張 蕾 李發(fā)秦尉 姚利軍 肖 飛 于海業(yè)

(1.吉林大學生物與農(nóng)業(yè)工程學院， 長春 130022； 2.吉林大學工程仿生教育部重點實驗室， 長春 130022)

0 引言

營養(yǎng)液是氣霧培中植物賴以生存的關(guān)鍵[12]。在氣霧培研究中，營養(yǎng)液一直是研究的重要內(nèi)容之一。目前相關(guān)研究主要針對營養(yǎng)液配方的改良，對于營養(yǎng)液管理方式的研究并不多見[13]，文獻[14-15]研究表明，營養(yǎng)液濃度直接影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)，且蔬菜在不同生長時期對養(yǎng)分的需求也不同?？梢?，不同濃度營養(yǎng)液分階段供應的管理模式十分必要。

近幾年，針對降低蔬菜硝酸鹽含量的問題，多數(shù)研究對蔬菜采收前進行短期處理，采收前的短期調(diào)控具有時間短、成本低、效果好等優(yōu)點，而采收前連續(xù)補光處理是短期調(diào)控中最為有效的調(diào)控措施[16-18]。但將采收前連續(xù)補光處理與氣霧培間作及營養(yǎng)液管理模式相結(jié)合的研究尚未見報道。

為優(yōu)化生菜氣霧栽培管理模式，本文以“意大利”全年耐抽薹生菜(LactucasativaL.var.ramosaHort.)為研究對象，在課題組前期研究基礎(chǔ)上，選擇生菜與“紅丁”櫻桃蘿卜(Raphanussativus)構(gòu)建間作栽培系統(tǒng)，以間作比、營養(yǎng)液濃度分階段管理和采收前連續(xù)補光時間為處理因素，采用三因素三水平正交試驗設計對3種措施進行優(yōu)化[19]，利用綜合評分法[20]作為多指標正交試驗響應值的分析方法，并結(jié)合驗證試驗，確定最優(yōu)栽培管理模式。

1 材料與方法

1.1 試驗條件

本研究分別于2018年3月31日— 6月4日(春季)及2018年8月20日— 10月25日(秋季)開展優(yōu)化試驗，于2018年10月30日— 2019年1月5日(冬季)進行驗證試驗。試驗在吉林大學南嶺校區(qū)玻璃溫室(43°51′5″N、125°19′51″E)內(nèi)進行(圖1)。溫室內(nèi)春季白天和夜晚溫度分別為(25±5)℃和(15±5)℃，為防止光照過強，在11:00—14:00開啟溫室遮陽控制系統(tǒng)，白天光照強度范圍為175～225 μmol/(m2·s)。秋季白天和夜晚溫度分別為(20±4)℃和(16±4)℃，秋季光照強度范圍為155～180 μmol/(m2·s)。冬季白天和夜晚溫度分別為(18±4)℃和(12±4)℃，冬季光照強度范圍為150～180 μmol/(m2·s)。

圖1 栽培試驗Fig.1 Experiments in cultivation

1.2 栽培管理

營養(yǎng)液大量元素采用日本園試配方，微量元素采用霍格蘭德通用配方。所有試驗單元每天傍晚測試并調(diào)節(jié)pH值一次，保持pH值在5.8～6.2；不同試驗單元按照各自營養(yǎng)液濃度要求，每天傍晚測試并調(diào)節(jié)電導率(Electrical conductivity, EC)一次，控制各處理的初始濃度在±100 μS/cm的范圍內(nèi)。移栽后，栽培周期30 d，劃分為3個生長階段：定植第1～10天為前期，第11天至采收前一周為中期，采收前一周至第30天為后期。試驗氣霧栽培箱尺寸為53 cm×37 cm×23 cm，每箱可種植12株植株，株距為12 cm。設置循環(huán)噴霧定時器，白天每間隔15 min噴施15 min，夜間每間隔45 min噴施5 min。

1.3 試驗方案

3個試驗因素分別選擇生菜與櫻桃蘿卜間作比A(植株數(shù)量比)；營養(yǎng)液濃度分階段管理模式B，每個試驗單元總營養(yǎng)液均為20 L，試驗組按照3個生長階段逐次添加6、8、6 L的營養(yǎng)液，對照組從試驗開始，一次性加入20 L營養(yǎng)液；采收前補光處理時間C，補光的光照強度控制在175～185 μmol/(m2·s)。不同因素各設定3個水平如表1所示。每輪試驗采用三因素三水平L9(34)正交表[20]，設置如表2所示的10個處理，每個處理重復3次，共30個試驗單元。其中，處理10為生菜單作，營養(yǎng)液為傳統(tǒng)供液方式，采收前不補光處理作為對照組。

