基質(zhì)施肥耦合對(duì)番紅花生長及光合效應(yīng)的影響

李東林, 尚嚴(yán)嚴(yán), 劉 坤, 葉振風(fēng), 徐 強(qiáng)

(1.阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園藝生產(chǎn)示范基地,安徽 阜陽 236031;2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,安徽 合肥 230036)

番紅花(CrocussativusL.)屬于鳶尾科番紅花屬多年生球根植物[1],又名西紅花、藏紅花。條形葉片基生反卷,7～17枚,紫色花瓣6枚頂生,皖北地區(qū)在11月中下旬集中開花,觀賞期短,花不能形成果實(shí)種子,主要以種球營養(yǎng)繁殖。番紅花采后剝離出3根花絲,加工處理后作為中藥材使用,具有活血安神、增強(qiáng)免疫力、抗衰老等功效,還可用作染料和食品著色劑。番紅花具有獨(dú)特的觀賞、藥用和食用價(jià)值,量少需求大,被譽(yù)為“植物黃金”[2],市場前景好。我國上世紀(jì)60年代引種試種,現(xiàn)在上海、浙江、河南、安徽等區(qū)域集中栽培。但生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備工藝比較落后,種球退化嚴(yán)重,產(chǎn)量低,品質(zhì)差,嚴(yán)重制約了番紅花產(chǎn)業(yè)發(fā)展和種植戶的經(jīng)濟(jì)收入。

栽培基質(zhì)是直接影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因素,傳統(tǒng)的無土基質(zhì)逐漸被新型再生栽培資源替代。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略全面實(shí)施和食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,我國食用菌栽培面積逐漸擴(kuò)大,生產(chǎn)后菌渣廢料會(huì)造成環(huán)境污染[3-4]。菌渣基質(zhì)來源廣、價(jià)格低廉、綠色環(huán)保、理化性狀優(yōu)。目前番紅花研究主要集中在其有效成分和加工應(yīng)用方面[5-8],針對(duì)番紅花菌渣基質(zhì)種植方面尚無報(bào)道。

試驗(yàn)選用大肥菇菌渣作為主要基質(zhì)材料,研究不同組合基質(zhì)和施肥水平耦合對(duì)番紅花生長發(fā)育和光合效應(yīng)的影響[9]。篩選適合番紅花生產(chǎn)的組合基質(zhì)和施肥水平,為番紅花綠色生產(chǎn)、菌渣有效處理和鄉(xiāng)村振興尋找新途徑,試驗(yàn)結(jié)果可為番紅花優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)和菌渣廢料合理利用提供技術(shù)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在安徽省阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院省級(jí)園藝生產(chǎn)示范基地進(jìn)行。阜陽市位于安徽省西北部淮河平原,北緯33°25′,東經(jīng)115°52′。土質(zhì)為砂漿黑土、黃潮土,屬于暖溫帶向北亞熱帶漸變的過渡氣候特征,年平均氣溫為9.25 ℃,年日照時(shí)數(shù)為2 150 h,光合有效輻射(PA,R)為21.62 μmol/(m·s),年均降水量為810 mm,雨量適中,無霜期為210 d。春溫多變,夏雨集中,災(zāi)害性天氣主要有干熱風(fēng)、倒春寒、夏澇、霜凍等。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試番紅花為安徽省亳州市譙城區(qū)兵濤種植合作社提供的優(yōu)質(zhì)種球,平均單球質(zhì)量為31.26 g,健壯無病蟲害。菌渣基質(zhì)為大肥菇菌渣,采自安徽省阜南縣眾犇農(nóng)業(yè)科技有限公司,由棉籽殼、玉米芯、鋸木屑等原料組合而成。施用肥料為含N-P2O5-K2O(15%-15%-15%)全元素速溶水溶肥。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 菌渣基質(zhì)制備 菌渣用粉碎機(jī)切碎,按菌渣∶羊糞∶微生物菌=200∶10∶1,V/V的比例混合均勻,堆積發(fā)酵。處理前加3%尿素降低C/N值,含水量為55%～60%,以手抓成團(tuán)、握緊指縫中有水為宜,26 ℃下經(jīng)10 d完成發(fā)酵。

