生菜與櫻桃蘿卜間作氣霧培栽培管理模式優化研究

張 蕾 李發秦尉 姚利軍 肖 飛 于海業

(1.吉林大學生物與農業工程學院， 長春 130022； 2.吉林大學工程仿生教育部重點實驗室， 長春 130022)

0 引言

營養液是氣霧培中植物賴以生存的關鍵[12]。在氣霧培研究中，營養液一直是研究的重要內容之一。目前相關研究主要針對營養液配方的改良，對于營養液管理方式的研究并不多見[13]，文獻[14-15]研究表明，營養液濃度直接影響植物產量和品質，且蔬菜在不同生長時期對養分的需求也不同。可見，不同濃度營養液分階段供應的管理模式十分必要。

近幾年，針對降低蔬菜硝酸鹽含量的問題，多數研究對蔬菜采收前進行短期處理，采收前的短期調控具有時間短、成本低、效果好等優點，而采收前連續補光處理是短期調控中最為有效的調控措施[16-18]。但將采收前連續補光處理與氣霧培間作及營養液管理模式相結合的研究尚未見報道。

為優化生菜氣霧栽培管理模式，本文以“意大利”全年耐抽薹生菜(LactucasativaL.var.ramosaHort.)為研究對象，在課題組前期研究基礎上，選擇生菜與“紅丁”櫻桃蘿卜(Raphanussativus)構建間作栽培系統，以間作比、營養液濃度分階段管理和采收前連續補光時間為處理因素，采用三因素三水平正交試驗設計對3種措施進行優化[19]，利用綜合評分法[20]作為多指標正交試驗響應值的分析方法，并結合驗證試驗，確定最優栽培管理模式。

1 材料與方法

1.1 試驗條件

本研究分別于2018年3月31日— 6月4日(春季)及2018年8月20日— 10月25日(秋季)開展優化試驗，于2018年10月30日— 2019年1月5日(冬季)進行驗證試驗。試驗在吉林大學南嶺校區玻璃溫室(43°51′5″N、125°19′51″E)內進行(圖1)。溫室內春季白天和夜晚溫度分別為(25±5)℃和(15±5)℃，為防止光照過強，在11:00—14:00開啟溫室遮陽控制系統，白天光照強度范圍為175～225 μmol/(m2·s)。秋季白天和夜晚溫度分別為(20±4)℃和(16±4)℃，秋季光照強度范圍為155～180 μmol/(m2·s)。冬季白天和夜晚溫度分別為(18±4)℃和(12±4)℃，冬季光照強度范圍為150～180 μmol/(m2·s)。

圖1 栽培試驗Fig.1 Experiments in cultivation

1.2 栽培管理

營養液大量元素采用日本園試配方，微量元素采用霍格蘭德通用配方。所有試驗單元每天傍晚測試并調節pH值一次，保持pH值在5.8～6.2；不同試驗單元按照各自營養液濃度要求，每天傍晚測試并調節電導率(Electrical conductivity, EC)一次，控制各處理的初始濃度在±100 μS/cm的范圍內。移栽后，栽培周期30 d，劃分為3個生長階段：定植第1～10天為前期，第11天至采收前一周為中期，采收前一周至第30天為后期。試驗氣霧栽培箱尺寸為53 cm×37 cm×23 cm，每箱可種植12株植株，株距為12 cm。設置循環噴霧定時器，白天每間隔15 min噴施15 min，夜間每間隔45 min噴施5 min。

1.3 試驗方案

3個試驗因素分別選擇生菜與櫻桃蘿卜間作比A(植株數量比)；營養液濃度分階段管理模式B，每個試驗單元總營養液均為20 L，試驗組按照3個生長階段逐次添加6、8、6 L的營養液，對照組從試驗開始，一次性加入20 L營養液；采收前補光處理時間C，補光的光照強度控制在175～185 μmol/(m2·s)。不同因素各設定3個水平如表1所示。每輪試驗采用三因素三水平L9(34)正交表[20]，設置如表2所示的10個處理，每個處理重復3次，共30個試驗單元。其中，處理10為生菜單作，營養液為傳統供液方式，采收前不補光處理作為對照組。

表1 試驗因素水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal test

注：s代表營養液，s前的數字代表營養液濃度倍數，“∶”分隔的3個部分代表3個生長階段，下同。

表2 正交試驗方案Tab.2 Scheme of orthogonal test

1.4 測量指標及方法

為減少人為干擾對栽培系統蔬菜生長發育的影響，30 d栽培周期結束后，統一采收并測量相關指標，各指標為每個試驗單元隨機選取3株生菜測量的平均值。

(1)鮮質量：稱量法。

(2)干質量：先將生菜葉片(地上部分)放入85℃真空干燥箱(DZF-6050型，上海)干燥至恒質量，再采用電子天平(ME104E型，瑞士)進行稱量。

(3)最大葉面積：利用葉面積儀(Yaxin-1242型，北京)測量每株植株最大的3片葉片的單葉面積，然后求和取其平均值，用其平均值表示生菜每株最大葉面積。

(5)可溶性糖含量：利用蒽酮與糖[22]反應后進行比色測定，選取生菜植株整株葉片洗凈，用濾紙吸干水分后將葉片剪碎混勻，稱取0.5 g作為一個樣本，每株植株重復3個樣本。

(6)可溶性蛋白含量：利用考馬斯亮藍G-250與蛋白質結合后[21]進行比色測定，選取生菜植株整株葉片洗凈，用濾紙吸干水分后將葉片剪碎混勻，稱取0.1～0.3 g作為一個樣本，每株植株重復3個樣本。

