植物工廠條件下不同營養液配方對韭菜生長的影響

李政璞 佟靜 王素娜 季延海 王麗萍 梁浩 武占會

摘要：為篩選出韭菜生產最優營養液配方，在人工光型植物工廠設施條件下，采用水培系統進行水培試驗。3種營養液配方分別是國家蔬菜技術研究中心營養液EC2.0（G2.0）、日本大冢商業配方營養液EC2.0（R2.0）、日本大冢商業配方營養液EC2.2（R2.2）。在相對環境一致的條件下，韭菜G2.0處理的株高比R2.0處理和R2.2處理顯著提高34.1%和22.7%;全株干質量以G2.0處理表現最優，分別比R2.0處理和R2.2處理增加76.6%和33.8%;全株鮮質量以G2.0處理表現最優，分別比R2.0處理和R2.2處理增加62.4%和34.4%。G2.0處理的韭菜可溶性糖含量、可溶性酸含量、維生素C含量和根系活力均維持在一個較高的水平。以上結果綜合表明，國家蔬菜技術研究中心研發的營養液EC2.0（G2.0）最佳，具有較好的應用價值，結果可為提高韭菜種植水平和發展農業現代化提供理論基礎。

關鍵詞：植物工廠;營養液;水培;韭菜;生長指標;生理指標;相關性分析

中圖分類號： S633.304+.3 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）17-0153-04

韭菜（Allium tuberosum Rottl. ex Spr.）為百合科蔥屬（Allium tuberosum）多年生宿根植物，原產于我國，因其營養豐富以及特殊的藥用價值而被人們所喜愛，在我國北方被廣泛種植[1]。無土栽培有節水、節肥、高產、優質等特點，是我國韭菜生產發展的方向之一[2]。目前，韭菜栽培相關研究主要集中于營養液栽培技術[3]、韭菜地栽病蟲害的發生和防治對策[4]以及韭菜品種篩選等方面。傳統的土壤栽培韭蛆危害會采用農藥灌根的方法進行防治，造成韭菜農藥殘留嚴重超標，使得中毒事件頻頻發生[5]。韭菜營養液水培技術很好地解決了生產過程中韭蛆的危害，大大減少了農藥的使用量，并且在該條件下生長的韭菜具有生長速度快、產量高、凈菜率高等優點[6]。但是，目前對于水培韭菜營養液管理及營養液濃度的相關研究較少。因此加強對水培韭菜產業化的建設，是新時代社會發展的必然趨勢，且對該領域的未來發展大有裨益[7]。

植物工廠可為植物生長提供最有利的外部環境，使用人工光照明，可以在層架上實現多層立體化無土栽培的種植方式，在這種環境條件下生長的蔬菜生育期短、空間利用率高[8]，可以有效提高生產效率，實現標準化生產[9]，生產出真正集安全、優質、營養為一體的高品質蔬菜[10]。在人們生活質量提高和對健康食品不懈追求的大環境下，植物工廠蔬菜消費市場巨大[11]、經濟價值可觀、前景廣闊[12]。

因此，研究韭菜生產專用的營養液配方，提高韭菜的品質和產量具有重要的意義[13]。為此，本研究在植物工廠環境下開展韭菜生產最優營養液配方篩選試驗，以期提高水培韭菜的產量和品質。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年3—6月在北京市農林科學院蔬菜研究中心（116°29′E、39°94′N）人工光型植物工廠水培系統中進行。以寬韭791為試材，催芽后于2019年3月12日播種，3月26日假定植到300孔穴盤中，4月10日定植到6孔格盤中，開始進行試驗處理。

試驗設3個處理，供試3種營養液配方分別是國家蔬菜工程技術研究中心研發的營養液EC 2.0（G2.0）、日本大冢商業配方營養液EC 2.0（R2.0）、日本大冢商業配方營養液EC 2.2（R2.2）。每個處理重復3次，每個處理60株韭菜幼苗，于2019年6月13日進行各項指標測定，計算3個重復的平均值。

試驗期間環境條件為光照度 160 μmol/（m2·s），光—暗周期12 h—12 h，溫度18～22 ℃，相對濕度50%～70%，CO2濃度（1 500±30） μmol/mol，試驗期間每周測定1次營養液的EC值和pH值，并進行調整，采用85%磷酸調節營養液pH值（6.2±0.2），每10 d更換1次營養液，營養液均采用去離子水配制。

1.2 測定指標

1.2.1 生長指標測定 生長指標包括韭菜植株的株高、假莖粗、根長、葉長、葉寬。采用電子天平測定單株鮮質量，再在105 ℃下殺青15 min，75 ℃下烘干至恒質量后，測定干質量，測定時對幼苗隨機取樣，每個處理3次重復，每個重復測定5次。

1.2.2 生理指標測定 采用乙醇浸提比色法測定葉片光合色素含量;根系活力測定采用2，3，5-三苯基氯化四氮唑法（TTC）法[14]。

1.2.3 品質指標測定 采用2，6-二氯酚靛酚比色法測定維生素C含量;采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量;采用考馬斯亮藍比色法測定可溶性蛋白含量[15];用酚酞作指示劑，用中和法進行滴定測酸;采用紫外分光光度法依照中華人民共和國農業行業標準NY/T 1279—2007《蔬菜、水果中硝酸鹽的測定 紫外分光光度法》測定硝酸鹽含量。

1.3 數據處理

數據采用Excel 2010軟件進行處理和作圖，采用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析，Duncan's新復極差法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同營養液配方對植物工廠水培韭菜生長指標的影響

如表1所示，韭菜植株的株高、假莖粗、葉片長、葉片寬和根長均以G2.0處理最大，其次為R2.2處理。G2.0處理株高分別比R2.0處理、R2.2處理增加34.1%、22.7%，假莖粗分別增加18.2%、7.5%，葉片長分別增加29.9%、43.8%，葉片寬分別增加50.5%、43.8%，根長分別增加28.8%、18.8%。