2.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)施肥和基質(zhì)2個(gè)因素,每盆按F1(0.10 g/kg)、F2(0.25 g/kg)、F3(0.40 g/kg)、F4(0.55 g/kg)設(shè)4個(gè)施肥水平。栽培基質(zhì)用J1(菌渣∶草炭∶爐渣),J2(菌渣∶蛭石∶爐渣),J3(菌渣∶草炭∶蛭石∶爐渣),J4(菌渣∶爐渣)等4種組合基質(zhì),以土壤處理為對(duì)照(CK)。按施肥水平分區(qū)排列,同分區(qū)不同基質(zhì)隨機(jī)排列,每個(gè)處理10盆,設(shè)為1個(gè)區(qū)組,3次重復(fù)。

2.2.3 栽培管理 按照體積比把基質(zhì)混合后裝入帶底孔花盆中(36 cm×30 cm),基質(zhì)低于盆頂部邊緣1.25 cm。9月2日頂芽萌動(dòng)時(shí)把消毒種球均勻種植于盆中,種球平放頂芽向上,深度為8～10 cm,每盆3株,澆透水。10～15 d種球生根后,不同處理用全元素速溶水溶肥澆灌,每20天澆1次。為防止鹽類聚集,每30天用清水進(jìn)行1次沖施。前期基質(zhì)始終保持濕潤,不干不澆,5月份地上部分變黃枯萎時(shí)停止?jié)补嗨芊?收獲前7天停止?jié)菜７t花生長前期光照強(qiáng)度設(shè)置為300～800 lx,頂芽出土后光照強(qiáng)度控制范圍為2 200～5 000 lx。

2.3 測定項(xiàng)目及分析方法

2.3.1 番紅花生長生理指標(biāo)測定 在番紅花生長發(fā)育期間定期測量,記錄芽長、葉片數(shù)量、現(xiàn)蕾期和開花期花絲產(chǎn)量、種球質(zhì)量等?，F(xiàn)蕾期為肉眼觀察到50%花蕾膨大的時(shí)期,開花期為50%花朵展開的時(shí)期。3月12日取番紅花上部第6～8片葉和盆內(nèi)根系,冷藏備用。葉綠素含量采用丙酮浸提方法[10],根系活力用TTC法測定[11]。測定材料從各分區(qū)處理間隨機(jī)選取,測定3次取平均值。

2.3.2 番紅花光合參數(shù)測定 光合參數(shù)用LI-6400光合儀測定,采用5 L塑料瓶作為穩(wěn)定氣體源,在番紅花種植盆中活體測定,選擇晴天10:00測定番紅花上部第6片功能葉片,重復(fù)5次,取平均值。通過擬合光強(qiáng)-光合速率響應(yīng)曲線,求出光合響應(yīng)方程和光飽和點(diǎn)。采用模糊綜合評(píng)判方法對(duì)番紅花基質(zhì)和施肥效果進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]。選擇能反映番紅花品質(zhì)的生長發(fā)育指標(biāo)、生長生理指標(biāo)、光合特性指標(biāo)和產(chǎn)量指標(biāo)設(shè)為因素集U;確定番紅花質(zhì)量評(píng)語集V={優(yōu),良,一般,差};根據(jù)指標(biāo)因素影響程度來確定權(quán)重分配方案A={a1,a2,a3,…,an},且a1+a2+a3…+an=1,由統(tǒng)計(jì)表確定評(píng)判矩陣R;對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果B=A·R進(jìn)行歸一化處理,按最大隸屬原則排序。

2.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 用Excel記錄和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù),用DPS 9.50軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 組合基質(zhì)的理化性質(zhì)