表1 試驗因素水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal test

注：s代表營養(yǎng)液，s前的數(shù)字代表營養(yǎng)液濃度倍數(shù)，“∶”分隔的3個部分代表3個生長階段，下同。

表2 正交試驗方案Tab.2 Scheme of orthogonal test

1.4 測量指標及方法

為減少人為干擾對栽培系統(tǒng)蔬菜生長發(fā)育的影響，30 d栽培周期結(jié)束后，統(tǒng)一采收并測量相關(guān)指標，各指標為每個試驗單元隨機選取3株生菜測量的平均值。

(1)鮮質(zhì)量：稱量法。

(2)干質(zhì)量：先將生菜葉片(地上部分)放入85℃真空干燥箱(DZF-6050型，上海)干燥至恒質(zhì)量，再采用電子天平(ME104E型，瑞士)進行稱量。

(3)最大葉面積：利用葉面積儀(Yaxin-1242型，北京)測量每株植株最大的3片葉片的單葉面積，然后求和取其平均值，用其平均值表示生菜每株最大葉面積。

(5)可溶性糖含量：利用蒽酮與糖[22]反應后進行比色測定，選取生菜植株整株葉片洗凈，用濾紙吸干水分后將葉片剪碎混勻，稱取0.5 g作為一個樣本，每株植株重復3個樣本。

(6)可溶性蛋白含量：利用考馬斯亮藍G-250與蛋白質(zhì)結(jié)合后[21]進行比色測定，選取生菜植株整株葉片洗凈，用濾紙吸干水分后將葉片剪碎混勻，稱取0.1～0.3 g作為一個樣本，每株植株重復3個樣本。

1.5 數(shù)據(jù)分析與計算

采用SPSS Statistics 22.0、Minitab 19、Origin 2019 進行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同組合處理對生菜生長的影響

如表3所示，與處理10相比，不同組合處理下生菜鮮質(zhì)量和葉面積均高于處理10，其中，鮮質(zhì)量最高增加了34.54 g/株，最大葉面積最高增加了76.9 cm2/株；除處理9的生菜干質(zhì)量略低于對照組外，其他試驗組均高于對照組?？梢?，間作比例過大，營養(yǎng)液前、后期氮鉀濃度過低對生菜干物質(zhì)的積累產(chǎn)生影響，這與張小明等[7]和王軍君等[23]的研究結(jié)果相符。

表3 不同組合處理生菜生長指標試驗結(jié)果Tab.3 Results of test on growth index of lettuce

注：不同小寫字母表示在P<0.05水平差異顯著，下同。

生菜鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及葉面積均屬于正向指標[24]，利用宋明順等[25]所述的均值化法計算生菜生長指標各因素響應值的均值與極差，結(jié)果如表4所示。因素A、B的優(yōu)水平均為A2、B2，因素C的優(yōu)水平因季節(jié)的變化存在差異，在春、秋季節(jié)其優(yōu)水平分別為C2、C3。對各因素響應值進一步進行方差分析，得出試驗因素B對生菜生長指標影響最顯著，其P值均小于0.001；因素A為顯著因素，其P值均小于0.05；而因素C在春季不顯著，其P值大于0.05，而在秋季顯著，其P值小于0.01。因此，對于生長指標而言，最主要因素為因素B，其最優(yōu)的氣霧培栽培管理模式為處理5，即組合A2B2C3。

表4 生菜生長指標正交試驗均值響應Tab.4 Average response of orthogonal test on growth index of lettuce

2.2 不同組合處理對生菜品質(zhì)的影響

如表5所示，與處理10相比，不同組合處理下生菜葉片硝酸鹽含量均有所下降，可溶性糖含量、可溶性蛋白含量則均有所增加。春、秋季生菜葉片硝酸鹽含量最高分別降低了1 299.44、1 528.54 mg/kg，可溶性糖含量最高分別增加了1.02、1.27個百分點，可溶性蛋白含量最高分別增加了1.53、2.13 mg/g。

表5 不同組合處理生菜品質(zhì)指標試驗結(jié)果Tab.5 Intuitive analysis on quality index of lettuce