1.5 數據分析與計算

采用SPSS Statistics 22.0、Minitab 19、Origin 2019 進行數據分析與作圖。

2 結果與分析

2.1 不同組合處理對生菜生長的影響

如表3所示，與處理10相比，不同組合處理下生菜鮮質量和葉面積均高于處理10，其中，鮮質量最高增加了34.54 g/株，最大葉面積最高增加了76.9 cm2/株；除處理9的生菜干質量略低于對照組外，其他試驗組均高于對照組。可見，間作比例過大，營養液前、后期氮鉀濃度過低對生菜干物質的積累產生影響，這與張小明等[7]和王軍君等[23]的研究結果相符。

表3 不同組合處理生菜生長指標試驗結果Tab.3 Results of test on growth index of lettuce

注：不同小寫字母表示在P<0.05水平差異顯著，下同。

生菜鮮質量、干質量及葉面積均屬于正向指標[24]，利用宋明順等[25]所述的均值化法計算生菜生長指標各因素響應值的均值與極差，結果如表4所示。因素A、B的優水平均為A2、B2，因素C的優水平因季節的變化存在差異，在春、秋季節其優水平分別為C2、C3。對各因素響應值進一步進行方差分析，得出試驗因素B對生菜生長指標影響最顯著，其P值均小于0.001；因素A為顯著因素，其P值均小于0.05；而因素C在春季不顯著，其P值大于0.05，而在秋季顯著，其P值小于0.01。因此，對于生長指標而言，最主要因素為因素B，其最優的氣霧培栽培管理模式為處理5，即組合A2B2C3。

表4 生菜生長指標正交試驗均值響應Tab.4 Average response of orthogonal test on growth index of lettuce

2.2 不同組合處理對生菜品質的影響

如表5所示，與處理10相比，不同組合處理下生菜葉片硝酸鹽含量均有所下降，可溶性糖含量、可溶性蛋白含量則均有所增加。春、秋季生菜葉片硝酸鹽含量最高分別降低了1 299.44、1 528.54 mg/kg，可溶性糖含量最高分別增加了1.02、1.27個百分點，可溶性蛋白含量最高分別增加了1.53、2.13 mg/g。

表5 不同組合處理生菜品質指標試驗結果Tab.5 Intuitive analysis on quality index of lettuce

可見，不同間作氣霧培處理對提高生菜品質具有促進作用，這與賀志文等[26]和 BIAN等[27]的研究結果相符。

生菜葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量屬于正向指標，生菜葉片硝酸鹽含量屬于逆向指標，對逆向指標正向化后[24]，利用宋明順等[25]所述的均值化法計算生菜品質指標各因素響應值的均值與極差，結果如表6所示。生菜的品質指標極差均為因素C最大，因素A、B極差相差不大，因素A、B、C的優水平為A2、B2、C3；對各因素響應值進一步進行方差分析，得出試驗因素C均對生菜品質指標影響最顯著，其P值均小于0.001，因素A、B皆為顯著因素，其P值范圍為0.001～0.05。因此，對于生菜品質指標而言，最主要因素為因素C，其最優的氣霧培栽培管理模式為處理5，即組合A2B2C3。

3 驗證試驗

為驗證正交試驗優化結果，對最優栽培組合模式處理5(T)，并以生菜單作作為對照試驗(CK)進行栽培試驗。每處理重復3箱，30 d栽培周期結束后，統一采收并測量相關指標，試驗結果如圖2所示。可以看出，最優栽培組合模式下生菜生長指標和品質指標均有明顯的優勢，其生菜生長指標(鮮質量、干質量、最大葉面積)分別平均提高了36.82%、42.34%、31.69%，品質指標中可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分別平均提高了49.48%、24.84%，硝酸鹽含量平均降低了41.97%。因此，驗證試驗結果顯示，優化效果明顯，該組合栽培管理模式下栽培的生菜具有高產優質，且可顯著降低生菜葉片硝酸鹽含量等優點。

表6 生菜品質指標正交試驗均值響應Tab.6 Average response of orthogonal test on quality index of lettuce

圖2 驗證試驗結果Fig.2 Results of verification test

4 討論

生長指標中，生菜葉片所有指標均存在顯著性差異，說明此種優化模式對生菜生長有顯著的影響。本研究在東北地區日光溫室中進行，其環境因素因季節的變化差異顯著，尤其是光照和溫度，導致本研究中春季、秋季和冬季生菜生長指標表現出明顯的差別，這與方舒玲等[32]和LEE等[33]的研究結果相符。本試驗中春季和秋季優化的栽培模式結果幾乎一致，因素A、B差異顯著且優水平為A2、B2，因素C在春季差異不顯著而秋季差異顯著，但春季和秋季因素C均不是正交優化中的最主要因素。這可能與東北地區日光溫室內春季和秋季光照不同有關，東北地區日光溫室秋冬季受弱光脅迫，對蔬菜光合、產量等產生影響，而弱光下補光措施對植物更加敏感，這與王雙喜等[34]的研究相符。品質指標中，生菜葉片對采收前補光處理時間C這一因素表現出極顯著差異，其優水平為采收前補光48 h，即C3。說明采收前補光這一措施對生菜品質的影響更大，這與BIAN等[27]的研究一致，并且間作比A和營養液濃度分階段管理模式B這兩因素皆為生菜生長和品質的顯著因素，且優水平均為A2和B2。因此，本研究的優化組合為A2B2C3。

5 結論

(2)春秋兩季分別開展正交試驗，通過將結果轉換為綜合評價分數，從而建立基于多指標正交試驗的綜合評價模型，并確定了試驗最優方案為A2B2C3因素水平組合，即生菜與櫻桃蘿卜間作比為2，前期供應0.5倍標準濃度營養液、中期供應標準濃度營養液、后期供應0.5倍標準濃度營養液，采收前連續補光48 h，此組合處理下的栽培管理模式效果顯著。