不同營養(yǎng)液電導(dǎo)率對黃瓜幼苗生長和礦質(zhì)元素含量的影響

丁小濤,何立中,金海軍,張紅梅,崔佳維,周 強(qiáng),余紀(jì)柱

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海都市綠色工程有限公司,上海 201403)

營養(yǎng)液的電導(dǎo)率(electrical conductivity,EC)常用于指示溫室植物生產(chǎn)中水培溶液的養(yǎng)分狀況,其與根區(qū)植物可利用的營養(yǎng)離子的組成有關(guān)[1]。 EC 過高會(huì)造成溫室番茄產(chǎn)量降低,果實(shí)體積減小,影響果實(shí)對水分的吸收;過低會(huì)造成養(yǎng)分虧缺,影響作物生長[2]。

黃瓜是我國重要的栽培蔬菜之一,目前,中國溫室黃瓜大多采用傳統(tǒng)的“肥大水勤”的營養(yǎng)液管理方式,不僅造成養(yǎng)分浪費(fèi),也污染環(huán)境[3]。 黃瓜大苗定植便于集中管理,可降低整個(gè)溫室能耗,還可有效提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[4]。 無土栽培黃瓜育苗時(shí)間長,科學(xué)按需施肥對提高溫室黃瓜生產(chǎn)效益,降低溫室運(yùn)營成本具有十分重要的意義。 本試驗(yàn)擬研究不同營養(yǎng)液EC 對黃瓜幼苗生長、光合和植株礦質(zhì)元素含量的影響,以期指導(dǎo)黃瓜苗期生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于上海市崇明區(qū)港沿鎮(zhèn)國家設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心崇明基地“Venlo”型現(xiàn)代溫室中進(jìn)行,所用黃瓜品種為‘戴多星’,由瑞克斯旺(中國)種子有限公司提供。 栽培基質(zhì)為巖棉塊(10 cm ×10 cm ×6.5 cm),由荷蘭grodan 公司提供。 使用便攜式電導(dǎo)率儀(DDB-303A,上海雷磁)和pH 測試儀(PHB-4,上海雷磁)測量營養(yǎng)液的EC 值和pH。 用去離子水和可溶性肥料(上海永通生態(tài)工程股份有限公司)配制不同EC 的營養(yǎng)液。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將巖棉塊在苗床上浸泡1 d,浸泡營養(yǎng)液EC 2.0 dS∕m、pH 5.5。 種子于室溫浸種4 h 后,放入培養(yǎng)箱25 ℃條件下催芽,待芽長至0.5 cm 時(shí),播種至巖棉塊,蓋上約2 cm 厚的蛭石,覆薄膜保濕。 出苗后揭開薄膜,溫室白天溫度25 ℃,晚上17 ℃。 至試驗(yàn)開始前,黃瓜幼苗生長期間保證正常營養(yǎng)液供給,灌溉營養(yǎng)液 EC 2.0 dS∕m、pH 5.5。

試驗(yàn)設(shè)置10 個(gè)處理:1)EC0.36; 2)EC0.72; 3)EC1.08; 4)EC1.45; 5)EC2.17; 6)EC2.9; 7)EC4.35;8)EC5.8;9)EC8.5;10)EC11.6,各處理對應(yīng)的 EC 值分別為 0.36 dS∕m、0.72 dS∕m、1.08 dS∕m、1.45 dS∕m、2.17 dS∕m、2.90 dS∕m、4.35 dS∕m、5.80 dS∕m、8.50 dS∕m、11.60 dS∕m。 使用相同量的 A 和 B母液(表1)進(jìn)行配制,使用鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)將營養(yǎng)液的pH 調(diào)節(jié)至5.5[5]。 待苗長至2 葉1心時(shí)進(jìn)行處理。 試驗(yàn)期間模擬潮汐灌溉,每周灌溉3—4 次,保持各處理EC 水平穩(wěn)定。 每個(gè)處理4 株黃瓜,重復(fù)3 次。 兩周后取樣,保存于-80 ℃冰箱備用。

表1 黃瓜營養(yǎng)液母液元素成分(A 罐、B 罐)Table 1 Elements component of the mother nutrient solution of cucumber in different tanks(A,B)

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 黃瓜生長量

用直尺測量黃瓜株高;選擇植株第2 節(jié)位置進(jìn)行莖粗和葉柄長的測量;測量第2—3 節(jié)長度,將其作為節(jié)間長度;每個(gè)處理隨機(jī)挑選5 株稱鮮重,之后將植株放入烘箱,105°C 下殺青2 h,80°C 烘3 d,稱植株干重。

1.3.2 氣體交換參數(shù)

利用PP-Systems 公司生產(chǎn)的CIRAS-3 型便攜式光合儀測量植株中部展開最大功能葉凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)。 光照強(qiáng)度設(shè)置為 1 000 μmol∕(m2·s),溫度、濕度、CO2濃度為溫室自然條件。 所有處理重復(fù)測定5 次,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3.3 葉綠素和類胡蘿卜素含量

