不同浓度营养液对黄瓜壮苗效果的影响

李舜伟, 王世琛, 王龙, 闫征南, 田英才, 杨延杰*

(1.青岛农业大学 园艺学院, 山东 青岛 266109; 2.金乡县农业农村局, 山东 济宁 272200)

黄瓜 (CucumissativusL.), 葫芦科黄瓜属植物, 起源于喜马拉雅山南麓的热带雨林地区, 是我国设施栽培中重要的蔬菜作物之一[1]。近年来,随着消费者对黄瓜需求量和品质要求的不断提升,新型的黄瓜栽培技术和管理模式伴随而来, 其中,以基质培黄瓜的无土栽培形式最为典型。因此, 研究黄瓜、番茄和辣椒等重要蔬菜作物在无土栽培中的实践与应用, 对日后我国无土栽培技术在各类蔬菜作物上的推广具有重要的意义。

在设施蔬菜的栽培过程中, 科学给予不同时期蔬菜生长发育所需求的养分是最终能否实现蔬菜优质高产的关键环节之一[2-4]。营养液中含有多种植物生长所需的营养元素, 在生产上, 通过调节营养液浓度满足不同时期蔬菜的生长发育需求, 既可以实现壮苗又可以相应地降低育苗成本。近年来, 随着无土栽培技术的推广和应用[5], 国内外对不同浓度营养液在蔬菜各生长阶段的作用效果日趋明确[6]。Babaj 等[7]研究表明, 提高营养液中氮浓度可以加快辣椒幼苗的生长速度, 但会影响根系干物质的积累。Senizza 等[8]研究表明, 调整营养液的浓度可以使水培生菜展现不同的特征功能, 为定向培育不同适用类型的蔬菜提供了借鉴。孟鑫等[9]研究表明, 当营养液浓度为常规营养液的150%时, 对日光温室基质栽培下的番茄果实综合品质影响最佳。包蕾等[10]研究表明, 中高浓度营养液且喷雾间隔较长对喷雾栽培下马铃薯前期的生长更有利。

以往的试验是针对调整营养液之间的浓度来研究其对各类蔬菜生长的影响。但是, 目前人们对以黄瓜为代表的短苗龄类蔬菜, 在育苗阶段是否有必要施用营养液的看法并不一致。因此, 该试验以四季丰黄瓜为供试材料, 研究在清水对照下不同浓度营养液对黄瓜穴盘苗生长发育的影响, 旨在确定黄瓜穴盘苗施用营养液的必要性以及实现壮苗且经济的最佳营养液浓度。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在青岛市青岛农业大学人工气候室内于2021 年6 月进行。供试材料为黄瓜品种四季丰,抗病能力强, 耐低温弱光, 由青岛硕丰源蔬菜种苗有限公司提供。

试验所用穴盘为72 孔穴盘, 穴盘尺寸为540 mm×280 mm。育苗所用基质为草炭、蛭石和珍珠岩, 购于山东力戈科技有限公司。其中, 草炭为丹麦品氏托普草炭, 300 L 压缩整包包装, 粒径为0～10 mm。

1.2 试验方法

试验采用穴盘育苗的育苗方式, 将筛选后大小一致且饱满的黄瓜种子, 经消毒、浸种和催芽后,播于盛有基质的72 孔穴盘中, 穴盘中所盛基质是由体积比为3 ∶1 ∶1 的草炭、蛭石和珍珠岩混合而成, 人工气候室内设置的黄瓜幼苗生长光照区光强为200 μmol·m-2·s-1, 光照周期为12 h 光照、12 h 黑暗, 温度为20～24 ℃, 空气相对湿度保持在65%～70%。待黄瓜出苗时, 用不同浓度的营养液进行浇灌培养, 每4 d 浇灌1 次, 至苗期结束。试验营养液采用霍格兰营养液通用配方。

试验设置5 个处理, 分别为: 1/4 倍 (1/4 C)、1/2 倍 (1/2 C)、3/4 倍 (3/4 C)、1 倍 (1 C) 4 个稀释倍数的霍格兰营养液和一个清水对照组 (CK), EC 值分别为0.58、1.06、1.55、2.04和1.05 mS·cm-1。其中, 4 个稀释倍数的霍格兰营养液pH 值用NaOH 溶液进行调节, 并保持在6.0±0.2, 清水对照组的pH 值为6.5。采用随机排列方式。霍格兰营养液配方如表1 所示。

