張 蕾 李發(fā)秦尉 姚利軍 肖 飛 于海業(yè)

(1.吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 長(zhǎng)春 130022； 2.吉林大學(xué)工程仿生教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長(zhǎng)春 130022)

0 引言

營(yíng)養(yǎng)液是氣霧培中植物賴以生存的關(guān)鍵[12]。在氣霧培研究中，營(yíng)養(yǎng)液一直是研究的重要內(nèi)容之一。目前相關(guān)研究主要針對(duì)營(yíng)養(yǎng)液配方的改良，對(duì)于營(yíng)養(yǎng)液管理方式的研究并不多見(jiàn)[13]，文獻(xiàn)[14-15]研究表明，營(yíng)養(yǎng)液濃度直接影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)，且蔬菜在不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的需求也不同?？梢?jiàn)，不同濃度營(yíng)養(yǎng)液分階段供應(yīng)的管理模式十分必要。

近幾年，針對(duì)降低蔬菜硝酸鹽含量的問(wèn)題，多數(shù)研究對(duì)蔬菜采收前進(jìn)行短期處理，采收前的短期調(diào)控具有時(shí)間短、成本低、效果好等優(yōu)點(diǎn)，而采收前連續(xù)補(bǔ)光處理是短期調(diào)控中最為有效的調(diào)控措施[16-18]。但將采收前連續(xù)補(bǔ)光處理與氣霧培間作及營(yíng)養(yǎng)液管理模式相結(jié)合的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

為優(yōu)化生菜氣霧栽培管理模式，本文以“意大利”全年耐抽薹生菜(LactucasativaL.var.ramosaHort.)為研究對(duì)象，在課題組前期研究基礎(chǔ)上，選擇生菜與“紅丁”櫻桃蘿卜(Raphanussativus)構(gòu)建間作栽培系統(tǒng)，以間作比、營(yíng)養(yǎng)液濃度分階段管理和采收前連續(xù)補(bǔ)光時(shí)間為處理因素，采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)3種措施進(jìn)行優(yōu)化[19]，利用綜合評(píng)分法[20]作為多指標(biāo)正交試驗(yàn)響應(yīng)值的分析方法，并結(jié)合驗(yàn)證試驗(yàn)，確定最優(yōu)栽培管理模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)條件

本研究分別于2018年3月31日— 6月4日(春季)及2018年8月20日— 10月25日(秋季)開(kāi)展優(yōu)化試驗(yàn)，于2018年10月30日— 2019年1月5日(冬季)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)在吉林大學(xué)南嶺校區(qū)玻璃溫室(43°51′5″N、125°19′51″E)內(nèi)進(jìn)行(圖1)。溫室內(nèi)春季白天和夜晚溫度分別為(25±5)℃和(15±5)℃，為防止光照過(guò)強(qiáng)，在11:00—14:00開(kāi)啟溫室遮陽(yáng)控制系統(tǒng)，白天光照強(qiáng)度范圍為175～225 μmol/(m2·s)。秋季白天和夜晚溫度分別為(20±4)℃和(16±4)℃，秋季光照強(qiáng)度范圍為155～180 μmol/(m2·s)。冬季白天和夜晚溫度分別為(18±4)℃和(12±4)℃，冬季光照強(qiáng)度范圍為150～180 μmol/(m2·s)。

圖1 栽培試驗(yàn)Fig.1 Experiments in cultivation

1.2 栽培管理

營(yíng)養(yǎng)液大量元素采用日本園試配方，微量元素采用霍格蘭德通用配方。所有試驗(yàn)單元每天傍晚測(cè)試并調(diào)節(jié)pH值一次，保持pH值在5.8～6.2；不同試驗(yàn)單元按照各自營(yíng)養(yǎng)液濃度要求，每天傍晚測(cè)試并調(diào)節(jié)電導(dǎo)率(Electrical conductivity, EC)一次，控制各處理的初始濃度在±100 μS/cm的范圍內(nèi)。移栽后，栽培周期30 d，劃分為3個(gè)生長(zhǎng)階段：定植第1～10天為前期，第11天至采收前一周為中期，采收前一周至第30天為后期。試驗(yàn)氣霧栽培箱尺寸為53 cm×37 cm×23 cm，每箱可種植12株植株，株距為12 cm。設(shè)置循環(huán)噴霧定時(shí)器，白天每間隔15 min噴施15 min，夜間每間隔45 min噴施5 min。

1.3 試驗(yàn)方案

3個(gè)試驗(yàn)因素分別選擇生菜與櫻桃蘿卜間作比A(植株數(shù)量比)；營(yíng)養(yǎng)液濃度分階段管理模式B，每個(gè)試驗(yàn)單元總營(yíng)養(yǎng)液均為20 L，試驗(yàn)組按照3個(gè)生長(zhǎng)階段逐次添加6、8、6 L的營(yíng)養(yǎng)液，對(duì)照組從試驗(yàn)開(kāi)始，一次性加入20 L營(yíng)養(yǎng)液；采收前補(bǔ)光處理時(shí)間C，補(bǔ)光的光照強(qiáng)度控制在175～185 μmol/(m2·s)。不同因素各設(shè)定3個(gè)水平如表1所示。每輪試驗(yàn)采用三因素三水平L9(34)正交表[20]，設(shè)置如表2所示的10個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共30個(gè)試驗(yàn)單元。其中，處理10為生菜單作，營(yíng)養(yǎng)液為傳統(tǒng)供液方式，采收前不補(bǔ)光處理作為對(duì)照組。

