不同有機營養(yǎng)液水培番茄效果分析

辛 鑫，賈 琪，牟孫濤，陳丹艷，楊振超，武永軍

(1.西北農(nóng)林科技大學 園藝學院，陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學 生命學院，陜西楊凌 712100)

水培以人工創(chuàng)造的作物根系環(huán)境代替了土壤環(huán)境，可有效解決傳統(tǒng)土壤栽培中難以解決的水分和養(yǎng)分矛盾[1]。傳統(tǒng)無機營養(yǎng)液水培蔬菜品質(zhì)差，且含有較高的硝酸鹽，人體直接通過食物和飲水注入的硝酸鹽是無害的，但硝酸鹽在人體中會被還原為亞硝酸鹽，導致高鐵血紅蛋白癥[2]；如何降低蔬菜硝酸鹽已成為研究人員和生產(chǎn)者努力的方向。有資料報道，人體攝入的硝酸鹽81.2%來自于蔬菜，植物積累硝酸鹽的根本原因是，植物對硝酸鹽的吸收量超過還原同化量[3]。有機營養(yǎng)液與無機營養(yǎng)液相比，可以有效改善其品質(zhì)[4]。由于水培對營養(yǎng)液需求較大，因此，成本低是有機營養(yǎng)液應用于生產(chǎn)的關鍵[5]。

中國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源豐富，但秸稈使用率和利用效率較低，一大部分秸稈被焚燒或廢置，造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費[6]。而番茄秸稈中含有豐富的礦質(zhì)元素和有機質(zhì)，如果利用秸稈浸提液水培蔬菜，既可以生產(chǎn)有機的蔬菜，又充分利用了資源保護了環(huán)境[7]。為驗證秸稈浸提液作為水培營養(yǎng)液的可行性，本試驗參照無機營養(yǎng)液水培時濃度的設置方法，將番茄莖稈分有氧和厭氧2種堆制腐熟的浸提液作為有機營養(yǎng)液稀釋到不同的電導率(EC值)，研究不同EC值的有機營養(yǎng)液對番茄生物量、產(chǎn)量、光合能力、葉綠素質(zhì)量分數(shù)及品質(zhì)的影響，為今后有機營養(yǎng)液濃度選擇標準提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2018年3月至7月完成，試驗地點為陜西楊凌。種植株距30 cm，試材為番茄 (Lycopersiconeseulentum)‘粉宴’。

試驗所用的營養(yǎng)液分為有氧與厭氧浸提液。有氧浸提液是將番茄莖稈粉碎，按照番茄莖稈(kg)∶清水(L)=1∶2的比例，添加體積分數(shù)為3%的微生物菌劑，混合均勻堆制，堆肥過程中進行人工翻堆并保持堆肥含水率在60%左右；厭氧浸提是將粉碎的番茄莖稈按照番茄莖稈(kg)∶清水(L)=1∶5的比例，同樣添加體積分數(shù)為3%的微生物菌劑，混合均勻后密封，兩者得到的浸提液為有機營養(yǎng)液。各營養(yǎng)液大量元素質(zhì)量濃度見表1，不同氨基酸質(zhì)量濃度見表2。

1.2 試驗設計

試驗設置有機營養(yǎng)液與山崎作為對照(CK)，T(有氧有機營養(yǎng)液)、Y(厭氧有機營養(yǎng)液)各設3個不同EC值，分別為1 mS·cm-1、2 mS·cm-1、4 mS·cm-1，共6個處理，不同處理設置見表3。

采用浮板水培法，選取長勢一致的3葉1心番茄苗為材料定植于水培槽中。單干整枝，留3穗果摘心，2018-07-10拉秧。每個處理12株，小區(qū)面積為24 m2。用海綿將根固定于泡沫板上，水培槽中加入2/3體積的營養(yǎng)液，每小時供氧 15 min的方式間隔循環(huán)，以保證營養(yǎng)液通氣。添加水和營養(yǎng)液至原始液量和濃度，并利用磷酸溶液調(diào)整營養(yǎng)液的pH，以pH 6.8為宜。每2 d調(diào)整營養(yǎng)液1次，每7 d需要更換1次營養(yǎng)液。

表1 營養(yǎng)液硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀質(zhì)量濃度Table 1 Mass concentration of nitrate nitrogen,ammonium nitrogen,available phosphorus,and available potassium in nutrient solution mg·L-1

表2 各營養(yǎng)液氨基酸質(zhì)量濃度Table 2 Mass concentration of amino acids in nutrient solution mg·L-1

