NFT條件下不同營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜生長和營養(yǎng)品質(zhì)的影響

崔佳維，余紀(jì)柱，張紅梅，丁小濤，卜立君，何立中，張樣平，金海軍

（1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施園藝研究所/上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，201403；2.上海孫橋溢佳農(nóng)業(yè)技術(shù)股份有限公司；3.上海綠立方農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司）

根區(qū)環(huán)境的pH值能直接或間接影響植物各階段的生長發(fā)育，過酸或過堿會(huì)引起根系蛋白質(zhì)變性和酶的鈍化[1，2]，根系顏色發(fā)褐[3]，導(dǎo)致根系吸收礦質(zhì)元素能力減弱[4]，葉片中葉綠素的合成受阻[5]，光合速率降低[6，7]，影響植物正常的生長發(fā)育。同時(shí)，過酸或過堿會(huì)影響某些礦質(zhì)元素的溶解性，導(dǎo)致根系可利用的礦質(zhì)元素濃度降低[8，9]。

營養(yǎng)液pH值的調(diào)控是水培管理中的關(guān)鍵技術(shù)之一，營養(yǎng)液pH值直接影響作物的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)。不同種類的植物對(duì)pH值的適應(yīng)性不同[7，10～12]，相同種類不同基因型的植物對(duì)pH值的適應(yīng)性也不盡相同[13]。研究表明，氨硝混合氮源處理中，隨著營養(yǎng)液pH值的升高，水培小白菜的產(chǎn)量，可溶性糖、硝酸鹽和可溶性蛋白含量均先升高后降低，分別于pH值為7、5、5和6時(shí)達(dá)到最大值，而游離氨基酸含量呈先降低后升高的趨勢，于pH值為5時(shí)值最小[14]；水培生菜產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)在營養(yǎng)液pH值為6的條件下均有較好的表現(xiàn)[15]。

營養(yǎng)液膜技術(shù)（Nutrient Film Technique，NFT）栽培設(shè)施有投資少、省水省肥和便于自動(dòng)化管理等優(yōu)點(diǎn)[16]，但液層淺，根際環(huán)境緩沖性較差[1]，因此營養(yǎng)液pH值管理尤為重要。多數(shù)葉菜在中性或弱酸性根區(qū)環(huán)境下生長良好，但在自動(dòng)化配套的專用滑軌式NFT栽培模式下，營養(yǎng)液pH值對(duì)葉菜的影響還未探究。本試驗(yàn)以水培蔬菜生產(chǎn)中常見的葉菜類型生菜、奶白菜、青菜和杭白菜為試材，通過添加磷酸設(shè)置3個(gè)中性或弱酸性營養(yǎng)液pH值梯度，以不調(diào)節(jié)pH值為對(duì)照，探究4種葉菜在不同營養(yǎng)液pH值條件下生長狀況和營養(yǎng)物質(zhì)含量，從而篩選出在特定NFT條件下生菜、奶白菜、青菜和杭白菜最適宜的營養(yǎng)液pH值，為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

生菜品種巴達(dá)維亞由北京鼎豐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供，奶白菜品種南湖161由廣東省良種引進(jìn)服務(wù)公司提供，青菜品種夏王由上海惠和種業(yè)有限公司提供，杭白菜品種京研4號(hào)由京研益農(nóng)（北京）種業(yè)科技有限公司提供。營養(yǎng)液配方為硝酸銨鈣1188.8 mg/L，硝酸鉀369.0 mg/L，磷酸二氫銨132.3 mg/L，七水硫酸鎂246.5 mg/L，硫酸鉀122.0 mg/L，乙二胺四乙酸鐵鈉40 mg/L，硼酸鈉4.41 mg/L，四水硫酸錳2.13 mg/L，七水硫酸鋅0.22 mg/L，五水硫酸銅0.08 mg/L，四水合鉬酸銨0.02 mg/L[17]。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在上海綠立方農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司孫橋基地進(jìn)行，于人工氣候室內(nèi)采用人工光育苗，于玻璃溫室內(nèi)采用綠立方專用滑軌式NFT水培模式栽培。

