李嘉煒，陳 瀟，張 晶，司 雨，劉詩(shī)華，李湘妮，張白鴿*

（1.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所/ 廣東省蔬菜新技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2.佛山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣東 佛山 528000）

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，氫氣是一種重要的內(nèi)源性抗氧化物質(zhì)，對(duì)生物有著不可忽視的生理學(xué)效應(yīng)[1]。農(nóng)業(yè)上，Z.DONG 等人研究發(fā)現(xiàn)，氫氣可以作為“氫肥”來(lái)減緩?fù)寥乐杏袡C(jī)質(zhì)的降解速度，提高根際二氧化碳的固定量；而在抗逆性研究中，大量試驗(yàn)證明，氫氣可能與一氧化碳參與調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的信號(hào)系統(tǒng)有密切關(guān)系[2]，并且能通過(guò)提高抗氧化相關(guān)酶的活性、維持ROS 內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及參與離子轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控來(lái)提高植物抗逆性[3-4]，在鹽脅迫[5]、干旱脅迫[6]、滲透脅迫[7]、極端溫度脅迫[8]、重金屬離子脅迫[9]、強(qiáng)光脅迫[10]等多種脅迫上有明顯效果。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的富氫水可以顯著改善植物生長(zhǎng)發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[11]、促進(jìn)多種植物不定根的生長(zhǎng)[12-13]、延長(zhǎng)插花商品期[14]，同時(shí)在育苗和花卉栽培上也有著巨大的潛力[15-16]。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，適合濃度的氫水處理能顯著提高蔬菜種子的發(fā)芽率，促進(jìn)蔬菜發(fā)芽后種苗子葉的生長(zhǎng)，提升種苗的質(zhì)量，增強(qiáng)種苗抗逆性，提高種苗的成活率[17]。將氫水應(yīng)用到育苗上，能有效減少育苗過(guò)程中抗病蟲害藥劑的施用，提升效益。

1 富氫水的制備設(shè)備和方法

富氫水的制備是應(yīng)用富氫水進(jìn)行蔬菜育苗的第一步。實(shí)驗(yàn)室中制氫水時(shí)一般先采用高純氫氣發(fā)生裝置制備99.99%（v/v）的高純氫氣，再將氫氣通入溶液中制成飽和氫水。這種方法制備氫水雖然準(zhǔn)確有效，但因?yàn)楫a(chǎn)氫純度過(guò)高，且無(wú)法避免在通氣過(guò)程中氫氣與氧氣混合，存在很大的安全隱患。因此在實(shí)際生產(chǎn)中建議選擇其他更安全、更可靠的氫水制備方法。下面介紹幾種比較常見的氫水制備方法，見圖1。

圖1 4 種常用氫水制備技術(shù)

1.1 MgH2 制備法

MgH2是一種白色結(jié)晶的化學(xué)物，在干燥空氣中安全穩(wěn)定，通常會(huì)通過(guò)慢慢吸收空氣中的水分而分解釋放出氫氣，其與水反應(yīng)可生成H2和Mg（OH）2[18]，可實(shí)現(xiàn)鎂離子和氫氣共補(bǔ)。

取MgH2粉末0.05 g 定容到1 L，搖勻，待反應(yīng)完全后，便形成了濃度為0.45 mM的氫水，在大規(guī)模生產(chǎn)上也可以通過(guò)在水肥一體化系統(tǒng)中加入MgH2以實(shí)現(xiàn)同時(shí)補(bǔ)氫補(bǔ)鎂的效果。

1.2 富氫水棒

可在水滲透性多孔陶瓷制盒中填充鎂顆粒和銀顆粒構(gòu)成富氫水棒，利用金屬鎂和水反應(yīng)產(chǎn)生氫來(lái)制備氫水。將富氫水棒置于500 mL 水容器中，并將容器注滿水密閉常溫保存，靜置24 h 后制得0.45 mM 氫水。使用富氫水棒需要保證容器密閉，容器內(nèi)部空余空間盡可能少，以保證制氫效果。

1.3 電解式富氫水機(jī)

電解式富氫水機(jī)能對(duì)水進(jìn)行直接電解，使水產(chǎn)生氫氣[19]。這類氫水機(jī)一般規(guī)格在1～2L，制備0.6 mM的氫水一般需要7 min，在小規(guī)模浸種時(shí)比較方便，但氫水機(jī)無(wú)法對(duì)純水進(jìn)行電解，且電解模塊容易結(jié)垢，對(duì)水質(zhì)有一定要求，需要定時(shí)用白醋清理。

1.4 SPE 電解融氫式氫水機(jī)

SPE 電解融氫式氫水機(jī)利用SPE（固體聚合物）電解水制氫技術(shù)[20]，通過(guò)電解純水產(chǎn)生高純氫氣后，采用物理融氫技術(shù)將氫氣融于水中形成飽和富氫水[21]。固體聚合物電解質(zhì)膜是一種質(zhì)子交換膜，在起到電極作用的同時(shí)，還起到隔膜的效果，能將氫氣和氧氣隔開[22]，同時(shí)該氫水機(jī)融氫時(shí)是在封閉環(huán)境中進(jìn)行，制氫效率和安全性很高。一噸式的農(nóng)用SPE 電解融氫式氫水機(jī)，氫水流量能達(dá)1 m3/h，氫水濃度0.45～0.5 mM，可用于大規(guī)模育苗上。