可見，不同間作氣霧培處理對提高生菜品質(zhì)具有促進作用，這與賀志文等[26]和 BIAN等[27]的研究結(jié)果相符。

生菜葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量屬于正向指標，生菜葉片硝酸鹽含量屬于逆向指標，對逆向指標正向化后[24]，利用宋明順等[25]所述的均值化法計算生菜品質(zhì)指標各因素響應值的均值與極差，結(jié)果如表6所示。生菜的品質(zhì)指標極差均為因素C最大，因素A、B極差相差不大，因素A、B、C的優(yōu)水平為A2、B2、C3；對各因素響應值進一步進行方差分析，得出試驗因素C均對生菜品質(zhì)指標影響最顯著，其P值均小于0.001，因素A、B皆為顯著因素，其P值范圍為0.001～0.05。因此，對于生菜品質(zhì)指標而言，最主要因素為因素C，其最優(yōu)的氣霧培栽培管理模式為處理5，即組合A2B2C3。

3 驗證試驗

為驗證正交試驗優(yōu)化結(jié)果，對最優(yōu)栽培組合模式處理5(T)，并以生菜單作作為對照試驗(CK)進行栽培試驗。每處理重復3箱，30 d栽培周期結(jié)束后，統(tǒng)一采收并測量相關(guān)指標，試驗結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，最優(yōu)栽培組合模式下生菜生長指標和品質(zhì)指標均有明顯的優(yōu)勢，其生菜生長指標(鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、最大葉面積)分別平均提高了36.82%、42.34%、31.69%，品質(zhì)指標中可溶性糖含量和可溶性蛋白含量分別平均提高了49.48%、24.84%，硝酸鹽含量平均降低了41.97%。因此，驗證試驗結(jié)果顯示，優(yōu)化效果明顯，該組合栽培管理模式下栽培的生菜具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，且可顯著降低生菜葉片硝酸鹽含量等優(yōu)點。

表6 生菜品質(zhì)指標正交試驗均值響應Tab.6 Average response of orthogonal test on quality index of lettuce

圖2 驗證試驗結(jié)果Fig.2 Results of verification test

4 討論

生長指標中，生菜葉片所有指標均存在顯著性差異，說明此種優(yōu)化模式對生菜生長有顯著的影響。本研究在東北地區(qū)日光溫室中進行，其環(huán)境因素因季節(jié)的變化差異顯著，尤其是光照和溫度，導致本研究中春季、秋季和冬季生菜生長指標表現(xiàn)出明顯的差別，這與方舒玲等[32]和LEE等[33]的研究結(jié)果相符。本試驗中春季和秋季優(yōu)化的栽培模式結(jié)果幾乎一致，因素A、B差異顯著且優(yōu)水平為A2、B2，因素C在春季差異不顯著而秋季差異顯著，但春季和秋季因素C均不是正交優(yōu)化中的最主要因素。這可能與東北地區(qū)日光溫室內(nèi)春季和秋季光照不同有關(guān)，東北地區(qū)日光溫室秋冬季受弱光脅迫，對蔬菜光合、產(chǎn)量等產(chǎn)生影響，而弱光下補光措施對植物更加敏感，這與王雙喜等[34]的研究相符。品質(zhì)指標中，生菜葉片對采收前補光處理時間C這一因素表現(xiàn)出極顯著差異，其優(yōu)水平為采收前補光48 h，即C3。說明采收前補光這一措施對生菜品質(zhì)的影響更大，這與BIAN等[27]的研究一致，并且間作比A和營養(yǎng)液濃度分階段管理模式B這兩因素皆為生菜生長和品質(zhì)的顯著因素，且優(yōu)水平均為A2和B2。因此，本研究的優(yōu)化組合為A2B2C3。

5 結(jié)論

(2)春秋兩季分別開展正交試驗，通過將結(jié)果轉(zhuǎn)換為綜合評價分數(shù)，從而建立基于多指標正交試驗的綜合評價模型，并確定了試驗最優(yōu)方案為A2B2C3因素水平組合，即生菜與櫻桃蘿卜間作比為2，前期供應0.5倍標準濃度營養(yǎng)液、中期供應標準濃度營養(yǎng)液、后期供應0.5倍標準濃度營養(yǎng)液，采收前連續(xù)補光48 h，此組合處理下的栽培管理模式效果顯著。