路 濤 余宏軍 艾 爽 李 強 蔣衛(wèi)杰

（中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

水培是近年來流行的一種無土栽培方式，其基本原理是將作物所需養(yǎng)分，包括氮、磷、鉀等大量元素及鐵、錳、鋅等微量元素配制成科學合理的離子態(tài)營養(yǎng)液，以滿足栽培作物需求（丁茁荑，2002）。水培蔬菜技術現(xiàn)已非常成熟，該技術利用營養(yǎng)液代替土壤作為栽培介質，蔬菜作物生長較快，安全性更高，管控也更加有效；此外，還克服了設施土壤栽培面臨的連作障礙、土壤鹽分累積等瓶頸問題（Fallovo et al.，2009；Feltrim et al.，2009；Domingues et al.，2012）。由于水培條件下作物生長發(fā)育所需的水分和養(yǎng)分均由營養(yǎng)液提供，因此營養(yǎng)液的溫度、酸堿度、電導率、養(yǎng)分含量和流動速度等均需保持在作物需要的適宜水平，以保證作物正常生長發(fā)育。如何對營養(yǎng)液理化特性進行合理有效的調控，使水培蔬菜優(yōu)質高產，一直是該領域的研究重點和熱點（高麗紅和別之龍，2017）。

營養(yǎng)液溫度作為水培系統(tǒng)中一個重要的特性參數，影響營養(yǎng)液溶氧含量、作物根系活性和養(yǎng)分吸收利用等生理過程（楊其長 等，2012）。營養(yǎng)液溫度即為作物的根際溫度，對作物的生長至關重要，不同作物對根際溫度要求不同。蔥最適根際溫度為20～26 ℃，葉用萵苣（生菜）為15～28 ℃，普通白菜（小白菜）為20～25 ℃（王迪軒，2014）。目前水培蔬菜越夏生產中存在的普遍問題是夏季溫室內異常高溫，導致營養(yǎng)液溫度迅速升高，最高可達35 ℃以上。研究表明，根系溫度過高會加速蔬菜作物根系衰老，使根木質化部位達到根尖（宋敏麗 等，2010），從而抑制根系吸收水分和養(yǎng)分（Haghighi et al.，2015），進而導致葉片光合作用受阻（馮玉龍 等，1995）。對大多數作物來講，夏季營養(yǎng)液溫度應控制在28 ℃以下，以20～24 ℃為宜，由于水培營養(yǎng)液緩沖能力較弱，炎夏實施營養(yǎng)液溫度調控較為困難或成本較高，而不注意降低營養(yǎng)液溫度容易導致生產失敗，所以越夏水培蔬菜生產中營養(yǎng)液液溫的控制技術尤為重要。

蓄冷劑是一種由有機或（和）無機化合物組成的半透明（或不透明）的、粘稠膠狀混合物，可在溫度較高時使用并吸收大量熱量，較長時間保持自身及周圍小范圍內的低溫環(huán)境。蓄冷劑適用于食品、生物制藥保鮮及冷鏈運輸等領域（高凱 等，2010）。冰塊是液體水被冰凍后制成的固體水，通常用來降溫或制作冰飲。根據需要還可將水倒入模具中，從而制作出有特定形狀的冰塊?；谶@兩種物質的降溫特性，本試驗以夏綠2號、金品1 夏、京冠1號F1為試材，利用蓄冷劑、冰塊對越夏水培營養(yǎng)液進行降溫處理，研究不同營養(yǎng)液降溫方式對設施越夏水培普通白菜生長和產量的影響，以評價該技術用于水培營養(yǎng)液溫度調控的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020 年7—8月在北京市昌平區(qū)南口鎮(zhèn)中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所基地進行。供試普通白菜品種為夏綠2號（北京市農林科學院蔬菜研究中心選育）、金品1 夏（福建金品農業(yè)科技發(fā)展有限公司選育）、京冠1號F1（北京市農林科學院蔬菜研究中心選育），這3 個品種均表現(xiàn)為葉色油綠，耐熱性好，葉片直立性強，束腰，商品性佳，產量高，抗病性強。

循環(huán)營養(yǎng)液采用霍格蘭葉菜營養(yǎng)液配方：Ca（NO3）2·4H2O，945 mg·L-1；KNO3，607 mg·L-1；NH4H2PO4，115 mg·L-1；MgSO4·7H2O，493 mg·L-1；EDTA-FeNa·3H2O，17 mg·L-1；MnSO4·H2O，0.2 mg·L-1；ZnSO4·7H2O，1.2 mg·L-1；Na2B8O13·4H2O，11.5 mg·L-1；CuSO4·5H2O，0.2 mg·L-1；Na2MoO4·2H2O，0.2 mg·L-1。營養(yǎng)液配制好后使用H2SO4將pH 值調至6.0～6.5。