2 富氫水對(duì)不同蔬菜種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

氫水在不同蔬菜品類中的應(yīng)用效果有所差異。下面介紹幾種比較適合應(yīng)用氫水的蔬菜類型及其合適的氫水濃度，以供參考。

2.1 菜心

菜心又名菜薹，十字花科蕓薹屬，生長(zhǎng)周期短，苗期約15 d，從播種到商品期一般僅需25～30 d。菜心種子最適氫水濃度為0.2～0.3 mM，超過(guò)0.35 mM會(huì)抑制發(fā)芽。菜心苗期的最適氫水濃度同樣為0.2～0.3 mM。菜心應(yīng)用氫水后，發(fā)芽率提高6.06%，幼苗生物量增大14.7%，抗干旱能力明顯提升，見圖2。

圖2 干旱處理下菜心幼苗的生長(zhǎng)狀況

2.2 番茄

番茄，茄科番茄屬，冬季苗期70 d，春季苗期40～50 d，夏秋季苗期30 d。番茄種子最適氫水濃度為0.2～0.3 mM，超過(guò)0.4 mM開始抑制發(fā)芽。番茄苗期的最適氫水濃度為0.3～0.4 mM。番茄應(yīng)用氫水澆灌后，發(fā)芽勢(shì)提高60%，幼苗生物量增大28.6%，葉生長(zhǎng)促進(jìn)效果明顯，葉鮮重提升50%，見圖3。

圖3 番茄幼苗的葉片生長(zhǎng)狀況

2.3 黃瓜

黃瓜，葫蘆科黃瓜屬，苗期一般在30 d 左右，種子最適氫水濃度為0.2～0.3 mM，超過(guò)0.4 mM時(shí)對(duì)發(fā)芽的促進(jìn)效果減弱。苗期最適氫水濃度為0.3～0.4 mM。黃瓜應(yīng)用氫水后，發(fā)芽勢(shì)提高6.7%，幼苗生物量增大34.7%，幼苗根系生長(zhǎng)促進(jìn)明顯，根鮮重提升28.6%，見圖4。

圖4 黃瓜幼苗在發(fā)芽紙上的生長(zhǎng)狀況

2.4 冬瓜

冬瓜，葫蘆科冬瓜屬，苗期一般在30 d 左右，是現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品加工的理想原料和調(diào)節(jié)市場(chǎng)均衡供應(yīng)的重要蔬菜作物。冬瓜種子較大，浸種時(shí)間為6 h，種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的最適氫水濃度均為0.2～0.3 mM。冬瓜應(yīng)用氫水灌溉后，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別提升了21.62%、18.75%，幼苗真葉SPAD 值提升23.3%，光合能力增強(qiáng)，根冠比提升30.4%，見圖5。

圖5 冬瓜幼苗的根系生長(zhǎng)狀況

3 富氫水育苗操作步驟

一噸式農(nóng)用SPE 電解融氫式氫水機(jī)（以下簡(jiǎn)稱一噸式氫水機(jī)）較適合大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，下面以該款氫水機(jī)為例介紹富氫水育苗的具體操作方法。

3.1 富氫水制備步驟

3.1.1 開機(jī)前準(zhǔn)備

機(jī)器需放置在干燥通風(fēng)且地面平穩(wěn)的環(huán)境方便散熱。使用一噸式氫水機(jī)前，先根據(jù)說(shuō)明書接好過(guò)濾器和水管，進(jìn)水管連接生產(chǎn)用水源（如儲(chǔ)水罐或者貯水池），出水管連接按照需求（如需要育種時(shí)可接到育種槽，需要澆灌時(shí)可接到出水管道），確認(rèn)無(wú)漏水現(xiàn)象后，接通電源線。

3.1.2 開機(jī)制氫

通過(guò)設(shè)備上端的純水水箱加水口注入純水，水位加到水箱2/3 處即可（約2.5 L）。提前從進(jìn)水口注入一部分水以保證機(jī)器內(nèi)水泵有水，確保進(jìn)水管口有水源后，按下啟動(dòng)按鈕，檢查泵水環(huán)節(jié)是否正常。大概30 s后，出水口的出水開始變?nèi)榘咨≡撍畼訒?huì)發(fā)現(xiàn)有很多微細(xì)氣泡。用制氫筆檢查氫水具體濃度，正常濃度為0.45～0.5 mM。

