楊 鑫，王文娥， 胡笑濤，李興杰，蘇苑君(西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

0 引 言

近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的提高，無(wú)土栽培在我國(guó)有了很大的發(fā)展。水培作為一種無(wú)土栽培模式，在蔬菜栽培領(lǐng)域得到了很好的推廣與應(yīng)用。與傳統(tǒng)的土壤栽培相比，蔬菜水培可以節(jié)省更多的土壤資源，實(shí)現(xiàn)空間的充分利用；不受季節(jié)的限制，生長(zhǎng)整齊、生育期短、復(fù)種指數(shù)高，蔬菜的產(chǎn)量高，經(jīng)濟(jì)效益好。蔬菜水培主要是通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液為植物提供所需的營(yíng)養(yǎng)元素，是水培蔬菜賴以生存的必要條件，因此水培營(yíng)養(yǎng)液的配方、濃度的研究對(duì)于無(wú)土栽培蔬菜的發(fā)展至關(guān)重要。許多學(xué)者[1-4]研究了不同配方及濃度營(yíng)養(yǎng)液對(duì)于水培生菜、芹菜、小白菜等的產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明不同濃度、配方對(duì)水培蔬菜的產(chǎn)量品質(zhì)的影響不同。但大多數(shù)水培營(yíng)養(yǎng)液的研究主要集中于無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)液的研究，對(duì)于有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液的研究還較少。沼液作為一種有機(jī)營(yíng)養(yǎng)液資源，富含植物生長(zhǎng)的各類(lèi)營(yíng)養(yǎng)元素和多種活性物質(zhì)[5]，對(duì)作物的增產(chǎn)有很好的效果[6]，沼液的應(yīng)用不僅可以降低蔬菜水培成本，且可以減小因沼液排放帶來(lái)的環(huán)境污染。

養(yǎng)分利用效率是使用單位養(yǎng)分新產(chǎn)生的生物量[7]，反映了植株對(duì)養(yǎng)分吸收利用的能力[8],養(yǎng)分的利用吸收對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量有很大影響[9]。前人對(duì)水培蔬菜養(yǎng)分吸收利用效率的研究較少。肖曉玲[10]在不同營(yíng)養(yǎng)液配方條件下對(duì)生菜無(wú)機(jī)養(yǎng)分的吸收特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為不同營(yíng)養(yǎng)液處理的生菜吸收無(wú)機(jī)養(yǎng)分的能力不同。蘇蔚[11]等研究了營(yíng)養(yǎng)液更換頻率對(duì)生菜養(yǎng)分利用效率的影響，表明不更換營(yíng)養(yǎng)液，生菜的養(yǎng)分利用率較高。對(duì)于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合型營(yíng)養(yǎng)液對(duì)養(yǎng)分利用效率的影響研究沒(méi)有報(bào)道。

水分利用效率作為衡量節(jié)水潛力和植株生長(zhǎng)的重要指標(biāo)[12]，是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。大量科研人員[13-15]對(duì)植物的水分利用效率、影響因素及其機(jī)理進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，但基本都是針對(duì)傳統(tǒng)的土壤栽培，對(duì)于水培蔬菜在這方面的研究還較少。如何利用有限的水資源獲得更高的產(chǎn)出與效益，是目前水培技術(shù)發(fā)展的重要研究方向，本文研究了水培條件下，不同沼液替換營(yíng)養(yǎng)液比例對(duì)水培營(yíng)養(yǎng)液水分、養(yǎng)分利用以及生菜產(chǎn)量的影響，以期對(duì)水培生菜營(yíng)養(yǎng)液的配制、養(yǎng)分及水分利用效率的研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人工光植物工廠中進(jìn)行，以“香港玻璃脆”生菜為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)采用山崎營(yíng)養(yǎng)液配方[16]為基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)液，其大量元素配方見(jiàn)表1，微量元素配方見(jiàn)表2，沼液是取自陜西省咸陽(yáng)市楊陵區(qū)西大寨中學(xué)“生態(tài)校園創(chuàng)新工程” 豬-菜-沼-肥四位一體運(yùn)行正常的沼氣池，各養(yǎng)分含量見(jiàn)表1。

表1 營(yíng)養(yǎng)液大量元素配方 mg/L

表2 營(yíng)養(yǎng)液微量元素通用配方 mg/L

1.2 試驗(yàn)方法與處理

試驗(yàn)采用育苗移栽方式，在生菜六葉一心時(shí)移栽于規(guī)格為14 cm×33.5 cm×14 cm的水培箱上，每箱定植3株，采用深液流栽培技術(shù)，每箱營(yíng)養(yǎng)液體積為7 L。從定植到采收生菜生育期共40 d。試驗(yàn)以山崎配方營(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ)，全山崎營(yíng)養(yǎng)液為對(duì)照，設(shè)置5個(gè)沼液替換營(yíng)養(yǎng)液比例，分別為T(mén)1(CK)、T2(10%)、T3(20%)、T4(40%)、T5(60%)、T6(80%)，共6個(gè)處理，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)，共36個(gè)處理。

