不同移栽苗龄对基质栽培黄瓜生长和产量的影响

2022-03-20朱文金宁李兆壮任建鹏姚宏鑫王佳莹车旭升郁继华吕剑

甘肃农业大学学报 2022年6期

朱文，金宁，李兆壮，任建鹏，姚宏鑫，王佳莹，车旭升，郁继华，2，吕剑，2

（1. 甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070；2. 省部共建干旱生境作物学国家重点实验室，甘肃兰州 730070）

黄瓜是我国重要的果菜类蔬菜之一，在我国的农业生产和居民饮食结构中有着非常重要的地位。近年来随着我国设施农业的迅速发展，设施栽培已经成为了我国蔬菜的主要生产模式，其中果菜类蔬菜设施栽培过程中其定植苗龄的大小是影响作物生产潜力的重要因素。肖仕楼等［1］研究表明，辣椒在6～8片真叶（苗龄约25 d）时定植，其生育期、生长状况及产量方面综合表现最好，适合作为江门地区辣椒种植的最佳定植苗龄。陈亚兰［2］在研究马铃薯脱毒苗苗龄对原种生产的影响时发现，苗龄40 d 的脱毒苗各性状表现较好，原种产量高，是最适宜定植的苗龄。李谨成［3］在关于烤烟的研究中发现，苗龄为5叶时移栽的烤烟烟株的个体发育较好，表明适宜的苗龄移栽可以改善烤烟内在化学成分的协调性，对烤烟产量的平衡和烤烟烟叶感官质量的发挥均起到积极作用。总体来说蔬菜适宜移栽苗龄主要根据经验判断且相关研究均集中在土壤栽培方面，但近年来，以基质栽培为核心技术的设施栽培已经成为了我国西部非耕地区域蔬菜生产的主要模式，其打破了季节限制、气温限制和地域限制对蔬菜生产的影响［4-6］。

基质无土栽培是一种利用非土壤的固体基质材料做栽培基质，用以固定作物，并通过浇灌营养液或施用固态肥和浇灌清水供应作物生长发育的一种栽培方式。基质无土栽培现已成为非耕地设施蔬菜栽培体系的核心，具有不受地域和土地的限制、适用范围广、避免土传病害的危害、减少农药用量、提高作物品质等优势［7］。黄瓜（CucumissativusL.）作为设施栽培面积最大的蔬菜作物，其在基质栽培模式下多以育苗移栽方式为主。传统土壤栽培认为黄瓜最适移栽苗龄为“四叶一心”，但基质栽培在作物移栽前后根际环境相似性高，移栽苗龄的大小是否能够改变基质栽培条件下的黄瓜生产潜力，有待进一步研究。

因此，确定黄瓜适宜的移栽苗龄对其生长发育均显得至关重要，但关于适宜苗龄的研究主要集中在马铃薯［2］、水芹［8］和番茄［9］等作物的土壤栽培上，而基质作为栽培介质时其组分、孔隙度、微生物组成等均与土壤有较大的差异，有关基质栽培黄瓜适宜移栽苗龄的研究尚未见报到。本试验以新春四号为研究对象，采用基质盆栽，研究不同苗龄对黄瓜生长、光合生理以及产量的影响，旨在筛选出基质栽培最适移栽苗龄，为蔬菜基质栽培的可持续发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验于2020年7月～12月在甘肃农业大学试验基地现代温室内进行。供试黄瓜品种为新春四号，购自甘肃省农业科学院。2020年7月5日～20日在甘肃农业大学人工气候箱育苗，2020年8月1日定植于玻璃温室中，栽培方式为基质盆栽。定植基质绿能瑞奇基质∶草炭∶蛭石比为2∶1∶1，其基质田间最大持水量为61.03%，容重为521.86 kg/m3，pH 7.8，EC 2.1 ms/cm，全氮 1.612 g/kg，碱解氮498.6 mg/kg，速效磷 136.7 mg/kg，速效钾346.5 mg/kg。定植盆高为20 cm，直径为26 cm。