表1 試驗(yàn)因素水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal test

注：s代表營(yíng)養(yǎng)液，s前的數(shù)字代表營(yíng)養(yǎng)液濃度倍數(shù)，“∶”分隔的3個(gè)部分代表3個(gè)生長(zhǎng)階段，下同。

表2 正交試驗(yàn)方案Tab.2 Scheme of orthogonal test

1.4 測(cè)量指標(biāo)及方法

為減少人為干擾對(duì)栽培系統(tǒng)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響，30 d栽培周期結(jié)束后，統(tǒng)一采收并測(cè)量相關(guān)指標(biāo)，各指標(biāo)為每個(gè)試驗(yàn)單元隨機(jī)選取3株生菜測(cè)量的平均值。

(1)鮮質(zhì)量：稱量法。

(2)干質(zhì)量：先將生菜葉片(地上部分)放入85℃真空干燥箱(DZF-6050型，上海)干燥至恒質(zhì)量，再采用電子天平(ME104E型，瑞士)進(jìn)行稱量。

(3)最大葉面積：利用葉面積儀(Yaxin-1242型，北京)測(cè)量每株植株最大的3片葉片的單葉面積，然后求和取其平均值，用其平均值表示生菜每株最大葉面積。

(5)可溶性糖含量：利用蒽酮與糖[22]反應(yīng)后進(jìn)行比色測(cè)定，選取生菜植株整株葉片洗凈，用濾紙吸干水分后將葉片剪碎混勻，稱取0.5 g作為一個(gè)樣本，每株植株重復(fù)3個(gè)樣本。

(6)可溶性蛋白含量：利用考馬斯亮藍(lán)G-250與蛋白質(zhì)結(jié)合后[21]進(jìn)行比色測(cè)定，選取生菜植株整株葉片洗凈，用濾紙吸干水分后將葉片剪碎混勻，稱取0.1～0.3 g作為一個(gè)樣本，每株植株重復(fù)3個(gè)樣本。

1.5 數(shù)據(jù)分析與計(jì)算

采用SPSS Statistics 22.0、Minitab 19、Origin 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同組合處理對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響

如表3所示，與處理10相比，不同組合處理下生菜鮮質(zhì)量和葉面積均高于處理10，其中，鮮質(zhì)量最高增加了34.54 g/株，最大葉面積最高增加了76.9 cm2/株；除處理9的生菜干質(zhì)量略低于對(duì)照組外，其他試驗(yàn)組均高于對(duì)照組。可見(jiàn)，間作比例過(guò)大，營(yíng)養(yǎng)液前、后期氮鉀濃度過(guò)低對(duì)生菜干物質(zhì)的積累產(chǎn)生影響，這與張小明等[7]和王軍君等[23]的研究結(jié)果相符。

表3 不同組合處理生菜生長(zhǎng)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of test on growth index of lettuce

注：不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平差異顯著，下同。

生菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及葉面積均屬于正向指標(biāo)[24]，利用宋明順等[25]所述的均值化法計(jì)算生菜生長(zhǎng)指標(biāo)各因素響應(yīng)值的均值與極差，結(jié)果如表4所示。因素A、B的優(yōu)水平均為A2、B2，因素C的優(yōu)水平因季節(jié)的變化存在差異，在春、秋季節(jié)其優(yōu)水平分別為C2、C3。對(duì)各因素響應(yīng)值進(jìn)一步進(jìn)行方差分析，得出試驗(yàn)因素B對(duì)生菜生長(zhǎng)指標(biāo)影響最顯著，其P值均小于0.001；因素A為顯著因素，其P值均小于0.05；而因素C在春季不顯著，其P值大于0.05，而在秋季顯著，其P值小于0.01。因此，對(duì)于生長(zhǎng)指標(biāo)而言，最主要因素為因素B，其最優(yōu)的氣霧培栽培管理模式為處理5，即組合A2B2C3。

表4 生菜生長(zhǎng)指標(biāo)正交試驗(yàn)均值響應(yīng)Tab.4 Average response of orthogonal test on growth index of lettuce

2.2 不同組合處理對(duì)生菜品質(zhì)的影響

如表5所示，與處理10相比，不同組合處理下生菜葉片硝酸鹽含量均有所下降，可溶性糖含量、可溶性蛋白含量則均有所增加。春、秋季生菜葉片硝酸鹽含量最高分別降低了1 299.44、1 528.54 mg/kg，可溶性糖含量最高分別增加了1.02、1.27個(gè)百分點(diǎn)，可溶性蛋白含量最高分別增加了1.53、2.13 mg/g。

表5 不同組合處理生菜品質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Intuitive analysis on quality index of lettuce

