李東林, 尚嚴嚴, 劉 坤, 葉振風, 徐 強

(1.阜陽職業(yè)技術學院 園藝生產示范基地,安徽 阜陽 236031;2.安徽農業(yè)大學 園藝學院,安徽 合肥 230036)

番紅花(CrocussativusL.)屬于鳶尾科番紅花屬多年生球根植物[1],又名西紅花、藏紅花。條形葉片基生反卷,7～17枚,紫色花瓣6枚頂生,皖北地區(qū)在11月中下旬集中開花,觀賞期短,花不能形成果實種子,主要以種球營養(yǎng)繁殖。番紅花采后剝離出3根花絲,加工處理后作為中藥材使用,具有活血安神、增強免疫力、抗衰老等功效,還可用作染料和食品著色劑。番紅花具有獨特的觀賞、藥用和食用價值,量少需求大,被譽為“植物黃金”[2],市場前景好。我國上世紀60年代引種試種,現(xiàn)在上海、浙江、河南、安徽等區(qū)域集中栽培。但生產技術及設備工藝比較落后,種球退化嚴重,產量低,品質差,嚴重制約了番紅花產業(yè)發(fā)展和種植戶的經濟收入。

栽培基質是直接影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因素,傳統(tǒng)的無土基質逐漸被新型再生栽培資源替代。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略全面實施和食用菌產業(yè)的發(fā)展,我國食用菌栽培面積逐漸擴大,生產后菌渣廢料會造成環(huán)境污染[3-4]。菌渣基質來源廣、價格低廉、綠色環(huán)保、理化性狀優(yōu)。目前番紅花研究主要集中在其有效成分和加工應用方面[5-8],針對番紅花菌渣基質種植方面尚無報道。

試驗選用大肥菇菌渣作為主要基質材料,研究不同組合基質和施肥水平耦合對番紅花生長發(fā)育和光合效應的影響[9]。篩選適合番紅花生產的組合基質和施肥水平,為番紅花綠色生產、菌渣有效處理和鄉(xiāng)村振興尋找新途徑,試驗結果可為番紅花優(yōu)質高效生產和菌渣廢料合理利用提供技術依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗在安徽省阜陽職業(yè)技術學院省級園藝生產示范基地進行。阜陽市位于安徽省西北部淮河平原,北緯33°25′,東經115°52′。土質為砂漿黑土、黃潮土,屬于暖溫帶向北亞熱帶漸變的過渡氣候特征,年平均氣溫為9.25 ℃,年日照時數(shù)為2 150 h,光合有效輻射(PA,R)為21.62 μmol/(m·s),年均降水量為810 mm,雨量適中,無霜期為210 d。春溫多變,夏雨集中,災害性天氣主要有干熱風、倒春寒、夏澇、霜凍等。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試番紅花為安徽省亳州市譙城區(qū)兵濤種植合作社提供的優(yōu)質種球,平均單球質量為31.26 g,健壯無病蟲害。菌渣基質為大肥菇菌渣,采自安徽省阜南縣眾犇農業(yè)科技有限公司,由棉籽殼、玉米芯、鋸木屑等原料組合而成。施用肥料為含N-P2O5-K2O(15%-15%-15%)全元素速溶水溶肥。

2.2 試驗方法

2.2.1 菌渣基質制備 菌渣用粉碎機切碎,按菌渣∶羊糞∶微生物菌=200∶10∶1,V/V的比例混合均勻,堆積發(fā)酵。處理前加3%尿素降低C/N值,含水量為55%～60%,以手抓成團、握緊指縫中有水為宜,26 ℃下經10 d完成發(fā)酵。

2.2.2 試驗設計 設施肥和基質2個因素,每盆按F1(0.10 g/kg)、F2(0.25 g/kg)、F3(0.40 g/kg)、F4(0.55 g/kg)設4個施肥水平。栽培基質用J1(菌渣∶草炭∶爐渣),J2(菌渣∶蛭石∶爐渣),J3(菌渣∶草炭∶蛭石∶爐渣),J4(菌渣∶爐渣)等4種組合基質,以土壤處理為對照(CK)。按施肥水平分區(qū)排列,同分區(qū)不同基質隨機排列,每個處理10盆,設為1個區(qū)組,3次重復。

