植物工厂条件下不同营养液配方对韭菜生长的影响

李政璞 佟静 王素娜 季延海 王丽萍 梁浩 武占会

摘要：为筛选出韭菜生产最优营养液配方，在人工光型植物工厂设施条件下，采用水培系统进行水培试验。3种营养液配方分别是国家蔬菜技术研究中心营养液EC2.0（G2.0）、日本大冢商业配方营养液EC2.0（R2.0）、日本大冢商业配方营养液EC2.2（R2.2）。在相对环境一致的条件下，韭菜G2.0处理的株高比R2.0处理和R2.2处理显著提高34.1%和22.7%;全株干质量以G2.0处理表现最优，分别比R2.0处理和R2.2处理增加76.6%和33.8%;全株鲜质量以G2.0处理表现最优，分别比R2.0处理和R2.2处理增加62.4%和34.4%。G2.0处理的韭菜可溶性糖含量、可溶性酸含量、维生素C含量和根系活力均维持在一个较高的水平。以上结果综合表明，国家蔬菜技术研究中心研发的营养液EC2.0（G2.0）最佳，具有较好的应用价值，结果可为提高韭菜种植水平和发展农业现代化提供理论基础。

关键词：植物工厂;营养液;水培;韭菜;生长指标;生理指标;相关性分析

中图分类号： S633.304+.3  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）17-0153-04

韭菜（Allium tuberosum Rottl. ex Spr.）为百合科葱属（Allium tuberosum）多年生宿根植物，原产于我国，因其营养丰富以及特殊的药用价值而被人们所喜爱，在我国北方被广泛种植[1]。无土栽培有节水、节肥、高产、优质等特点，是我国韭菜生产发展的方向之一[2]。目前，韭菜栽培相关研究主要集中于营养液栽培技术[3]、韭菜地栽病虫害的发生和防治对策[4]以及韭菜品种筛选等方面。传统的土壤栽培韭蛆危害会采用农药灌根的方法进行防治，造成韭菜农药残留严重超标，使得中毒事件频频发生[5]。韭菜营养液水培技术很好地解决了生产过程中韭蛆的危害，大大减少了农药的使用量，并且在该条件下生长的韭菜具有生长速度快、产量高、净菜率高等优点[6]。但是，目前对于水培韭菜营养液管理及营养液浓度的相关研究较少。因此加强对水培韭菜产业化的建设，是新时代社会发展的必然趋势，且对该领域的未来发展大有裨益[7]。

植物工厂可为植物生长提供最有利的外部环境，使用人工光照明，可以在层架上实现多层立体化无土栽培的种植方式，在这种环境条件下生长的蔬菜生育期短、空间利用率高[8]，可以有效提高生产效率，实现标准化生产[9]，生产出真正集安全、优质、营养为一体的高品质蔬菜[10]。在人们生活质量提高和对健康食品不懈追求的大环境下，植物工厂蔬菜消费市场巨大[11]、经济价值可观、前景广阔[12]。

因此，研究韭菜生产专用的营养液配方，提高韭菜的品质和产量具有重要的意义[13]。为此，本研究在植物工厂环境下开展韭菜生产最优营养液配方筛选试验，以期提高水培韭菜的产量和品质。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年3—6月在北京市农林科学院蔬菜研究中心（116°29′E、39°94′N）人工光型植物工厂水培系统中进行。以宽韭791为试材，催芽后于2019年3月12日播种，3月26日假定植到300孔穴盘中，4月10日定植到6孔格盘中，开始进行试验处理。

试验设3个处理，供试3种营养液配方分别是国家蔬菜工程技术研究中心研发的营养液EC 2.0（G2.0）、日本大冢商业配方营养液EC 2.0（R2.0）、日本大冢商业配方营养液EC 2.2（R2.2）。每个处理重复3次，每个处理60株韭菜幼苗，于2019年6月13日进行各项指标测定，计算3个重复的平均值。

试验期间环境条件为光照度 160 μmol/（m2·s），光—暗周期12 h—12 h，温度18～22 ℃，相对湿度50%～70%，CO2浓度（1 500±30） μmol/mol，试验期间每周测定1次营养液的EC值和pH值，并进行调整，采用85%磷酸调节营养液pH值（6.2±0.2），每10 d更换1次营养液，营养液均采用去离子水配制。

1.2 测定指标

1.2.1 生长指标测定 生长指标包括韭菜植株的株高、假茎粗、根长、叶长、叶宽。采用电子天平测定单株鲜质量，再在105 ℃下杀青15 min，75 ℃下烘干至恒质量后，测定干质量，测定时对幼苗随机取样，每个处理3次重复，每个重复测定5次。

1.2.2 生理指标测定 采用乙醇浸提比色法测定叶片光合色素含量;根系活力测定采用2，3，5-三苯基氯化四氮唑法（TTC）法[14]。

1.2.3 品质指标测定 采用2，6-二氯酚靛酚比色法测定维生素C含量;采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量;采用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量[15];用酚酞作指示剂，用中和法进行滴定测酸;采用紫外分光光度法依照中华人民共和国农业行业标准NY/T 1279—2007《蔬菜、水果中硝酸盐的测定 紫外分光光度法》测定硝酸盐含量。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2010软件进行处理和作图，采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析，Duncan's新复极差法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同营养液配方对植物工厂水培韭菜生长指标的影响

如表1所示，韭菜植株的株高、假茎粗、叶片长、葉片宽和根长均以G2.0处理最大，其次为R2.2处理。G2.0处理株高分别比R2.0处理、R2.2处理增加34.1%、22.7%，假茎粗分别增加18.2%、7.5%，叶片长分别增加29.9%、43.8%，叶片宽分别增加50.5%、43.8%，根长分别增加28.8%、18.8%。