1.2 試驗設計

設置3 個營養(yǎng)液降溫處理：T1，保溫被+3 L蓄冷劑；T2，保溫被+5 L 蓄冷劑；T3，保溫被 +5 L 冰塊；以不降溫處理為對照（CK）。3 個降溫處理的100 L 營養(yǎng)液塑料圓桶（口徑26 cm，直徑40 cm，高度70 cm）外均包裹保溫被。營養(yǎng)液桶外包保溫被的目的：一，減緩內外熱交換；二，可以較長時間保持營養(yǎng)液適溫環(huán)境；三，可以有效減慢蓄冷劑和冰塊變相速度。保溫被加蓋方法：將保溫被裁剪成長×寬為1.5 m × 1.0 m 的長方形，然后包裹在營養(yǎng)液桶外圍，用尼龍繩自下而上扎緊，保溫被高于營養(yǎng)液桶的部分在放入蓄冷劑或冰塊后用鏤空夾子封住即可。冰塊制?。簩⑺嗳胂鄳w積容器（容器不能灌滿，預防制冰時容器炸裂）中，然后放入冰箱制成冰塊；蓄冷劑采用市面常見品牌（南欣制袋有限公司生產，圖1）。

2020 年7月1日分別挑選3 個普通白菜品種飽滿種子，播種育苗；7月8日定植于45 孔水培管槽中，使用統(tǒng)一規(guī)格的100 L 塑料桶配制營養(yǎng)液，并由自吸泵（220 V，20 W）同時為3 條水培槽供液，水泵24 h 不間斷工作，每日用EC 筆檢測營養(yǎng)液EC 值，變化超過0.5 mS·cm-1時更換新的營養(yǎng)液。于7月10日開始，晴天上午9：30—10：00（營養(yǎng)液快速升溫初期）或中午12：30—13：00（營養(yǎng)液快速升溫中期）向營養(yǎng)液桶中加入不同體積的蓄冷劑或者冰塊（裝在相應體積的瓶子里），進行營養(yǎng)液降溫處理。試驗小區(qū)采用隨機區(qū)組排列，3次重復，每重復45株；每處理由1個營養(yǎng)液桶供液。

1.3 項目測定

分別在7月14、20日0：00—24：00，采用北京紫藤連線科技有限公司6 通道環(huán)境參數記錄儀測定營養(yǎng)液溫度日變化，測定間隔20 min。

采收前一天，即8月9日測定植株株高和葉片葉綠素含量，每處理分別選取長勢一致的植株9株，利用直尺測定地上部高度；利用活體葉綠素儀SPAD502 測定最外側葉形完整的葉片葉綠素SPAD值，每片葉片測定3 次，取平均值。

8月10日采收，利用臺秤測產。記錄9日所選植株的葉片數。之后洗凈，用濾紙吸干表面水分，利用電子分析天平稱量單株鮮質量；然后放入烘箱中105 ℃殺青30 min，65～75 ℃烘干至恒重，稱量單株干質量；并計算含水量。

在普通白菜生長期和采收期，每處理分別選取有代表性的植株，利用手機/相機進行同一角度拍攝，進行表型觀察、對比。

1.4 數據處理

利用Microsoft Excel 2016 軟件對試驗數據進行處理并制圖；利用SPSS v22.0 軟件進行數據分析，采用最小顯著差異法（LSD 法）對處理間的差異進行顯著性（P＜0.05）分析。所有試驗數據均為3 次重復的平均值。

2 結果與分析

2.1 營養(yǎng)液溫度調控處理后營養(yǎng)液溫度的日變化

由圖2-a 可見，7月14日在營養(yǎng)液快速升溫初期向外包保溫被的100 L 營養(yǎng)液桶中加入冰塊或蓄冷劑降溫效果明顯。CK 的營養(yǎng)液溫度自6：30開始緩慢升高，9：30 開始快速升高，至12：30 時達到最高34 ℃，然后隨著時間推移逐步回落；T1（加3 L 蓄冷劑）和T3（加5 L 冰塊）處理的降溫效果基本一致，可維持27～29 ℃根際相對較低溫度環(huán)境5 h 左右，營養(yǎng)液溫度比同期CK 低3～5 ℃（10：00—15：00）；T2（加5 L 蓄冷劑）處理的降溫效果最好，如在11：00 時比T1 和T3 處理還低2 ℃，維持26～29 ℃也達5 h 左右；至18：30后所有固體塊全部溶化。

7月20日在營養(yǎng)液快速升溫中期向外包保溫被的營養(yǎng)液桶中加入冰塊或蓄冷劑，也有明顯的降溫效果，但是維持較低溫度環(huán)境較快速升溫初期調控要差一些（圖2-b）。CK 的營養(yǎng)液溫度在13：00達到34 ℃高溫后仍持續(xù)上升，16：20 才達到最高點36 ℃；13：00 加入制冷材料，T1、T2 和T3 處理的降溫效果一致，營養(yǎng)液溫度維持在31～34 ℃（13：10—18：10），比同期CK 低3 ℃左右，維持降溫效果也是5 h 左右，至18：30 后固體全部溶化。