2.2.3 栽培管理 按照體積比把基質混合后裝入帶底孔花盆中(36 cm×30 cm),基質低于盆頂部邊緣1.25 cm。9月2日頂芽萌動時把消毒種球均勻種植于盆中,種球平放頂芽向上,深度為8～10 cm,每盆3株,澆透水。10～15 d種球生根后,不同處理用全元素速溶水溶肥澆灌,每20天澆1次。為防止鹽類聚集,每30天用清水進行1次沖施。前期基質始終保持濕潤,不干不澆,5月份地上部分變黃枯萎時停止?jié)补嗨芊?收獲前7天停止?jié)菜?。番紅花生長前期光照強度設置為300～800 lx,頂芽出土后光照強度控制范圍為2 200～5 000 lx。

2.3 測定項目及分析方法

2.3.1 番紅花生長生理指標測定 在番紅花生長發(fā)育期間定期測量,記錄芽長、葉片數(shù)量、現(xiàn)蕾期和開花期花絲產量、種球質量等?，F(xiàn)蕾期為肉眼觀察到50%花蕾膨大的時期,開花期為50%花朵展開的時期。3月12日取番紅花上部第6～8片葉和盆內根系,冷藏備用。葉綠素含量采用丙酮浸提方法[10],根系活力用TTC法測定[11]。測定材料從各分區(qū)處理間隨機選取,測定3次取平均值。

2.3.2 番紅花光合參數(shù)測定 光合參數(shù)用LI-6400光合儀測定,采用5 L塑料瓶作為穩(wěn)定氣體源,在番紅花種植盆中活體測定,選擇晴天10:00測定番紅花上部第6片功能葉片,重復5次,取平均值。通過擬合光強-光合速率響應曲線,求出光合響應方程和光飽和點。采用模糊綜合評判方法對番紅花基質和施肥效果進行評價[12]。選擇能反映番紅花品質的生長發(fā)育指標、生長生理指標、光合特性指標和產量指標設為因素集U;確定番紅花質量評語集V={優(yōu),良,一般,差};根據(jù)指標因素影響程度來確定權重分配方案A={a1,a2,a3,…,an},且a1+a2+a3…+an=1,由統(tǒng)計表確定評判矩陣R;對評價結果B=A·R進行歸一化處理,按最大隸屬原則排序。

2.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 用Excel記錄和統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù),用DPS 9.50軟件進行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

3 結果與分析

3.1 組合基質的理化性質

由表1可以看出,基質按不同體積組合后,理化性質呈現(xiàn)顯著性差異,容重以CK數(shù)值最大,其次為J2、J1、J3、J4。隨著番紅花生長發(fā)育,各組合基質通過后期測定,容重數(shù)值都呈上升趨勢。各組合基質吸水持水能力強,飽和含水量差異不大,都較CK數(shù)值大。不同基質pH無顯著差異(P>0.05),平均值為7.07,適合番紅花生長發(fā)育。EC值以CK數(shù)值最大,可能是長期土壤施肥不當引起,大小排列順序為CK>J3>J1>J4>J2。

表1 組合基質的理化性質

表2 基質和施肥對番紅花生長發(fā)育及花絲產量的影響

3.2 基質和施肥對番紅花生長發(fā)育及花絲產量的影響

不同基質組合和施肥水平處理下,番紅花芽長為6.67～7.54 cm,芽長變化小的原因和種球本身大小及質量有關,外部環(huán)境變化對其影響較小。各處理間番紅花葉片數(shù)差異顯著,F3J3處理葉片數(shù)量達14.19個。相同施肥水平下,不同組合基質處理葉片數(shù)量都多于CK,排列順序為J3>J1>J2>J4。同組合基質處理下,以F3水平效果最好,F2次之,F1葉片數(shù)量較少可能與施肥水平低因素有關,F4水平存在過量,也會造成番紅花葉片數(shù)量少。各處理現(xiàn)蕾期和開花期一致,沒有出現(xiàn)現(xiàn)蕾早開花晚或現(xiàn)蕾晚開花早現(xiàn)象。F3水平下營養(yǎng)充足,番紅花現(xiàn)蕾開花早,有利于花絲形成和增加種球產量,F3水平下各基質處理番紅花均在11月上中旬進入開花期,比其它處理提前2～7 d。

