崔佳維,張紅梅,丁小濤,卜立君,金海軍,何立中,張樣平,余紀(jì)柱?
(1 上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所,上海201403;2 上海孫橋溢佳農(nóng)業(yè)技術(shù)股份有限公司,上海201300;3上海綠立方農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司,上海201210)
崔佳維,張紅梅,丁小濤,等.不同營(yíng)養(yǎng)液配方對(duì)淺液流栽培青菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2020,36(4):53-59
淺液流栽培(Nutrient film technique,NFT)模式因根際環(huán)境好,生長(zhǎng)速度快、占用空間小、可標(biāo)準(zhǔn)化操作、產(chǎn)品衛(wèi)生安全等特點(diǎn)逐漸成為綠葉蔬菜周年生產(chǎn)的優(yōu)選模式[1-4]。 因綠葉蔬菜保存時(shí)間短、運(yùn)輸困難等原因上海綠葉菜主要靠本地供給,自給率穩(wěn)定在90%左右,青菜是上海市民喜食的葉菜類(lèi)型,與雞毛菜一起約占地產(chǎn)綠葉菜上市量的45%[5]。 青菜品種繁多,季節(jié)適應(yīng)性有所差異,上海春末溫室內(nèi)氣溫已出現(xiàn)30 ℃以上的高溫,青菜在高溫條件下易出現(xiàn)徒長(zhǎng)、株形變散的現(xiàn)象,商品性降低,選擇束腰性好、產(chǎn)量高、抗病性好的青菜品種是NFT 青菜周年生產(chǎn)的關(guān)鍵。
營(yíng)養(yǎng)液配方的選擇是水培蔬菜的核心技術(shù),選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)液可以提高養(yǎng)分利用效率,增加蔬菜的產(chǎn)量,改善口感和品質(zhì)。 王瑞等[6]研究發(fā)現(xiàn),與Hogland、日本園試和華南農(nóng)大葉菜A 相比,日本山崎配方的營(yíng)養(yǎng)元素利用效率最高。 戴希剛等[7]研究發(fā)現(xiàn),供試的8 種營(yíng)養(yǎng)液配方中,日本山崎配方的紅菜薹主薹和側(cè)薹的單薹重、葉寬和葉長(zhǎng)顯著高于其他配方,維生素C、可溶性蛋白等品質(zhì)指標(biāo)同樣優(yōu)于其他配方。
關(guān)于葉菜無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液配方篩選試驗(yàn)很多,但大多沒(méi)有對(duì)營(yíng)養(yǎng)液EC 值和pH 進(jìn)行嚴(yán)格控制,造成變量中有營(yíng)養(yǎng)液濃度和元素吸收效率的干擾。 本試驗(yàn)每天進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)液EC 和pH 調(diào)控,保證三個(gè)營(yíng)養(yǎng)液池的EC 和pH 維持相同的水平,測(cè)算青菜整個(gè)生長(zhǎng)期營(yíng)養(yǎng)液母液和磷酸添加量,在探究不同營(yíng)養(yǎng)液對(duì)青菜生長(zhǎng)和品質(zhì)影響的同時(shí),篩選肥料利用率更高和pH 更穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)液配方,更適用于智能化NFT 營(yíng)養(yǎng)液栽培系統(tǒng)。
