不同營養(yǎng)液濃度和噴霧頻率對霧培香菜生長的影響

尹佳莉，杜紅斌，王淑婷，邵國莉，李文新，劉 航

（塔里木大學園藝與林學學院，新疆維吾爾自治區(qū) 阿拉爾 843300）

氣霧栽培又叫霧培，是將植物所需營養(yǎng)物質(zhì)以霧化的形式直接施用在植物根系上[1]。該方式的原理為利用霧化設備處理水分、養(yǎng)分和肥料等物質(zhì)，將植物根系完全暴露在封閉且避光的環(huán)境中，通過自動控制系統(tǒng)定時定量的為根系提供養(yǎng)分，使其得到充足的營養(yǎng)物質(zhì)完成自由生長，同時霧化設備通過分解空氣中的氧氣來解決傳統(tǒng)水培時的氧肥供應矛盾[2-4]。利用霧培技術能夠為作物生長提供最佳條件，使作物實現(xiàn)綠色、高產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)，是推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設的主要途徑之一[5-7]。本試驗研究了3 種營養(yǎng)液濃度和噴霧頻率影響下的香菜植株生長發(fā)育情況，初步探索了有利于香菜植株生長的營養(yǎng)液濃度和噴霧頻率，為霧培香菜的營養(yǎng)液供給提供了一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗環(huán)境概況

本試驗于2021 年9 月23 日育苗，10 月13 日定植，至11月17日結束，在塔里木大學園藝試驗站連棟溫室進行。試驗期間，溫室內(nèi)溫度為16℃～30℃，濕度為40%～50%。光照來源于日光照射，每日光照時間為9 h左右。

1.2 試驗設備

本試驗采用梯形式霧培栽培床設備，由營養(yǎng)液桶、恒壓穩(wěn)壓泵、過濾器、供液管路、回流管路、霧化噴頭、時間繼電器等組成，可自動控制營養(yǎng)液供給。香菜植株定植在霧培定植版上，種植密度為22 cm×10 cm，試驗設計安排表見表1。

表1 試驗設計安排表Tab.1 The test design schedule

1.3 試驗設計

試驗采用“山東大葉”香菜品種作為試驗材料，在2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm 的正方體海綿塊的正中間進行刀刻劃處理，形成一條可以播種的裂縫，種子經(jīng)過消毒催芽后播入其間，處于既保濕又透氣的海綿環(huán)境中，再把海綿塊放置在盤中進行水培，每3 d 澆水一次，保證海綿塊濕潤，等待80%植株露出第1 片真葉后進行定植。試驗設置3 個濃度梯度，分別為：C1:25%～50%；C2：50%～75%；C3：75%～100%；3 個噴霧間隔：F1：40 s/3 min（日間），20 s/3 min（夜間）；F2：40 s/5 min（日間），20 s/5 min（夜間）；F3：白天40 s/7 min（日間），20 s/7 min（夜間），共設9個處理。營養(yǎng)液配方見表2。

表2 營養(yǎng)液生產(chǎn)配方Tab.2 The production formula of nutrient solution

按照上述配方配制理論EC 值為1.7 ms/cm，上述配方的氮源按照銨氮與硝氮2∶8比配。

1.4 數(shù)據(jù)測定與分析

香菜定植后前7 d 噴水，進行緩苗，緩苗7 d 后按照試驗設計進行營養(yǎng)液噴霧，噴霧7 d后開始測定株高、莖粗、根長、葉片數(shù)等生長指標，噴霧第28 d 進行采收并測定其產(chǎn)量和硝態(tài)氮含量、維生素C 含量和根系活力等生理指標，硝態(tài)氮含量采用比色法進行測定[8]，維生素C 含量采用2，6-二氯靛酚滴定法進行測定，根系活力采用TTC法[9]進行測定。

本試驗數(shù)據(jù)使用Excel2019 處理數(shù)據(jù)和繪制表格與圖形，SPSS25.0軟件進行統(tǒng)計分析，Duncan 法多重比較，顯著水平P=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同處理下霧培香菜生長情況變化

