不同钙素浓度与不同水源对雾培马铃薯植株的影响

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  摘    要:为了探索雾培马铃薯的最优钙素浓度范围,以及营养液不同配制水源之间的差异,共设置4个浓度梯度,分别为A1(3.20 mol/L)、A2(4.00 mol/L)、A3(4.80 mol/L)、A4(5.60 mol/L),两个营养液水源,分别为T1(去离子水)、T2(自来水),测定不同处理下植株的生长发育指标及养分含量。通过试验研究发现,A3条件下在植株生长发育及养分吸收方面都表现良好,尤其是A3处理下SPDA值明显大于其他处理。因此A3处理最适合植株生长;T1与T2在根系发育方面具有较为明显的差异,在其他方面T1、T2之间不具有显著差异。适当地增加钙元素浓度可以提高植株的生长速度,改善植株的生长状况,同时促进植株全钾、全钙、全镁的吸收;自来水配制营养液水源在整个试验期内在根系表面积、投影面积、体积及像素面积方面与去离子水具有明显差异,对于植株的养分吸收不具有明显差异。
  关键词:气雾栽培;马铃薯;钙素浓度;根系发育;营养液水源
  文章编号: 1005-2690(2021)10-0003-04       中国图书分类号: S532       文献标志码: B
  马铃薯作为一种兼具主食与蔬菜两种身份的作物被广泛种植。但是传统的种植方式会出现连续耕作产量减少且极易出现土传病害,因此培育脱毒原种可以改善马铃薯的产量,消除连作障碍。马铃薯原原种是经过马铃薯茎尖组织培养进行病毒检测合格后的脱毒组培苗。雾培马铃薯是一种培育脱毒原原种的方式,其生长过程中的温度、湿度、光照等由人为控制,植株根部与完全水培不同,雾培的根部悬于半空中氧气充足,栽培过程中通过不间断向马铃薯根部喷射营养液向马铃薯植株供应养分与水分,对根系的发育有极大的促进作用。与其他种植方式相比,雾培可以提升马铃薯原原种的产量。这项技术有助于实现社会效益和经济效益,包括应对日益严峻的全球粮食挑战、减轻营养不良的环境变化[1-2]。
  钙肥是一种重要的营养元素,对马铃薯植株适量增施钙肥,可以提高单株产量与大、中薯率,同时可以增加马铃薯块茎中维生素C、钙和粗蛋白等含量[3]。同时钙还是构成细胞壁的重要成分之一,其对稳定细胞膜结构、细胞的伸长和分裂、酶活性的调节和代谢过程都起着重要的作用。植物对钙的吸收主要是钙离子形式,以质流和根系截获的被动吸收为主[4]。本试验为了寻求最优的雾培营养液钙元素浓度,设置了4种钙素浓度进行雾培试验。
  为了控制试验过程中的成分固定不变,一般试验过程用水会使用净化水或去离子水,实际生产过程中不会使用去离子水或者净化水。通常为了方便及节约生产成本会使用自来水用作营养液配制水源,自来水是相较于井水和雨水等其他水源中水质最为稳定的理想水源。姚利军曾收集雨水和自来水及两者混合分别进行生菜的雾培试验,结果表明,不同的水源对于生菜的品质具有较明显差异。在雾培试验研究中一般采用去离子水进行准确的研究,本试验为了探究去离子水与自来水之间的差异,分别采用去离子水及自来水进行雾培试验。
  1   材料与方法
  1.1   试验设施概况
  本次试验在宁夏大学农科实训基地西侧玻璃温室内进行,试验期间温室内湿度为60%~80%,温度为日间25~40 ℃、晚间10~17 ℃,生長前期光照主要靠日光照射,每天光照时间为8~10 h,试验时间为2020年10月—2021年1月。
  1.2   试验设计
  本试验采用两因素裂区试验方法,主区为不同营养液浓度,副区为不同营养液配制水源。共设置了4个浓度梯度,分别为A1(3.20 mol/L)、A2(4.00 mol/L)、A3(4.80 mol/L)、A4(5.60 mol/L),具体配比见表1,两种营养液配制水源为去离子水(T1)与自来水(T2),微量元素配比如表2所示,试验安排如表3所示。
