氮水平對水培蕹菜生長、產(chǎn)量和品質的影響＊

郭美玲 ，劉 燕，孟凡龍，王曉通，魏 珉,3,4,5，史慶華,4,5，楊鳳娟,4,5，李 巖,3,4,5**

（1.山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；2.山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東泰安 271018；3.山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海設施農(nóng)業(yè)工程科學觀測實驗站，山東泰安 271018；4.山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018；5.山東農(nóng)業(yè)大學山東果蔬優(yōu)質高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，山東泰安 271018）

氮元素是水培營養(yǎng)液中最重要的營養(yǎng)元素之一。氮肥施用量會對葉類蔬菜生長、品質、產(chǎn)量等產(chǎn)生重要影響。因此，在生產(chǎn)上合理施用氮肥，不僅可以促進葉類蔬菜生長，而且能夠提高其產(chǎn)量和品質，施用過量則會降低產(chǎn)量[1-2]。研究表明施氮水平過低（2 mM）或過高（14 mM）均減少苦苣葉片光合色素含量，抑制其光化學反應活性，從而降低植株光合作用和干物質積累[3]。唐璐[4]研究發(fā)現(xiàn)隨著施氮量的增加葉類蔬菜總酚含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中氮素水平為8 mM時葉類蔬菜生長最旺盛，且品質好[5]；賀志文等[6]則研究發(fā)現(xiàn)氮素水平為9.69 mM時生菜可獲得較高產(chǎn)量。

蕹菜（Ipomoea aquaticaForssk.），又名空心菜、藤菜等，是旋花科番薯屬植物，因其富含營養(yǎng)，且味道鮮美，深受消費者喜愛。蕹菜在中國栽培歷史悠久，喜溫暖濕潤，南北方各地已廣泛栽植。隨著設施蔬菜的快速發(fā)展，設施水培葉類蔬菜也得到迅猛發(fā)展。其中營養(yǎng)液的養(yǎng)分配比對葉類蔬菜的產(chǎn)量和品質起到至關重要的作用，目前關于水培葉菜類蔬菜營養(yǎng)液的研究主要集中在生菜上，關于蕹菜適應性營養(yǎng)液配方的研究則較少。因此，本試驗通過開展不同氮水平對水培蕹菜生長、產(chǎn)量、品質及產(chǎn)投比的影響，以期為水培蕹菜優(yōu)質高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和技術支撐。

材料方法

試驗材料

供試材料選用蕹菜‘海蔬竹葉空心菜’，供試營養(yǎng)液配方為山崎茼蒿配方（表1），采用通用微量元素配方（表2）。

表1 山崎茼蒿標準配方

表2 通用微量元素配方

試驗方法

試驗在山東農(nóng)業(yè)大學南校區(qū)園藝實驗站人工氣候室內進行。育苗時，選取飽滿且均勻一致的種子直接播種于聚氨酯泡沫小方塊（2.0 cm×2.0 cm×2.0 cm），之后放置于泡沫育苗盤（59.0 cm× 28.5 cm×3.0 cm，300孔）中，置于黑暗環(huán)境中，在室溫29℃條件下催芽。兩天后種子露白，照射白光。待幼苗子葉展平時，定植于水培槽中，照射光照強度為400 μmol/(m2.s)，紅藍組合光（紅、藍光強比為2:1），光周期為12 h/12 h，晝夜溫度29°C/19°C。LED光源購自深圳純英達業(yè)集團有限公司。

在別之龍等[7]研究的基礎上，以1/2濃度的山崎茼蒿配方中氮水平（6.7 mM）為對照（CK），原配方KNO3中NO3-及NH4H2PO4中NH4+的濃度不變，通過改變原配方Ca(NO3)2?4H2O中NO3-含量并對其設置-30%N（N1）、-20%N（N2）、-10%N（N3）、+10%N（N4）、+20%N（N5）、+30%N（N6）6個氮水平處理。此外，NO3-與NH4+的比例及Ca2＋濃度隨Ca(NO3)2?4H2O用量的改變發(fā)生相應變化，其他元素則濃度不變（表3～4）。

表3 各處理元素水平/mM

測定指標與方法

蕹菜定植后35天左右可達商品成熟期，各處理隨機選取10株，用于測定株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積和產(chǎn)量。株高使用卷尺測量植株基部到生長點的距離；莖粗采用游標卡尺（CJW888，青島易購五金工具有限公司，中國）測量；全株葉片取下、鋪平，避免邊緣重疊，采用CI-202便攜式激光葉面積儀（CID公司，美國）測定總葉面積；植株洗凈，用吸水紙擦干其表面多余水分，分別測定每株地上部和地下部鮮物質量，單株產(chǎn)量為地上和地下部鮮物質量之和；植株置于烘箱中先用105℃殺青30 min，隨后用75℃烘干至恒重，分別測量地上和地下部干物質量；烘干的植株樣品磨碎用于測定植株養(yǎng)分含量。

