不同濃度氮、磷、鉀對水培芹菜生長及葉綠素含量的影響

陳 晨，賈麗麗，陳雪瓊，陳月珍，馮顧城，束 勝,4，謝秀明，陶建平，譚國飛，王雅慧，熊愛生*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華東地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，江蘇 南京 210095；2.南京市溧水區(qū)華成蔬菜專業(yè)合作社，江蘇 南京 211200；3.淮安市蔬菜科學(xué)研究所，江蘇 淮安 223021；4.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)（宿遷）設(shè)施園藝研究院，江蘇 宿遷 223800；5.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，貴州 貴陽 550006）

芹菜（L.）為傘形科芹屬植物，營養(yǎng)豐富，用途多樣，是一種廣受歡迎的綠葉類蔬菜，在我國有著較大的種植面積和供應(yīng)需求量，是蔬菜生產(chǎn)中占有份額較大的蔬菜品類。作為一種以葉片和葉柄為主要食用器官的綠葉類蔬菜和重要的餡料用菜，葉綠素含量高低是評判其外觀品相和營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，亦是餡料用芹菜加工中的重要考查指標(biāo)。研究表明，葉綠素含量較高的芹菜植株可以通過光合作用積累更多對人體健康有益的營養(yǎng)物質(zhì)。因此，提高芹菜葉綠素含量，是提高其商品價值和食用價值的有效方法之一。

芹菜作為淺根系作物，對土壤養(yǎng)分吸收能力相對較弱，屬典型喜肥作物。目前，國內(nèi)外關(guān)于芹菜需肥特性方面的研究大多停留在單一提高芹菜外觀或營養(yǎng)品質(zhì)方面。在水培與土培條件下，芹菜對肥料的吸收利用能力存在差異，其氮、磷、鉀肥的需求比例也不同，因品種不同亦存在一定的差異。芹菜對土壤養(yǎng)分要求較高，每667 m芹菜約需消耗純氮肥7.3 kg、磷肥2.7 kg以及鉀肥16 kg。商建朝通過測土配方研究發(fā)現(xiàn)，芹菜在不同生長時期的需肥特性有一定差異，尤以生長初期和后期需肥量較大。不同種類芹菜對氮、磷、鉀的需求也不同，故生產(chǎn)上根據(jù)芹菜種類和品種進(jìn)行氮、磷、鉀合理配比施肥非常關(guān)鍵。章明清等研究表明，在常規(guī)施肥的同時還應(yīng)適當(dāng)補充如硼、鈣、鐵等微量元素，以促進(jìn)芹菜對氮、磷、鉀肥的吸收利用。

近年來，水培蔬菜試驗以其試驗處理設(shè)置規(guī)范、操作簡便、試驗誤差小、結(jié)果準(zhǔn)確性高等諸多優(yōu)勢頗受青睞。通過科學(xué)施肥提高水培芹菜葉綠素含量，是有效提高芹菜品質(zhì)的途徑之一，也是目前優(yōu)質(zhì)芹菜生產(chǎn)領(lǐng)域研究的熱點。本研究以控制變量法，研究不同濃度氮、磷、鉀肥對2種水培芹菜生長及葉綠素含量的影響，尋找最適氮、磷、鉀肥濃度和配比，以期為高品質(zhì)芹菜生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及設(shè)備

供試芹菜品種為“津南實芹”和“金黃芹菜”，種子均保存于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點實驗室傘形科蔬菜作物研究室?！敖蚰蠈嵡邸鄙L速度快，抗寒、抗熱、喜水肥，抗病性強，且抽薹期晚，冬性強，單位面積產(chǎn)量高，適宜露地、保護(hù)地四季栽培，產(chǎn)品質(zhì)地鮮嫩，品質(zhì)好?！敖瘘S芹菜”在我國亦有廣泛種植面積，具有適應(yīng)性強、抗病蟲害、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、口感鮮美等特性。

試驗用試劑：四水硝酸鈣[西格瑪奧德里奇（上海）貿(mào)易有限公司生產(chǎn)]，磷酸二氫銨（南京輝亞生物科技有限公司生產(chǎn)），硝酸鉀（上海阿拉丁生化科技股份有限公司生產(chǎn)），丙酮（上海瑞永生物科技有限公司生產(chǎn)），均為分析純。

