氮水平对水培蕹菜生长、产量和品质的影响＊

2021-12-30郭美玲孟凡龙王晓通史庆华杨凤娟

农业工程技术 2021年28期

郭美玲，刘燕，孟凡龙，王晓通，魏珉,3,4,5，史庆华,4,5，杨凤娟,4,5，李岩,3,4,5**

（1.山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018；2.山东农业大学资源与环境学院，山东泰安 271018；3.山东农业大学农业农村部黄淮海设施农业工程科学观测实验站，山东泰安 271018；4.山东农业大学作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018；5.山东农业大学山东果蔬优质高效生产协同创新中心，山东泰安 271018）

氮元素是水培营养液中最重要的营养元素之一。氮肥施用量会对叶类蔬菜生长、品质、产量等产生重要影响。因此，在生产上合理施用氮肥，不仅可以促进叶类蔬菜生长，而且能够提高其产量和品质，施用过量则会降低产量[1-2]。研究表明施氮水平过低（2 mM）或过高（14 mM）均减少苦苣叶片光合色素含量，抑制其光化学反应活性，从而降低植株光合作用和干物质积累[3]。唐璐[4]研究发现随着施氮量的增加叶类蔬菜总酚含量呈现先升高后降低的趋势，其中氮素水平为8 mM时叶类蔬菜生长最旺盛，且品质好[5]；贺志文等[6]则研究发现氮素水平为9.69 mM时生菜可获得较高产量。

蕹菜（Ipomoea aquaticaForssk.），又名空心菜、藤菜等，是旋花科番薯属植物，因其富含营养，且味道鲜美，深受消费者喜爱。蕹菜在中国栽培历史悠久，喜温暖湿润，南北方各地已广泛栽植。随着设施蔬菜的快速发展，设施水培叶类蔬菜也得到迅猛发展。其中营养液的养分配比对叶类蔬菜的产量和品质起到至关重要的作用，目前关于水培叶菜类蔬菜营养液的研究主要集中在生菜上，关于蕹菜适应性营养液配方的研究则较少。因此，本试验通过开展不同氮水平对水培蕹菜生长、产量、品质及产投比的影响，以期为水培蕹菜优质高产栽培提供理论依据和技术支撑。

材料方法

试验材料

供试材料选用蕹菜‘海蔬竹叶空心菜’，供试营养液配方为山崎茼蒿配方（表1），采用通用微量元素配方（表2）。

表1 山崎茼蒿标准配方

表2 通用微量元素配方

试验方法

试验在山东农业大学南校区园艺实验站人工气候室内进行。育苗时，选取饱满且均匀一致的种子直接播种于聚氨酯泡沫小方块（2.0 cm×2.0 cm×2.0 cm），之后放置于泡沫育苗盘（59.0 cm× 28.5 cm×3.0 cm，300孔）中，置于黑暗环境中，在室温29℃条件下催芽。两天后种子露白，照射白光。待幼苗子叶展平时，定植于水培槽中，照射光照强度为400 μmol/(m2.s)，红蓝组合光（红、蓝光强比为2:1），光周期为12 h/12 h，昼夜温度29°C/19°C。LED光源购自深圳纯英达业集团有限公司。

在别之龙等[7]研究的基础上，以1/2浓度的山崎茼蒿配方中氮水平（6.7 mM）为对照（CK），原配方KNO3中NO3-及NH4H2PO4中NH4+的浓度不变，通过改变原配方Ca(NO3)2•4H2O中NO3-含量并对其设置-30%N（N1）、-20%N（N2）、-10%N（N3）、+10%N（N4）、+20%N（N5）、+30%N（N6）6个氮水平处理。此外，NO3-与NH4+的比例及Ca2＋浓度随Ca(NO3)2•4H2O用量的改变发生相应变化，其他元素则浓度不变（表3～4）。

表3 各处理元素水平/mM

测定指标与方法

蕹菜定植后35天左右可达商品成熟期，各处理随机选取10株，用于测定株高、茎粗、叶片数、叶面积和产量。株高使用卷尺测量植株基部到生长点的距离；茎粗采用游标卡尺（CJW888，青岛易购五金工具有限公司，中国）测量；全株叶片取下、铺平，避免边缘重叠，采用CI-202便携式激光叶面积仪（CID公司，美国）测定总叶面积；植株洗净，用吸水纸擦干其表面多余水分，分别测定每株地上部和地下部鲜物质量，单株产量为地上和地下部鲜物质量之和；植株置于烘箱中先用105℃杀青30 min，随后用75℃烘干至恒重，分别测量地上和地下部干物质量；烘干的植株样品磨碎用于测定植株养分含量。