表3 試驗處理Table 3 Test treatment

1.3 測定項目與方法

每個處理隨機取樣4株，處理110 d后采收。測番茄單株干鮮質(zhì)量時，先測量單株鮮質(zhì)量，再將鮮樣于60 ℃烘箱中烘干至恒量后測量植株干質(zhì)量，測量結果取平均值[8]；取自生長點向下第3片功能葉鮮樣0.1 g測葉綠素質(zhì)量分數(shù)，用體積分數(shù)96%乙醇浸提至白色，紫外分光光度計分別測量波長665 nm和649 nm下的吸光度值，每個樣品重復測量3次，并計算葉綠素質(zhì)量分數(shù)取平均值[9]；測量生長點向下第3片功能葉的光合系統(tǒng)參數(shù)，采用LI-6800便攜式光合儀測量番茄葉片的光合特性[9]；果實成熟后選取5個番茄測量單果質(zhì)量，結果取平均值；隨機選取5株，每次采收時單獨記產(chǎn)，統(tǒng)計單株產(chǎn)量并根據(jù)種植密度(株行距)，以每株3穗果來估算667 m2產(chǎn)量[10]；可溶性固形物及有機酸質(zhì)量分數(shù)采用RHBO-90型手持折光儀測量，糖酸比指可溶性固形物與有機酸的比值[11]；可溶性蛋白、維生素C和硝酸鹽質(zhì)量分數(shù)分別采用考馬斯亮藍G-250染色法、鉬藍比色法和水楊酸-硫酸法測定[11]；采用ST20C-C型電導率儀測定EC值；用ST10(pen pH meter)型pH儀測定pH；用氯化鉀浸提-連續(xù)流動分析儀測定硝銨態(tài)氮[12]；用碳酸氫鈉浸提法-連續(xù)流動分析儀測定速效磷；用醋酸銨浸提-火焰光度計法測定速效鉀[13]；用ACS2 000高效毛細管電泳儀液相色譜一體機測定各氨基酸分量及質(zhì)量濃度[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 20版本中的Duncan’s新復極差法進行數(shù)據(jù)的方差分析(P≤0.05)。數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 不同處理對番茄生物量的影響

由表4可知，有機營養(yǎng)液番茄生物量均顯著低于CK，這是因為CK中硝態(tài)氮多于銨態(tài)氮，而硝態(tài)氮更容易被植物吸收，且CK具有更合理氮磷鉀的配比，相比之下有機營養(yǎng)液配方單一，元素配比不合理。有機營養(yǎng)液相同EC值條件下，厭氧組Y1和Y2植株干鮮質(zhì)量顯著高于有氧組T1和T2，鮮質(zhì)量分別增加41.84%和83.33%，干質(zhì)量分別增加70.73%和62.22%，有氧組T3鮮質(zhì)量與干質(zhì)量分別比厭氧組Y3增加40.64%和51.00%。

有氧組單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量及3穗果產(chǎn)量最高的處理是T3，分別是對照的95.65%、 66.36%和66.36%。厭氧組單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量及3穗果產(chǎn)量隨著EC值的升高均呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，最高的處理為Y2，分別是CK的 89.57%、66.02%和63.89%。綜上，CK最適合番茄生物量累積，有機營養(yǎng)液中，厭氧Y2最適合番茄生物量累積。

表4 不同處理下番茄生物量及產(chǎn)量的變化Table 4 Changes of different treatments on biomass and yield of tomato

注：同列數(shù)據(jù)后標不同小寫字母表示差異顯著(P≤0．05)。下表同。

Note:Different lowercase letters in each column indicate significant difference(P≤0.05).The same below.

2.2 不同處理對番茄葉片葉綠素的影響

如表5所示，有機營養(yǎng)液厭氧組葉綠素質(zhì)量分數(shù)顯著高于CK，有氧組葉綠素質(zhì)量分數(shù)顯著低于CK。厭氧組葉綠素隨著電導率的升高呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，Y1、Y2、Y3葉綠素a分別比CK提高14.54%、48.44%和10.88%；葉綠素(a+b)分別比對照高出10.20%、43.67%和6.67%。

有氧組葉綠素隨著EC值增加而增加，以T3居高；有機營養(yǎng)液相同EC值條件下，厭氧組Y1、Y2和Y3均顯著高于有氧組T1、T2和T3，Y1葉綠素a、葉綠素b和葉綠素(a+b)分別比T1增加95.92%、92.68%、95.00%，Y2分別比T2增加130.77%、140.45%和132.39%，Y3分別比T3增加72.14%、51.46%和66.67%；綜上，厭氧Y2最適合番茄葉片的葉綠素累積。

表5 不同處理下番茄葉綠素質(zhì)量分數(shù)的變化Table 5 Changes of different treatments on tomato chlorophyll mass fraction

2.3 不同處理對番茄葉片光合速率的影響

如表6所示，有機營養(yǎng)液有氧組凈光合速率(Pn)隨著EC值增加呈顯著上升趨勢，均顯著低于CK；有氧組蒸騰速率(Tr)最快為T1，較CK增加了8.98%；胞間CO2摩爾分數(shù)(Ci)隨著EC值增加而下降，T1、T2的Ci較CK顯著增加 30.96%和6.41%；T1、T2、T3氣孔導度(Gs)均顯著高于CK，隨著EC值增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，分別比對照增加73.87%、1.51%和 39.20%。