對霧培香菜整個生長期株高生長情況進行分析可以得出，見圖1，在營養(yǎng)液濃度和噴霧頻率兩因素的影響下，霧培香菜在生長期的第7 d，C2F2處理下的株高最高，為74.47 mm，與C1F3、C3F1、C3F2、C3F3處理間無顯著差異。C2F3處理下的株高最矮，為46.86 mm，與C2F2處理有顯著性差異，與其他處理間差異不明顯；14 d時，C1F2處理下的香菜植株株高為95.94 mm，與C1F1、C2F1、C2F3處理間差異顯著，在7～14 d 中，C1F2處理生長量明顯高于其他處理，增長了41.1 mm，C2F1處理下的香菜植株在這7 d 中幾乎沒有增加，與C1F2、C1F3、C2F2、C3F2、C3F3處理差異顯著，在植株生長前期，較低的營養(yǎng)液濃度和適中的噴霧間歇頻率，有利于植株株高快速增長；在植株生長的第21 d，C2F2處理下的植株株高表現(xiàn)最佳，為115.92 mm，與C1F1 處理和C2F1處理間差異顯著，前期表現(xiàn)最佳的C1F2處理在14～21 d 中株高增長量較少，僅增加了2.81 mm，低濃度營養(yǎng)液在香菜植株生長的14～21 d已經(jīng)難以滿足植株的需求；植株生長的第28 d 時，各處理下的香菜植株株高生長量較21 d均無顯著增加，香菜植株株高進入生長末期，此時表現(xiàn)最佳的為C2F2處理，但與C3F2處理間無顯著差異。總體來看，C2F2處理下的香菜植株株高在9 個處理中表現(xiàn)最好，C2F1處理下的香菜植株株高在28 d 中增加量較少，表現(xiàn)最差，中濃度的營養(yǎng)液和過快的噴霧頻率反而對香菜植株株高的增長有抑制作用。

圖1 不同處理下株高變化Fig.1 The changes of plant height under different treatments

由圖2可以看出，霧培香菜植株生長的第7 d，C2F3處理的香菜植株莖粗最粗，為0.8 mm，與C1F3處理和C3F3處理沒有顯著差異，與其余處理間都存在顯著差異，其次為C1F3和C3F3處理，且兩處理之間無顯著差異，香菜植株莖粗最細的是C3F2處理，為0.44 mm，與C2F2處理無明顯差異，與其他各處理間都存在顯著差異。在霧培香菜植株生長的第14 d，C2F2處理下的香菜植株莖粗最粗，為1.07 mm，較第7 d 增加了0.53 mm，與C1F3處理和C2F3處理間無顯著差異，與其他處理間差異明顯，C1F2處理下的香菜植株在7～14 d 內(nèi)增加量也較大，共增加了0.28 mm，C3F2處理下的香菜植株莖粗表現(xiàn)最差，為0.47 mm，除C2F1處理外，與其他處理均存在顯著差異。在霧培香菜植株生長的第21～28 d，C3F2處理下的香菜植株莖粗增長量明顯高于其他處理，14 d 共增加了0.66 mm，C1F2處理下的香菜植株表現(xiàn)一直最佳，最終表現(xiàn)為C1F2＞C3F2＞C2F2＞C2F3＞C3F3＞C1F3＞C3F1＞C1F1＞C2F1。霧培香菜植株生長的0～14 d，C2F3處理和C2F2處理下的香菜植株較其他處理有一定的優(yōu)勢，在14 d后直至采收，C1F2處理下的香菜植株莖粗表現(xiàn)與其他處理有顯著差距，C2F1處理在香菜植株生長的整個階段均表現(xiàn)不佳。

圖2 培養(yǎng)基pH值對懸浮細胞生長及總黃酮合成的影響Fig.2 The effect of pH value of culture medium on growth of suspension cells and synthesis of total flavonoids