由表1可以看出,基質(zhì)按不同體積組合后,理化性質(zhì)呈現(xiàn)顯著性差異,容重以CK數(shù)值最大,其次為J2、J1、J3、J4。隨著番紅花生長發(fā)育,各組合基質(zhì)通過后期測定,容重?cái)?shù)值都呈上升趨勢。各組合基質(zhì)吸水持水能力強(qiáng),飽和含水量差異不大,都較CK數(shù)值大。不同基質(zhì)pH無顯著差異(P>0.05),平均值為7.07,適合番紅花生長發(fā)育。EC值以CK數(shù)值最大,可能是長期土壤施肥不當(dāng)引起,大小排列順序?yàn)镃K>J3>J1>J4>J2。

表1 組合基質(zhì)的理化性質(zhì)

表2 基質(zhì)和施肥對(duì)番紅花生長發(fā)育及花絲產(chǎn)量的影響

3.2 基質(zhì)和施肥對(duì)番紅花生長發(fā)育及花絲產(chǎn)量的影響

不同基質(zhì)組合和施肥水平處理下,番紅花芽長為6.67～7.54 cm,芽長變化小的原因和種球本身大小及質(zhì)量有關(guān),外部環(huán)境變化對(duì)其影響較小。各處理間番紅花葉片數(shù)差異顯著,F3J3處理葉片數(shù)量達(dá)14.19個(gè)。相同施肥水平下,不同組合基質(zhì)處理葉片數(shù)量都多于CK,排列順序?yàn)镴3>J1>J2>J4。同組合基質(zhì)處理下,以F3水平效果最好,F2次之,F1葉片數(shù)量較少可能與施肥水平低因素有關(guān),F4水平存在過量,也會(huì)造成番紅花葉片數(shù)量少。各處理現(xiàn)蕾期和開花期一致,沒有出現(xiàn)現(xiàn)蕾早開花晚或現(xiàn)蕾晚開花早現(xiàn)象。F3水平下營養(yǎng)充足,番紅花現(xiàn)蕾開花早,有利于花絲形成和增加種球產(chǎn)量,F3水平下各基質(zhì)處理番紅花均在11月上中旬進(jìn)入開花期,比其它處理提前2～7 d。

同基質(zhì)組合不同施肥水平處理下,番紅花現(xiàn)蕾和開花期先后順序?yàn)镕3>F2>F4>F1,試驗(yàn)結(jié)果表明,在一定條件下,提高施肥水平可使番紅花現(xiàn)蕾開花期提前。經(jīng)LSD方差分析,各處理間開花數(shù)差異不顯著(P>0.05)。通過開花期觀測,番紅化主要以2個(gè)花為主,個(gè)別單株存在3個(gè)花,1和4個(gè)花極少出現(xiàn)。說明番紅花開花數(shù)量受外界環(huán)境因素影響較小,主要受品種遺傳和種球質(zhì)量等因素調(diào)控?；ńz產(chǎn)量在F3水平下較高,與其它施肥水平有顯著差異。F3J3花絲產(chǎn)量達(dá)0.476 3 g,比同一基質(zhì)處理下F1J3、F2J3、F4J3分別增加了4.74%、13.10%和12.62%,比CK增加了17.05%,說明合理的組合基質(zhì)和施肥水平能有效提高番紅花花絲產(chǎn)量。

3.3 基質(zhì)和施肥對(duì)番紅花葉綠素含量和根系活力的影響

由圖1可知,同一施肥水平下,各組合基質(zhì)葉綠素含量與CK相比均呈顯著性變化,J3和J1番紅花葉綠素含量較高,葉色深綠且綠期長。CK葉綠素含量最低,土壤理化性狀差、有害微生物多是主要原因。同基質(zhì)栽培條件下,隨著施肥水平提高,番紅花葉綠素含量呈上升趨勢。以F3、F2水平處理效果較好,葉綠素含量明顯高于其它處理,其次是F4、F1。

圖1 基質(zhì)和施肥對(duì)番紅花葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of matrix and fertilization on chlorophyll content of saffron

