高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生菜氣霧栽培系統(tǒng)中營養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)的研究.pdf

1、氣霧栽培(霧培)技術(shù)是把植物根系置于空氣或者氣霧環(huán)境中,通過霧化的水氣滿足植物根系對水肥需求的一種栽培方式。它不僅擺脫了傳統(tǒng)土壤栽培對天然土壤的依賴和免受土壤污染、連作障礙、次生鹽漬化等對作物生產(chǎn)的限制,而且有效解決普通水培中根系供氧問題,同時(shí)具有養(yǎng)分和水分利用率高的特點(diǎn),不僅可用于蔬菜工廠化生產(chǎn),而且適用于航天生命保障系統(tǒng)和庭院休閑農(nóng)業(yè),是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型無土栽培模式。營養(yǎng)液的配置和優(yōu)化是霧培作物獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)有

2、的蔬菜霧培大多沿用傳統(tǒng)無土栽培的營養(yǎng)液配方,普遍以高濃度的硝態(tài)氮作為氮源而導(dǎo)致營養(yǎng)液中氮素濃度過高和形態(tài)不當(dāng),不僅造成生產(chǎn)成本提高,管理困難,而且引起蔬菜體內(nèi)硝酸鹽的大量積累,嚴(yán)重影響霧培蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)。因此,闡明霧培營養(yǎng)液中氮素營養(yǎng)對蔬菜作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其機(jī)理是協(xié)調(diào)解決霧培體系中成本-產(chǎn)量-品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)。但是,關(guān)于葉菜霧培的營養(yǎng)液配方及其優(yōu)化缺乏系統(tǒng)的研究。本論文以生菜(Lactuca sativaL.)為材料,在選擇適宜的葉

3、菜霧培營養(yǎng)液配方和比較霧培與水培系統(tǒng)差異的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究氣霧栽培營養(yǎng)液中氮素水平、形態(tài)以及收獲前氮素供應(yīng)方式等對生菜產(chǎn)量、抗氧化物質(zhì)含量及抗氧化活性的影響,旨在為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蔬菜的霧培生產(chǎn)體系中營養(yǎng)液的供應(yīng)和控制提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。取得的主要結(jié)果如下:
　　 (1)比較了Hoagland、日本園試、日本山崎、華南農(nóng)大葉菜B、英國Hewitt等5個(gè)生菜常用的水培營養(yǎng)液配方對生菜產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響。結(jié)果表明:華南農(nóng)大葉菜B的營

4、養(yǎng)液pH值升幅最小,英國Hewitt最大;華南農(nóng)大葉菜B處理的生菜根系和地上部鮮質(zhì)量、干質(zhì)量最高,英國Hewitt或Hoagland處理的最低;華南農(nóng)大葉菜B處理的生菜葉片還原型抗壞血酸含量、FRAP(ferricreducing/antioxidant power)抗氧化活性和DPPH(1,1-diphenyl-2-picrydrazyl)自由基清除率最高,日本園試次之,日本山崎最低;日本園試處理的生菜類胡蘿卜素和谷胱甘肽含量最高,華

5、南農(nóng)大葉菜B次之,日本山崎最低;華南農(nóng)大葉菜B處理的生菜可溶性糖含量最高,而可溶性蛋白質(zhì)含量與日本園試相當(dāng),顯著高于其他配方;華南農(nóng)大葉菜B處理的生菜葉片和莖的硝酸鹽含量顯著低于英國Hewitt和Hoagland,略高于日本園試和日本山崎。說明采用華南農(nóng)大葉菜B作為生菜氣霧栽培的營養(yǎng)液配方,不僅營養(yǎng)液pH波動(dòng)小,而且生菜具有較高的生物量、抗氧化物質(zhì)含量和抗氧化活性以及較低的硝酸鹽含量,是較為適宜的生菜氣霧栽培配方,而英國Hewitt和日

6、本山崎不適合生菜的氣霧栽培。
　　 (2)研究了不同供氮水平(2、8、20 mmol/L)下,霧培與水培生菜產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)及抗氧化活性的差異。結(jié)果表明,隨著供氮水平的提高,兩種栽培方式中生菜葉片和莖中硝酸鹽與可溶性蛋白含量均顯著增加,而可溶性糖、還原型抗壞血酸和谷胱甘肽含量、FRAP值和DPPH自由基清除率均逐漸降低,但根系形態(tài)指標(biāo)、光合作用參數(shù)、地上部和根系鮮重、可溶性蛋白、可溶性糖、還原型抗壞血酸及谷胱甘肽積累量均以8 mm

7、ol/L處理最高。同一供氮水平下,霧培生菜根系生長(根系總長、根直徑、根表面積、根體積和根系活力)、地上部和根系生物量、生長速率、葉片SPAD值、光合參數(shù)(凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率)均顯著高于水培,而硝酸鹽含量顯著低于水培;霧培生菜葉片和莖的FRAP值和DPPH自由基清除率與水培相當(dāng)或高于水培。雖然可溶性蛋白、可溶性糖、還原型抗壞血酸含量在霧培與水培生菜中沒有顯著差異,谷胱甘肽在水培生菜體內(nèi)含量較高,但霧培生菜體內(nèi)