采用TTC法測定植株根系活力[8]，采用80%的丙酮法測定葉片光合色素含量，蒽酮比色法測定纖維素含量[9]；分別采用蒽酮乙酸乙酯法、考馬斯亮藍G-250法、2,6-二氯酚靛酚滴定法、水楊酸法測定可溶性糖、可溶性蛋白、VC及硝酸鹽含量[10]；采用可見分光光度計比色法測定總酚、類黃酮及花青素含量[11]。

表4 各處理化合物用量/(mg/L)

分別采用半微量凱氏定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度法和原子吸收分光光度法測定植物全氮、全磷、全鉀及鈣、鎂含量[12]。

數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 26.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、相關性分析和差異顯著性檢驗（P<0.05）。用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和作圖。

結果與分析

對蕹菜生長和產(chǎn)量的影響

由圖1和表5可得，隨施氮量的增加蕹菜株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積和單株產(chǎn)量均呈先增加后降低的趨勢，且以N3最高，N2次之。除莖粗外，N3處理下蕹菜生長和產(chǎn)量指標均顯著高于N2以外的其他處理和CK，N6水培蕹菜產(chǎn)量最低。說明適宜的氮濃度能夠促進蕹菜生長并提高其產(chǎn)量，氮濃度過高或過低均不利于蕹菜生長。

表5 不同氮水平對蕹菜生長和產(chǎn)量的影響

圖1 不同氮濃度對蕹菜生長形態(tài)的影響

表6為不同氮水平下蕹菜的生物量積累情況。隨著氮水平的提高，各處理下蕹菜物質積累量呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢，且均以N3處理最大，N2、N1分別次之，N3處理地上部干鮮物質量顯著高于CK。較CK和其他處理相比，N6和N5處理的植株地上部和地下部干鮮物質量均較小，表明適宜的施氮水平有利于蕹菜物質積累。

表6 不同氮水平對蕹菜生物量積累的影響/g

對蕹菜根系活力的影響

圖2反映了施氮水平對蕹菜根系活力的影響。由圖可知，根系活力隨施氮水平的升高表現(xiàn)為先增高后降低的趨勢，其中，N3顯著高于CK以及其他處理，N2次之，N3較CK提高了44.3%；N1、N4、N5間差異不顯著，N6處理最低，但與CK無明顯差異。

圖2 不同氮水平對蕹菜根系活力的影響

對蕹菜光合色素含量的影響

由表7可知，蕹菜葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量隨著施氮水平的提高，均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且均以N3最高，CK與N2處理的葉綠素a含量無顯著差異；N1處理葉綠素a/b含量最高，N2和N5最低；類胡蘿卜素含量N3最高，且CK與各處理間無顯著差異。

表7 不同氮水平對蕹菜色素含量的影響（FW）/（mg/g）

對蕹菜品質的影響

氮肥用量與蔬菜體內硝酸鹽含量呈極顯著正相關。由表8可得，蕹菜的硝酸鹽含量隨著施氮量的升高呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，N5處理下硝酸鹽含量達到最大，且顯著高于除N6外其他處理及CK，N1硝酸鹽含量則顯著降低；隨著施氮量的增加，蕹菜可溶性糖和蛋白含量均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，可溶性糖含量以N2最高，N3次之；可溶性蛋白含量則以N4最多，CK次之，N5最低；蕹菜VC含量隨施氮量的增加逐漸升高，其中，N6顯著高于CK及其他處理。蕹菜纖維素含量以N2處理最高，CK、N1分別次之，但三者間無顯著差異。N2處理的纖維素含量分別較N6和CK提高30.7%和7.4%。

表8 不同氮水平對蕹菜品質的影響

由表9可得，蕹菜總酚、類黃酮和花青素含量則隨施氮水平的提高呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢，N1總酚含量最高，CK次之，其中CK的總酚含量較其他處理差異不顯著；CK類黃酮含量最高，且除N1、N5外顯著高于其他處理；CK花青素含量顯著高于其他處理，且各處理間無顯著差異。

表9 不同氮水平對蕹菜抗氧化物質的影響

對蕹菜營養(yǎng)元素吸收狀況的影響

由表10可得，蕹菜對氮和鈣元素的吸收量隨氮濃度的升高而逐漸增多，除N1處理外，CK處理下蕹菜對氮的吸收量顯著低于其他處理；各氮素處理對蕹菜鈣吸收量的影響差異顯著，隨著氮素濃度的增大，蕹菜鈣吸收量增多。其中，N6處理下蕹菜鈣吸收量最多，N1最少，且N6下蕹菜鈣吸收量分別較CK、N1～N5依次提高42.5%、68.1%、58.1%、36.6%、23.2%、13.0%；除N6處理外，不同氮素水平對蕹菜磷吸收量影響差異不顯著，且較高濃度的氮水平有利于提高蕹菜對磷的吸收。其中，N6處理最多，N1處理最少，N6較N1、CK分別提高19.6%、15.3%；蕹菜對鉀和鎂的吸收量隨著氮素濃度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中，分別以N3和N2下蕹菜鉀和鎂含量最多，N5下均最少，表明適宜的氮素濃度有利于促進蕹菜對鉀和鎂的吸收。

