富氫水在蔬菜育苗中的應用技術研究

李嘉煒，陳 瀟，張 晶，司 雨，劉詩華，李湘妮，張白鴿*

（1.廣東農業科學院蔬菜研究所/ 廣東省蔬菜新技術研究重點實驗室，廣東 廣州 510640；2.佛山市農業科學研究所，廣東 佛山 528000）

近年來研究發現，氫氣是一種重要的內源性抗氧化物質，對生物有著不可忽視的生理學效應[1]。農業上，Z.DONG 等人研究發現，氫氣可以作為“氫肥”來減緩土壤中有機質的降解速度，提高根際二氧化碳的固定量；而在抗逆性研究中，大量試驗證明，氫氣可能與一氧化碳參與調節植物生長的信號系統有密切關系[2]，并且能通過提高抗氧化相關酶的活性、維持ROS 內穩態以及參與離子轉運的調控來提高植物抗逆性[3-4]，在鹽脅迫[5]、干旱脅迫[6]、滲透脅迫[7]、極端溫度脅迫[8]、重金屬離子脅迫[9]、強光脅迫[10]等多種脅迫上有明顯效果。科學家發現，適宜濃度的富氫水可以顯著改善植物生長發育和營養品質[11]、促進多種植物不定根的生長[12-13]、延長插花商品期[14]，同時在育苗和花卉栽培上也有著巨大的潛力[15-16]。經過大量試驗研究發現，適合濃度的氫水處理能顯著提高蔬菜種子的發芽率，促進蔬菜發芽后種苗子葉的生長，提升種苗的質量，增強種苗抗逆性，提高種苗的成活率[17]。將氫水應用到育苗上，能有效減少育苗過程中抗病蟲害藥劑的施用，提升效益。

1 富氫水的制備設備和方法

富氫水的制備是應用富氫水進行蔬菜育苗的第一步。實驗室中制氫水時一般先采用高純氫氣發生裝置制備99.99%（v/v）的高純氫氣，再將氫氣通入溶液中制成飽和氫水。這種方法制備氫水雖然準確有效，但因為產氫純度過高，且無法避免在通氣過程中氫氣與氧氣混合，存在很大的安全隱患。因此在實際生產中建議選擇其他更安全、更可靠的氫水制備方法。下面介紹幾種比較常見的氫水制備方法，見圖1。

圖1 4 種常用氫水制備技術

1.1 MgH2 制備法

MgH2是一種白色結晶的化學物，在干燥空氣中安全穩定，通常會通過慢慢吸收空氣中的水分而分解釋放出氫氣，其與水反應可生成H2和Mg（OH）2[18]，可實現鎂離子和氫氣共補。

取MgH2粉末0.05 g 定容到1 L，搖勻，待反應完全后，便形成了濃度為0.45 mM的氫水，在大規模生產上也可以通過在水肥一體化系統中加入MgH2以實現同時補氫補鎂的效果。

1.2 富氫水棒

可在水滲透性多孔陶瓷制盒中填充鎂顆粒和銀顆粒構成富氫水棒，利用金屬鎂和水反應產生氫來制備氫水。將富氫水棒置于500 mL 水容器中，并將容器注滿水密閉常溫保存，靜置24 h 后制得0.45 mM 氫水。使用富氫水棒需要保證容器密閉，容器內部空余空間盡可能少，以保證制氫效果。

1.3 電解式富氫水機

電解式富氫水機能對水進行直接電解，使水產生氫氣[19]。這類氫水機一般規格在1～2L，制備0.6 mM的氫水一般需要7 min，在小規模浸種時比較方便，但氫水機無法對純水進行電解，且電解模塊容易結垢，對水質有一定要求，需要定時用白醋清理。

1.4 SPE 電解融氫式氫水機

SPE 電解融氫式氫水機利用SPE（固體聚合物）電解水制氫技術[20]，通過電解純水產生高純氫氣后，采用物理融氫技術將氫氣融于水中形成飽和富氫水[21]。固體聚合物電解質膜是一種質子交換膜，在起到電極作用的同時，還起到隔膜的效果，能將氫氣和氧氣隔開[22]，同時該氫水機融氫時是在封閉環境中進行，制氫效率和安全性很高。一噸式的農用SPE 電解融氫式氫水機，氫水流量能達1 m3/h，氫水濃度0.45～0.5 mM，可用于大規模育苗上。