6 個(gè)青菜品種:‘BF144’由天津科潤(rùn)蔬菜研究所提供,‘華櫻’由廣東省良種引進(jìn)服務(wù)公司提供,‘超華2 號(hào)’由上海眾鑫農(nóng)業(yè)科技有限公司提供,‘華王’由上海瑞奇種業(yè)有限公司提供,‘植潤(rùn)59’由上海馭潤(rùn)農(nóng)業(yè)科技有限公司提供,‘新夏青3 號(hào)’由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。
以A、B、C 三種配方為水培營(yíng)養(yǎng)液配方,營(yíng)養(yǎng)液大量元素配方如表1 所示,配方B 為華南農(nóng)大葉菜B配方,其余兩個(gè)為自創(chuàng)配方,微量元素配方相同,含量如表2 所示。
表1 營(yíng)養(yǎng)液大量元素配方Table 1 Large element formula mmol·L -1
表2 營(yíng)養(yǎng)液微量元素配方Table 2 Trace element formula μmol·L -1
試驗(yàn)于上海綠立方農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司孫橋基地進(jìn)行,于人工氣候室內(nèi)采用人工光育苗,于玻璃溫室內(nèi)采用新型NFT 水培模式栽培。
育苗:于2019 年4 月11 日將青菜種子播種到288 孔的穴盤(pán)中,放置在人工氣候室內(nèi)育苗。 人工光由深圳市佳訊光電子有限公司生產(chǎn)的LED 提供,光照強(qiáng)度為180 μmol∕(m2·s),光譜為紅∶藍(lán)∶綠=2∶1∶11,光照周期為16 h 光期,8 h 暗期。 育苗基質(zhì)為泥炭∶珍珠巖=2∶1,采用潮汐式灌溉方式,水溶肥為上海芳甸生物科技有限公司生產(chǎn)的‘方潤(rùn)’大量元素水溶肥料,EC 為1.5 mS∕cm,pH 為5.5。
栽培:待幼苗生長(zhǎng)到2 葉1 心(15 d),于2019 年4 月26 日選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的幼苗定植于栽培床上。6 個(gè)青菜品種,3 個(gè)營(yíng)養(yǎng)液配方,共18 個(gè)處理,每個(gè)處理3 組重復(fù),每個(gè)重復(fù)24 株。 NFT 軌道式栽培床長(zhǎng)490 cm、寬155 cm,營(yíng)養(yǎng)液配置于營(yíng)養(yǎng)液池(長(zhǎng)70 cm、寬43 cm)中,營(yíng)養(yǎng)液在栽培床與營(yíng)養(yǎng)液池中循環(huán)流動(dòng),白天(6:00—18:00)間歇20 min,循環(huán)10 min,夜間(18:00—次日6:00)間歇2 h,循環(huán)10 min。 每天用便攜式EC 和pH 計(jì)測(cè)定營(yíng)養(yǎng)液池內(nèi)EC 和pH 的變化,保持幼苗期(4 月26 日—5 月6 日)EC 為1.5—1.7 mS∕cm,后期(5 月7—22 日)EC 為1.8—2.0 mS∕cm,pH 維持在6—6.5。
于5 月23 日每個(gè)處理選取6 株長(zhǎng)勢(shì)一致的青菜測(cè)定其生長(zhǎng)指標(biāo)。 株高為根頸部到最高點(diǎn)的垂直高度;將根部剪下洗凈擦干,用直尺測(cè)定根部長(zhǎng)度,用精度為0.01 的天平測(cè)定地上部和根部的鮮質(zhì)量,將地上部和根部放置于烘箱中,75 ℃烘干至恒重,用萬(wàn)分之一天平測(cè)定地上部和根部的干質(zhì)量;選取每株葉面積最大的葉片測(cè)定葉片長(zhǎng)(葉片長(zhǎng)不包括葉柄長(zhǎng)度)和葉片寬,葉片數(shù)為葉長(zhǎng)超過(guò)3 cm 的葉片總數(shù);由前面測(cè)定數(shù)據(jù)計(jì)算得出各自的地上部干物率(地上部干質(zhì)量∕地上部鮮質(zhì)量)和根冠比(根部干重∕地上部干重)。