圖2 不同處理下下莖粗變化Fig.2 The changes of lower stem diameter under different treatments

根系良好的生長發(fā)育是保證蔬菜品質(zhì)的重要基礎，由圖3可以看出，霧培香菜植株生長的前7 d，C3F3處理下的香菜植株根長表現(xiàn)最好，為60.95 mm，與C1F1處理和C2F2處理外的其他處理均有顯著差距，其次是C1F1處理，為57.25 mm，C2F2處理下的香菜植株根長與C1F1處理下的香菜植株根長差距很小，僅差2.15 mm，C3F1處理下的香菜植株根長最短，為35.28 mm，與C1F1處理和C3F3處理之間存在顯著差異；在霧培香菜植株生長的14 d 時，C1F2處理下的香菜植株根長較7 d 增長了22.27 mm，表現(xiàn)最優(yōu)，C1F1、C1F2、C2F2、C3F3四個處理與其他五個處理間存在一定差異，C2F3處理表現(xiàn)最差，為41.56 mm，與C1F2、C2F2、C3F3處理間存在顯著差異；霧培香菜植株生長21 d時C1F2處理下的香菜植株根長為78.14 mm，與C2F1處理和C3F1處理間存在顯著差異，其次是C2F2處理，為70.25 mm，其余處理間均無顯著差異；在霧培香菜植株生長的第28 d，C2F2處理下的香菜植株根長表現(xiàn)最優(yōu)，為90.58 mm，較21 d 增長增長了20.33 mm，與其他處理間均存在顯著差異，C3F1處理表現(xiàn)最差，為50.28 mm，與C2F1處理間無差異。在霧培香菜植株整個生長期內(nèi)，C2F2處理下的香菜植株根長最長，C3F1處理表現(xiàn)最差，在整個生長期內(nèi)根長只增加了15.55 mm，過高濃度的營養(yǎng)液和較多的施用量明顯抑制了香菜植株根長的生長。

圖3 不同處理下根長變化Fig.3 The changes of root length under different treatments

由圖4 可以看出，霧培香菜植株生長前7 d，各處理下的葉片數(shù)均為2.4片左右，無差異；在14 d時，C2F2處理下的香菜植株葉片數(shù)最多，為3.35 片，與C1F1、C2F1和C3F1處理間存在顯著差異，其次為C3F2處理，為3.33 片，二者間無明顯差異，C2F1的葉片數(shù)最少，為3.1片。在霧培香菜植株生長的第21 d時，C2F2處理下的香菜葉片數(shù)最多，為4.63 片，與C3F2處理之間無差異，與C1F1、C2F1和C3F1處理間差異顯著。在霧培香菜植株生長的28 d，C3F2處理下的葉片數(shù)超過C2F2處理，表現(xiàn)最優(yōu)，葉片數(shù)為5.63 片，與C1F2處理和C2F2處理間無顯著差異，與其他處理間均存在顯著差異。

圖4 不同處理下葉片數(shù)變化Fig.4 The changes of leaf number under different treatments

2.2 不同處理下霧培香菜生長期生理特性變化

對香菜植株生長期葉片葉綠素的變化進行分析，在香菜植株生長的第7 d，C1F1、C1F3和C3F1三個處理下的香菜植株葉片葉綠素SPAD 值基本一樣，都為28 左右，三者間無差異，與C2F2處理和C3F2處理間存在顯著差異，其次為C1F2處理，葉綠素SPAD 值為24.75，C3F2處理表現(xiàn)最差，葉綠素SPAD 值為18.79，與C2F2處理和C2F3處理間無明顯差距，與其余處理間均存在顯著差異；14 d時，C1F3處理下的香菜植株葉片葉綠素SPAD 值最高，為31.88，與C1F2處理和C3F3處理間無差異，與C1F1、C2F1、C2F2、C3F1和C3F2處理間無顯著差異，與C2F3處理差異顯著，C3F2處理下的香菜植株葉片葉綠素SPAD 值較7 d有明顯的增加，增加了9.89，C2F3處理表現(xiàn)最差，葉綠素SPAD值為23.91；在香菜植株生長的第21 d，各處理下的香菜植株葉片葉綠素都沒有明顯增加，其中，C2F1處理和C3F2處理下香菜植株葉片葉綠素SPAD 值已經(jīng)開始降低；28 d 時，C1F1、C1F3、C2F3、C3F1、C3F3五 個 處 理 下 的 香 菜 植 株 葉 片 葉 綠 素SPAD 值還有一定增加，其余處理葉綠素SPAD 值已有明顯下降（圖5）最終C3F3處理下的香菜植株葉片葉綠素SPAD 值最高，為35.98，與C1F1、C2F1和C3F1處理間無差異，與C1F2處理和C2F2處理間無明顯差異。綜上所述，高濃度營養(yǎng)液以及低間歇頻率更有利于香菜葉片葉綠素的形成與積累。