1.2 试验设计

本试验共设计4 个苗龄处理：T1（7 月5 日育苗、四叶一心）、T2（7月10日育苗、三叶一心）、T3（7月15日育苗、两叶一心）、T4（7 月20 日育苗、一叶一心）。选取健壮饱满形态一致的黄瓜种子温汤浸种后，将种子平铺在一条毛巾上于方盘中置于28 ℃的人工气候箱进行催芽。当黄瓜种子有90%露白后，将其播种于装有育苗基质的50 孔塑料穴盘内，浇透水，覆膜，将穴盘放置在温室内阳光充足的地方。每天观察3次黄瓜的发芽情况，待子叶出土后揭开膜，正常管理，每日根据实际情况浇适量的水，以防止幼苗出现徒长现象。每次间隔5 d 育苗一次，共育苗4 次（T1、T2、T3、T4），管理方法同上。待T4长至一叶一心时，于8月1日下午全部定植于装有相同基质的同一大小的花盆，每个处理设置3 个重复，每个重复12盆，管理方式同常规水平一致。

1.3 指标测定

1.3.1 株高、茎粗、叶片数测定从8月25日开始测定黄瓜株高和茎粗，每8 d测定一次，共测定5次。采用米尺和游标卡尺分别测定各处理黄瓜株高和茎粗。

1.3.2 根体积及根系活力测定根体积采用排水法测定。盛瓜期，取洗净的根系并用滤纸吸干表面的水分，用量筒采用排水法测水，即根系的体积等于其所排出同体积水的量；各处理随机选择6株植株，采用红四氮唑（TTC）法测定根系活力［10］。

1.3.3 光合色素含量测定在盛瓜期，选取黄瓜功能叶片，参照沈伟其［11］的方法对黄瓜叶片的叶绿素a和叶绿素b含量进行测定。

1.3.4 光合参数测定采用CIRAS⁃2型便携式光合仪（英国PP⁃System 公司生产，开放式气路，内置光源）于盛瓜期，选择一晴天上午9∶00～11∶00 在入射光强为1 000 μmol/（m2·s）测定从顶芽往下数第6片功能叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间二氧化碳浓度（Ci）。每个重复随机选取3株长势形态一致的黄瓜植株，每个叶片重复测定3次［12］。

1.3.5 荧光参数测定在盛瓜期，随机选取生长、朝向一致的6株黄瓜植株自上而下第3 片真叶，采用FMS-2型便携式脉冲调制式荧光仪（英国汉莎科学仪器公司）测定F0（初始荧光）、Fm（最大荧光）、ΦPSⅡ（PSⅡ有效光化学量子产量）、Fv/Fm（PSⅡ的原初转换效率）以及qP（光化学淬灭系数）和NPQ（非光化学淬灭系数）［13-15］。

1.3.6 干物质测定在盛瓜期，每个处理随机取6盆黄瓜植株，迅速剪取植株各器官装入已知质量的纸袋中，带到室内。将纸袋放入提前打开并将温度升高至110 ℃的烘箱内，100～105 ℃杀青30 min，再将烘箱的温度调至80 ℃，烘干至恒质量，取出纸袋，放置片刻至室温，称量其干质量，并记录数据。

1.3.7 产量测定

1.3.7.1 单果质量分别统计每个处理 36 株黄瓜的果实总个数及其总质量，用总质量除以果实总个数求得单果质量。

1.3.7.2 单株果数分别统计每个处理 36 株黄瓜的果实总个数，用黄瓜果实总个数除以总株数求得单株果数。

1.3.7.3 产量分别统计每个处理 36 株黄瓜的产量，然后乘以单位面积株数，最后换算成单位面积产量（667 m2）［16］。

1.4 数据统计与分析

试验数据利用Excel 2016和Origin 2017进行统计分析和绘图；利用SPSS 22.0 进行描述性统计分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同移栽苗龄对黄瓜株高和茎粗的影响

由图1可以看出，在整个测定时期，随着移栽苗龄的减小，基质栽培黄瓜的株高呈先上升后减小的趋势。其中，T3处理在各个时期的株高均显著高于T1、T2、T4处理。截止到9月22日，T3处理的株高较T1、T2、T4处理分别显著增加了40.87%、17.49%和9.32%。而在整个测定时期，随着移栽苗龄的减小，基质栽培黄瓜的茎粗呈逐渐上升的趋势。其中，T4处理在各个时期的茎粗均显著高于其他3 个处理。截止到9月22日，T4处理的茎粗较T1、T2、T3处理分别显著增加了42.17%、21.91%和21.79%。