2.2 不同營養液配方對植物工廠水培韭菜生物量的影響

從表2可知，各處理地上部、根、全株的干鮮質量差異顯著，其中以G2.0處理最高，全株干質量分別比R2.0、R2.2處理提高76.6%、33.8%，鮮質量分別比R2.0、R2.2處理提高62.4%、34.4%。

2.3 不同營養液配方對植物工廠水培韭菜生理指標的影響

根系作為作物吸收養分的直接部位，其生理活性大小以及生長狀況對植株的生長發育具有影響。由表3可知，G2.0處理的韭菜植株根系活力最大，分別比R2.0處理和R2.2處理增加15.9%和3.7%，R2.0處理和R2.2處理之間無顯著差異。各處理間葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量差異不顯著，但均以G2.0處理最高，表現為G2.0處理>R2.2處理>R2.0處理。G2.0處理的葉綠素a、葉綠素b含量最高，顯著高于其他2處理，其中葉綠素a含量分別比R2.0處理和R2.2處理提高75.6%和84.6%，R2.0處理和R2.2處理間差異不顯著。但是，G2.0處理葉綠素a/b值最低。經相關性分析結果（表4）表明，葉綠素總含量與葉綠素a含量和葉綠素b含量之間呈極顯著正相關關系，相關系數分別為0.988和0.978。

2.4 不同營養液配方對植物工廠水培韭菜品質的影響

韭菜可溶性糖含量以G2.0處理最高，達13.47%，分別比R2.0處理和R2.2處理增加38%和28%。可溶性酸含量以G2.0處理最高，R2.0 處理和R2.2處理次之，R2.0處理和R2.2處理之間無顯著差異。G2.0處理的維生素C含量最高，為80.08 mg/kg，比R2.0處理增加43.8%，比R2.2處理增加36.6%（表5）。可溶性蛋白含量以R2.2處理最高，比R2.0處理提高5.2%，比G2.0處理提高10.4%。硝酸鹽含量以R2.2處理最高，分別比R2.0處理和G2.0處理高出24.5%和52.5%。

2.5 植物工廠水培韭菜各指標之間相關性分析

由表4可見，植物工廠水培韭菜可溶性蛋白含量與可溶性糖含量、可溶性酸含量、維生素C含量之間呈正相關關系，相關系數分別為0.878、0.760、0.690。G2.0處理葉綠素含量最高，且葉綠素總含量與植株干質量、可溶性糖含量、抗壞血酸含量之間具有一定相關性，與試驗結果一致。硝酸鹽含量與各指標間呈負相關。

3 結論與討論

在水培蔬菜時，選取最優營養液配方對植物的生長更為有利[16]。本試驗對比了自主研發營養液配方（G2.0）和商業韭菜常用營養液配方（R2.0和R2.2）對植物工廠水培韭菜生長的影響。研究發現，韭菜單株干鮮質量、株高、假莖粗、葉片長、葉片寬及根長均表現為G2.0處理高于其他2個處理。但可溶性蛋白含量及硝酸鹽含量則表現為R2.0處理和R2.2處理高于G2.0處理，除此之外，可溶性糖、可溶性酸、維生素C、葉綠素含量均為G2.0處理高于R2.0處理和R2.2處理，且差異顯著，可以說明G2.0處理的水培韭菜綜合營養品質最好。

對設施園藝作物而言，植物工廠的環境因子控制精度高，植物生長快，生長周期短，能確保植物苗生長的一致性。研究表明，以生產葉菜為例，人工光植物工廠的生產效能約為露地生產的40～108倍[17]。劉慶鑫等發現，植物工廠的環境條件可以促進作物干物質積累，顯著提高作物的產量和品質[18]。分析原因可能是與傳統農業生產方式相比，植物工廠生產不受自然環境影響，可確保植物生長環境最佳，并可通過科學配水施肥，實現作物均衡生產，促成植物快速生長。

從生理指標來看，光合作用為植物提供了物質及能量來源，是植物正常生長及高產的基礎，而葉綠素含量常被用來衡量植株葉片的光能吸收能力[19]。李燦等研究指出，光合作用與葉綠素之間有直接的關系[20]，葉綠素參與光合作用中光能的吸收、傳遞和轉化，進而產生更多的干物質[21]，從而提高韭菜的品質[22]，這與任鳳玲等研究結果[23]一致。鮮質量是衡量植物組織水分的一個常用指標，含水量的多少在一定程度上可以反映植物的生長狀況[24]。

從生理品質方面分析，地上部及根系生長狀況直接影響了韭菜對水分及營養物質的吸收，進而影響韭菜的品質。本研究表明，R2.0處理和R2.2處理地上部生長勢及根系活力均比G2.0處理弱，分析原因可能是葉綠素含量隨著植株生長量的迅速增加產生了生物稀釋作用[25]，進而影響地上部各器官（葉片、假莖粗等）的生長勢，也可能是由于G2.0處理的葉綠素a/b值最小，抗逆性最佳，不可避免地增加了植株的生物量和產量。別之龍等研究指出，人體從蔬菜中攝取的硝酸鹽含量約占攝入總亞硝酸含量的81.2%，過量的硝酸鹽在人體中可以被還原成亞硝酸鹽，危害人類健康[26]。本研究結果表明，R2.2處理硝酸鹽含量最高，R2.0處理次之，G2.0處理最低。

綜上所述，不同營養液配方對韭菜的生長、營養指標及產量具有不同影響，其中，G2.0處理在3個處理中表現出較好的培育優勢，結果可為水培韭菜的工廠化生產模式及高效高產提供參考。

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