5 月24 日每個(gè)處理選長(zhǎng)勢(shì)一致的植株,采第5 片真葉葉片,去掉葉柄葉脈于液氮研磨機(jī)中研磨,放置于-20 ℃冰箱內(nèi)保存待測(cè)。 可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸的測(cè)定分別采用李合生的考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法、蒽酮比色法和茚三酮溶液顯色法[8];亞硝酸鹽含量的測(cè)定采用鹽酸萘乙二胺法[9]。
數(shù)據(jù)處理與顯著性分析采用SPSS 18.0 軟件,P<0.05 表示差異顯著;柱狀圖采用Origin 8.6 軟件繪制。
青菜的株高主要由品種決定,‘新夏青3 號(hào)’株高明顯低于其他品種,且差異顯著,除配方B 和配方C條件下的‘植潤(rùn)59’外,‘BF144’‘華櫻’‘超華2 號(hào)’‘華王’和‘植潤(rùn)59’的株高無(wú)顯著性差異。 同品種條件下,除配方A 處理的‘植潤(rùn)59’與其他兩個(gè)配方相比有較大的株高,其他品種青菜的株高不受配方變化的影響(圖1,表3)。
葉片形態(tài)和葉片數(shù)主要受品種的影響,除‘BF144’外,其他品種的青菜葉片長(zhǎng)和寬在不同營(yíng)養(yǎng)液配方處理下無(wú)顯著差異(圖2)。 根據(jù)最大葉片長(zhǎng)和寬,不同品種青菜葉片從大到小的順序?yàn)椤A王’ >‘超華2號(hào)’ >‘新夏青3 號(hào)’ >‘華櫻’ >‘植潤(rùn)59’ >‘BF144’,其中‘BF144’葉片最小,其他品種葉片大小無(wú)顯著差異。 除‘華櫻’外,營(yíng)養(yǎng)液配方的變化對(duì)青菜的葉片數(shù)無(wú)影響。 以配方C 為例,青菜的葉片數(shù)從多到少的順序?yàn)椤A櫻’ >‘BF144’ >‘新夏青3 號(hào)’ >‘植潤(rùn)59’ >‘華王’ >‘超華2 號(hào)’。
同種青菜在不同配方條件下的商品性差異不大,配方C 處理的青菜束腰性更好。 所有品種青菜的生長(zhǎng)勢(shì)均較強(qiáng);除‘超華2 號(hào)’外,其他品種的青菜整齊度佳,一致性好;除‘植潤(rùn)59’株形略散,束腰性一般外,其他品種的束腰性均較好;‘華櫻’‘植潤(rùn)59’和‘新夏青3 號(hào)’的直立性好,不易倒伏,‘BF144’次之,‘超華2 號(hào)’和‘華王’莖稈長(zhǎng),易倒;所有品種葉形相似,‘BF144’‘華櫻’和‘植潤(rùn)59’葉形偏橢圓形,‘超華2 號(hào)’‘華王’和‘新夏青3 號(hào)’偏卵圓形;所有品種的葉色和葉柄色均為綠色;‘超華2 號(hào)’和‘華王’葉片較大,‘華櫻’‘植潤(rùn)59’和‘新夏青3 號(hào)’次之,‘BF144’葉片較小。 綜合各項(xiàng)品相指標(biāo),‘華櫻’‘植潤(rùn)59’和‘新夏青3 號(hào)’商品性較好。
表3 不同品種青菜商品性狀對(duì)比Table 3 Comparison of commodity characters of different pakchoi cultivars
營(yíng)養(yǎng)液配方的變化對(duì)不同品種青菜的生物積累量有著不同的影響(圖3)。 如‘BF144’‘超華2 號(hào)’‘華王’和‘植潤(rùn)59’的地上部鮮質(zhì)量均在配方A 處理下最大,其中‘BF144’‘超華2 號(hào)’和‘植潤(rùn)59’地上部鮮質(zhì)量從大到小的順序?yàn)榕浞紸 >配方C >配方B;而‘華櫻’和‘新夏青3 號(hào)’的地上部鮮質(zhì)量于配方C 處理下最大;配方B 處理下,各個(gè)品種的青菜鮮質(zhì)量均處于較低的水平。 除‘華櫻’外,不同營(yíng)養(yǎng)液配方處理對(duì)青菜地上部干質(zhì)量無(wú)顯著影響。