图1 不同移栽苗龄对黄瓜株高和茎粗的影响Figure1 Effects of different seedling ages on plant height，stem diameter and leaf number of cucumber

2.2 不同移栽苗龄对黄瓜根体积及根系活力的影响

图2表明，T3和T4处理的根体积无显著差异，但均显著高于T1和T2处理。其中，T3相较于T1和T2处理，分别提高了75.86%和36.00%，T4相较于T1、T2处理，分别提高了82.76%和41.33%。不同处理根系活力随着移栽苗龄的减小呈逐渐上升的趋势，T4处理较T1、T2、T3分别显著提高了138.57%、95.83%和27.69%。

图2 不同移栽苗龄对黄瓜根体积及根系活力的影响Figure 2 Effects of different seedling ages on root volume and root activity of cucumber

2.3 不同移栽苗龄对黄瓜叶绿素含量的影响

表1所列的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b的含量均随移栽苗龄的减小表现为先上升后下降的趋势。叶绿素a和叶绿素b的含量均以T3处理最大，且显著高于T1、T2、T4处理，T3相较于T1、T2、T4处理，叶绿素a增幅分别为40.92%、8.47%和1.98%，叶绿素b增幅分别为46.26%、16.50%、5.21%。总叶绿素含量也表现为T3显著高于T1、T2和T4处理，增幅分别为42.39%、10.63%、2.87%。以上结果可以看出，苗龄为二叶一心时移栽更有利于光合色素合成，说明适宜的移栽苗龄可能更有利于光合色素的形成。

表1 不同移栽苗龄对黄瓜光合色素含量的影响Table 1 Effects of different seedling ages on photosynthetic pigment content in cucumber

2.4 不同移栽苗龄对黄瓜光合参数的影响

图3为不同移栽苗龄对基质栽培黄瓜叶片的净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs和胞间CO2浓度Ci的影响。结果显示，随着移栽苗龄的减小，Pn表现为T3>T4>T2>T1，T3处理显著高于T1、T2、T4处理，增幅分别为24.34%、14.23%、6.04%。Tr与Pn的趋势一致，也表现为T3>T4>T2>T1，T3、T4处理之间无显著差异，但均显著高于T1、T2处理，较T1、T2处理的增幅分别为71.16%、20.27%和69.23%、18.92%。气孔导度Gs同样表现为T3>T4>T2>T1，T3处理显著高于T1、T2、T4处理，分别增加了60.73%、21.45%、14.59%。胞间CO2浓度Ci则表现为T1>T2>T4>T3，T1处理显著高于T2、T3、T4处理，分别增加了2.55%、11.03%、5.23%。

图3 不同移栽苗龄对黄瓜光合参数的影响Figure 3 Effects of different seedling ages on photosynthetic parameters of cucumber

2.5 不同移栽苗龄对黄瓜荧光参数的影响

表2 结果显示，随着移栽苗龄的减小，Fv/Fm呈逐渐上升的趋势，T3、T4处理显著高于T1、T2处理，较T1、T2分别增加了1.29%、0.84% 和1.48%、1.03%，T3、T4处理之间并无显著差异。ΦPSⅡ随着移栽苗龄的减小，表现为T3>T4>T2>T1，T3和T4显著高于T1、T2处理，相较于T1和T2处理，增幅分别为1.53%、1.13%和0.91%和1.30%。qP随着移栽苗龄的减小，均表现为T4>T3>T2>T1，T3处理显著高于T1、T2、T4处理，增幅分别为2.95%、1.40%、0.84%。NPQ则表现为T1>T2>T4>T3，T1处理显著高于T2、T4、T3处理，较T2、T4、T3处理分别降低了10.28%、28.39%、32.82%。综合以上荧光参数指标分析，苗龄为二叶一心时移栽，可能更有利于光能的转化。

表2 不同移栽苗龄对黄瓜荧光参数的影响Table 2 Effects of different seedling ages on fluorescence parameters of cucumber