8、可溶性蛋白、可溶性糖、還原型抗壞血酸、谷胱甘肽等物質(zhì)的積累量均顯著高于水培。說明霧培較水培有利于生菜生物量和抗氧化物質(zhì)的積累及抗氧化活性的提高,且在適宜的供氮水平(8 mmol/L)下上述優(yōu)勢尤其明顯。
　　 (3)研究了不同供氮水平(4、8、12、16、20 mmol/L)對霧培生菜的產(chǎn)量、抗氧化物質(zhì)含量和抗氧化活性的影響。結(jié)果表明,氮水平從4 mmol/L提高到8mmol/L,霧培生菜生物量顯著增加,體內(nèi)氮素營養(yǎng)狀況明顯改善

9、,但提高到12mmol/L沒有明顯變化,在高氮水平下(16、20mmol/L)反而降低了生物量,并導(dǎo)致硝酸鹽的大量積累。隨著供氮水平的提高,葉片和莖中可溶性糖含量逐漸降低,可溶性蛋白含量呈先增加后減少的趨勢。葉片抗壞血酸、谷胱甘肽、總酚和類黃酮含量、FRAP值和DPPH自由基清除率均隨著供氮水平的提高而逐漸下降,但是當(dāng)供氮水平從4 mmol/L提高到8mmol/L時(shí),除了抗壞血酸和DPPH自由基清除率顯著下降外,谷胱甘肽、總酚、類黃酮含

10、量以及FRAP值沒有變化。因此,營養(yǎng)液中氮濃度為8 mmol/L時(shí),可基本滿足霧培生菜對氮素營養(yǎng)的需要,保持較高生物量的同時(shí)具有較高的抗氧化物質(zhì)含量和抗氧化活性以及較低的硝酸鹽含量,是生菜霧培營養(yǎng)液中兼顧產(chǎn)量與品質(zhì)的適宜供氮水平。
　　 (4)研究了營養(yǎng)液中不同硝銨比(100:0、75:25、50:50、25:75、0:100)對霧培生菜產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)和抗氧化活性的影響。結(jié)果表明,隨著營養(yǎng)液中銨態(tài)氮比例的提高,霧培生菜生物量、葉

11、片SPAD值、光合參數(shù)(凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率)、還原型抗壞血酸、谷胱甘肽、總酚、類黃酮和類胡蘿卜素積累量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢;硝酸鹽與可溶性糖含量逐漸降低,而可溶性蛋白、還原型抗壞血酸、谷胱甘肽、總酚、類黃酮和類胡蘿卜素等抗氧化物質(zhì)含量以及FRAP抗氧化活性和DPPH自由基清除率均逐漸升高。在硝銨比為0:100時(shí),生菜葉片可溶性蛋白、抗氧化物質(zhì)含量、FRAP抗氧化活性以及DPPH自由基清除率最高,但是全銨營

12、養(yǎng)嚴(yán)重抑制了生物量的積累;而硝銨比為75:25時(shí)不僅葉片光合作用強(qiáng)度、生物量和抗氧化物質(zhì)積累量最高,并維持較高的抗氧化物質(zhì)濃度和抗氧化活性,同時(shí)顯著降低硝酸鹽含量。因此,綜合考慮生物量、營養(yǎng)品質(zhì)和氮素營養(yǎng)狀況,霧培生菜生產(chǎn)中營養(yǎng)液的硝銨比以75:25為宜。
　　 (5)研究了采收前氮素供應(yīng)方式(100％NO3-、50%NO3-、0%NO3-、50%NO3-+50%NH4+、50%NH4+)對霧培生菜產(chǎn)量、抗氧化物質(zhì)含量和抗氧化活

13、性的影響。結(jié)果表明,采收前處理3 d時(shí),不同供氮方式間霧培生菜的地上部鮮、干重、硝酸鹽以及抗氧化物質(zhì)含量沒有顯著差異。采收前處理6d以上,與持續(xù)供應(yīng)100%NO3-處理相比,改變供氮方式均可顯著降低生菜葉片和莖中硝酸鹽含量,但停止供氮(0%NO3-)、硝態(tài)氮減半(50%NO3-)或以銨態(tài)氮為唯一氮源(50%NH4+)處理均會不同程度地降低生物量,而供應(yīng)混合氮源(50%NO3-+50%NH4+)可顯著提高生物量;除了停止供氮(0%NO3-

14、)處理降低了抗壞血酸、谷胱甘肽含量外,其他供氮方式均顯著提高了葉片內(nèi)抗壞血酸、谷胱甘肽、類黃酮、總酚含量、FPAR值以及DPPH自由基清除率。其中,抗壞血酸、谷胱甘肽含量以50%NH4+處理最高,50%NO3-+50%NH4+處理次之;多酚、類黃酮含量則以0%NO3-處理最高,50% NH4+處理次之。因此,在采收前6 d用硝銨混合氮源(50%NO3-+50%NH4+)代替NO3-可在顯著提高生菜生物量的同時(shí)顯著降低生菜的硝酸鹽含量,并