1.3 项目测定

每隔5 d 测量1 次, 每处理随机选取生长一致的黄瓜幼苗5 株, 幼苗的株高和茎粗分别用直尺和游标卡尺测定。待苗期结束时, 每处理选取5 株,测定地上部和地下部干鲜重等指标, 叶形态指标采用叶面积仪 (Yaxin-1241, 北京雅欣理仪科技有限公司, 中国) 进行测定, 根形态指标采用根系分析 系 统 (Version 2016a, Regent Instruments Inc.,Quebec, QC, Canada) 进行测定, 并计算出比叶质量[11]和壮苗指数[12]。根系活力测定采用2, 3,5-三苯基氯化四氮唑 (TTC) 法; 叶绿素含量测定采用分光光度法[13]。叶片光合特性的测定选择上午10: 00 左右使用便携式光合仪 (Li-6400XT,LI-COR 公司, 美国) 测定幼苗的第3 片真叶。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2021 对试验进行数据处理和图表绘制, 使用DPS 7.05 软件对试验数据进行单因素分析, 显著性分析采用LSD 法 (P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同浓度营养液对黄瓜幼苗生长势的影响

由图1 中A 可知, 不同浓度营养液对黄瓜幼苗生长势影响显著, 幼苗的生长势与营养液浓度呈正相关, 即随着营养液浓度的升高, 幼苗的生长发育越旺盛, 生长势越强。

图1 不同浓度营养液对黄瓜幼苗生长势的影响

由图1 中B 可知, 播种后5 d, 各处理间无显著性差异, 幼苗的株高基本一致。播种后10 d, 各处理间幼苗的株高开始出现差异, 至20 d 差异最显著。播种后20 d, CK 和1/4 C 处理幼苗的株高差异不显著, 较1/2 C 处理降低了48.11%; 1 C和3/4 C 处理幼苗的株高差异不显著, 较1/2 C 处理提高了13.57%。

由图1 中C 可知, 茎粗方面的变化趋势和株高类似。播种后20 d, CK 和1/4 C 处理幼苗的茎粗差异不显著, 较1/2 C 处理降低了18.28%; 1 C和3/4 C 处理幼苗的茎粗差异不显著, 较1/2 C 处理提高了8.35%。

由图1 中D 可知, 处理时所测得黄瓜幼苗的比叶质量随着营养液浓度的增加而减小。在选取幼苗第二位叶的处理中, CK 和1/4 C 处理间幼苗的比叶质量差异不显著, 1/2 C 和3/4 C 处理间幼苗的比叶质量差异不显著, 1/2 C 处理幼苗的比叶质量 较 CK 降 低 了 21.27%, 较 1 C 处 理 提 高了19.28%。

由图1 中E 可知, 黄瓜幼苗的壮苗指数随着营养液浓度的增加而增大。1 C 处理幼苗的壮苗指数最大, 且显著高于其他处理, 较CK、1/4 C、1/2 C 和3/4 C 处理分别提高了98.04%、24.69%、18.82%和10.99%。这说明, 浇灌适宜浓度的营养液有利于黄瓜壮苗。

2.2 不同浓度营养液对黄瓜幼苗生物量积累的影响

干鲜重能够反映幼苗的生长和代谢情况。由表2 可知, 浇灌霍格兰营养液的处理均显著高于CK,且幼苗地上部和地下部干鲜重随浇灌营养液浓度的增加而增大。其中, 1/2 C 处理幼苗的地上部和地下部干重较CK 分别提高了77.84%、78.79%, 较1 C 处理降低了16.92%、16.90%, 说明浇灌适宜浓度的营养液有利于黄瓜幼苗的生长和干物质的积累。

表2 不同浓度营养液对黄瓜幼苗生物量积累的影响 单位: g

2.3 不同浓度营养液对黄瓜幼苗根系的影响

由图2 中A 可知, 浇灌适宜浓度的营养液有利于黄瓜幼苗根系的生长, 其中1/2 C 处理的黄瓜幼苗根系生长分布均匀, 在形态上表现最佳。

图2 不同浓度营养液对黄瓜幼苗根系的影响

由图2 中B 可知, 1 C 和3/4 C 处理的幼苗在根长上差异不显著, 但较CK、1/4 C 和1/2 C 处理的幼苗分别提高了71.76%、19.45%和6.39%, 这说明, 营养液浓度的提升有利于幼苗根系的伸长。

根表面积可以反映幼苗表征根系的分布和对水分、养分的吸收情况。由图2 中C 可知, 1/2 C 和3/4 C 处理的幼苗在根表面积上差异不显著, 但较CK、1/4 C 和1 C 处理的幼苗分别提高了65.23%、16.89%和24.77%, 说明适宜浓度的营养液有利于幼苗根系分布均匀, 促进幼苗侧根的生长。

由图2 中D 可知, 浇灌营养液可以提高黄瓜幼苗的根系活力。其中, 1/4 C 处理的幼苗根系活力最强, 为182.893 μg·g-1·h-1; 1 C 处理较3/4 C、1/2 C 和1/4 C 处理幼苗的根系活力分别降低了30.45%、43.88%和51.58%, 较CK 幼苗的根系活力提高了47.11%。随着营养液浓度的升高,幼苗的根系活力呈降低趋势, 这可能是由于营养液浓度的增加引起了植物根系对营养量和水分需求的增加, 而此时的浇灌方式恰不能满足高浓度营养液浇灌下幼苗根系的这种需求所致。