試驗用儀器：Spectramax酶標(biāo)儀，由美國Molecular Devices公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置9個不同濃度處理，其中氮、磷、鉀濃度分別分為3組；除作為變量的元素濃度不同外，另外2種元素的濃度都取試驗組的中間值，具體濃度設(shè)置如表1所示。分別使用四水合硝酸鈣、磷酸二氫銨、硝酸鉀作為氮、磷、鉀元素供體。此外，為保證芹菜植株正常生長所需，不同試驗處理均在含有適宜濃度Mg、Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu、Ca等元素的水培營養(yǎng)液母液基礎(chǔ)之上進(jìn)行配制，對照組（CK）僅施用微量元素水培營養(yǎng)液母液。

表1 不同處理營養(yǎng)液氮、磷、鉀濃度設(shè)計

芹菜水培試驗在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點實驗室傘形科蔬菜作物研究室人工氣候生長室進(jìn)行。采用土壤、蛭石、珍珠巖（體積比2∶2∶1）混合物進(jìn)行播種育苗，生長條件設(shè)置為白天25 ℃/16 h，夜間18 ℃/8 h，相對濕度為60%～70%。播種50 d后，選取植株大小一致且生長良好的幼苗轉(zhuǎn)入不同濃度營養(yǎng)液水培箱中進(jìn)行水培試驗處理。水培種植歷時40 d，期間每隔5 d更換1次對應(yīng)濃度培養(yǎng)液，以保持各肥料濃度的相對穩(wěn)定狀態(tài)。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，取樣后立即放入液氮中冷凍，儲存在-80 ℃冰箱待測。

1.2.2 品質(zhì)指標(biāo)測定

1.2.2.1 外觀性狀調(diào)查 利用游標(biāo)卡尺測定葉柄粗，直尺測量芹菜全株高度，調(diào)查單株分枝數(shù)，綜合比較外觀性狀，包含地下根系生長狀況、地上部分長勢、葉片與莖稈顏色、綜合外觀等。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，結(jié)果取平均值。

1.2.2.2 葉綠素含量測定 將各處理芹菜葉片和葉柄分開后進(jìn)行預(yù)碎，再分別用液氮將其磨成粉末并真空抽干。稱取50 mg粉末，用2 mL丙酮在60 ℃的水浴鍋中提取30 min，總共提取2～3次，直到樣品粉末變成白色，并收集上清液待測。以丙酮為空白對照，分別吸取200 μL待測液和對照液于石英皿中，用Spectramax酶標(biāo)儀讀取663 nm和646 nm處樣品吸光度。每個處理設(shè)置3個重復(fù)。對每個處理小組分別測量3次吸光度，取平均值后，計算葉綠素a、葉綠素b濃度，公式分別如下。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度氮、磷、鉀對水培芹菜外觀性狀的影響

通過表2可以看出，2個芹菜品種均分別在N（8 mmol/L）、P（0.6 mmol/L）、K（7 mmol/L）處理下可以獲得較好的綜合外觀性狀，其中“津南實芹”在P處理組、“金黃芹菜”在N處理組的表現(xiàn)最佳。對照組因未補充氮、磷、鉀肥，故植株長勢最弱，地上部葉片和地下根系均發(fā)育不良，其中“津南實芹”全株高度及葉柄粗僅為22.3 cm和0.46 mm。2個芹菜品種在K（3 mmol/L）處理組的植株外觀性狀較對照均無明顯改善，全株高度均在30 cm左右。說明氮和磷分別在N（8 mmol/L）、P（0.6 mmol/L）施用量可明顯提高芹菜外觀性狀綜合品質(zhì)，鉀肥則以K（7 mmol/L）用量效果較好。