圖5 不同處理下葉綠素SPAD值變化Fig.5 The changes of chlorophyll SPAD value under different treatments

由表3 可以看出，C2F2處理對香菜生長過程中硝態(tài)氮的含量增加影響效果最顯著，與C1F3、C2F3、C3F1、C3F2處理之間無明顯差異，與C1F1、C1F2、C2F1、C3F3處理間的差異較為顯著，四種處理對硝態(tài)氮的積累無顯著影響，C3F3處理硝態(tài)氮的含量為1.893 mg/g，比C2F2處理高2.67 倍；各處理對香菜維生素C 含量的影響存在顯著差異，C2F2處理可提高香菜維生素的含量，最大值達0.275 mg/g，其次是C3F2處理，二者之間無明顯差異，與其他處理間有明顯差異，維生素含量由高到低分別 為C2F2＞C3F2＞C1F2＞C3F3＞C1F1＞C2F3＞C1F3＞C2F1。在根系活力方面，C2F3處理的根系活力最強，與其他處理之間存在顯著性差異，C3F3處理的香菜根系活力最差，與C1F1、C1F2、C3F2處理之間無明顯差異，香菜根系活力比T6 處理的低3.96倍，根系活力強度從大到小排名為C2F3＞C2F2＞C1F3＞C3F1＞C2F1＞C1F1＞C1F2＞C3F2。

表3 不同處理下香菜生理特性Tab.3 The physiological characteristics of coriander under different treatments

2.3 不同處理下霧培香菜的產(chǎn)量比較

在霧培香菜植株生長的第28 d 對其進行采收，每個處理選擇30 株長勢大小均勻的香菜進行采收并測定其產(chǎn)量。通過計算得出，C2F2處理下的香菜產(chǎn)量最高，為2 660.13 kg/0.067 hm2，其次是C1F2處理，產(chǎn)量為2 055.56 kg/0.067 hm2，C3F2和C3F3處理下的香菜產(chǎn)量都在1 500 kg/0.067 hm2左右，C2F3處理下的香菜產(chǎn)量最低，為540.94 kg/0.067 hm2（表4）。各處理下的香菜產(chǎn)量排序為：C2F2＞C1F2＞C3F3＞C3F2＞C2F1＞C3F1＞C1F3＞C1F1＞C2F3。

表4 霧培香菜產(chǎn)量比較Tab.4 The comparison of yield of coriander in fog culture

2.4 霧培香菜生長期的主成分分析

本試驗綜合考慮營養(yǎng)液濃度與噴霧頻率，每處理設置3個梯度，探明霧培香菜在每個處理下的生長狀況。將霧培香菜生長期第28 d 的8 項指標進行主成分分析，結果生成了3個特征值＞1 的主成分；貢獻率分別為56.07%、18.14%和14.07%，累積貢獻率可達88.28%（表5），3 個主成分累計貢獻率大于85%，可以作為綜合變量來分析霧培香菜的生長情況。株高、莖粗、根長、葉片數(shù)、維生素C和根系活力與第1主成分關系緊密。葉綠素在第2主成分上向量值為0.66。硝態(tài)氮與第3主成分緊密相關。

表5 香菜各指標的主成分分析Tab.5 The principal component analysis of each index of coriander

圖6 香菜各處理聚類分析Fig.6 The cluster analysis of coriander treatment

表6 香菜各指標的主成分得分及綜合比較Tab.6 The principal component scores and comprehensive comparison of various indexes of coriander

3 結語

本試驗研究發(fā)現(xiàn)50%～75%和75%～100%的營養(yǎng)液濃度以及5 min 和7 min 的噴霧間歇頻率處理下香菜的綜合指標表現(xiàn)較好，50%～75%濃度營養(yǎng)液和5 min 噴霧間歇頻率處理下香菜的產(chǎn)量最高。結合主成分分析結果進行綜合比較得出，50%～75%的營養(yǎng)液濃度以及5 min 噴霧間歇頻率在霧培香菜生長過程中表現(xiàn)最佳。