富氢水在蔬菜育苗中的应用技术研究

2022-10-01李嘉炜刘诗华李湘妮张白鸽

种子科技 2022年15期

李嘉炜，陈潇，张晶，司雨，刘诗华，李湘妮，张白鸽*

（1.广东农业科学院蔬菜研究所/ 广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广东广州 510640；2.佛山市农业科学研究所，广东佛山 528000）

近年来研究发现，氢气是一种重要的内源性抗氧化物质，对生物有着不可忽视的生理学效应[1]。农业上，Z.DONG 等人研究发现，氢气可以作为“氢肥”来减缓土壤中有机质的降解速度，提高根际二氧化碳的固定量；而在抗逆性研究中，大量试验证明，氢气可能与一氧化碳参与调节植物生长的信号系统有密切关系[2]，并且能通过提高抗氧化相关酶的活性、维持ROS 内稳态以及参与离子转运的调控来提高植物抗逆性[3-4]，在盐胁迫[5]、干旱胁迫[6]、渗透胁迫[7]、极端温度胁迫[8]、重金属离子胁迫[9]、强光胁迫[10]等多种胁迫上有明显效果。科学家发现，适宜浓度的富氢水可以显著改善植物生长发育和营养品质[11]、促进多种植物不定根的生长[12-13]、延长插花商品期[14]，同时在育苗和花卉栽培上也有着巨大的潜力[15-16]。经过大量试验研究发现，适合浓度的氢水处理能显著提高蔬菜种子的发芽率，促进蔬菜发芽后种苗子叶的生长，提升种苗的质量，增强种苗抗逆性，提高种苗的成活率[17]。将氢水应用到育苗上，能有效减少育苗过程中抗病虫害药剂的施用，提升效益。

1 富氢水的制备设备和方法

富氢水的制备是应用富氢水进行蔬菜育苗的第一步。实验室中制氢水时一般先采用高纯氢气发生装置制备99.99%（v/v）的高纯氢气，再将氢气通入溶液中制成饱和氢水。这种方法制备氢水虽然准确有效，但因为产氢纯度过高，且无法避免在通气过程中氢气与氧气混合，存在很大的安全隐患。因此在实际生产中建议选择其他更安全、更可靠的氢水制备方法。下面介绍几种比较常见的氢水制备方法，见图1。

图1 4 种常用氢水制备技术

1.1 MgH2 制备法

MgH2是一种白色结晶的化学物，在干燥空气中安全稳定，通常会通过慢慢吸收空气中的水分而分解释放出氢气，其与水反应可生成H2和Mg（OH）2[18]，可实现镁离子和氢气共补。

取MgH2粉末0.05 g 定容到1 L，摇匀，待反应完全后，便形成了浓度为0.45 mM的氢水，在大规模生产上也可以通过在水肥一体化系统中加入MgH2以实现同时补氢补镁的效果。

1.2 富氢水棒

可在水渗透性多孔陶瓷制盒中填充镁颗粒和银颗粒构成富氢水棒，利用金属镁和水反应产生氢来制备氢水。将富氢水棒置于500 mL 水容器中，并将容器注满水密闭常温保存，静置24 h 后制得0.45 mM 氢水。使用富氢水棒需要保证容器密闭，容器内部空余空间尽可能少，以保证制氢效果。

1.3 电解式富氢水机

电解式富氢水机能对水进行直接电解，使水产生氢气[19]。这类氢水机一般规格在1～2L，制备0.6 mM的氢水一般需要7 min，在小规模浸种时比较方便，但氢水机无法对纯水进行电解，且电解模块容易结垢，对水质有一定要求，需要定时用白醋清理。

1.4 SPE 电解融氢式氢水机

SPE 电解融氢式氢水机利用SPE（固体聚合物）电解水制氢技术[20]，通过电解纯水产生高纯氢气后，采用物理融氢技术将氢气融于水中形成饱和富氢水[21]。固体聚合物电解质膜是一种质子交换膜，在起到电极作用的同时，还起到隔膜的效果，能将氢气和氧气隔开[22]，同时该氢水机融氢时是在封闭环境中进行，制氢效率和安全性很高。一吨式的农用SPE 电解融氢式氢水机，氢水流量能达1 m3/h，氢水浓度0.45～0.5 mM，可用于大规模育苗上。

2 富氢水对不同蔬菜种子发芽和幼苗生长的影响

氢水在不同蔬菜品类中的应用效果有所差异。下面介绍几种比较适合应用氢水的蔬菜类型及其合适的氢水浓度，以供参考。

2.1 菜心

菜心又名菜薹，十字花科芸薹属，生长周期短，苗期约15 d，从播种到商品期一般仅需25～30 d。菜心种子最适氢水浓度为0.2～0.3 mM，超过0.35 mM会抑制发芽。菜心苗期的最适氢水浓度同样为0.2～0.3 mM。菜心应用氢水后，发芽率提高6.06%，幼苗生物量增大14.7%，抗干旱能力明显提升，见图2。

图2 干旱处理下菜心幼苗的生长状况

2.2 番茄

番茄，茄科番茄属，冬季苗期70 d，春季苗期40～50 d，夏秋季苗期30 d。番茄种子最适氢水浓度为0.2～0.3 mM，超过0.4 mM开始抑制发芽。番茄苗期的最适氢水浓度为0.3～0.4 mM。番茄应用氢水浇灌后，发芽势提高60%，幼苗生物量增大28.6%，叶生长促进效果明显，叶鲜重提升50%，见图3。