2 富氫水對不同蔬菜種子發芽和幼苗生長的影響

氫水在不同蔬菜品類中的應用效果有所差異。下面介紹幾種比較適合應用氫水的蔬菜類型及其合適的氫水濃度，以供參考。

2.1 菜心

菜心又名菜薹，十字花科蕓薹屬，生長周期短，苗期約15 d，從播種到商品期一般僅需25～30 d。菜心種子最適氫水濃度為0.2～0.3 mM，超過0.35 mM會抑制發芽。菜心苗期的最適氫水濃度同樣為0.2～0.3 mM。菜心應用氫水后，發芽率提高6.06%，幼苗生物量增大14.7%，抗干旱能力明顯提升，見圖2。

圖2 干旱處理下菜心幼苗的生長狀況

2.2 番茄

番茄，茄科番茄屬，冬季苗期70 d，春季苗期40～50 d，夏秋季苗期30 d。番茄種子最適氫水濃度為0.2～0.3 mM，超過0.4 mM開始抑制發芽。番茄苗期的最適氫水濃度為0.3～0.4 mM。番茄應用氫水澆灌后，發芽勢提高60%，幼苗生物量增大28.6%，葉生長促進效果明顯，葉鮮重提升50%，見圖3。

圖3 番茄幼苗的葉片生長狀況

2.3 黃瓜

黃瓜，葫蘆科黃瓜屬，苗期一般在30 d 左右，種子最適氫水濃度為0.2～0.3 mM，超過0.4 mM時對發芽的促進效果減弱。苗期最適氫水濃度為0.3～0.4 mM。黃瓜應用氫水后，發芽勢提高6.7%，幼苗生物量增大34.7%，幼苗根系生長促進明顯，根鮮重提升28.6%，見圖4。

圖4 黃瓜幼苗在發芽紙上的生長狀況

2.4 冬瓜

冬瓜，葫蘆科冬瓜屬，苗期一般在30 d 左右，是現代農產品加工的理想原料和調節市場均衡供應的重要蔬菜作物。冬瓜種子較大，浸種時間為6 h，種子發芽和幼苗生長的最適氫水濃度均為0.2～0.3 mM。冬瓜應用氫水灌溉后，發芽率和發芽勢分別提升了21.62%、18.75%，幼苗真葉SPAD 值提升23.3%，光合能力增強，根冠比提升30.4%，見圖5。

圖5 冬瓜幼苗的根系生長狀況

3 富氫水育苗操作步驟

一噸式農用SPE 電解融氫式氫水機（以下簡稱一噸式氫水機）較適合大規模農業生產，下面以該款氫水機為例介紹富氫水育苗的具體操作方法。

3.1 富氫水制備步驟

3.1.1 開機前準備

機器需放置在干燥通風且地面平穩的環境方便散熱。使用一噸式氫水機前，先根據說明書接好過濾器和水管，進水管連接生產用水源（如儲水罐或者貯水池），出水管連接按照需求（如需要育種時可接到育種槽，需要澆灌時可接到出水管道），確認無漏水現象后，接通電源線。

3.1.2 開機制氫

通過設備上端的純水水箱加水口注入純水，水位加到水箱2/3 處即可（約2.5 L）。提前從進水口注入一部分水以保證機器內水泵有水，確保進水管口有水源后，按下啟動按鈕，檢查泵水環節是否正常。大概30 s后，出水口的出水開始變乳白色，取該水樣會發現有很多微細氣泡。用制氫筆檢查氫水具體濃度，正常濃度為0.45～0.5 mM。