取葉片組織0.1 g,用10 mL 95%的乙醇遮光下抽提至少3 d,不時(shí)晃動(dòng)至葉片全部變白,取上清液,并用紫外可見分光光度計(jì)在665 nm、649 nm 和470 nm 下測量吸光值,葉綠素a、b 和類胡蘿卜素的含量參考Jiang 等[6]的方法計(jì)算。

1.3.4 礦物質(zhì)元素含量

礦物質(zhì)元素含量委托歐陸分析技術(shù)服務(wù)(蘇州)有限公司進(jìn)行測定,植株總氮含量(N-total)采用近紅外分析法測定;鉬含量(Mo)通過電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定,磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、硫(S)、鐵(Fe)、錳(Mn)、硼(B)和銅(Cu)采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用SAS 9.3 軟件對各處理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,不同小寫字母表示在P＜0.05 水平上差異顯著。 使用Origin 7.5 軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同EC 處理對黃瓜生長參數(shù)的影響

從圖1可知,低EC 和高EC 處理的黃瓜幼苗相對矮小,低EC 處理植株葉色較淡,高EC 處理植株基質(zhì)底部根系很少。

圖1 不同EC 處理對黃瓜植株和根系生長的影響Fig.1 Effects of different EC treatments on the growth of cucumber seedlings and roots

由圖2 可知,EC1.08、EC1.45、EC2.17、EC2.9、EC4.35、EC8.5 處理黃瓜株高較大,處理間差異不顯著,EC0.36 處理株高最小;EC2.17、EC2.9、EC5.8 黃瓜莖粗較大,處理間差異不顯著,EC0.36 和EC11.6處理莖粗最小;EC0.72、EC1.08、EC1.45、EC2.17、EC2.9、EC4.35 處理黃瓜節(jié)間長度較大,處理間差異不顯著,EC0.36 處理節(jié)間長度最小;EC2.17、EC2.9 黃瓜葉柄長較大,處理間差異不顯著,EC0.72 和EC11.6 處理葉柄長較小;EC2.17、EC2.9、EC4.35 黃瓜植株鮮重較大,處理間差異不顯著,EC0.36 和EC11.6 處理植株鮮重較小;EC1.08、EC1.45、EC2.17、EC2.9 和 EC4.35 黃瓜植株干重較大,處理間差異不顯著,其他處理較低,其中EC0.36 和EC11.6 處理干重較小。

圖2 不同EC 處理對黃瓜株高、莖粗、節(jié)間長度、葉柄長、植株鮮重、植株干重的影響Fig.2 Effects of different EC treatments on plant height,stem diameter,internode length,petiole length,seedlings fresh weight and dry weight of cucumber

2.2 不同EC 處理對黃瓜葉片氣體交換參數(shù)的影響

從圖 3 可知,EC0.72、EC1.08、EC1.45、EC2.17、EC2.9、EC4.35 和 EC5.8 處理黃瓜的凈光合速率較大,處理間差異不顯著,EC11.6 處理的凈光合速率較小;EC1.08、EC1.45、EC2.17、EC2.9 處理黃瓜葉片氣孔導(dǎo)度較高,處理間差異不顯著,其他處理較低;EC0.72、EC1.08、EC1.45、EC2.17、EC2.9 和 EC4.35 處理葉片胞間二氧化碳濃度較大,處理間差異不顯著,其他處理較低;EC2.17 和EC2.9 葉片蒸騰速率較大。綜上,黃瓜葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率以EC11.6 處理最低,其次為EC8.5和EC0.36 處理。

圖3 不同EC 處理對黃瓜葉片氣體交換參數(shù)的影響Fig.3 Effects of different EC treatments on gas exchange parameters of cucumber leaves

2.3 不同EC 處理對黃瓜葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量的影響

不同EC 營養(yǎng)液處理后,黃瓜葉綠素a、b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素變化較為一致,均以EC0.36 處理最低,EC0.72 處理次之,其他處理間差異不顯著(圖4)。

圖4 不同EC 處理對黃瓜葉片葉綠素a、b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量的影響Fig.4 Effects of different EC treatments on chlorophyll a,b,total chlorophyll content and carotenoid content of cucumber leaves

2.4 不同EC 處理對黃瓜植株各元素含量的影響

從圖5 可知,黃瓜植株總N 含量隨著營養(yǎng)液EC 升高呈先升高后降低趨勢,EC2.9 處理達(dá)到最高;植株K 含量也隨著EC 升高而升高,當(dāng)EC 達(dá)2.9 dS∕m 時(shí),K 含量不再升高;隨EC 的升高,植株P(guān) 含量呈先降低后升高又降低趨勢;植株Ca 含量隨著EC 升高呈先升高而后略降低的趨勢,EC2.17 處理最大;植株Mg 含量隨著EC 增加而升高,EC2.9 處理最大,之后隨著EC 增加變化不大或略有降低;EC0.36 處理植株S 含量最低,EC11.6 處理最高。

圖5 不同EC 處理對黃瓜植株大量元素含量的影響Fig.5 Effects of different EC treatments on macroelements content of cucumber plants

