯差異。在霧培試驗(yàn)研究中一般采用去離子水進(jìn)行準(zhǔn)確的研究，本試驗(yàn)為了探究去離子水與自來(lái)水之間的差異，分別采用去離子水及自來(lái)水進(jìn)行霧培試驗(yàn)。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗(yàn)設(shè)施概況

本次試驗(yàn)在寧夏大學(xué)農(nóng)科實(shí)訓(xùn)基地西側(cè)玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)期間溫室內(nèi)濕度為60%～80%，溫度為日間25～40 ℃、晚間10～17 ℃，生長(zhǎng)前期光照主要靠日光照射，每天光照時(shí)間為8～10 h，試驗(yàn)時(shí)間為2020年10月—2021年1月。

1.2 ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)方法，主區(qū)為不同營(yíng)養(yǎng)液濃度，副區(qū)為不同營(yíng)養(yǎng)液配制水源。共設(shè)置了4個(gè)濃度梯度，分別為A1（3.20 mol/L）、A2（4.00 mol/L）、A3（4.80 mol/L）、A4（5.60 mol/L），具體配比見表1，兩種營(yíng)養(yǎng)液配制水源為去離子水（T1）與自來(lái)水（T2），微量元素配比如表2所示，試驗(yàn)安排如表3所示。

本試驗(yàn)采用“費(fèi)烏瑞它”馬鈴薯脫毒組培苗為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)分為水培生根過(guò)程和正式霧培試驗(yàn)過(guò)程，脫毒組培苗先在水培條件下水培20 d，水培前3 d用清水水培，后續(xù)用1/6的霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液配方，在水培10～15 d后將營(yíng)養(yǎng)液更換為1/3倍霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液。在移栽至霧培箱前5 d將營(yíng)養(yǎng)液濃度更換為1/2，后開始正式霧培試驗(yàn)。在整個(gè)種植過(guò)程中微量元素使用阿農(nóng)微量元素配方，并且濃度不變。待植株長(zhǎng)至10 cm左右，選取長(zhǎng)勢(shì)粗壯的植株移栽至霧培設(shè)備，后續(xù)按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。霧培設(shè)備進(jìn)液管管道壓力為0.2 Pa，霧化噴頭流量為0.3 L/min，營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用每10 d更換1次。營(yíng)養(yǎng)液pH值控制在5.5～6.5，EC值在2.0～2.5 mS/cm。

2 ? 測(cè)試項(xiàng)目與測(cè)試方法

2.1 ? 采樣時(shí)間

試驗(yàn)以植株移栽至霧培箱的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，在2020年11月10日移栽至霧培箱，分別在植株移栽至霧培箱后的第5天、第20天、第35天、第50天，采樣測(cè)取植株的株高、莖粗、SPDA值。在植株移栽至氣霧栽培后的第50天采樣測(cè)取植株的根系數(shù)據(jù)，以及根部、莖部、葉片的全鉀、全鈣、全鎂含量。

2.2 ? 植株測(cè)試方法

植株株高測(cè)量，為植株與栽培板銜接處到植株最高點(diǎn)之間的距離;莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，為植株莖部底端的直徑;SPDA值用便攜式葉綠素儀測(cè)量，選取植株上、中、下3片葉片測(cè)量后取平均值。

植株烘干粉碎后過(guò)1 mm篩，取適量植株樣經(jīng)鹽酸浸提后，吸取浸提液，測(cè)量植株的全鉀、全鈣、全鎂含量。全鉀用火焰光度計(jì)、全鈣和全鎂采用原子吸收儀測(cè)定。植株根系指標(biāo)采用上海中晶科技有限公司 MICROTEK掃描儀測(cè)定。

2.3 ? 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用 Excel 2010和SPSS 21.0軟件，利用Origin 2018作圖。

3 ? 結(jié)果分析

3.1 ? 不同鈣素濃度與不同水源條件對(duì)株高的影響

由圖1可知，在植株生長(zhǎng)期間，植株高度在生長(zhǎng)前期較緩慢，在11月30日后植株高度生長(zhǎng)迅速。在A3條件下植株生長(zhǎng)較快，在11月30日差異明顯。