于2019年5月15日將4種葉菜種子播種到288孔穴盤中，放置在人工氣候室內(nèi)。光源為深圳市佳訊光電子有限公司生產(chǎn)的LED燈，光照強(qiáng)度約為100μmol·m-2·s-1，光譜為紅∶藍(lán)=2∶1，光照周期為16 h光期、8 h暗期，光期溫度23℃，暗期溫度15℃。育苗基質(zhì)為泥炭∶珍珠巖=10∶1，采用潮汐式灌溉方式，保持基質(zhì)濕潤，苗期營養(yǎng)液EC值為1.5 mS/cm，pH值為5.5。

于2019年6月4日，幼苗生長到2葉1心時(shí)選取長勢均勻的幼苗定植于栽培床上。NFT軌道式栽培床長490 cm，寬155 cm，營養(yǎng)液置于長×寬=70 cm×43 cm的營養(yǎng)液池中，營養(yǎng)液在栽培床與營養(yǎng)液池中循環(huán)流動(dòng)，白天（6：00～18：00）間歇20 min、循環(huán)10 min，夜間（18：00至次日6：00）間歇2h、循環(huán)10 min。每天用便攜式EC計(jì)和pH計(jì)測定營養(yǎng)液池內(nèi)EC值和pH值的變化，并用營養(yǎng)液母液調(diào)節(jié)各處理的EC值，保持幼苗期（前10 d）EC值為1.5～1.7 mS/cm，后期（后10 d）EC值為1.8～2.0 mS/cm。每種葉菜設(shè)4個(gè)pH值處理，以不調(diào)節(jié)pH值的栽培床為對(duì)照（CK），測得CK的營養(yǎng)液呈弱堿性，平均pH值為7.5；其余3個(gè)栽培床每天用H3PO3調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH值，保持營養(yǎng)液pH值分別為7.0±0.2、6.0±0.2、5.0±0.2，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)48株。文中以CK、pH7、pH6、pH5的編號(hào)代表各處理。

1.3 指標(biāo)測定

定植20 d后，各處理選取6株長勢一致的植株，測定株高（根頸部到最高點(diǎn)的垂直距離）、最大葉片葉長和葉寬（奶白菜和青菜不包含葉柄長度）、地上部和根部的鮮質(zhì)量（0.01精度的天平稱量）、地上部和根部的干質(zhì)量（105℃殺青15 min，75℃烘干至恒重，0.0001精度的天平稱量）、葉片數(shù)，計(jì)算得出最大葉面積、根冠比（根部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）、地上部干物率（%）=（地上部干質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量）×100。

選取各處理長勢一致植株的最大葉片，去除葉脈，剪碎混勻。葉綠素總量測定采用Porra等[18]的丙酮萃取法；可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸含量測定分別采用李合生[19]的考馬斯亮藍(lán)G-250染色法、蒽酮比色法和茚三酮溶液顯色法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理與顯著性分析采用SPSS 18.0軟件；柱狀圖采用Origin 8.6軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜地上部形態(tài)、葉色和葉綠素含量的影響

由圖1可以看出，不調(diào)控營養(yǎng)液pH值（CK），4種葉菜的株型較散，生菜、青菜和杭白菜的植株易倒，葉片癱軟，直立性較差；4種葉菜的葉色均偏黃，奶白菜和杭白菜甚至出現(xiàn)花葉現(xiàn)象。隨著營養(yǎng)液pH值的降低，4種葉菜的直立性增強(qiáng)，葉色加深：當(dāng)pH值降低為5時(shí)，生菜的傾倒現(xiàn)象才消失，pH值降低到7時(shí)，青菜和杭白菜傾倒現(xiàn)象明顯改善；葉色方面，生菜、青菜受營養(yǎng)液pH值的影響較小，而pH值降低到6時(shí)杭白菜葉色才恢復(fù)正常水平，pH值降低到5時(shí)奶白菜花葉現(xiàn)象才完全消失。