3.1.3 氫水稀釋

為達(dá)到適宜氫水濃度，即0.2～0.3 mM，需要對(duì)原氫水進(jìn)行稀釋。經(jīng)試驗(yàn)得出，制備100 L 濃度為0.2～0.3 mM育苗用氫水，需原氫水35 L 及清水65 L 混合。對(duì)于番茄這種在苗期需要更高濃度氫水的蔬菜品種，制備100 L 濃度為0.3～0.4 mM育苗用氫水，需要50 L原氫水及50 L 清水混合。

3.2 富氫水浸種操作步驟

使用氫水前應(yīng)先采用溫湯浸種，即先將種子放入55 ℃的熱水中，均勻攪拌8～10 min，然后撈出瀝干，再用事先制備好的適宜濃度的氫水進(jìn)行浸種處理。不同蔬菜浸種時(shí)間有所差異，菜心只需浸種1 h，黃瓜、番茄需4 h，冬瓜需6 h。浸種后撈出種子，用清水將種子表面沖洗干凈（特別是黃瓜、冬瓜，需要將表面黏液沖洗干凈，以防催芽時(shí)滋生病菌），之后用紗布將種子包好。保持紗布濕潤(rùn)（濕潤(rùn)標(biāo)準(zhǔn)為紗布剛好不流水），并置于32 ℃黑暗環(huán)境中催芽。2～3 d 后有70%的種子露白出芽即可播種。黃瓜和冬瓜在催芽期間需要每天用清水沖洗種子1 次。

3.3 播種

育苗容器可選用50 孔的育苗穴盤，營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)應(yīng)符合《NY/T 2118—2012 蔬菜育苗基質(zhì)》的規(guī)定，要求基質(zhì)材料無(wú)污染、無(wú)病菌、無(wú)蟲害、無(wú)成活草籽、有機(jī)基質(zhì)材料必須充分發(fā)酵腐熟。

播種前先將基質(zhì)適當(dāng)淋水濕潤(rùn)，然后每穴壓出1 cm 播種穴（大約1 節(jié)手指頭的程度，可用專用壓穴工具進(jìn)行壓穴）。每穴點(diǎn)播1 粒已發(fā)芽種子（黃瓜、冬瓜種子盡量平放以防子葉畸形）。然后覆蓋1 cm 左右的基質(zhì)，用0.2～0.3 mM氫水淋足基質(zhì)。早春播種時(shí)，宜用塑料薄膜覆蓋，保溫保濕；若是夏秋季播種，可改用遮陽(yáng)網(wǎng)或稻草覆蓋，降溫保濕。

3.4 苗期管理

3.4.1 控溫控水

出苗前溫度控制在25～28 ℃，需要控制水分，維持育苗基質(zhì)表面濕潤(rùn)即可。出苗后揭開薄膜，溫度控制在20～25 ℃最佳。低溫時(shí)可用塑料大棚、小拱棚防寒保溫，同時(shí)注意棚室內(nèi)的通風(fēng)管理。子葉展開后，可適當(dāng)淋濕質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%左右的專用復(fù)合肥。1 周澆灌1次0.2～0.3 mM 氫水（番茄為0.3～0.4 mM 氫水），以澆透基質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)，宜在晴天早上進(jìn)行。注意陰雨天時(shí)要保持生長(zhǎng)環(huán)境通風(fēng)干爽。

3.4.2 移栽標(biāo)準(zhǔn)

不同品種可移栽標(biāo)準(zhǔn)有所不同。菜心有4～5 片真葉后即可移植。番茄在兩葉一心時(shí)需要分苗繼續(xù)培育，在長(zhǎng)有7～9 片葉片且第一花蕾已現(xiàn)大蕾時(shí)可移植。黃瓜在兩葉一心時(shí)可移植。冬瓜在三葉一心時(shí)可移植。

3.5 壯苗出圃

除菜心外，番茄、黃瓜、冬瓜都需要提前進(jìn)行煉苗。菜心起苗前先用水將苗床澆透，待水滲下后即可邊起苗邊定植。

番茄、黃瓜、冬瓜容易徒長(zhǎng)，出圃5～7 d 可揭開棚膜進(jìn)行煉苗，同時(shí)控制水分。出圃前1 d 可淋0.3%的復(fù)合肥作為送嫁肥。

番茄壯苗標(biāo)準(zhǔn)為：壯苗株高15～20 cm，下胚軸2～3 cm；莖粗一般在0.5～0.8 cm，節(jié)間短，呈紫綠色；葉片7～9 片，葉色深綠色帶紫，葉片肥厚；第一花穗已現(xiàn)大蕾；根系發(fā)達(dá)，吸收根多。

黃瓜壯苗標(biāo)準(zhǔn)為：種苗兩葉一心，葉色墨綠，節(jié)間短粗，根系很發(fā)達(dá)，苗體健壯，苗能夠順利從穴孔中拔出。

冬瓜壯苗標(biāo)準(zhǔn)為：種苗有三葉一心，葉片墨綠色、表面有一層白色保護(hù)膜，莖稈粗壯。可用手捏一下主莖莖基部與基質(zhì)相接處，判斷是否空心，如空心還需控制水分進(jìn)行煉苗，以免影響定植成活率[23]。