同基質組合不同施肥水平處理下,番紅花現(xiàn)蕾和開花期先后順序為F3>F2>F4>F1,試驗結果表明,在一定條件下,提高施肥水平可使番紅花現(xiàn)蕾開花期提前。經LSD方差分析,各處理間開花數(shù)差異不顯著(P>0.05)。通過開花期觀測,番紅化主要以2個花為主,個別單株存在3個花,1和4個花極少出現(xiàn)。說明番紅花開花數(shù)量受外界環(huán)境因素影響較小,主要受品種遺傳和種球質量等因素調控?；ńz產量在F3水平下較高,與其它施肥水平有顯著差異。F3J3花絲產量達0.476 3 g,比同一基質處理下F1J3、F2J3、F4J3分別增加了4.74%、13.10%和12.62%,比CK增加了17.05%,說明合理的組合基質和施肥水平能有效提高番紅花花絲產量。

3.3 基質和施肥對番紅花葉綠素含量和根系活力的影響

由圖1可知,同一施肥水平下,各組合基質葉綠素含量與CK相比均呈顯著性變化,J3和J1番紅花葉綠素含量較高,葉色深綠且綠期長。CK葉綠素含量最低,土壤理化性狀差、有害微生物多是主要原因。同基質栽培條件下,隨著施肥水平提高,番紅花葉綠素含量呈上升趨勢。以F3、F2水平處理效果較好,葉綠素含量明顯高于其它處理,其次是F4、F1。

圖1 基質和施肥對番紅花葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of matrix and fertilization on chlorophyll content of saffron

由圖2可以看出,與CK相比,各處理均能顯著提高番紅花根系活力。F2J3、F2J1、F3J1、F3J3處理根系活力較好,高于其它處理。試驗結果表明:在一定范圍內,同一基質水平下提高施肥水平和同一施肥水平下合理組合基質均能增加根系活力。通過對番紅花后期栽培試驗觀察,各處理間生根早、根系數(shù)量多,能促進番紅花生長發(fā)育。

圖2 基質和施肥對番紅花根系活力的影響Fig.2 Effects of matrix and fertilization on root activity of saffron

3.4 基質和施肥對番紅花光合特性及種球產量的影響

由表3可知,各處理間凈光合速率(Pn)都高于CK,差異顯著,F3水平下Pn較高,其值都大于3.00 μmol/(m2·s),以F3J3耦合處理Pn最高。F1水平下Pn都小于3.00 μmol/(m2·s),表明同一基質條件下,番紅花生長期間營養(yǎng)虧缺會造成Pn下降。和F1水平相比,F4水平雖然營養(yǎng)過量,但仍具有較高的Pn,說明營養(yǎng)過量比虧缺對番紅花Pn的影響小。

表3 基質和施肥對番紅花光合特性及種球產量的影響

F1和F4水平下,番紅花氣孔導度(Gs)減小,比F2、F3水平處理下分別下降10.27%～14.46%和13.68%～17.07%,呈現(xiàn)顯著性差異。各處理間蒸騰速率(Tr)以F3J3最大,其它處理有小幅度下降。試驗結果表明:Tr上升,Gs增加,Gs增加不一定使Tr上升。不同處理細胞間CO2濃度(Ci)在F1～F3水平下呈下降趨勢,在F4水平下呈上升趨勢。表明植物在逆境條件下Gs減小,呼吸作用產生較多的CO2使Ci升高。相關分析表明,Pn與Tr、Gs呈顯著性正相關,相關系數(shù)為0.821 4、0.775 6;Pn與Ci呈負相關,相關系數(shù)為-0.791 2。

3.5 番紅花基質和施肥綜合評價

番紅花基質和施肥模糊綜合評判結果如表4所示。在番紅花生長條件一致的情況下,F3J3綜合評價值較高,F1J4評價值最低。在番紅花不同基質施肥組合中,同一施肥條件下,以J3處理評價值較高。同基質條件下,以F3評價值較高。在模糊綜合評價基礎上,設定不同置信水平λ并逐漸歸并,繪成動態(tài)聚類譜系圖(圖3)。F2J3、F3J3可歸為一類,F3J1、F3J4歸為第二類,第三類包括剩余的其它組合。