圖1 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜地上部形態(tài)及葉色的影響

由表1可以看出，營養(yǎng)液微堿性條件（CK）下，4種葉菜的葉綠素總量最低，隨著營養(yǎng)液pH值的降低，葉綠素總量呈上升趨勢。在pH值5～7的條件下，生菜葉綠素總量無顯著變化；奶白菜和青菜葉綠素總量隨pH值的降低而上升；杭白菜的葉綠素總量隨pH值的降低先上升后下降，于pH值6時(shí)值最大。

表1 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜葉綠素總量的影響

2.2 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜株高和最大葉面積的影響

由表2、3可以看出，除生菜外，pH值為6和5條件下，葉菜的株高較低；隨著營養(yǎng)液pH值的降低，生菜的最大葉面積增大，青菜和杭白菜的最大葉面積減小，奶白菜的最大葉面積不受影響。

表2 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜株高的影響

2.3 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜地上部鮮質(zhì)量、地上部干物率和根冠比的影響

產(chǎn)量方面，與CK相比，調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH值有利于提高生菜的產(chǎn)量，pH7、pH6和pH5這3個(gè)處理的生菜地上部鮮質(zhì)量分別比CK提高22.2%、24.7%和37.2%；降低營養(yǎng)液pH值，使得青菜和杭白菜的產(chǎn)量有所下降，尤其當(dāng)pH值降低到6及以下時(shí)，減產(chǎn)達(dá)到顯著水平；營養(yǎng)液pH值的變化對(duì)奶白菜的產(chǎn)量無顯著影響（表4）。除生菜外，葉菜的地上部干物率隨pH值的降低有升高趨勢（表5），根冠比于pH值6、pH值5時(shí)較高（表6）。

表4 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜地上部鮮質(zhì)量的影響

表5 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜地上部干物率的影響

表6 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜根冠比的影響

2.4 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜葉片營養(yǎng)品質(zhì)的影響

①可溶性糖含量 降低營養(yǎng)液pH值有利于提高生菜和青菜的可溶性糖含量，而奶白菜和杭白菜的可溶性糖含量隨pH值的降低呈先降低后升高的趨勢，分別于pH值為5和CK時(shí)達(dá)到最大值（表7）。

表7 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜可溶性糖含量的影響

②可溶性蛋白含量 降低營養(yǎng)液pH值不利于生菜可溶性蛋白的積累，pH值為7、6和5條件下分別比CK降低10.8%、34.0%和24.9%。奶白菜和青菜可溶性蛋白含量在各處理間無顯著差異。杭白菜的可溶性蛋白含量不存在規(guī)律性，于pH值為6時(shí)達(dá)到最大（表8）。

表3 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜最大葉面積的影響

表8 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜可溶性蛋白含量的影響

③游離氨基酸含量 隨著營養(yǎng)液pH值的降低，生菜和奶白菜的游離氨基酸含量呈下降趨勢，營養(yǎng)液pH值為5時(shí)，生菜和奶白菜的游離氨基酸含量分別比CK下降了35.0%和32.9%。青菜的游離氨基酸含量隨pH值的降低呈先降低后升高的趨勢，但4個(gè)處理間無顯著差異。營養(yǎng)液pH值為7和6時(shí)，杭白菜的游離氨基酸含量較高（表9）。