2.2 不同营养液配方对植物工厂水培韭菜生物量的影响

从表2可知，各处理地上部、根、全株的干鲜质量差异显著，其中以G2.0处理最高，全株干质量分别比R2.0、R2.2处理提高76.6%、33.8%，鲜质量分别比R2.0、R2.2处理提高62.4%、34.4%。

2.3 不同营养液配方对植物工厂水培韭菜生理指标的影响

根系作为作物吸收养分的直接部位，其生理活性大小以及生长状况对植株的生长发育具有影响。由表3可知，G2.0处理的韭菜植株根系活力最大，分别比R2.0处理和R2.2处理增加15.9%和3.7%，R2.0處理和R2.2处理之间无显著差异。各处理间叶绿素总含量、类胡萝卜素含量差异不显著，但均以G2.0处理最高，表现为G2.0处理>R2.2处理>R2.0处理。G2.0处理的叶绿素a、叶绿素b含量最高，显著高于其他2处理，其中叶绿素a含量分别比R2.0处理和R2.2处理提高75.6%和84.6%，R2.0处理和R2.2处理间差异不显著。但是，G2.0处理叶绿素a/b值最低。经相关性分析结果（表4）表明，叶绿素总含量与叶绿素a含量和叶绿素b含量之间呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.988和0.978。

2.4 不同营养液配方对植物工厂水培韭菜品质的影响

韭菜可溶性糖含量以G2.0处理最高，达13.47%，分别比R2.0处理和R2.2处理增加38%和28%。可溶性酸含量以G2.0处理最高，R2.0 处理和R2.2处理次之，R2.0处理和R2.2处理之间无显著差异。G2.0处理的维生素C含量最高，为80.08 mg/kg，比R2.0处理增加43.8%，比R2.2处理增加36.6%（表5）。可溶性蛋白含量以R2.2处理最高，比R2.0处理提高5.2%，比G2.0处理提高10.4%。硝酸盐含量以R2.2处理最高，分别比R2.0处理和G2.0处理高出24.5%和52.5%。

2.5 植物工厂水培韭菜各指标之间相关性分析

由表4可见，植物工厂水培韭菜可溶性蛋白含量与可溶性糖含量、可溶性酸含量、维生素C含量之间呈正相关关系，相关系数分别为0.878、0.760、0.690。G2.0处理叶绿素含量最高，且叶绿素总含量与植株干质量、可溶性糖含量、抗坏血酸含量之间具有一定相关性，与试验结果一致。硝酸盐含量与各指标间呈负相关。

3 结论与讨论

在水培蔬菜时，选取最优营养液配方对植物的生长更为有利[16]。本试验对比了自主研发营养液配方（G2.0）和商业韭菜常用营养液配方（R2.0和R2.2）对植物工厂水培韭菜生长的影响。研究发现，韭菜单株干鲜质量、株高、假茎粗、叶片长、叶片宽及根长均表现为G2.0处理高于其他2个处理。但可溶性蛋白含量及硝酸盐含量则表现为R2.0处理和R2.2处理高于G2.0处理，除此之外，可溶性糖、可溶性酸、维生素C、叶绿素含量均为G2.0处理高于R2.0处理和R2.2处理，且差异显著，可以说明G2.0处理的水培韭菜综合营养品质最好。

对设施园艺作物而言，植物工厂的环境因子控制精度高，植物生长快，生长周期短，能确保植物苗生长的一致性。研究表明，以生产叶菜为例，人工光植物工厂的生产效能约为露地生产的40～108倍[17]。刘庆鑫等发现，植物工厂的环境条件可以促进作物干物质积累，显著提高作物的产量和品质[18]。分析原因可能是与传统农业生产方式相比，植物工厂生产不受自然环境影响，可确保植物生长环境最佳，并可通过科学配水施肥，实现作物均衡生产，促成植物快速生长。

从生理指标来看，光合作用为植物提供了物质及能量来源，是植物正常生长及高产的基础，而叶绿素含量常被用来衡量植株叶片的光能吸收能力[19]。李灿等研究指出，光合作用与叶绿素之间有直接的关系[20]，叶绿素参与光合作用中光能的吸收、传递和转化，进而产生更多的干物质[21]，从而提高韭菜的品质[22]，这与任凤玲等研究结果[23]一致。鲜质量是衡量植物组织水分的一个常用指标，含水量的多少在一定程度上可以反映植物的生长状况[24]。

从生理品质方面分析，地上部及根系生长状况直接影响了韭菜对水分及营养物质的吸收，进而影响韭菜的品质。本研究表明，R2.0处理和R2.2处理地上部生长势及根系活力均比G2.0处理弱，分析原因可能是叶绿素含量随着植株生长量的迅速增加产生了生物稀释作用[25]，进而影响地上部各器官（叶片、假茎粗等）的生长势，也可能是由于G2.0处理的叶绿素a/b值最小，抗逆性最佳，不可避免地增加了植株的生物量和产量。别之龙等研究指出，人体从蔬菜中摄取的硝酸盐含量约占摄入总亚硝酸含量的81.2%，过量的硝酸盐在人体中可以被还原成亚硝酸盐，危害人类健康[26]。本研究结果表明，R2.2处理硝酸盐含量最高，R2.0处理次之，G2.0处理最低。

综上所述，不同营养液配方对韭菜的生长、营养指标及产量具有不同影响，其中，G2.0处理在3个处理中表现出较好的培育优势，结果可为水培韭菜的工厂化生产模式及高效高产提供参考。

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