可見(jiàn)，不同間作氣霧培處理對(duì)提高生菜品質(zhì)具有促進(jìn)作用，這與賀志文等[26]和 BIAN等[27]的研究結(jié)果相符。

生菜葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量屬于正向指標(biāo)，生菜葉片硝酸鹽含量屬于逆向指標(biāo)，對(duì)逆向指標(biāo)正向化后[24]，利用宋明順等[25]所述的均值化法計(jì)算生菜品質(zhì)指標(biāo)各因素響應(yīng)值的均值與極差，結(jié)果如表6所示。生菜的品質(zhì)指標(biāo)極差均為因素C最大，因素A、B極差相差不大，因素A、B、C的優(yōu)水平為A2、B2、C3；對(duì)各因素響應(yīng)值進(jìn)一步進(jìn)行方差分析，得出試驗(yàn)因素C均對(duì)生菜品質(zhì)指標(biāo)影響最顯著，其P值均小于0.001，因素A、B皆為顯著因素，其P值范圍為0.001～0.05。因此，對(duì)于生菜品質(zhì)指標(biāo)而言，最主要因素為因素C，其最優(yōu)的氣霧培栽培管理模式為處理5，即組合A2B2C3。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

為驗(yàn)證正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果，對(duì)最優(yōu)栽培組合模式處理5(T)，并以生菜單作作為對(duì)照試驗(yàn)(CK)進(jìn)行栽培試驗(yàn)。每處理重復(fù)3箱，30 d栽培周期結(jié)束后，統(tǒng)一采收并測(cè)量相關(guān)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯觯顑?yōu)栽培組合模式下生菜生長(zhǎng)指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)均有明顯的優(yōu)勢(shì)，其生菜生長(zhǎng)指標(biāo)(鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、最大葉面積)分別平均提高了36.82%、42.34%、31.69%，品質(zhì)指標(biāo)中可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分別平均提高了49.48%、24.84%，硝酸鹽含量平均降低了41.97%。因此，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果顯示，優(yōu)化效果明顯，該組合栽培管理模式下栽培的生菜具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，且可顯著降低生菜葉片硝酸鹽含量等優(yōu)點(diǎn)。

表6 生菜品質(zhì)指標(biāo)正交試驗(yàn)均值響應(yīng)Tab.6 Average response of orthogonal test on quality index of lettuce

圖2 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of verification test

4 討論

生長(zhǎng)指標(biāo)中，生菜葉片所有指標(biāo)均存在顯著性差異，說(shuō)明此種優(yōu)化模式對(duì)生菜生長(zhǎng)有顯著的影響。本研究在東北地區(qū)日光溫室中進(jìn)行，其環(huán)境因素因季節(jié)的變化差異顯著，尤其是光照和溫度，導(dǎo)致本研究中春季、秋季和冬季生菜生長(zhǎng)指標(biāo)表現(xiàn)出明顯的差別，這與方舒玲等[32]和LEE等[33]的研究結(jié)果相符。本試驗(yàn)中春季和秋季優(yōu)化的栽培模式結(jié)果幾乎一致，因素A、B差異顯著且優(yōu)水平為A2、B2，因素C在春季差異不顯著而秋季差異顯著，但春季和秋季因素C均不是正交優(yōu)化中的最主要因素。這可能與東北地區(qū)日光溫室內(nèi)春季和秋季光照不同有關(guān)，東北地區(qū)日光溫室秋冬季受弱光脅迫，對(duì)蔬菜光合、產(chǎn)量等產(chǎn)生影響，而弱光下補(bǔ)光措施對(duì)植物更加敏感，這與王雙喜等[34]的研究相符。品質(zhì)指標(biāo)中，生菜葉片對(duì)采收前補(bǔ)光處理時(shí)間C這一因素表現(xiàn)出極顯著差異，其優(yōu)水平為采收前補(bǔ)光48 h，即C3。說(shuō)明采收前補(bǔ)光這一措施對(duì)生菜品質(zhì)的影響更大，這與BIAN等[27]的研究一致，并且間作比A和營(yíng)養(yǎng)液濃度分階段管理模式B這兩因素皆為生菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的顯著因素，且優(yōu)水平均為A2和B2。因此，本研究的優(yōu)化組合為A2B2C3。

5 結(jié)論

(2)春秋兩季分別開(kāi)展正交試驗(yàn)，通過(guò)將結(jié)果轉(zhuǎn)換為綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，從而建立基于多指標(biāo)正交試驗(yàn)的綜合評(píng)價(jià)模型，并確定了試驗(yàn)最優(yōu)方案為A2B2C3因素水平組合，即生菜與櫻桃蘿卜間作比為2，前期供應(yīng)0.5倍標(biāo)準(zhǔn)濃度營(yíng)養(yǎng)液、中期供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)濃度營(yíng)養(yǎng)液、后期供應(yīng)0.5倍標(biāo)準(zhǔn)濃度營(yíng)養(yǎng)液，采收前連續(xù)補(bǔ)光48 h，此組合處理下的栽培管理模式效果顯著。