由圖2可以看出,與CK相比,各處理均能顯著提高番紅花根系活力。F2J3、F2J1、F3J1、F3J3處理根系活力較好,高于其它處理。試驗(yàn)結(jié)果表明:在一定范圍內(nèi),同一基質(zhì)水平下提高施肥水平和同一施肥水平下合理組合基質(zhì)均能增加根系活力。通過對(duì)番紅花后期栽培試驗(yàn)觀察,各處理間生根早、根系數(shù)量多,能促進(jìn)番紅花生長發(fā)育。

圖2 基質(zhì)和施肥對(duì)番紅花根系活力的影響Fig.2 Effects of matrix and fertilization on root activity of saffron

3.4 基質(zhì)和施肥對(duì)番紅花光合特性及種球產(chǎn)量的影響

由表3可知,各處理間凈光合速率(Pn)都高于CK,差異顯著,F3水平下Pn較高,其值都大于3.00 μmol/(m2·s),以F3J3耦合處理Pn最高。F1水平下Pn都小于3.00 μmol/(m2·s),表明同一基質(zhì)條件下,番紅花生長期間營養(yǎng)虧缺會(huì)造成Pn下降。和F1水平相比,F4水平雖然營養(yǎng)過量,但仍具有較高的Pn,說明營養(yǎng)過量比虧缺對(duì)番紅花Pn的影響小。

表3 基質(zhì)和施肥對(duì)番紅花光合特性及種球產(chǎn)量的影響

F1和F4水平下,番紅花氣孔導(dǎo)度(Gs)減小,比F2、F3水平處理下分別下降10.27%～14.46%和13.68%～17.07%,呈現(xiàn)顯著性差異。各處理間蒸騰速率(Tr)以F3J3最大,其它處理有小幅度下降。試驗(yàn)結(jié)果表明:Tr上升,Gs增加,Gs增加不一定使Tr上升。不同處理細(xì)胞間CO2濃度(Ci)在F1～F3水平下呈下降趨勢,在F4水平下呈上升趨勢。表明植物在逆境條件下Gs減小,呼吸作用產(chǎn)生較多的CO2使Ci升高。相關(guān)分析表明,Pn與Tr、Gs呈顯著性正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.821 4、0.775 6;Pn與Ci呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.791 2。

3.5 番紅花基質(zhì)和施肥綜合評(píng)價(jià)

番紅花基質(zhì)和施肥模糊綜合評(píng)判結(jié)果如表4所示。在番紅花生長條件一致的情況下,F3J3綜合評(píng)價(jià)值較高,F1J4評(píng)價(jià)值最低。在番紅花不同基質(zhì)施肥組合中,同一施肥條件下,以J3處理評(píng)價(jià)值較高。同基質(zhì)條件下,以F3評(píng)價(jià)值較高。在模糊綜合評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,設(shè)定不同置信水平λ并逐漸歸并,繪成動(dòng)態(tài)聚類譜系圖(圖3)。F2J3、F3J3可歸為一類,F3J1、F3J4歸為第二類,第三類包括剩余的其它組合。

圖3 番紅花基質(zhì)和施肥模糊聚類分析動(dòng)態(tài)譜系圖Fig.3 Dynamic pedigree diagram of fuzzy cluster analysis of saffron substrate and fertilization

表4 番紅花基質(zhì)和施肥綜合評(píng)價(jià)

3.6 番紅花PA,R-Pn響應(yīng)曲線

植物光合響應(yīng)曲線是反映光合有效輻射(PA,R)與凈光合速率(Pn)之間的關(guān)系,根據(jù)響應(yīng)曲線可求出相關(guān)光合生理參數(shù),為生產(chǎn)管理和栽培應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。光合分析儀設(shè)置溫度(20 ℃)、內(nèi)置光源和CO2濃度(350 μmol/L),PA,R設(shè)0、100、200、300、400、500、600、700 μmol/(m2·s)等7個(gè)梯度,模擬出番紅花光合響應(yīng)曲線(圖4),F=4.312 2,r=0.867 2,a=0.05水平下,Y預(yù)測值為4.31。一定范圍內(nèi),Pn隨PA,R增加而增加,當(dāng)PA,R達(dá)到一定數(shù)值時(shí),Pn不再增加,通過統(tǒng)計(jì)分析求出番紅花光飽和點(diǎn)(Ls,p)為321.38 μmol/(m2·s)、光補(bǔ)償點(diǎn)(Lc,p)為16.12 μmol/(m2·s)。試驗(yàn)表明番紅花喜弱光環(huán)境,生產(chǎn)管理中需適當(dāng)遮陰,園林應(yīng)用以弱光照植物配置。