图3 番茄幼苗的叶片生长状况

2.3 黄瓜

黄瓜，葫芦科黄瓜属，苗期一般在30 d 左右，种子最适氢水浓度为0.2～0.3 mM，超过0.4 mM时对发芽的促进效果减弱。苗期最适氢水浓度为0.3～0.4 mM。黄瓜应用氢水后，发芽势提高6.7%，幼苗生物量增大34.7%，幼苗根系生长促进明显，根鲜重提升28.6%，见图4。

图4 黄瓜幼苗在发芽纸上的生长状况

2.4 冬瓜

冬瓜，葫芦科冬瓜属，苗期一般在30 d 左右，是现代农产品加工的理想原料和调节市场均衡供应的重要蔬菜作物。冬瓜种子较大，浸种时间为6 h，种子发芽和幼苗生长的最适氢水浓度均为0.2～0.3 mM。冬瓜应用氢水灌溉后，发芽率和发芽势分别提升了21.62%、18.75%，幼苗真叶SPAD 值提升23.3%，光合能力增强，根冠比提升30.4%，见图5。

图5 冬瓜幼苗的根系生长状况

3 富氢水育苗操作步骤

一吨式农用SPE 电解融氢式氢水机（以下简称一吨式氢水机）较适合大规模农业生产，下面以该款氢水机为例介绍富氢水育苗的具体操作方法。

3.1 富氢水制备步骤

3.1.1 开机前准备

机器需放置在干燥通风且地面平稳的环境方便散热。使用一吨式氢水机前，先根据说明书接好过滤器和水管，进水管连接生产用水源（如储水罐或者贮水池），出水管连接按照需求（如需要育种时可接到育种槽，需要浇灌时可接到出水管道），确认无漏水现象后，接通电源线。

3.1.2 开机制氢

通过设备上端的纯水水箱加水口注入纯水，水位加到水箱2/3 处即可（约2.5 L）。提前从进水口注入一部分水以保证机器内水泵有水，确保进水管口有水源后，按下启动按钮，检查泵水环节是否正常。大概30 s后，出水口的出水开始变乳白色，取该水样会发现有很多微细气泡。用制氢笔检查氢水具体浓度，正常浓度为0.45～0.5 mM。

3.1.3 氢水稀释

为达到适宜氢水浓度，即0.2～0.3 mM，需要对原氢水进行稀释。经试验得出，制备100 L 浓度为0.2～0.3 mM育苗用氢水，需原氢水35 L 及清水65 L 混合。对于番茄这种在苗期需要更高浓度氢水的蔬菜品种，制备100 L 浓度为0.3～0.4 mM育苗用氢水，需要50 L原氢水及50 L 清水混合。

3.2 富氢水浸种操作步骤

使用氢水前应先采用温汤浸种，即先将种子放入55 ℃的热水中，均匀搅拌8～10 min，然后捞出沥干，再用事先制备好的适宜浓度的氢水进行浸种处理。不同蔬菜浸种时间有所差异，菜心只需浸种1 h，黄瓜、番茄需4 h，冬瓜需6 h。浸种后捞出种子，用清水将种子表面冲洗干净（特别是黄瓜、冬瓜，需要将表面黏液冲洗干净，以防催芽时滋生病菌），之后用纱布将种子包好。保持纱布湿润（湿润标准为纱布刚好不流水），并置于32 ℃黑暗环境中催芽。2～3 d 后有70%的种子露白出芽即可播种。黄瓜和冬瓜在催芽期间需要每天用清水冲洗种子1 次。

3.3 播种

育苗容器可选用50 孔的育苗穴盘，营养基质应符合《NY/T 2118—2012 蔬菜育苗基质》的规定，要求基质材料无污染、无病菌、无虫害、无成活草籽、有机基质材料必须充分发酵腐熟。

播种前先将基质适当淋水湿润，然后每穴压出1 cm 播种穴（大约1 节手指头的程度，可用专用压穴工具进行压穴）。每穴点播1 粒已发芽种子（黄瓜、冬瓜种子尽量平放以防子叶畸形）。然后覆盖1 cm 左右的基质，用0.2～0.3 mM氢水淋足基质。早春播种时，宜用塑料薄膜覆盖，保温保湿；若是夏秋季播种，可改用遮阳网或稻草覆盖，降温保湿。

3.4 苗期管理

3.4.1 控温控水

出苗前温度控制在25～28 ℃，需要控制水分，维持育苗基质表面湿润即可。出苗后揭开薄膜，温度控制在20～25 ℃最佳。低温时可用塑料大棚、小拱棚防寒保温，同时注意棚室内的通风管理。子叶展开后，可适当淋湿质量分数0.3%左右的专用复合肥。1 周浇灌1次0.2～0.3 mM 氢水（番茄为0.3～0.4 mM 氢水），以浇透基质为标准，宜在晴天早上进行。注意阴雨天时要保持生长环境通风干爽。

3.4.2 移栽标准

不同品种可移栽标准有所不同。菜心有4～5 片真叶后即可移植。番茄在两叶一心时需要分苗继续培育，在长有7～9 片叶片且第一花蕾已现大蕾时可移植。黄瓜在两叶一心时可移植。冬瓜在三叶一心时可移植。