2.6 不同移栽苗龄对黄瓜干物质及产量的影响

2.6.1 不同移栽苗龄对黄瓜干物质的影响不同移栽苗龄对黄瓜干物质的影响如表3所示，T3、T4处理之间的根干质量无显著差异，但均显著高于T1、T2处理，增幅分别为112.24%、82.48%和118.50%、87.86%。4 个处理的茎干质量以T4处理最高，T3、T4处理的茎干质量也显著高于T1、T2处理，分别提高了37.03%、12.31%和40.67%、15.30%。T3处理的叶干质量显著高于T1、T2和T4，分别提高了74.34%、37.82%和1.82%。果实干质量表现为T3>T4>T2>T1，相较于T1、T2、T4处理，分别显著提高了71.43%、30.78%和15.07%。T4处理的根冠比相较于T1、T2、T3，分别显著提高了50.71%、62.02%和16.14%。

表3 不同移栽苗龄对黄瓜干物质的影响Table 3 Effects of different seedling ages on dry matter of cucumber

2.6.2 不同移栽苗龄对黄瓜产量的影响由表4可知，随着移栽苗龄的减小，单果质量、单株果数、单位面积（667 m2）产量均呈先上升后下降的趋势。其中，相较于T1、T2和T4处理，T3处理的单果质量分别显著增加了45.39%、29.24%和9.95%，单株果数分别显著增加了9.95%和77.01%、42.79%，单位面积产量分别显著增加了49.11%、37.17%及6.08%。

表4 不同移栽苗龄对黄瓜产量的影响Table 4 Effects of different seedling ages on cucumber yield

3 讨论

通过株高、茎粗和地上部干鲜质量等生长指标可以最直观地反映植株长势强弱［17］。本试验研究基质栽培条件下定植不同苗龄黄瓜幼苗对植株生长、生理及产量的影响。研究表明，不同移栽苗龄黄瓜植株对其生长指标能够产生显著的影响。各处理之间相比较，随着移栽苗龄的减小，各处理的黄瓜株高、茎粗均显著提升。T3处理的株高显著高于其他处理，T4处理的茎粗显著高于其他处理。说明苗龄并不是过大或过小都有利于黄瓜植株的生长，因此选择适宜的移栽苗龄极为重要。这与前人田秋芳等［3］的研究结果一致。二叶一心期分苗处理的湿栽水芹壮苗指数最高、育苗表现最好。植物根系是植株从土壤、基质中吸收养分及水分最重要的器官，其生长状况和根系活力水平直接会影响到地上部分的生长状况、营养状况和产量水平。根系活力是用来衡量根系长势的重要生理指标，活力越高，则根系组织的代谢就越旺盛，根系就越健壮，整个植株长势就越好。本研究发现，不同苗龄黄瓜中，根体积以T4处理最大，且较T1、T2处理差异显著；根系活力同样以T4处理最强，较T1、T2、T3具有显著差异。程琳等［18］在黄瓜不同苗龄根系生理生化研究中发现两叶一心之前定植的植株根系活力较为稳定，当两叶一心向着三叶一心期生长过度的时候会造成植株根系活力迅速下降，可能是由于受到育苗穴盘环境的限制。这与本研究结果完全一致。