由圖2可知，在不同營(yíng)養(yǎng)液配制水源條件下，植株的生長(zhǎng)高度無(wú)明顯差異，可知不同水源配制營(yíng)養(yǎng)液相對(duì)于鈣素濃度的影響而言，對(duì)于植株高度的生長(zhǎng)影響較小。在12月15日時(shí)植株高度最大可達(dá)到29.77 cm，比最小株高高出了19.32%（24.95 cm）。在11月30日植株高度范圍在13.68～17.53 cm，在不同水源條件下存在極顯著性差異（P≤0.01），在不同鈣素濃度條件下存在極顯著性差異（P≤0.01）;在12月30日植株高度范圍在35.45～39.53 cm，在不同水源條件下存在顯著性差異（P≤0.05），在不同鈣素濃度條件下存在極顯著性差異（P≤0.01）。

3.2 ? 不同鈣素濃度與不同水源條件對(duì)植株SPDA值的影響

由圖3可知，不同鈣素濃度對(duì)于植株的SPDA值影響較大，A3條件下植株的SPDA值始終處于較大值，A1條件下SPDA值最小。由此可見，適當(dāng)?shù)卦黾逾}素濃度，有助于氣霧栽培馬鈴薯的光合作用。在整個(gè)試驗(yàn)期間，植株在生長(zhǎng)前期的SPDA值隨著時(shí)間出現(xiàn)迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)后趨于平緩，以11月30日為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在11月30日—12月15日SPDA值之間的差異最為顯著。

由圖4可知，T1條件下比T2條件下的SPDA值大，去離子水配制營(yíng)養(yǎng)液要比自來(lái)水配制營(yíng)養(yǎng)液更有利于植株葉片的光合作用。

3.3 ? 不同鈣素濃度與不同水源條件對(duì)植株莖粗的影響

由圖5可知，不同鈣素條件下對(duì)于植株莖粗的影響較明顯，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，A3條件下植株的莖粗最大，A1莖粗最小，不同處理間在11月30日時(shí)莖粗差異最大。其中A3條件下植株與其他處理間差異明顯。莖粗在植株的生長(zhǎng)后期生長(zhǎng)迅速，生長(zhǎng)前期植株株高增長(zhǎng)，當(dāng)株高達(dá)到一定高度后，植株莖部開始橫向發(fā)育增長(zhǎng)。

由圖6可知，植株的莖粗在不同水源條件下差異不明顯，莖粗增長(zhǎng)趨勢(shì)相似。由此可知，不同營(yíng)養(yǎng)液配制水源對(duì)于莖粗的影響不大。

3.4 ? 不同鈣素濃度與不同水源條件對(duì)植株根系發(fā)育的影響

通過(guò)圖7可知，不同鈣素濃度處理下，A3條件下根系長(zhǎng)度、投影面積、像素面積、表面積、體積都為最大值，其中根系長(zhǎng)度與根系表面積與其他處理下具有顯著性差異。植株根系長(zhǎng)度在A1～A3之間隨著營(yíng)養(yǎng)液鈣素濃度增加逐漸增加，A4條件下出現(xiàn)根系長(zhǎng)度的降低，可知適度增加鈣元素條件下可以達(dá)到根系長(zhǎng)度增加的效果，但不可過(guò)少也不可過(guò)量。植株根系表面積在A3條件下達(dá)到最大值后在A4條件下表面積值減少。由此可知，過(guò)量的鈣素濃度會(huì)導(dǎo)致植株根系的發(fā)育受影響。

由圖8可知，植株根系的投影面積、像素面積、體積在不同水源條件下具有顯著性差異，可知不同水源配制營(yíng)養(yǎng)液對(duì)根系發(fā)育具有較明顯影響，T1條件下更有利于植株根系發(fā)育，營(yíng)養(yǎng)液水源的不同處理會(huì)導(dǎo)致植物根系投影面積、像素面積、表面積與體積的明顯差異。

3.5 ? 不同鈣素濃度與不同水源對(duì)植株養(yǎng)分吸收的影響

3.5.1 ? 不同鈣素濃度對(duì)于植株養(yǎng)分吸收的影響

由圖9可知，不同鈣素濃度處理下植株根系的全鉀、全鈣、全鎂具有顯著性差異，在A3、A4處理下植株根部全鉀含量相較于A1、A2條件下含量要大，A1條件下根部的全鈣含量低于其他處理，A1條件下植株根系全鎂含量低于其他處理?？芍?，鈣元素含量會(huì)影響植株根系的全鉀、全鈣、全鎂的吸收，營(yíng)養(yǎng)液內(nèi)適當(dāng)?shù)卦黾逾}元素濃度可提高植株根系的全鉀、全鈣、全鎂的含量。不同的鈣元素含量對(duì)于莖部的全鉀、全鎂含量具有顯著性影響，莖部全鉀在A3條件下達(dá)到最大值，莖部全鎂在A2條件下達(dá)到最大值，不同鈣元素濃度處理下莖部的全鈣含量沒有明顯差異。