表2 “津南實芹”和“金黃芹菜”外觀性狀綜合評價

2.2 不同濃度氮、磷、鉀對各品種水培芹菜葉綠素含量的影響

2.2.1 “津南實芹”葉綠素含量分析

從表3可以看出，在3個氮肥處理中，N處理（濃度5 mmol/L）對提升“津南實芹”葉片中葉綠素含量效果最佳，其總?cè)~綠素含量和葉綠素a含量均顯著高于N處理（濃度11 mmol/L），但其葉綠素b含量相對較低。葉柄中總?cè)~綠素、葉綠素a、葉綠素b含量最高的均是N處理，其含量均與N處理無顯著差異，但均顯著高于N處理。說明相對于葉片，葉柄更加適應(yīng)高濃度的氮肥。

表3 不同氮、磷、鉀處理“津南實芹”葉片和葉柄中的葉綠素含量mg/g

在3個磷肥處理中（表3），P處理（濃度0.6 mmol/L）葉片中葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量均最高，其中葉綠素b含量和總?cè)~綠素含量均顯著高于P處理（濃度0.9 mmol/L）。葉柄中葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量都是P處理（濃度0.3 mmol/L）最高，而P處理均最低，但各處理間差異均不顯著。綜合說明，葉片對磷肥的需求大于葉柄，且在0.3～0.6 mmol/L的處理濃度下較為適宜。

在3個鉀肥處理中（表3），K處理（濃度5 mmol/L）的葉片和葉柄中總?cè)~綠素含量均最高，說明中等濃度的鉀素對于葉片和葉柄中葉綠素的積累較有利。而K3處理（濃度7 mmol/L）葉片中葉綠素a含量最高，但其葉柄中葉綠素a含量卻最低。說明水培芹菜“津南實芹”不同部位對于鉀肥的需求以及最適宜濃度存在區(qū)別，且最適濃度區(qū)間為5～7 mmol/L。

2.2.2 “金黃芹菜”葉綠素含量分析

從表4可以看出，在3個氮肥處理中，葉片中葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量最高的都是N處理（濃度8 mmol/L），其中總?cè)~綠素含量顯著高于N處理（濃度11 mmol/L）；葉柄中葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量最高的都是N處理（濃度5 mmol/L），但各處理間差異均不顯著。說明5～8 mmol/L氮肥施用濃度較為適宜。

表4 不同氮、磷、鉀處理“金黃芹菜”葉片和葉柄中的葉綠素含量mg/g

在3個磷肥處理中（表4），P處理（濃度0.3 mmol/L）葉片和葉柄中葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量都最高，且除葉片葉綠素a外均顯著高于P處理（濃度0.9 mmol/L）。說明較低濃度磷肥對于“金黃芹菜”的葉綠素含量提升效果最為明顯，該最適濃度與“津南實芹”較為接近。

在3個鉀肥處理中（表4），葉片中總?cè)~綠素含量最高的是K處理（濃度3 mmol/L），且其含量隨著處理濃度的升高而逐漸降低；而葉綠素a、葉綠素b含量最高的分別是K處理（濃度7 mmol/L）、K處理（濃度5 mmol/L）。葉柄中葉綠素含量隨著處理濃度的升高而逐漸增加，含量最高的是K處理，其葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量均顯著高于K、K處理。說明在鉀肥需求方面，“金黃芹菜”葉柄要高于葉片，且不同部位呈現(xiàn)不同變化趨勢。

3 討論與結(jié)論

葉綠素作為高等植物光合作用的主要色素，其含量對蔬菜綜合品質(zhì)有較大影響。綜合前人研究及本次試驗結(jié)果，通過綜合考慮肥料三要素對芹菜生長和葉綠素含量的影響，發(fā)現(xiàn)最適于芹菜葉綠素積累的氮、磷、鉀濃度存在差異，其具體最適濃度因芹菜品種和部位也有一定差異，可合理兼顧兩者關(guān)系進(jìn)行肥料配比。