厭氧組Pn隨著EC值增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，Y2的Pn較CK增加 0.96%；Tr隨著EC值增加先升高后下降，Y2Tr比CK顯著增加23.36%；Ci隨著EC值增加呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢，Y1、Y3Ci分別比CK增加5.34%和8.90%；Gs隨著EC值增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，Y1、Y2和Y3的Gs分別較CK增加39.20%、142.21%和46.23%。有機營養(yǎng)液相同EC條件下，Y1和Y2的Pn顯著高于T1和T2，Y1的Pn較T1增加250.21%,Y2較T2增加111.31%。綜上，厭氧Y2番茄植株的光合能力最強。

表6 不同處理下番茄葉片光合特性的變化Table 6 Changes of different treatments on tomato photosynthetic characteristic of tomato leaves

2.4 不同處理對番茄品質(zhì)的影響

從表7可以看出，有機營養(yǎng)液有氧組可溶性固形物隨著EC值增加呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢，T3可溶性固形物與CK無顯著性差異；糖酸比隨著EC值升高呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，T1糖酸比較CK增加0.52%；維生素C質(zhì)量濃度隨著EC值增加而增加，T1、T2和T3均顯著低于CK；可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)隨著EC值增加而增加，顯著低于CK；硝酸鹽均低于CK。

厭氧組可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)隨著EC值增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，Y2可溶性固形物較CK增加3.16%；糖酸比隨著EC值增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，Y2糖酸比顯著高于CK，比CK增加44.89%；維生素C質(zhì)量濃度隨著EC值增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，均低于CK；可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)隨著EC值增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，Y2可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)比CK顯著增加29.39%，厭氧組硝酸鹽均低于CK。綜上，厭氧Y2番茄品質(zhì)最好。

表7 不同處理下番茄品質(zhì)的變化Table 7 Changes of different treatments on quality of tomato

3 討論與結論

本試驗中，有機營養(yǎng)液厭氧組番茄的干鮮質(zhì)量及產(chǎn)量均隨著EC值的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，說明適當增加EC值有利于促進番茄營養(yǎng)物質(zhì)的累積，但過高的EC值會抑制干鮮質(zhì)量的增長，這與Li等[15]的研究結果一致；有機營養(yǎng)液有氧組，番茄的干鮮質(zhì)量及產(chǎn)量隨著EC值的增加呈上升趨勢，但整體低于厭氧組，這是因為有氧浸提液中磷偏低，營養(yǎng)液中缺磷會降低番茄干物質(zhì)累積，這與趙九洲等[16]、王晶等[17]的研究結果 一致。

本試驗中，有機厭氧營養(yǎng)液與無機營養(yǎng)液相比可以顯著提高番茄葉片葉綠素質(zhì)量分數(shù)，厭氧組EC等于2 mS·cm-1時，最有利于提高番茄葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素(a+b)質(zhì)量分數(shù)，但EC等于4 mS·cm-1時，則會導致以上指標下降。葉綠素質(zhì)量分數(shù)的增加有助于提高番茄的光合作用，進而產(chǎn)生更多的干物質(zhì)積累[18]，從而提高番茄的品質(zhì)[11]，這與前人的研究結果一致[19]。與CK相比，利用厭氧有機營養(yǎng)液EC等于2 mS·cm-1這個處理可以提高番茄可溶性固形物、糖酸比以及可溶性蛋白質(zhì)量分數(shù)，有利于提升番茄風味改善果實品質(zhì)，這與徐蘇萌等[20]和馬躍[21]的有機營養(yǎng)液能夠提升番茄品質(zhì)的研究結果一致。此外，有氧組和厭氧組果實硝酸鹽雖然均隨著營養(yǎng)液EC值的增加呈現(xiàn)上升趨勢，但均低于CK，這是因為有機營養(yǎng)液中硝態(tài)氮較少，可以有效降低果實中硝酸鹽，這與姜慧敏等[22]、王子臣等[23]和劉偉等[24]研究結果一致；同時有機營養(yǎng)液中含有豐富的氨基酸，可一定程度降低蔬菜的硝酸鹽[25]，同時可以提高番茄中可溶性蛋白與可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)，這同氨基酸分子的直接吸收利用有關[26]。有機營養(yǎng)液可以提升番茄的品質(zhì)不僅是因為其含有氨基酸、蛋白質(zhì)等有機氮，同時含有其他對品質(zhì)有利的生物活性物質(zhì)。

本研究結果表明，利用有機厭氧營養(yǎng)液水培番茄可以有效促進品質(zhì)的提升，在不考慮產(chǎn)量，從番茄品質(zhì)角度出發(fā)，有機營養(yǎng)液厭氧Y2處理較優(yōu)。

本試驗利用番茄莖稈堆制腐熟得到的浸提液作為有機營養(yǎng)液，分別設置不同的種類及濃度，突破了以往的研究，同時本研究量化了有機營養(yǎng)液濃度梯度，為今后有機營養(yǎng)液選擇濃度的標準提供了參考依據(jù)。后續(xù)試驗還需要進一步改善營養(yǎng)液的成分及比例，以提高番茄產(chǎn)量，達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的雙重栽培效果。