不同青菜品種具有一定的季節(jié)適應(yīng)性,與陸地栽培青菜不同,水培青菜具有更高的含水量,含水量較高的青菜品種在采收時(shí)葉片更易斷裂,采收后失水速度快,保鮮更為困難,因此在選擇水培適種青菜品種時(shí),要考慮青菜的含水量。 除‘華王’外,配方B 處理的青菜具有最高的干物率,除‘華王’外,配方B 處理的青菜干物率高于配方A 和配方C,其中‘BF144’在配方B 處理下分別比配方A 和配方C 的干物率高21.5%和15.7%,‘華櫻’在配方B 處理下分別比配方A 和配方C 的干物率高14.1%和11.4%,其他品種差異不顯著。
如圖4 所示,相同品種條件下,配方C 處理的青菜根長(zhǎng)均高于其他兩個(gè)處理,其中‘華櫻’‘華王’和‘植潤(rùn)59’根長(zhǎng)從大到小的順序?yàn)榕浞紺 >配方B >配方A,配方C 與配方A 差異顯著;‘BF144’‘超華2號(hào)’和‘新夏青3 號(hào)’根長(zhǎng)從大到小的順序?yàn)榕浞紺 >配方A >配方B,三個(gè)配方處理差異不顯著。 所有品種的配方A 和B 處理均無(wú)顯著差異。 不同品種之間對(duì)比,以配方C 為例,根長(zhǎng)從大到小的順序?yàn)椤矟?rùn)59’ >‘華王’ >‘華櫻’ >‘BF144’ >‘超華2 號(hào)’ >‘新夏青3 號(hào)’。 除‘華櫻’根部干質(zhì)量在不同配方條件下有差異外,其他品種的根部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量不受配方變化的影響,且在不同配方條件下,不同品種青菜的根系干鮮質(zhì)量沒(méi)有一定的規(guī)律,不具有品種優(yōu)勢(shì)。
青菜的根冠比主要受品種的影響,相同品種條件下,根冠比無(wú)顯著差異。 以配方C 為例,不同品種的根冠比由大到小的順序?yàn)椤孪那? 號(hào)’ >‘植潤(rùn)59’ >‘BF144’ >‘超華2 號(hào)’ >‘華王’ >‘華櫻’,其中‘新夏青3 號(hào)’‘植潤(rùn)59’和‘BF144’之間無(wú)顯著差異,‘超華2 號(hào)’‘華王’和‘華櫻’無(wú)顯著差異。
在不同營(yíng)養(yǎng)液配方條件下青菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)各不相同(圖5)。 不同品種青菜可溶性糖含量對(duì)配方變化的響應(yīng)存在差異。 ‘BF144’‘華王’和‘新夏青3 號(hào)’在配方B 處理下的可溶性糖含量明顯高于配方A 和配方C:配方B 處理下‘BF144’可溶性糖分別比配方A 和配方C 高139.72%和66.5%;配方B 處理下‘華王’可溶性糖分別比配方A 和配方C 高69.71%和58.7%;配方B 處理下‘新夏青3 號(hào)’可溶性糖分別比配方A 和配方C 高64.27%和70.58%。 ‘華櫻’‘超華2 號(hào)’和‘植潤(rùn)59’在不同配方下可溶性糖含量無(wú)顯著差異。 不同品種之間,‘BF144’可溶性糖含量整體水平較高,‘植潤(rùn)59’最低。 ‘超華2 號(hào)’‘華王’和‘新夏青3 號(hào)’可溶性蛋白對(duì)不同配方的響應(yīng)大致相同,可溶性蛋白含量從高到低為配方A >配方B >配方C。 ‘華櫻’在配方B 處理下可溶性蛋白含量最高,‘植潤(rùn)59’在配方A 和配方C 條件下可溶性蛋白均有較高的水平。 除‘植潤(rùn)59’外,配方C 處理的青菜可溶性蛋白含量均處于較低的水平。 各處理間青菜游離氨基酸含量無(wú)規(guī)律,以配方B 的‘華王’,配方C 的‘植潤(rùn)59’和‘新夏青3 號(hào)’較高。 ‘超華2 號(hào)’‘華王’‘植潤(rùn)59’和‘新夏青3 號(hào)’于配方B 處理下亞硝酸鹽含量最低,且與其他配方處理差異顯著,配方A 和配方C 處理的青菜亞硝酸鹽含量在不同品種間表現(xiàn)不一,不具有規(guī)律性。