本試驗中不同濃度氮、磷、鉀肥組合是試驗結(jié)果差異化的首要影響因素。Stirbet等研究表明，芹菜對肥料的需求，尤其是氮、磷、鉀肥的需求量較大，適量施肥具有顯著提升產(chǎn)量和品質(zhì)的作用。Voitsekhovskaja等研究表明，氮素是葉綠素合成的前體物質(zhì)5-氨基乙酰丙酸以及葉綠素a卟啉環(huán)中的重要構(gòu)成元素，因此在3種元素中使用量是最大的。宋文鵬等報道磷素主要作用于植物細(xì)胞的生長分裂，可以與氮肥一起促進(jìn)葉片生長，在芹菜生長前期可適當(dāng)增施以促進(jìn)植株的生長。何仲秋發(fā)現(xiàn)在芹菜生長后期可以增施鉀肥，以促使植株葉片伸展、色澤鮮綠及葉柄分枝數(shù)量的增加，起到提升外觀品質(zhì)的效果。此外，在施加氮、磷、鉀肥的同時，還應(yīng)適當(dāng)補充硼、鈣、鐵、錳等微量元素，以更好地促進(jìn)芹菜對氮、磷、鉀肥的吸收利用。從外觀品質(zhì)而言，進(jìn)行氮、磷、鉀肥復(fù)合施用的處理組，生長狀況均優(yōu)于對照組。根據(jù)劉本生等和喬源的前期研究，水培法可以規(guī)避土壤對肥料尤其是磷肥的固定作用，提升肥料利用率。祝海燕的研究結(jié)果表明，氮、磷、鉀肥作為蔬菜水培過程中需要補充的大量營養(yǎng)元素，其促進(jìn)水培芹菜生長的濃度因種植方法及芹菜品種差異而異，存在低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的現(xiàn)象。綜合得出，在芹菜水培生產(chǎn)中，可將氮、磷、鉀肥濃度范圍分別設(shè)置在5～8 mmol/L，0.3～0.6 mmol/L，5～7 mmol/L，芹菜植株生長較好，葉片和葉柄中葉綠素含量較高。

除肥料因素外，芹菜品種及其部位作為影響試驗結(jié)果的主要內(nèi)部因素，對葉綠素含量及芹菜的外觀品質(zhì)也存在一定影響。通過分析2個品種芹菜葉綠素含量以及外觀可以得出，無論是在葉片還是葉柄當(dāng)中，“津南實芹”的葉綠素含量較“金黃芹菜”偏高（個別處理除外），但在相同處理下其全株高度普遍低于“金黃芹菜”?！敖蚰蠈嵡邸痹诘蜐舛鹊⒘追室约案邼舛肉浄实乃喾N植條件下總?cè)~綠素含量較高，“金黃芹菜”則對氮、磷、鉀肥的需求量都相對較低，過高濃度的肥料反而不利于其外觀品質(zhì)及葉綠素含量的提升。此外，芹菜不同部位葉綠素含量不同，葉片作為主要光合器官，其葉綠素含量高于葉柄，對氮肥和磷肥的需求量也更高。在本次試驗所用各品種芹菜中，葉片的總?cè)~綠素含量普遍可達(dá)葉柄的5～7倍，是芹菜植株葉綠素分布較為集中的部位。這與Huang等及田艷花所發(fā)現(xiàn)的增施中高濃度磷肥對葉片葉綠素含量提升較大，增施中低濃度氮肥對葉柄葉綠素含量提升更明顯的研究結(jié)果基本一致。

綜合分析本試驗結(jié)果得出，在芹菜水培生產(chǎn)中，應(yīng)合理配置氮、磷、鉀肥濃度及其他微量元素，并根據(jù)品種需肥特性對營養(yǎng)液配方進(jìn)行調(diào)整。以本研究所用的“津南實芹”和“金黃芹菜”2個品種為例，前者葉片鮮綠且對氮肥和鉀肥需求量較大，增施氮肥和鉀肥可大幅度提升其葉綠素含量；后者植株葉片呈現(xiàn)嫩黃，對氮肥和磷肥需求量較大。

本次試驗采用水培種植，盡可能減少了傳統(tǒng)土培法中可能存在的土壤中原有營養(yǎng)元素差異對于試驗結(jié)果的影響，為芹菜水培種植提供了可供參考的施肥配比。試驗材料“津南實芹”和“金黃芹菜”均為種植廣泛且高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、商品性好的芹菜品種，研究結(jié)果將有利于發(fā)揮其良種特性，為未來高品質(zhì)芹菜生產(chǎn)提供指導(dǎo)。