從圖6 可知,隨著營養(yǎng)液EC 的升高,黃瓜植株Fe 含量出現(xiàn)先降低后升高的趨勢;植株Mn 含量在低、中EC 處理時(shí)含量較低,高EC 處理時(shí)含量相對較高;EC2.17 和EC4.35 處理植株Zn 含量最高,低EC 和高EC 處理較低;隨著營養(yǎng)液EC 的增加,植株B 含量逐漸增加;EC0.36 處理植株Cu 含量最高;EC1.45 處理植株Mo 含量最大。

圖6 不同EC 處理對黃瓜植株微量元素含量的影響Fig.6 Effects of different EC treatments on microelements content of cucumber plants

3 結(jié)論與討論

本研究中,EC0.36 和EC11.6 處理黃瓜株高、莖粗、節(jié)間長度、葉柄長、植株鮮重、植株干重最低,EC2.17 和EC2.9 處理植株鮮重、干重最大,說明營養(yǎng)液電導(dǎo)率過高或者過低會(huì)明顯抑制黃瓜植株生長和干物質(zhì)積累[5]。 Lam 等[7]研究發(fā)現(xiàn),中等 EC 處理(2.0 dS∕m 和 4.0 dS∕m)的植株生長參數(shù)最大。 李杰等[8]以不同EC 營養(yǎng)液處理蕹菜發(fā)現(xiàn),EC 為1.5 dS∕m 時(shí),蕹菜的株高、莖粗、葉長和葉寬最大。

過高或過低EC 處理的黃瓜植株凈光合速率較低,氣孔導(dǎo)度表現(xiàn)更為明顯,其原因可能是氣孔限制所致[9]。 倪紀(jì)恒等[3]研究表明,營養(yǎng)液EC 為2.5 dS∕m 和2.2 dS∕m 時(shí)黃瓜最大光合速率、光能初始利用率、電子傳遞速率和產(chǎn)量顯著大于營養(yǎng)液EC 為1.5 dS∕m 和0.036 dS∕m 時(shí),這也與本研究結(jié)果相似。 低EC處理顯著降低了葉片葉綠素a、b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素的含量,這可能是植株在低EC 條件下,營養(yǎng)液元素吸收較少,葉綠素和類胡蘿卜素的合成受到影響所致[7,10]。

植株礦質(zhì)元素含量的變化也是判斷營養(yǎng)液EC 適宜與否的重要依據(jù)[11]。 本試驗(yàn)中,黃瓜植株大量元素含量先是隨著EC 值的增大而增加,到一定程度后(2.17—5.8 dS∕m),就不再增加,或有所降低,其原因可能是高EC 導(dǎo)致鹽脅迫產(chǎn)生,而鹽脅迫又會(huì)影響礦質(zhì)元素的吸收所致[12-13]。 微量元素也有類似變化,但B 元素含量卻是隨著EC 處理的增大而不斷增加。 這與Ahmadi 等[14]對辣椒的研究結(jié)果相似,高EC 處理并不一定增加辣椒葉片中大量元素和微量營養(yǎng)素的含量。 說明黃瓜幼苗對礦質(zhì)元素尤其是大量元素的吸收有一定的飽和點(diǎn),當(dāng)EC 達(dá)到2.9 dS∕m 后,大多礦質(zhì)元素即不能被有效吸收,若繼續(xù)增加,會(huì)造成肥料浪費(fèi),甚至對植物造成鹽脅迫[15]。 礦質(zhì)元素是植物光合作用、細(xì)胞代謝過程所需各種酶的重要組成部分[16-17]。 Hauer-jákli 等[18]研究發(fā)現(xiàn),葉片中Mg 含量對植物生物量積累和光合作用至關(guān)重要,但不同植物的凈光合速率都有一個(gè)Mg 含量的飽和點(diǎn),適宜的Mg 含量可以有效提高植物葉片的凈光合速率。 Mn是細(xì)胞中重要的還原劑和許多關(guān)鍵酶的活化劑,也是葉綠素形成和維持葉綠素正常結(jié)構(gòu)所必須的元素,Mn 缺乏會(huì)影響植物光合產(chǎn)物的形成和干物質(zhì)的積累,并抑制植物地上和地下部生長,降低根冠比;Mn 過量可導(dǎo)致根尖分生組織受損,蛋白質(zhì)合成受阻,葉綠素a、b 的含量下降,光合速率降低[19]。 另外,植物礦質(zhì)元素過多會(huì)導(dǎo)致元素之間產(chǎn)生拮抗作用[20]。 所以,創(chuàng)造適宜的根系礦質(zhì)營養(yǎng)環(huán)境,提高植物的養(yǎng)分利用效率對植物生長尤其重要[21]。

綜上,EC2.17 和EC2.9 處理的黃瓜植株相對生長最好,光合作用較強(qiáng),同時(shí)礦質(zhì)元素吸收效率較高。EC0.36、EC0.72 處理植物光合作用較低,干物質(zhì)積累較少;EC8.5、EC11.6 處理礦質(zhì)元素吸收效率較低,且對植物根系產(chǎn)生鹽脅迫,導(dǎo)致植物光合作用較低,植物干物質(zhì)積累較少。