為保證3 個(gè)營(yíng)養(yǎng)液池EC 和pH 維持一定的數(shù)值,每天通過(guò)添加清水、營(yíng)養(yǎng)液母液和磷酸進(jìn)行調(diào)控。定植后整個(gè)生長(zhǎng)期清水、營(yíng)養(yǎng)液母液和磷酸用量如表4 所示。 配方A 營(yíng)養(yǎng)液池耗水量、耗母液量和耗酸量均最高,配方B 次之,配方C 最少。 配方C 的耗水量分別比配方A 和配方B 少10.5%和3%,耗酸量分別比配方A 和配方B 少25.6%和13.5%;從礦質(zhì)元素總添加量看(表5),配方C 總體用肥量最少。 配方B 處理青菜產(chǎn)量較低,配方A 和配方C 處理的青菜產(chǎn)量無(wú)顯著性差異,說(shuō)明配方C 水肥利用率高,營(yíng)養(yǎng)液pH 更為穩(wěn)定。
表4 清水、營(yíng)養(yǎng)液母液及磷酸用量Table 4 Consumption of water,concentrated nutrient solution and phosphoric acid
表5 礦質(zhì)元素總添加量Table 5 Amount of mineral element added mol
春末(5 月份)已過(guò)青菜易抽薹的季節(jié),但已出現(xiàn)散葉現(xiàn)象,并非所有品種的商品性均能滿足市場(chǎng)需求。 本研究在前期篩選的基礎(chǔ)上,選擇束腰性良好,商品性佳的6 個(gè)青菜品種進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)6個(gè)品種青菜的生長(zhǎng)勢(shì)俱佳,但在商品性上存在一定的差異性。 ‘超華2 號(hào)’和‘華王’具有較高的產(chǎn)量,但直立性差,容易倒伏,且市場(chǎng)商品性一般;‘BF144’具有良好的束腰性,但葉片較小,莖葉比高,商品性不佳;‘華櫻’‘植潤(rùn)59’和‘新夏青3 號(hào)’直立性良好,不易倒伏,葉片大小中等,整齊度好,商品性較優(yōu),是上海春末NFT 適種品種。 不同品種青菜的品質(zhì)隨配方的變化而變化,不具有規(guī)律性。
營(yíng)養(yǎng)液元素配比主要影響青菜的產(chǎn)量、根系的形態(tài)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的積累。
氮素是蔬菜產(chǎn)量的重要保證,參與植物細(xì)胞分裂和新細(xì)胞形成過(guò)程所需蛋白質(zhì)的形成,參與葉綠素的組成,從而影響細(xì)胞的增殖和光合產(chǎn)物的形成,適當(dāng)增加氮肥施用量可以提高蔬菜的產(chǎn)量[10]。 張盛林等[11]發(fā)現(xiàn),氮、磷、鉀對(duì)番茄椒產(chǎn)量影響的順序?yàn)榈剩玖追剩锯浄省?薛蓮等[12]同樣發(fā)現(xiàn),不同氮磷鉀肥料配比顯著影響甘藍(lán)的生物質(zhì)量和產(chǎn)量以及養(yǎng)分利用率,其中氮肥的影響最大,其次是磷肥和鉀肥。 水培菠菜試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),含氮量較高的兩個(gè)配方處理的菠菜產(chǎn)量明顯高于其他兩個(gè)配方[6]。 本試驗(yàn)中含氮量較高的配方A 和配方C 處理的大多數(shù)品種青菜的地上部干、鮮質(zhì)量高于配方B。