表9 營養(yǎng)液pH值對(duì)4種葉菜游離氨基酸含量的影響

3 討論

株型散、直立性差的葉菜，商品性差，并且不利于機(jī)械化自動(dòng)化采收[20]。從形態(tài)看，4種葉菜在微堿性（CK）條件下株型散，易傾倒，商品性較差。隨著營養(yǎng)液pH值的下降，植株的株高降低，重心下降；根冠比升高，穩(wěn)定性增強(qiáng)；干物率上升，葉柄強(qiáng)度增強(qiáng)，從而使得植株的直立性明顯改善，商品性提高。隨著營養(yǎng)液pH值從7.5（CK）降低到5（pH5），4種葉菜的葉綠素總量顯著上升，葉色逐漸加深，說明根區(qū)環(huán)境偏堿不利于葉綠素的合成，導(dǎo)致葉片失綠[5，21]，原因可能是偏堿性環(huán)境影響了根系對(duì)合成葉綠素相關(guān)的礦質(zhì)元素Fe、Mn、Zn的吸收[11，13]。因此，適當(dāng)降低營養(yǎng)液pH值有利于提高葉菜的直立性，改善其形態(tài)和葉色。

營養(yǎng)液pH值對(duì)不同葉菜的地上部產(chǎn)量影響不同。王平魁[15]研究發(fā)現(xiàn)，隨著NFT系統(tǒng)中營養(yǎng)液pH值從9降低到4，生菜的產(chǎn)量呈先上升后降低的趨勢，于pH值為6時(shí)達(dá)到最大值。馬慶旭[14]和賈邱瑩等[22]研究表明，小白菜產(chǎn)量于pH值6.5左右時(shí)最大。本試驗(yàn)中，隨著營養(yǎng)液pH值從7.5（CK）降低到5（pH5），生菜的地上部鮮質(zhì)量逐漸升高，青菜和杭白菜的地上部鮮質(zhì)量逐漸降低，奶白菜的地上部鮮質(zhì)量不受影響。

前人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)營養(yǎng)液pH值為6左右時(shí)，生菜的可溶性糖含量和維生素C含量較高，硝酸鹽和亞硝酸鹽含量較低，超出適宜范圍，生菜的品質(zhì)顯著降低[15，23]。馬慶旭等[14]和馬成倉等[24]同樣發(fā)現(xiàn)，小白菜和油菜的營養(yǎng)品質(zhì)于弱酸性營養(yǎng)液條件下較優(yōu)。本研究發(fā)現(xiàn)，不同種類的葉菜品質(zhì)對(duì)營養(yǎng)液pH值的響應(yīng)存在差異：弱酸性營養(yǎng)液促進(jìn)生菜和奶白菜可溶性糖的積累，但抑制可溶性蛋白和游離氨基酸的積累；青菜的可溶性糖和可溶性蛋白含量于中性及弱酸性條件下較高；杭白菜的可溶性糖、可溶性蛋白和游離氨基酸含量于pH值為6時(shí)均有較高的水平。

綜合考慮形態(tài)、產(chǎn)量和品質(zhì)，生菜和奶白菜在營養(yǎng)液pH值為5的條件下產(chǎn)量最高，葉色較深，直立性佳，且具有較高的可溶性糖含量，因此生菜和奶白菜的最適營養(yǎng)液pH值為5；青菜在中性及微酸性條件下形態(tài)和品質(zhì)較好，但微酸性條件下青菜的產(chǎn)量顯著降低，故而青菜的營養(yǎng)液應(yīng)設(shè)定為中性（pH7）；杭白菜的產(chǎn)量于CK及pH值為7時(shí)較高，但直立性差，缺素癥狀嚴(yán)重，而于pH值為6條件下葉綠素含量高，營養(yǎng)品質(zhì)好，故而折衷選擇6.5作為杭白菜較適宜的營養(yǎng)液pH值。

綜上所述，NFT條件下，生菜、奶白菜、青菜和杭白菜最適的營養(yǎng)液pH值分別為5、5、7和6.5左右。營養(yǎng)液pH值影響葉菜生長及營養(yǎng)品質(zhì)的內(nèi)在成因尚不明確，有待進(jìn)一步探討。