2.4 不同浓度营养液对黄瓜幼苗叶片光合特性的影响

由表3 可知, 黄瓜幼苗叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率随着营养液浓度的升高呈现上升的趋势。其中, CK 和1/4 C 处理间不存在显著性差异, 1/2 C 和3/4 C 处理间不存在显著性差异,在1/2 C 处理下幼苗叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率3 个指标较CK 分别提高了97.62%、80.39% 和 52.42%, 较 1 C 处 理 分 别 降 低 了14.74%、40.26%和35.21%。胞间CO2浓度则在各处理间差异显著, 随着营养液浓度的增加基本呈现下降趋势。

表3 不同浓度营养液对黄瓜幼苗叶片光合特性的影响

2.5 不同浓度营养液对黄瓜幼苗叶片光合色素含量的影响

由表4 可知, 1/2 C 和3/4 C 处理幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b 和类胡萝卜素的含量不存在显著性差异, 但显著高于其他处理。其中, 1/2 C 处 理 较 CK 分 别 提 高 了 107.62%、110.36%、108.37%和91.95%。叶绿素a/b 在一定程度上能够反映幼苗对光能的捕获和利用情况。其中, 1 C 处理较CK 降低了23.0%, 而其他处理间不存在显著性差异。这说明1 C 处理下选取的幼苗测量叶片对光能的捕获和利用能力较弱, 一定程度上将会影响幼苗叶片的光合作用。

表4 不同浓度营养液对黄瓜幼苗叶片光合色素含量的影响

3 讨论与结论

在育苗生产中, 由于不同作物不同生长发育阶段对营养元素吸收的分量和特点等不尽相同, 因此, 浇灌的营养液及其浓度也有差别[14]。研究表明, 植株在适宜浓度营养液的浇灌下, 生长健壮,但在低浓度营养液的浇灌下, 植株长势偏弱[15]。该试验中, 霍格兰营养液浓度的提升有利于黄瓜幼苗在株高、茎粗和根长等形态上的建成。该试验中, 1 C 处理相较于其他处理, 幼苗生长的最快,而1/4 C 处理的效果并不显著。这说明, 浇灌适宜浓度的营养液可以促进黄瓜幼苗生长, 枝叶繁茂。而黄瓜幼苗的壮苗指数也有类似的变化趋势。说明适当提高营养液浓度有利于黄瓜幼苗干物质的积累, 满足苗期植株生长发育的养分需求。但幼苗的根系活力随营养液浓度的增加呈现降低的趋势。这可能是由于随着营养液浇灌浓度的提升, 加快了根系吸收水分和养分的速度, 基质中的水分和营养成分不能满足当前根系生长所需, 使根系生长受阻,进而影响了根系活力。因此, 只有适宜的水肥管理才能保证蔬菜作物的正常生长发育需求[16]。在育苗时, 应根据幼苗生长发育的不同阶段使用适宜浓度的营养液进行浇灌, 此外还需要注意不同浓度营养液浇灌的时间和频率。

光照是植物生长必不可缺的条件之一, 植物的光合作用效率与其生长有着密切的关系[17]。该试验中, 黄瓜幼苗的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率随着霍格兰营养液浓度的增大呈现上升趋势, 而比叶质量和胞间CO2浓度随着霍格兰营养液浓度的增大呈现下降趋势。这说明, 提升营养液的浓度可以促进幼苗的光合作用, 使幼苗生长旺盛、叶面积较大, 气孔导度增大, 胞间CO2浓度降低, 净光合速率增大。同时, 气孔导度的增大, 减少了气孔阻力, 使得幼苗的蒸腾作用也得到增强[18]。从比叶质量 (LMA) 上恰似也可以解释这一点, 即LMA 低的植物, 光合能力较强[19]。但该试验中,1 C 处理下幼苗叶片的叶绿素含量较低, 这可能是由于幼苗叶片中叶绿素合成受阻造成的[20]。

综上所述, 在黄瓜育苗的过程中浇灌适宜浓度的营养液可以促进幼苗的生长, 缩短育苗时间, 有利于苗齐苗壮。该试验中, 浇灌1 倍霍格兰营养液虽然更有利于黄瓜幼苗的生长, 但是, 1/2 倍霍格兰营养液浇灌下的黄瓜幼苗生长健壮, 各指标数据良好, 未出现明显的病症问题, 且已满足黄瓜苗期的生长需要, 实现壮苗。因此, 在以黄瓜为代表的短苗龄类蔬菜的育苗过程中, 施用营养液对于蔬菜的培育壮苗是有利的, 也是必要的。考虑到黄瓜苗期植株较小, 所需营养量不大, 使用1/2 倍营养液浇灌幼苗, 不仅有利于黄瓜穴盘苗的生长发育, 方便苗期管理, 而且可以相应降低营养液的使用成本, 实现高效生产。