2.2 營養(yǎng)液溫度調控處理對普通白菜生長指標及葉綠素含量的影響

從表1 可以看出，與CK 相比，T1（加3 L 蓄冷劑）和T3（加5 L 冰塊）處理夏綠2號的株高分別增加了2.94%和4.12%，差異不顯著，而葉片數顯著增加，分別增加了26.67%和20.00%，葉片葉綠素含量也無顯著差異；T2（加5 L 蓄冷劑）處理則顯著降低了株高和葉片數。

表1 不同營養(yǎng)液降溫處理對普通白菜株高、葉綠素含量和葉片數的影響

金品1 夏和京冠1號F1的變化趨勢相似，T1和T3 處理的株高均顯著高于CK，其中金品1 夏的T1 和T3 處理分別比CK 增加了5.08%和11.06%，京冠1號F1的T1 和T3 處理分別比CK 增加了13.79%和18.03%；葉片數亦顯著增加，金品1夏的T1 和T3 處理分別比CK 增加了28.57%和35.71%，京冠1號F1的T1 和T3 處理分別 比CK增加了50.00%和40.00%；而葉綠素含量與CK 無顯著差異。T2 處理的株高、葉綠素含量均顯著低于CK。綜上，T1 和T3 處理的效果較好，可以增加普通白菜的株高和葉片數，葉綠素含量差異不大；而T2 處理的株高及葉綠素含量均明顯降低。說明采用適宜的營養(yǎng)液降溫處理可以促進普通白菜生長。

2.3 營養(yǎng)液溫度調控處理對普通白菜產量及干物質累積的影響

從表2 可以看出，3 個普通白菜品種的T1（加3 L 蓄冷劑）和T3（加5 L 冰塊）處理效果一致，產量、單株鮮質量及干質量均顯著高于CK，含水量差異不大，在93.82%～94.86%之間；而T2（加5 L 蓄冷劑）處理的效果各品種不同，夏綠2號的產量、單株鮮質量和干質量均顯著低于CK，金品1 夏的產量和單株鮮質量雖然也低于CK，但與CK差異不顯著，京冠1號F1的產量和單株鮮質量稍高于CK，與CK 差異也不顯著，含水量的降低幅度夏綠2號＞金品1 夏＞京冠1號F1。說明通過對營養(yǎng)液溫度進行合理調控可以促進越夏水培普通白菜干物質累積和產量提升。

表2 不同營養(yǎng)液降溫處理對普通白菜產量及干物質累積的影響

2.4 營養(yǎng)液溫度調控處理后普通白菜表型觀察結果

由圖3 和圖4 可見，3 個普通白菜品種的T1（加3 L 蓄冷劑）和T3（加5 L 冰塊）處理生長狀況較好，植株生長勢強，根系發(fā)達，株型較大，葉色濃綠；而T2（加5 L 蓄冷劑）處理的植株明顯偏小，根系發(fā)育程度也較差。說明適宜的營養(yǎng)液降溫處理可以促進普通白菜生長，但地上和地下溫差過大反而不利于其生長。

3 討論與結論

作為水培營養(yǎng)液的一個理化性狀，營養(yǎng)液溫度與作物根系生長狀況密切相關（馮玉龍 等，1995；任志雨和王秀峰，2003；Haghighi et al.，2015；Masaru et al.，2016）。葉菜類蔬菜進行越夏水培，溫室內溫度較高，營養(yǎng)液溫度也會隨之大幅升高，若超出作物生長的適宜溫度范圍，會嚴重阻礙根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收利用，對蔬菜生長造成不良影響（李鋒 等，2016）。目前常采用的營養(yǎng)液降溫方式有：利用濕簾、遮陽網或風機降溫系統(tǒng)，在陰涼處存放貯液桶，用較低溫度稀釋液補液，修建地下儲液池或利用地下水降溫等（馮玉龍 等，1995；祝保英 等，2004；楊其長 等，2012）。這些技術在水培營養(yǎng)液溫度調控方面取得了不錯的降溫效果，但這些降溫方式或存在嚴重浪費水資源或存在過高能耗成本或存在操作繁雜等問題，限制了其在實際水培生產中的應用。因此，為了保證越夏水培蔬菜穩(wěn)定的生產和品質，研發(fā)簡單實用的營養(yǎng)液降溫技術有重要意義。

本試驗結果表明，利用3 L 蓄冷劑+保溫被或5 L 冰塊+保溫被降溫技術可使營養(yǎng)液溫度有效降低3～5 ℃，并維持5 h 可觀的適宜根際溫度環(huán)境，從而促進普通白菜株高、葉片數、單株鮮質量及干物質、產量的增加；而5 L 蓄冷劑+保溫被處理的營養(yǎng)液溫度降幅過大（7 ℃左右），引起地上部和地下部溫差過大，限制了普通白菜根系及地上部營養(yǎng)生長。綜上，將蓄冷劑和冰塊應用于設施越夏水培葉菜類蔬菜生產是完全可行的，通過該方式降溫的材料可以循環(huán)利用，相對容易獲取而且成本較低。