光合作用是植物进行光合作用的物质基础。也是植物生长发育的基础和能量来源，叶绿素含量的高低决定着植物的代谢水平和有机物的合成能力［19］，光合效率受诸多因素的影响［20］。不同苗龄定植对黄瓜光合特性的影响很大。在光合作用的光反应进行过程中，光能最先被叶绿素吸收转换成为电能，其次在转化成活跃的化学能存放在ATP中。光照是植物生长的必须条件，对植物的生长发育和生理变化起着至关重要的作用，其生长状况由光合参数来反应［21］。何书奋等［22］研究认为，在栽培试验区进行全光照条件处理下，不同苗龄无翼坡垒生长状况、和光合参数等方面有所不同。本试验中，同样表明，T3定植更有利于植物进行光合作用。T3处理的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）显著高于T1、T2、T3处理；T3和T4处理的蒸腾速率（Tr）显著高于T1、T2处理，T3处理的蒸腾速率虽高于T4处理，但二者之间没有显著差异。T3处理的胞间二氧化碳浓度（Ci）低于其他3个处理。光合色素参与光合作用中光能的吸收、传递和转化，其含量的高低可直接影响植株叶片光合能力的强弱。叶绿素作为植物进行光合作用的主要色素，其含量的高低是影响光合作用强弱的重要因素之一［23］。植物缺少叶绿素光合作用就会受阻，黄瓜的表观长势和产量就会下降。T3处理的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素a+b含量均显著高于其他3个处理，因此黄瓜幼苗长至二叶一心时定植能使植株更好的进行光合作用，在一定程度上提高了光合效率，积累多的养分。植物叶绿素荧光与光合效率密切相关，可以反映逆境胁迫对植物光合作用的伤害程度，也被称为是光合作用的内在探针［24］。通过叶绿素荧光参数可以直观地反映植物的光合作用。Fv/Fm是反映光抑制的重要指标，植物在逆境条件（高温、低温、干旱等）下，往往会伴随着强光，很容易发生光抑制现象，当光抑制发生时，Fv/Fm的值会明显的下降，Fv/Fm的下降通常用来作为发生光抑制的一个重要标志。ΦPSⅡ常用来分析是光合下降的原因，也常用来分析ΦPSⅡ的降低是光合降低的原因还是结果。有些时候是因为逆境伤害了光合结构中的ΦPSⅡ，导致ΦPSⅡ的降低进而进一步影响了光合速率；也有些时候某些逆境（如干旱、高温等）是通过影响气孔来导致光合速率的降低，使得ΦPSII的功能可逆性下调，来适应光合速率的降低。各种荧光淬灭系数能够有效反映有关光能利用途径的信息。qP是光化学淬灭系数，反映了PSⅡ用于光化学电子传输的光能所占天然色素吸收的光能的比例，能代表PSⅡ反应中心的开放程度。NPQ 是非光化学猝灭系数，反映了植物热耗散的能力的变化［25］，NPQ越大，对PSⅡ反应中心的损伤越小［26］。本试验研究表明，T4处理的最大光化学效率（Fv/Fm）最大，较T1、T2处理分别显著增加了1.29%、0.84%，T3、T4处理之间无显著差异。实际光化学效率（ΦPSⅡ）以T4处理最大，T3次之，T3、T4显著高于T1、T2处理，T3和T4之间没有显著差异；光化学淬灭系数（qP）也以T3处理最大，且较T1、T2、T4处理显著增加了2.95%、1.40%、0.84%。非光化学淬灭系数则表现为T1>T2>T4>T3，T1处理显著高于T2、T4、T3处理。综合以上荧光参数指标分析，苗龄为二叶一心时移栽，更有利于光能的转化，而苗龄为四叶一心时移栽已经严重抑制了光能的转化。关于不同苗龄对荧光参数这一方面的研究较少，还需要进一步的验证。

植物干物质的积累是产量形成的物质基础，干物质的分配方向是决定作物产量高低的重要因素［28-29］。根冠比是指植物地下部分与地上部分的鲜质量或干质量的比值，它的大小反映了植物地下部分与地上部分的相关性。随着育苗时间的延迟，植物的干物质的量显著增加。武东玲等［3］研究认为，当烟苗苗龄生长至60～70 d 时，烟苗的生长状况都表现为最好，株高生长合适，茎秆粗壮饱满，根系活力高，根体积发达，整体植株达到健壮苗的标准，在此时期的苗龄达到60～70 d 时是比较适合的移栽时期，干物质量积累也最多。蔬菜的生长、产量是最主要最直观的响应指标，钟剑文等［31］研究认为，秧龄过大可能会造成苗体间通风透光条件差、成苗率和成苗数明显下降、苗高秆细、秧苗素质变劣、后期产量降低。许如意等［32］研究认为，小龄苗定植时幼苗较健壮，定植后植株果实平衡发展，总产量最高，豇豆幼苗在2片单叶微展至展开时为适宜定植时期，这与本试验研究结果一致，移栽苗龄为两叶一心植株产量最高。