1.3 測(cè)定及分析方法

營(yíng)養(yǎng)液的pH、EC和水量每5 d測(cè)定一次，其中pH用精度為0.005的pH計(jì)(FE20)測(cè)定，電導(dǎo)率用精度為0.01的電導(dǎo)率儀(FE30)測(cè)定，水量變化采用稱(chēng)重法，用精度為0.01 g的天平測(cè)定；每5 d取一次水樣，營(yíng)養(yǎng)液中N元素的測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法[17]，P元素測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法[17]，Ca、Mg、K元素利用原子吸收分光光度法[17]；每10 d取一次植物樣，生菜的葉長(zhǎng)、葉寬用直尺量出，鮮重用吸水紙吸干水分后用精度為0.01 g天平稱(chēng)出，干重經(jīng)過(guò)半小時(shí)的105 ℃殺青后，用烘箱在75 ℃條件下烘至恒重后用0.001 g天平稱(chēng)出。

植株養(yǎng)分利用效率=植株干物質(zhì)量(g)/礦質(zhì)元素吸收量(g)[8]

植株水分利用效率=植株干物質(zhì)量(g)/作物用水量(g)[12]

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS17.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)(P<0.05)，用SigmaPlot12.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液替換比例對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響

圖1為生菜定植第10、20、30、40 d時(shí)的葉面積，可以看出生菜葉面積隨著沼液替換比例的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，且T4的生菜葉面積最大，但與對(duì)照處理相比差異并不顯著。在生菜定植前20 d，各處理生菜葉面積較小且定植第10～20 d的生菜葉面積平均增長(zhǎng)率較低，但T4的平均增長(zhǎng)率高于其他處理，達(dá)到2.24 cm2/d，第30 d生菜葉面積比第20 d天的生菜葉面積明顯增加，且最高生菜葉面積平均增長(zhǎng)率為8.92 cm2/d， 定植的第30～40 d的生菜葉面積最高平均增長(zhǎng)率為8.39 cm2/d，表明生菜在第20～30 d生長(zhǎng)旺盛，葉面積增長(zhǎng)最快，并且葉面積最高平均增長(zhǎng)率均為40%沼液替換比例處理的生菜。

圖1 沼液替換比例對(duì)生菜葉面積的影響

整個(gè)生育期內(nèi)，生菜的葉鮮重隨著定植天數(shù)的增加而逐漸上升，表3橫向比較可以看出各處理在第10～20、20～30、30～40 d的葉鮮重日平均增長(zhǎng)率均為T(mén)4的最高，分別為0.28、1.52、2.07 g/d。表3縱向比較可以看出生菜葉鮮重隨著沼液替換比例的增加先增加后降低，在沼液替換比例為40%(T4)時(shí)達(dá)到最大且與對(duì)照處理差異顯著，T5和T6的水培的生菜葉鮮重顯著減小，表明高濃度的沼液對(duì)生菜生物量的積累產(chǎn)生了抑制作用。

表3 沼液替換比例對(duì)生菜葉鮮重的影響

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示0.05水平差異顯著。

2.2 沼液替換比例對(duì)營(yíng)養(yǎng)液養(yǎng)分利用效率的影響

從圖2可以看出，生菜整個(gè)生育期結(jié)束，對(duì)營(yíng)養(yǎng)液各養(yǎng)分的吸收利用效率隨著沼液替換比例的增加均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。氮元素的利用效率均以T4的最大，且與其他處理差異達(dá)到0.05水平顯著，分別是其他處理各處理的5.35倍、1.88倍、1.44倍、5.62倍、6.10倍；生菜對(duì)磷元素的吸收量較少，但仍以處理T4的利用率最高，高出對(duì)照45.35%，而T6沼液替換比例為80%時(shí)，生菜處理對(duì)磷的吸收利用率最低；較其他礦質(zhì)元素，生菜對(duì)鉀元素的利用效率最低，有沼液替換的各處理均高于對(duì)照處理對(duì)鉀元素的吸收利用效率，且同樣是T4的生菜對(duì)鉀的利用率最高；對(duì)于鈣元素的吸收利用效率最高的是T3即沼液替換比例為20%的處理，與對(duì)照處理差異顯著；生菜對(duì)鎂元素的吸收利用高于其他元素，且沼液處理的生菜高于純山崎營(yíng)養(yǎng)液處理，差異達(dá)到0.05顯著性水平，40%沼液替換比例對(duì)應(yīng)的鎂元素利用效率高達(dá)44.76 g/g，高出對(duì)照處理142.68%。