鈣離子通過(guò)誘導(dǎo)根系細(xì)胞內(nèi)源激素信號(hào)變化調(diào)控根系發(fā)育,鈣離子缺乏易導(dǎo)致根系伸長(zhǎng)受阻而又高度分枝[13]。 研究發(fā)現(xiàn),外源Ca2+處理可以提高逆境條件下辣椒[14]、山定子[15]和番茄[16]等的根系活力,降低根系電解質(zhì)滲出,改善根系生長(zhǎng)狀況。 試驗(yàn)中,配方C 中根系長(zhǎng)勢(shì)最好,長(zhǎng)度顯著高于其余兩個(gè)配方,可能是配方中鈣離子濃度較高的原因。
元素配比影響植物的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。 鉀元素可以提高蔗糖磷酸合酶活性,參與鉀離子通道的建成等,促進(jìn)植物中果糖、蔗糖和葡萄糖的積累[17-18],提高鉀的施用量,可以顯著提高甜瓜的可溶性糖含量[19];霧培生菜試驗(yàn)中,鉀含量較高的華南農(nóng)大葉菜B 配方與其他四個(gè)配方相比具有最高的可溶性糖含量[20]。 本試驗(yàn)中,華南農(nóng)大葉菜B 配方(配方B)處理的青菜與其他兩個(gè)配方相比同樣具有較高的可溶性糖含量。配方B 中鉀元素含量較高,可能是青菜可溶性糖含量較高的原因。 過(guò)量食用亞硝酸鹽可能會(huì)導(dǎo)致毒性效應(yīng),甚至形成致癌物質(zhì)——亞硝胺[21]。 葉菜屬于硝酸鹽富集型蔬菜,葉菜中硝酸鹽含量和亞硝酸鹽含量呈正相關(guān)[22],銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是植物吸收氮元素的兩種形式,兩者之間存在一定的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,銨態(tài)氮的離子取代效應(yīng)能抑制硝態(tài)氮的積累,增加肥料配方中銨態(tài)氮∕硝態(tài)氮的比例可以顯著降低蔬菜中硝酸鹽的含量[23-24]。 《GB 18406.1—2001 農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害蔬菜安全》要求蔬菜中亞硝酸鹽含量不得超過(guò)4 mg∕kg,配方A 處理下的‘超華2 號(hào)’超過(guò)這一數(shù)值,說(shuō)明配方A 有使青菜中亞硝酸鹽超標(biāo)的可能,配方B 和配方C 處理下的青菜亞硝酸鹽均符合安全標(biāo)準(zhǔn),這可能與配方A 中硝態(tài)氮比例較高有關(guān)。 綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)可知,配方A 營(yíng)養(yǎng)綜合品質(zhì)較差,配方B 處理的青菜可溶性糖含量高,亞硝酸鹽積累少,與其他兩個(gè)配方相比具有最好的品質(zhì),配方C 處理的青菜綜合品質(zhì)較好,符合無(wú)公害蔬菜標(biāo)準(zhǔn)。
水培蔬菜作為上海新型農(nóng)業(yè)的一部分,更應(yīng)在提高產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí),提高資源利用效率,選擇節(jié)水節(jié)肥的營(yíng)養(yǎng)液配方。 本試驗(yàn)中,配方C 處理的青菜具有較高的產(chǎn)量,優(yōu)良的商品性和良好的品質(zhì),且耗肥和耗水量最少,是青菜NFT 栽培的適宜配方。
綜合青菜品種比較和營(yíng)養(yǎng)液配方對(duì)比,上海春末NFT 栽培應(yīng)選擇的青菜品種為‘華櫻’‘植潤(rùn)59’和‘新夏青3 號(hào)’,適宜的營(yíng)養(yǎng)液配方為配方C。
上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)2020年4期