表10 不同氮水平對蕹菜營養(yǎng)元素吸收的影響（DW）/（mg/g）

對蕹菜生產(chǎn)成本及經(jīng)濟效益的影響

由表11可知，不同處理之間蕹菜單株效益、產(chǎn)投比存在顯著差異。N1成本顯著低于其他配方，N2、N3分別次之，N6最高。單株效益隨著氮水平的升高呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，其中N3處理的單株效益最高，N2、N1分別次之。產(chǎn)投比隨施氮量的升高呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，N1最高，N2、N3分別次之，三者均顯著高于CK。

表11 不同氮水平對蕹菜生產(chǎn)成本及經(jīng)濟效益的影響

討論

氮素作為作物最敏感的營養(yǎng)元素之一，與作物產(chǎn)量的提高和品質的改善密不可分，其施用量過多或過少都會影響作物的正常生長發(fā)育。前人研究表明，大白菜產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高，但當施氮量增加到一定程度時，其產(chǎn)量不再增加[13]。本研究結果表明，蕹菜單株產(chǎn)量隨施氮量的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且當?shù)厮綖?.7 mM時單株產(chǎn)量最低。這是因為氮素施用過量造成了一定程度的鹽分脅迫，使蕹菜根系活力降低，延緩其根系生長，造成植株根冠比下降，進而抑制其地上部生長[14]。蕹菜葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量在氮素水平為6.0 mM時最高，4.7 mM時最低，這是由于氮素缺乏或者過量都會影響葉綠素的合成，從而降低植物光合效率[15]，最終導致產(chǎn)量降低。

前人研究發(fā)現(xiàn)隨著施氮量的增加，葉類蔬菜硝酸鹽含量顯著增加[16-17]。本試驗結果表明，當施氮量達到最佳水平時，增加施氮量不能提高蕹菜產(chǎn)量，且硝酸鹽含量變化與前人研究結果一致。當?shù)綖?.0 mM時蕹菜的硝酸鹽含量最高，氮水平為4.7 mM時最低，且較對照降低了14.1%。隨施氮量增加蕹菜植株表現(xiàn)出硝酸鹽累積的典型特征。此外，前人對生菜的研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)毓^高時，不利于植株可溶性糖的積累，在一定范圍內適當提高氮水平則有利于提高生菜可溶性總糖含量[18-19]。本試驗發(fā)現(xiàn)，隨著施氮水平的提高，蕹菜可溶性糖含量先升高再降低，且當?shù)厮綖?.3 mM時可溶性糖含量最高，這可能是因為過量的氮與植物中的某些化合物發(fā)生反應，導致糖的消耗使其含量降低[20]。當植物受到外界環(huán)境影響如脅迫等時，植物體內的抗氧化活性基因會誘導植物自身的次生代謝水平發(fā)生改變，進而促進其體內酚類物質的累積[21]，但在本試驗中，不同氮水平下總酚含量差異不顯著，這說明本試驗中的氮水平造成的脅迫較低，導致蕹菜體內酚類物質積累較少。

營養(yǎng)元素的積累是植物生長發(fā)育和形態(tài)建成的重要條件。其中，氮磷鉀是影響植物生長發(fā)育和形態(tài)建成的重要元素。研究表明，適宜濃度的施氮量可以提高水培黃瓜的產(chǎn)量，且改善產(chǎn)品品質[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，蕹菜對鉀的吸收量較大，且較低氮素濃度有利于蕹菜對鉀的吸收，這可能是由于隨著施氮水平的提高，蕹菜植株體內的硝酸鹽含量增加，從而間接影響了蕹菜對鉀離子的吸收，卻促進植株對鎂離子的吸收[23-24]。各氮素處理對蕹菜鈣吸收量差異顯著，隨著施氮量的增加，蕹菜對鈣的吸收量呈上升趨勢，且當?shù)厮綖?.7 mM時蕹菜鈣吸收量最多，這與蘇苑君[25]發(fā)現(xiàn)隨著氮素水平的提高，生菜對鈣的吸收量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢的研究結果不一致。可能是作物不同產(chǎn)生的差異，也可能是因為本試驗中氮水平不足以使蕹菜鈣吸收量達到最大值。各氮水平處理下蕹菜對磷的吸收量差異不顯著，這可能是由于磷的吸收過程與鉀和鎂存在協(xié)同促進關系，而受氮元素的影響較小造成的[26]。

結論

適當減少施氮量有利于促進蕹菜生長，增加植株干物質積累并提高其單株產(chǎn)量。較對照和其他處理相比，當施氮水平為6.0 mM時，蕹菜產(chǎn)量較高、綜合品質較好，且產(chǎn)投比較優(yōu)。因此，施氮量為6.0 mM較適宜水培蕹菜。