采用TTC法测定植株根系活力[8]，采用80%的丙酮法测定叶片光合色素含量，蒽酮比色法测定纤维素含量[9]；分别采用蒽酮乙酸乙酯法、考马斯亮蓝G-250法、2,6-二氯酚靛酚滴定法、水杨酸法测定可溶性糖、可溶性蛋白、VC及硝酸盐含量[10]；采用可见分光光度计比色法测定总酚、类黄酮及花青素含量[11]。

表4 各处理化合物用量/(mg/L)

分别采用半微量凯氏定氮法、钒钼黄比色法、火焰光度法和原子吸收分光光度法测定植物全氮、全磷、全钾及钙、镁含量[12]。

数据分析

利用SPSS 26.0软件进行数据统计分析、相关性分析和差异显著性检验（P<0.05）。用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计和作图。

结果与分析

对蕹菜生长和产量的影响

由图1和表5可得，随施氮量的增加蕹菜株高、茎粗、叶片数、叶面积和单株产量均呈先增加后降低的趋势，且以N3最高，N2次之。除茎粗外，N3处理下蕹菜生长和产量指标均显著高于N2以外的其他处理和CK，N6水培蕹菜产量最低。说明适宜的氮浓度能够促进蕹菜生长并提高其产量，氮浓度过高或过低均不利于蕹菜生长。

表5 不同氮水平对蕹菜生长和产量的影响

图1 不同氮浓度对蕹菜生长形态的影响

表6为不同氮水平下蕹菜的生物量积累情况。随着氮水平的提高，各处理下蕹菜物质积累量呈现出先增高后降低的趋势，且均以N3处理最大，N2、N1分别次之，N3处理地上部干鲜物质量显著高于CK。较CK和其他处理相比，N6和N5处理的植株地上部和地下部干鲜物质量均较小，表明适宜的施氮水平有利于蕹菜物质积累。

表6 不同氮水平对蕹菜生物量积累的影响/g

对蕹菜根系活力的影响

图2反映了施氮水平对蕹菜根系活力的影响。由图可知，根系活力随施氮水平的升高表现为先增高后降低的趋势，其中，N3显著高于CK以及其他处理，N2次之，N3较CK提高了44.3%；N1、N4、N5间差异不显著，N6处理最低，但与CK无明显差异。

图2 不同氮水平对蕹菜根系活力的影响

对蕹菜光合色素含量的影响

由表7可知，蕹菜叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量随着施氮水平的提高，均呈现先升高后降低的趋势，且均以N3最高，CK与N2处理的叶绿素a含量无显著差异；N1处理叶绿素a/b含量最高，N2和N5最低；类胡萝卜素含量N3最高，且CK与各处理间无显著差异。

表7 不同氮水平对蕹菜色素含量的影响（FW）/（mg/g）

对蕹菜品质的影响

氮肥用量与蔬菜体内硝酸盐含量呈极显著正相关。由表8可得，蕹菜的硝酸盐含量随着施氮量的升高呈现出先增加后减少的趋势，N5处理下硝酸盐含量达到最大，且显著高于除N6外其他处理及CK，N1硝酸盐含量则显著降低；随着施氮量的增加，蕹菜可溶性糖和蛋白含量均呈现出先增加后降低的趋势，可溶性糖含量以N2最高，N3次之；可溶性蛋白含量则以N4最多，CK次之，N5最低；蕹菜VC含量随施氮量的增加逐渐升高，其中，N6显著高于CK及其他处理。蕹菜纤维素含量以N2处理最高，CK、N1分别次之，但三者间无显著差异。N2处理的纤维素含量分别较N6和CK提高30.7%和7.4%。

表8 不同氮水平对蕹菜品质的影响

由表9可得，蕹菜总酚、类黄酮和花青素含量则随施氮水平的提高呈现先降低后升高再降低的趋势，N1总酚含量最高，CK次之，其中CK的总酚含量较其他处理差异不显著；CK类黄酮含量最高，且除N1、N5外显著高于其他处理；CK花青素含量显著高于其他处理，且各处理间无显著差异。