圖2 不同沼液替換比例對(duì)元素利用率的影響

2.3 沼液替換比例對(duì)營(yíng)養(yǎng)液水分利用效率的影響

圖3為整個(gè)生育期內(nèi)生菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)液水分的消耗量，由圖3可以看出不同生育階段各處理的日水分消耗量均隨著生菜定植天數(shù)的增加而提高，而各處理總耗水量以及同一生育階段各處理的日平均耗水量均隨著沼液替換比例的增加呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。各處理同一時(shí)期最大日平均耗水量均出現(xiàn)在生菜定植的第36～40 d，且T4的日平均水分利量最高，達(dá)到154.6 g/d；水分總消耗量最高的同樣是T4，與對(duì)照差異顯著。T5和T6水分總消耗量與T4相比明顯下降，且于對(duì)照處理，差異顯著。

圖3 不同沼液替換比例對(duì)生菜營(yíng)養(yǎng)液水分消耗量的影響

圖4為生菜在產(chǎn)量水平的水分利用效率，由圖4可以看出生菜的水分利用效率隨著沼液替換比例的增加呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，并且以T4(40%)處理的生菜的水分利用效率最高，且與對(duì)照處理的差異達(dá)到0.05水平顯著，T6(80%)處理的生菜水分利用率最低，與除對(duì)照外的其他各處理均差異顯著，表明較低沼液替換比例條件下，生菜的水分利用效率隨著沼液替換比例的增加而顯著提高，而過(guò)高的沼液替換比例不利于生菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)液水分的利用。

圖4 不同沼液替換比例對(duì)生菜水分利用效率的影響

3 結(jié) 語(yǔ)

整個(gè)生育期內(nèi)，生菜的葉面積隨著定植天數(shù)的增加均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，且生菜在生育中、后期生長(zhǎng)速率明顯加快，葉面積日平均增長(zhǎng)率顯著提高，各生育期都以40%的沼液替換比例處理的生菜葉面積最大，80%沼液替換比例的最小，表明較低沼液替換營(yíng)養(yǎng)液比例有利于生菜的生理生長(zhǎng)。生菜屬葉菜類(lèi)，主要生物產(chǎn)量就是葉片的質(zhì)量[18]，在生育末期，生菜生理生長(zhǎng)旺盛，生菜葉片增長(zhǎng)速率較快，葉面積快速增大，從而加快了生菜生物量的積累。另外全生育期生菜的產(chǎn)量與葉面積的變化趨勢(shì)一致，生物量積累效果以40%沼液替換比例的處理最佳，而過(guò)高的沼液替換比例由于抑制了生菜生理生長(zhǎng)，從而影響了生菜生物量的積累，前人[19-21]在其他蔬菜上的研究也證明了這一點(diǎn)。

養(yǎng)分利用效率對(duì)生菜的生長(zhǎng)起著十分重要的作用，試驗(yàn)研究結(jié)果表明生菜對(duì)于氮、磷、鎂的吸收利用率較高，對(duì)鉀素的需求量相對(duì)較低，這與馬磊[9]等對(duì)生菜養(yǎng)分利用研究的結(jié)果一致，而肖曉玲[10]研究了不同配方營(yíng)養(yǎng)液條件下生菜對(duì)養(yǎng)分的吸收特性，得出生菜對(duì)氮、鉀的吸收能力比磷、鈣及鎂的要高，這與水培營(yíng)養(yǎng)液配方相關(guān)，較低沼液替換比例顯著提高了生菜對(duì)各元素的利用效率。生菜的元素利用率及生菜產(chǎn)量隨著沼液替換比例的增大均呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)，養(yǎng)分吸收是產(chǎn)量積累的基礎(chǔ)[22]，養(yǎng)分利用率提高，從而生菜的產(chǎn)量也會(huì)增加，表明沼液替換部分營(yíng)養(yǎng)液水培生菜可以通過(guò)提高生菜的養(yǎng)分利用率來(lái)提高生菜產(chǎn)量。

水分利用效率是植物對(duì)水分吸收利用的一個(gè)重要指標(biāo)[23]，從產(chǎn)量水平上的水分利用效率主要是單位耗水量的產(chǎn)量，沼液替換部分營(yíng)養(yǎng)液條件下，不同生育時(shí)期，生菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)液水分的消耗量不同，且隨著生菜定植時(shí)間的推移，營(yíng)養(yǎng)液水分消耗量逐漸增加。全生育期內(nèi)，生菜的水分利用效率在沼液替換比例為40%時(shí)最高，高于40%沼液替換比例的生菜兩個(gè)處理水分利用率較低，表明較低沼液替換比例可以提高水培生菜的水分利用效率。

以沼液替換部分營(yíng)養(yǎng)液配制有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合營(yíng)養(yǎng)液水培生菜，不僅可以改善生菜外觀形態(tài)，提高生菜產(chǎn)量，同時(shí)可以提高生菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的養(yǎng)分和水分利用效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用和降低成本投入有很大意義。另外沼液作為農(nóng)村生產(chǎn)生活的產(chǎn)物，資源豐富，沼液的回收利用，對(duì)于資源的循環(huán)利用以及無(wú)土栽培在農(nóng)村的進(jìn)一步推廣具有重大意義。

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