  本试验采用“费乌瑞它”马铃薯脱毒组培苗为试验材料,试验分为水培生根过程和正式雾培试验过程,脱毒组培苗先在水培条件下水培20 d,水培前3 d用清水水培,后续用1/6的霍格兰营养液配方,在水培10~15 d后将营养液更换为1/3倍霍格兰营养液。在移栽至雾培箱前5 d将营养液浓度更换为1/2,后开始正式雾培试验。在整个种植过程中微量元素使用阿农微量元素配方,并且浓度不变。待植株长至10 cm左右,选取长势粗壮的植株移栽至雾培设备,后续按照试验设计进行试验。雾培设备进液管管道压力为0.2 Pa,雾化喷头流量为0.3 L/min,营养液循环利用每10 d更换1次。营养液pH值控制在5.5~6.5,EC值在2.0~2.5 mS/cm。
  2   测试项目与测试方法
  2.1   采样时间
  试验以植株移栽至雾培箱的时间进行计算,在2020年11月10日移栽至雾培箱,分别在植株移栽至雾培箱后的第5天、第20天、第35天、第50天,采样测取植株的株高、茎粗、SPDA值。在植株移栽至气雾栽培后的第50天采样测取植株的根系数据,以及根部、茎部、叶片的全钾、全钙、全镁含量。
  2.2   植株测试方法
  植株株高测量,为植株与栽培板衔接处到植株最高点之间的距离;茎粗采用游标卡尺测量,为植株茎部底端的直径;SPDA值用便携式叶绿素仪测量,选取植株上、中、下3片叶片测量后取平均值。
  植株烘干粉碎后过1 mm筛,取适量植株样经盐酸浸提后,吸取浸提液,测量植株的全钾、全钙、全镁含量。全钾用火焰光度计、全钙和全镁采用原子吸收仪测定。植株根系指标采用上海中晶科技有限公司 MICROTEK扫描仪测定。
  2.3   数据分析
  数据分析采用 Excel 2010和SPSS 21.0软件,利用Origin 2018作图。   3   结果分析
  3.1   不同钙素浓度与不同水源条件对株高的影响
  由图1可知,在植株生长期间,植株高度在生长前期较缓慢,在11月30日后植株高度生长迅速。在A3条件下植株生长较快,在11月30日差异明显。
  由图2可知,在不同营养液配制水源条件下,植株的生长高度无明显差异,可知不同水源配制营养液相对于钙素浓度的影响而言,对于植株高度的生长影响较小。在12月15日时植株高度最大可达到29.77 cm,比最小株高高出了19.32%(24.95 cm)。在11月30日植株高度范围在13.68~17.53 cm,在不同水源条件下存在极显著性差异(P≤0.01),在不同钙素浓度条件下存在极显著性差异(P≤0.01);在12月30日植株高度范围在35.45~39.53 cm,在不同水源条件下存在显著性差异(P≤0.05),在不同钙素浓度条件下存在极显著性差异(P≤0.01)。
  3.2   不同钙素浓度与不同水源条件对植株SPDA值的影响
  由图3可知,不同钙素浓度对于植株的SPDA值影响较大,A3条件下植株的SPDA值始终处于较大值,A1条件下SPDA值最小。由此可见,适当地增加钙素浓度,有助于气雾栽培马铃薯的光合作用。在整个试验期间,植株在生长前期的SPDA值随着时间出现迅速增长趋势后趋于平缓,以11月30日为转折点。在11月30日—12月15日SPDA值之间的差异最为显著。
  由图4可知,T1条件下比T2条件下的SPDA值大,去离子水配制营养液要比自来水配制营养液更有利于植株叶片的光合作用。
  3.3   不同钙素浓度与不同水源条件对植株茎粗的影响
  由图5可知,不同钙素条件下对于植株茎粗的影响较明显,在整个试验过程中,A3条件下植株的茎粗最大,A1茎粗最小,不同处理间在11月30日时茎粗差异最大。其中A3条件下植株与其他处理间差异明显。茎粗在植株的生长后期生长迅速,生长前期植株株高增长,当株高达到一定高度后,植株茎部开始横向发育增长。
  由图6可知,植株的茎粗在不同水源条件下差异不明显,茎粗增长趋势相似。由此可知,不同营养液配制水源对于茎粗的影响不大。
  3.4   不同钙素浓度与不同水源条件对植株根系发育的影响