圖4 番紅花PA,R-Pn響應(yīng)曲線Fig.4 PA,R-Pn response curve of saffron

4 結(jié)論與討論

基質(zhì)保水透氣、緩沖作用強(qiáng),根系代謝增強(qiáng),能有效調(diào)節(jié)地上、下部分生長。根系活力強(qiáng)、葉片數(shù)量和葉綠素含量多,地上部分生長發(fā)育良好,也能提高植物產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗(yàn)基質(zhì)組合理化性狀好,容重在0.59～0.72 g/cm3,總孔隙度達(dá)53.32%～61.64%,pH和EC值等都在番紅花生長范圍,能有效促進(jìn)番紅花生長發(fā)育。有研究表明,餅肥、其它基質(zhì)組合也可以促進(jìn)植物生長[13-14]。菌渣基質(zhì)可使部分植物增產(chǎn)15%～25%,延長花期,減少病蟲害[15],與本試驗(yàn)結(jié)果具有一致性。菌渣基質(zhì)可作為新型無土栽培資源重復(fù)使用,材料來源廣泛,合理利用能減少環(huán)境污染。菌渣在使用前要完全發(fā)酵處理,否則種植期間會(huì)出現(xiàn)基質(zhì)2次發(fā)酵,影響植物正常生長和生理代謝,嚴(yán)重導(dǎo)致植株死亡。

番紅花定植后到生根階段,需要營養(yǎng)量少,過多的養(yǎng)分會(huì)增加基質(zhì)鹽分含量,造成種球腐爛和根系代謝受阻。生長中期,營養(yǎng)生長和生殖生長同時(shí)進(jìn)行,要及時(shí)補(bǔ)充營養(yǎng),補(bǔ)充水平需精準(zhǔn)量化,才能發(fā)揮營養(yǎng)的最大效率。植物生長發(fā)育的營養(yǎng)元素參與碳水化合物、ATP和相關(guān)酶合成,也是葉綠體的重要組成部分,對(duì)外界環(huán)境變化具有緩沖性和抗逆性,此階段如果缺少營養(yǎng),植物生長發(fā)育和生理代謝就會(huì)受到抑制[16]。

有研究表明,同光強(qiáng)下,上午的Pn要高于下午的Pn,主要是葉片中光合產(chǎn)物積累產(chǎn)生反饋抑制[17]。番紅花屬于低光合植物,光飽和點(diǎn)低,生產(chǎn)上要適當(dāng)遮陰處理以增強(qiáng)光合能力。營養(yǎng)虧缺,生長受阻,會(huì)引起Gs降低,Ci升高,Tr和Pn下降,其它因素變化也會(huì)造成光合速率出現(xiàn)差異[18],對(duì)于番紅花在逆境條件下光合特性變化和光合抑制機(jī)理還需深入研究。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)F3J3、F3J1、F2J3和F2J1耦合效果較好,能有效促進(jìn)番紅花生長發(fā)育,提高光合參數(shù)、花絲和種球產(chǎn)量。施肥水平低或高和基質(zhì)理化性狀差都會(huì)影響番紅花生長發(fā)育。

在其它環(huán)境因素一致的情況下,基質(zhì)和施肥耦合對(duì)番紅花生長影響的交互作用還需系統(tǒng)研究,單一地改變組合基質(zhì)或施肥水平并不能有效提高番紅花生產(chǎn)效益。生產(chǎn)中需要對(duì)番紅花生長環(huán)境因子綜合調(diào)控,建立和優(yōu)化生長環(huán)境參數(shù)模型,提高其豐產(chǎn)性和適應(yīng)性,為菌渣合理利用和番紅花優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。