圖3 番紅花基質和施肥模糊聚類分析動態(tài)譜系圖Fig.3 Dynamic pedigree diagram of fuzzy cluster analysis of saffron substrate and fertilization

表4 番紅花基質和施肥綜合評價

3.6 番紅花PA,R-Pn響應曲線

植物光合響應曲線是反映光合有效輻射(PA,R)與凈光合速率(Pn)之間的關系,根據(jù)響應曲線可求出相關光合生理參數(shù),為生產管理和栽培應用提供理論基礎。光合分析儀設置溫度(20 ℃)、內置光源和CO2濃度(350 μmol/L),PA,R設0、100、200、300、400、500、600、700 μmol/(m2·s)等7個梯度,模擬出番紅花光合響應曲線(圖4),F=4.312 2,r=0.867 2,a=0.05水平下,Y預測值為4.31。一定范圍內,Pn隨PA,R增加而增加,當PA,R達到一定數(shù)值時,Pn不再增加,通過統(tǒng)計分析求出番紅花光飽和點(Ls,p)為321.38 μmol/(m2·s)、光補償點(Lc,p)為16.12 μmol/(m2·s)。試驗表明番紅花喜弱光環(huán)境,生產管理中需適當遮陰,園林應用以弱光照植物配置。

圖4 番紅花PA,R-Pn響應曲線Fig.4 PA,R-Pn response curve of saffron

4 結論與討論

基質保水透氣、緩沖作用強,根系代謝增強,能有效調節(jié)地上、下部分生長。根系活力強、葉片數(shù)量和葉綠素含量多,地上部分生長發(fā)育良好,也能提高植物產量和品質。本試驗基質組合理化性狀好,容重在0.59～0.72 g/cm3,總孔隙度達53.32%～61.64%,pH和EC值等都在番紅花生長范圍,能有效促進番紅花生長發(fā)育。有研究表明,餅肥、其它基質組合也可以促進植物生長[13-14]。菌渣基質可使部分植物增產15%～25%,延長花期,減少病蟲害[15],與本試驗結果具有一致性。菌渣基質可作為新型無土栽培資源重復使用,材料來源廣泛,合理利用能減少環(huán)境污染。菌渣在使用前要完全發(fā)酵處理,否則種植期間會出現(xiàn)基質2次發(fā)酵,影響植物正常生長和生理代謝,嚴重導致植株死亡。

番紅花定植后到生根階段,需要營養(yǎng)量少,過多的養(yǎng)分會增加基質鹽分含量,造成種球腐爛和根系代謝受阻。生長中期,營養(yǎng)生長和生殖生長同時進行,要及時補充營養(yǎng),補充水平需精準量化,才能發(fā)揮營養(yǎng)的最大效率。植物生長發(fā)育的營養(yǎng)元素參與碳水化合物、ATP和相關酶合成,也是葉綠體的重要組成部分,對外界環(huán)境變化具有緩沖性和抗逆性,此階段如果缺少營養(yǎng),植物生長發(fā)育和生理代謝就會受到抑制[16]。

有研究表明,同光強下,上午的Pn要高于下午的Pn,主要是葉片中光合產物積累產生反饋抑制[17]。番紅花屬于低光合植物,光飽和點低,生產上要適當遮陰處理以增強光合能力。營養(yǎng)虧缺,生長受阻,會引起Gs降低,Ci升高,Tr和Pn下降,其它因素變化也會造成光合速率出現(xiàn)差異[18],對于番紅花在逆境條件下光合特性變化和光合抑制機理還需深入研究。

本試驗發(fā)現(xiàn)F3J3、F3J1、F2J3和F2J1耦合效果較好,能有效促進番紅花生長發(fā)育,提高光合參數(shù)、花絲和種球產量。施肥水平低或高和基質理化性狀差都會影響番紅花生長發(fā)育。

在其它環(huán)境因素一致的情況下,基質和施肥耦合對番紅花生長影響的交互作用還需系統(tǒng)研究,單一地改變組合基質或施肥水平并不能有效提高番紅花生產效益。生產中需要對番紅花生長環(huán)境因子綜合調控,建立和優(yōu)化生長環(huán)境參數(shù)模型,提高其豐產性和適應性,為菌渣合理利用和番紅花優(yōu)質高效生產提供技術依據(jù)。