3.1.3 氫水稀釋

為達到適宜氫水濃度，即0.2～0.3 mM，需要對原氫水進行稀釋。經試驗得出，制備100 L 濃度為0.2～0.3 mM育苗用氫水，需原氫水35 L 及清水65 L 混合。對于番茄這種在苗期需要更高濃度氫水的蔬菜品種，制備100 L 濃度為0.3～0.4 mM育苗用氫水，需要50 L原氫水及50 L 清水混合。

3.2 富氫水浸種操作步驟

使用氫水前應先采用溫湯浸種，即先將種子放入55 ℃的熱水中，均勻攪拌8～10 min，然后撈出瀝干，再用事先制備好的適宜濃度的氫水進行浸種處理。不同蔬菜浸種時間有所差異，菜心只需浸種1 h，黃瓜、番茄需4 h，冬瓜需6 h。浸種后撈出種子，用清水將種子表面沖洗干凈（特別是黃瓜、冬瓜，需要將表面黏液沖洗干凈，以防催芽時滋生病菌），之后用紗布將種子包好。保持紗布濕潤（濕潤標準為紗布剛好不流水），并置于32 ℃黑暗環境中催芽。2～3 d 后有70%的種子露白出芽即可播種。黃瓜和冬瓜在催芽期間需要每天用清水沖洗種子1 次。

3.3 播種

育苗容器可選用50 孔的育苗穴盤，營養基質應符合《NY/T 2118—2012 蔬菜育苗基質》的規定，要求基質材料無污染、無病菌、無蟲害、無成活草籽、有機基質材料必須充分發酵腐熟。

播種前先將基質適當淋水濕潤，然后每穴壓出1 cm 播種穴（大約1 節手指頭的程度，可用專用壓穴工具進行壓穴）。每穴點播1 粒已發芽種子（黃瓜、冬瓜種子盡量平放以防子葉畸形）。然后覆蓋1 cm 左右的基質，用0.2～0.3 mM氫水淋足基質。早春播種時，宜用塑料薄膜覆蓋，保溫保濕；若是夏秋季播種，可改用遮陽網或稻草覆蓋，降溫保濕。

3.4 苗期管理

3.4.1 控溫控水

出苗前溫度控制在25～28 ℃，需要控制水分，維持育苗基質表面濕潤即可。出苗后揭開薄膜，溫度控制在20～25 ℃最佳。低溫時可用塑料大棚、小拱棚防寒保溫，同時注意棚室內的通風管理。子葉展開后，可適當淋濕質量分數0.3%左右的專用復合肥。1 周澆灌1次0.2～0.3 mM 氫水（番茄為0.3～0.4 mM 氫水），以澆透基質為標準，宜在晴天早上進行。注意陰雨天時要保持生長環境通風干爽。

3.4.2 移栽標準

不同品種可移栽標準有所不同。菜心有4～5 片真葉后即可移植。番茄在兩葉一心時需要分苗繼續培育，在長有7～9 片葉片且第一花蕾已現大蕾時可移植。黃瓜在兩葉一心時可移植。冬瓜在三葉一心時可移植。

3.5 壯苗出圃

除菜心外，番茄、黃瓜、冬瓜都需要提前進行煉苗。菜心起苗前先用水將苗床澆透，待水滲下后即可邊起苗邊定植。

番茄、黃瓜、冬瓜容易徒長，出圃5～7 d 可揭開棚膜進行煉苗，同時控制水分。出圃前1 d 可淋0.3%的復合肥作為送嫁肥。

番茄壯苗標準為：壯苗株高15～20 cm，下胚軸2～3 cm；莖粗一般在0.5～0.8 cm，節間短，呈紫綠色；葉片7～9 片，葉色深綠色帶紫，葉片肥厚；第一花穗已現大蕾；根系發達，吸收根多。

黃瓜壯苗標準為：種苗兩葉一心，葉色墨綠，節間短粗，根系很發達，苗體健壯，苗能夠順利從穴孔中拔出。

冬瓜壯苗標準為：種苗有三葉一心，葉片墨綠色、表面有一層白色保護膜，莖稈粗壯。可用手捏一下主莖莖基部與基質相接處，判斷是否空心，如空心還需控制水分進行煉苗，以免影響定植成活率[23]。