  通过图7可知,不同钙素浓度处理下,A3条件下根系长度、投影面积、像素面积、表面积、体积都为最大值,其中根系长度与根系表面积与其他处理下具有显著性差异。植株根系长度在A1~A3之间随着营养液钙素浓度增加逐渐增加,A4条件下出现根系长度的降低,可知适度增加钙元素条件下可以达到根系长度增加的效果,但不可过少也不可过量。植株根系表面积在A3条件下达到最大值后在A4条件下表面积值减少。由此可知,过量的钙素浓度会导致植株根系的发育受影响。
  由图8可知,植株根系的投影面积、像素面积、体积在不同水源条件下具有显著性差异,可知不同水源配制营养液对根系发育具有较明显影响,T1条件下更有利于植株根系发育,营养液水源的不同处理会导致植物根系投影面积、像素面积、表面积与体积的明显差异。
  3.5   不同钙素浓度与不同水源对植株养分吸收的影响
  3.5.1   不同钙素浓度对于植株养分吸收的影响
  由图9可知,不同钙素浓度处理下植株根系的全钾、全钙、全镁具有显著性差异,在A3、A4处理下植株根部全钾含量相较于A1、A2条件下含量要大,A1条件下根部的全钙含量低于其他处理,A1条件下植株根系全镁含量低于其他处理。可知,钙元素含量会影响植株根系的全钾、全钙、全镁的吸收,营养液内适当地增加钙元素浓度可提高植株根系的全钾、全钙、全镁的含量。不同的钙元素含量对于茎部的全钾、全镁含量具有显著性影响,茎部全钾在A3条件下达到最大值,茎部全镁在A2条件下达到最大值,不同钙元素浓度处理下茎部的全钙含量没有明显差异。
  3.5.2   不同营养液水源对于植株养分吸收的影响
  由图10可知,对生长第60天的植株根部养分含量进行差异显著性分析,在钙素浓度与水源两因素交互作用下,植株根系全钾含量存在极显著性差异(P≤0.001),全钾含量最大值1.11%比最小值0.21%高出428.57%,不同钙素浓度与不同水源条件下全钾、全钙均存在极显著性差异(P≤0.001),全钙含量在1.24%~1.66%之间变化,最大值比最小值高出33.87%,全镁含量在不同钙素浓度、不同水源以及两因素交互作用都不存在显著性差异(P>0.05)。由此可知,不同钙素浓度与不同水源对植株养分含量均有影响,根系全鎂含量受钙素影响较小。
  4   结论与讨论
  适当增加营养液中的钙含量,可以提高植株根系对于钾、钙、镁的吸收,但是浓度达到最大限值后植株对于钾、钙、镁的吸收会出现减少的情况。对营养液适当地增加钙浓度可以改善植株的根系发育情况,马铃薯根系的生长发育是提高马铃薯产量的基础。适当增加钙元素含量,可以提高植株中钾、钙、镁的吸收率。钙肥在马铃薯生产中不仅影响植株的生长发育,还会减少生理病害、提高产量和品质[5],钙肥在增施时还要注重其他元素配比使用,大量元素、中微量元素对于植株的生长都是必不可少的存在[6]。马铃薯雾培过程中还要注意使用合适的喷雾时长、喷雾强度与种植密度等。雾培马铃薯对于生长环境的变化较敏感,在生产过程中需要密切关注生长环境的动态变化[7-9]。
  试验结果表明,用去离子水与自来水分别配制营养液对于植株根系发育有差异,对于植株其他生长发育指标及养分吸收没有较大影响,在实际生产过程中一般采用自来水、井水、雨水当作营养液配制水源,关键在于调节好营养液的EC值与pH值。
  采用自来水与去离子水分别配制营养液,对于植株的整体生长发育相差不大,在实际生产过程中自来水是较为容易获取且水质稳定的理想水源。在不同地区根据当地的气候条件、土壤性质,可以选用雨水和井水作为生产水源,以进一步节约生产成本。
  雾培生产方面钙元素在马铃薯不同生长时期的影响及不同时期最优钙素配比浓度的研究还有较大的研究潜力。气雾培的应用,可以大量提高马铃薯单株结薯量、改善连作障碍等。但是由于其对于技术要求之高,并没有得到广泛的推广。其在雾培设施设计、实际操作与营养液配比方面仍有极大的提升空间,气雾培栽培模式在蔬菜种植方面还有很大的发展潜力。
  参考文献:
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