表9 不同氮水平对蕹菜抗氧化物质的影响

对蕹菜营养元素吸收状况的影响

由表10可得，蕹菜对氮和钙元素的吸收量随氮浓度的升高而逐渐增多，除N1处理外，CK处理下蕹菜对氮的吸收量显著低于其他处理；各氮素处理对蕹菜钙吸收量的影响差异显著，随着氮素浓度的增大，蕹菜钙吸收量增多。其中，N6处理下蕹菜钙吸收量最多，N1最少，且N6下蕹菜钙吸收量分别较CK、N1～N5依次提高42.5%、68.1%、58.1%、36.6%、23.2%、13.0%；除N6处理外，不同氮素水平对蕹菜磷吸收量影响差异不显著，且较高浓度的氮水平有利于提高蕹菜对磷的吸收。其中，N6处理最多，N1处理最少，N6较N1、CK分别提高19.6%、15.3%；蕹菜对钾和镁的吸收量随着氮素浓度的升高呈现先升高后降低的趋势，其中，分别以N3和N2下蕹菜钾和镁含量最多，N5下均最少，表明适宜的氮素浓度有利于促进蕹菜对钾和镁的吸收。

表10 不同氮水平对蕹菜营养元素吸收的影响（DW）/（mg/g）

对蕹菜生产成本及经济效益的影响

由表11可知，不同处理之间蕹菜单株效益、产投比存在显著差异。N1成本显著低于其他配方，N2、N3分别次之，N6最高。单株效益随着氮水平的升高呈现先增大后降低的趋势，其中N3处理的单株效益最高，N2、N1分别次之。产投比随施氮量的升高呈现逐渐降低的趋势，N1最高，N2、N3分别次之，三者均显著高于CK。

表11 不同氮水平对蕹菜生产成本及经济效益的影响

讨论

氮素作为作物最敏感的营养元素之一，与作物产量的提高和品质的改善密不可分，其施用量过多或过少都会影响作物的正常生长发育。前人研究表明，大白菜产量随施氮量的增加而提高，但当施氮量增加到一定程度时，其产量不再增加[13]。本研究结果表明，蕹菜单株产量随施氮量的增加呈现出先升高后降低的趋势，且当氮素水平为8.7 mM时单株产量最低。这是因为氮素施用过量造成了一定程度的盐分胁迫，使蕹菜根系活力降低，延缓其根系生长，造成植株根冠比下降，进而抑制其地上部生长[14]。蕹菜叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量在氮素水平为6.0 mM时最高，4.7 mM时最低，这是由于氮素缺乏或者过量都会影响叶绿素的合成，从而降低植物光合效率[15]，最终导致产量降低。

前人研究发现随着施氮量的增加，叶类蔬菜硝酸盐含量显著增加[16-17]。本试验结果表明，当施氮量达到最佳水平时，增加施氮量不能提高蕹菜产量，且硝酸盐含量变化与前人研究结果一致。当氮水平为8.0 mM时蕹菜的硝酸盐含量最高，氮水平为4.7 mM时最低，且较对照降低了14.1%。随施氮量增加蕹菜植株表现出硝酸盐累积的典型特征。此外，前人对生菜的研究发现，当氮素供应过高时，不利于植株可溶性糖的积累，在一定范围内适当提高氮水平则有利于提高生菜可溶性总糖含量[18-19]。本试验发现，随着施氮水平的提高，蕹菜可溶性糖含量先升高再降低，且当氮素水平为5.3 mM时可溶性糖含量最高，这可能是因为过量的氮与植物中的某些化合物发生反应，导致糖的消耗使其含量降低[20]。当植物受到外界环境影响如胁迫等时，植物体内的抗氧化活性基因会诱导植物自身的次生代谢水平发生改变，进而促进其体内酚类物质的累积[21]，但在本试验中，不同氮水平下总酚含量差异不显著，这说明本试验中的氮水平造成的胁迫较低，导致蕹菜体内酚类物质积累较少。

营养元素的积累是植物生长发育和形态建成的重要条件。其中，氮磷钾是影响植物生长发育和形态建成的重要元素。研究表明，适宜浓度的施氮量可以提高水培黄瓜的产量，且改善产品品质[22]。本研究发现，蕹菜对钾的吸收量较大，且较低氮素浓度有利于蕹菜对钾的吸收，这可能是由于随着施氮水平的提高，蕹菜植株体内的硝酸盐含量增加，从而间接影响了蕹菜对钾离子的吸收，却促进植株对镁离子的吸收[23-24]。各氮素处理对蕹菜钙吸收量差异显著，随着施氮量的增加，蕹菜对钙的吸收量呈上升趋势，且当氮素水平为8.7 mM时蕹菜钙吸收量最多，这与苏苑君[25]发现随着氮素水平的提高，生菜对钙的吸收量呈现先上升后下降趋势的研究结果不一致。可能是作物不同产生的差异，也可能是因为本试验中氮水平不足以使蕹菜钙吸收量达到最大值。各氮水平处理下蕹菜对磷的吸收量差异不显著，这可能是由于磷的吸收过程与钾和镁存在协同促进关系，而受氮元素的影响较小造成的[26]。