3.5.2 ? 不同營(yíng)養(yǎng)液水源對(duì)于植株養(yǎng)分吸收的影響

由圖10可知，對(duì)生長(zhǎng)第60天的植株根部養(yǎng)分含量進(jìn)行差異顯著性分析，在鈣素濃度與水源兩因素交互作用下，植株根系全鉀含量存在極顯著性差異（P≤0.001），全鉀含量最大值1.11%比最小值0.21%高出428.57%，不同鈣素濃度與不同水源條件下全鉀、全鈣均存在極顯著性差異（P≤0.001），全鈣含量在1.24%～1.66%之間變化，最大值比最小值高出33.87%，全鎂含量在不同鈣素濃度、不同水源以及兩因素交互作用都不存在顯著性差異（P>0.05）。由此可知，不同鈣素濃度與不同水源對(duì)植株養(yǎng)分含量均有影響，根系全鎂含量受鈣素影響較小。

4 ? 結(jié)論與討論

適當(dāng)增加營(yíng)養(yǎng)液中的鈣含量，可以提高植株根系對(duì)于鉀、鈣、鎂的吸收，但是濃度達(dá)到最大限值后植株對(duì)于鉀、鈣、鎂的吸收會(huì)出現(xiàn)減少的情況。對(duì)營(yíng)養(yǎng)液適當(dāng)?shù)卦黾逾}濃度可以改善植株的根系發(fā)育情況，馬鈴薯根系的生長(zhǎng)發(fā)育是提高馬鈴薯產(chǎn)量的基礎(chǔ)。適當(dāng)增加鈣元素含量，可以提高植株中鉀、鈣、鎂的吸收率。鈣肥在馬鈴薯生產(chǎn)中不僅影響植株的生長(zhǎng)發(fā)育，還會(huì)減少生理病害、提高產(chǎn)量和品質(zhì)[5]，鈣肥在增施時(shí)還要注重其他元素配比使用，大量元素、中微量元素對(duì)于植株的生長(zhǎng)都是必不可少的存在[6]。馬鈴薯霧培過(guò)程中還要注意使用合適的噴霧時(shí)長(zhǎng)、噴霧強(qiáng)度與種植密度等。霧培馬鈴薯對(duì)于生長(zhǎng)環(huán)境的變化較敏感，在生產(chǎn)過(guò)程中需要密切關(guān)注生長(zhǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化[7-9]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，用去離子水與自來(lái)水分別配制營(yíng)養(yǎng)液對(duì)于植株根系發(fā)育有差異，對(duì)于植株其他生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)及養(yǎng)分吸收沒有較大影響，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中一般采用自來(lái)水、井水、雨水當(dāng)作營(yíng)養(yǎng)液配制水源，關(guān)鍵在于調(diào)節(jié)好營(yíng)養(yǎng)液的EC值與pH值。

采用自來(lái)水與去離子水分別配制營(yíng)養(yǎng)液，對(duì)于植株的整體生長(zhǎng)發(fā)育相差不大，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中自來(lái)水是較為容易獲取且水質(zhì)穩(wěn)定的理想水源。在不同地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤性質(zhì)，可以選用雨水和井水作為生產(chǎn)水源，以進(jìn)一步節(jié)約生產(chǎn)成本。

霧培生產(chǎn)方面鈣元素在馬鈴薯不同生長(zhǎng)時(shí)期的影響及不同時(shí)期最優(yōu)鈣素配比濃度的研究還有較大的研究潛力。氣霧培的應(yīng)用，可以大量提高馬鈴薯單株結(jié)薯量、改善連作障礙等。但是由于其對(duì)于技術(shù)要求之高，并沒有得到廣泛的推廣。其在霧培設(shè)施設(shè)計(jì)、實(shí)際操作與營(yíng)養(yǎng)液配比方面仍有極大的提升空間，氣霧培栽培模式在蔬菜種植方面還有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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