营养液更新频率和方式对基质槽培黄瓜生长和根区盐分累积的影响.pdf

中国农业大学学报 营养液更新频率和方式对基质槽培黄瓜生长和根区盐分累积的影响 桑嘉骏 刘明池 武占会 梁 浩 何洪巨 王素娜 季延海 北京农林科学院蔬菜研究所 北京 农业农村部华北都市农业重点实验室 北京 河北工程大学 园林与生态工程学院 河北 邯郸 摘 要 为研究封闭式无机基质循环槽培系统下营养液更新频率和供液方式对黄瓜生长 产量和品质等的影响 以期建立封闭式栽培模式下的黄瓜营养液管理模式 以 京研 黄瓜为试材 采用封闭式无机基质循环槽培供液 系统 共设 个处理 对根区溶液盐分累积情况 水分利用效率和肥料偏生产力等进行综合分析 结果表明 随着 营养液更新频率的降低 黄瓜的株高 茎粗 产量 维生素 质量分数 可溶性糖百分含量 可溶性固形物百分含量 和可溶性蛋白质质量分数均降低 在整个生育期内 黄瓜根区溶液 随生育期延长呈上升趋势 封闭式供液方式 的离子比例失衡现象逐渐加剧 且随着营养液更新频率的降低 离子比例失衡越来越严重 综上 更换 次营 养液 为封闭式无机基质循环槽培黄瓜适宜的营养液管理模式 既能保证黄瓜品质 也能保证较高的产量 关键词 黄瓜 营养液 根区溶液 盐分累积 水分利用效率 中图分类号 文章编号 文献标志码 收稿日期 基金项目 财政部和农业农村部 国家现代农业产业技术体系资助项目 北京市农林科学院科技创新能力 建设专项 国家重点研发计划资助项目 第一作者 桑嘉骏 硕士研究生 通讯作者 季延海 助理研究员 硕士 主要从事设施蔬菜与无土栽培研究 第 期 桑嘉骏等 营养液更新频率和方式对基质槽培黄瓜生长和根区盐分累积的影响 基质栽培作为无土栽培中应用最为广泛的 种 类型 既能节水省肥和增产提质 又可提高农业废弃 物资的高效利用 同时成本低且易推广 随着我 国设施农业的发展 基质栽培的应用逐年增加 目 前多数基质栽培采用开放式的营养液管理模式 等 研究表明开放式供液模式有 的多余营养液会被排出 造成了水肥资源的浪 费 封闭式栽培技术在温室产业发达的国家应 用已经较为普及 营养液可以回收循环利用 几乎不 会产生浪费 提高了水肥利用效率 我国在有机 生态型栽培 椰糠栽培 基质袋栽培 复合基 质栽培 和珍珠岩栽培 等不同基质栽培类型中 也开展了封闭式栽培模式的研究 营养液供液方式和营养液更新频率会对植物根 区盐分累积和养分利用率产生一定的影响 在熊静 等 供液方式对番茄基质栽培盐分累积与养分利 用率的对比试验中 封闭式和开放式 种供液方式 基质栽培根区均存在盐分累积和离子比例失衡现 象 和 比例变化较大 盐分累积强度随 生育期的延长不断增加 且封闭式的增幅要高于开 放式 等 和 等 研究表明 封闭式和开 放式 种供液方式中根区溶液电导率上升的主要离 子为 和 贡献 率由大到小表现为 和 苏蔚等 认为 降低营养液更换频率在 不降低生菜生物量的前提下 显著提高了养分利用 效率 因此 明确封闭式管理下根区盐分累积 离子 浓度和离子比例的变化规律 研究适宜的营养液更 新频率 将对封闭式循环栽培技术的应用具有重要 意义 本研究以黄瓜为研究对象 探讨不同营养液 更新频率对黄瓜生长 果实品质及根区养分变化的 影响 结合水分利用效率 肥料偏生产力和综合效益 等指标 旨在筛选封闭式无土栽培条件下适宜的营 养液更新频率 以期为封闭式栽培模式下黄瓜营养 液管理模式的建立提供数据支撑 材料与方法 试验材料 供试黄瓜品种为 京研 采购于京研益农 北京 种业科技有限公司 试验方法 试验于 年 月在北京市农林科学院蔬 菜研究所 连栋玻璃温室中进 行 栽培方式采用北京市农林科学院蔬菜研究所研 发的营养液可循环利用的封闭式无机基质槽培系统 专利号 详见图 栽培槽 长 宽 高为 基质为无机 基质珍珠岩 营养液由水泵通过供液管路由滴针滴 入植株根部基质中 多余的营养液通过栽培槽底部 的回液口进入回液管路 流回营养液池 开放式系统 回液则直接排入下水管道 不回流至营养液池 每 个处理营养液池容积为 可供生长盛期循环 利用 采用蔬菜中心根据日本山崎黄瓜配 方 改良的黄瓜营养液地下水专用配方 配方内大 量元素 和 浓度分别为 和 微肥为通 用配方 地下水电导率 为 内含 质量浓度 每个 处理设 个栽培槽 每个栽培槽定植 株 槽内株 距 槽间距 各处理间行距 黄 瓜 叶 心时定植 清水缓苗 周后添加营养液 每天 供液 次 间隔 每次灌 溉 每株每天灌溉 营养液池的 为 试 验 于 定 植 后开始 试验期间进行打杈 绑蔓 摘除侧枝和 卷须及底部老叶片等周期性操作 试验设 个处理 营养液用尽后 约 更换营 养液且开放式供液 更换 次营养液且封 闭式供液 更换 次营养液且封闭式供液 更换 次营养液且封闭式供液 营养 液用尽后 约 更换营养液且封闭式供液 各处理营养液配制后 在达到更新天数前除调整 和 外 不补充新的营养液 每 测定营养 液池中营养液的 和 并适时调整 采用添加 母液的方式调节 和 本研究在试验过程中 除个别时段外 每个更新期内营养液均不需要调整 测定指标 生长指标测定 试验开始后每 用直尺测量株高 用游标卡 尺测量茎粗 每个处理测量 株 中 国 农 业 大 学 学 报 年 第 卷 图 封闭式无机基质槽培系统简图 品质指标测定 于结瓜盛期 定植 测定黄瓜品质 每个处 理 次重复 每个重复检测 个样品 采用蒽酮比 色法 测定可溶性糖含量 采用 二氯酚靛酚滴 定法 测定维生素 含量 采用考马斯亮蓝 染色法 测定可溶性蛋白含量 采用 手 持折射仪 日本 测定可溶性固形物含量 采用直尺测量果实纵径和果柄长 采用游标卡尺测 量果实横径 产量及水肥利用效率测定 每次采收统计单株产量 记录全程肥料和水的 添加量及每次更换营养液前营养液的剩余量 计算 单株水分利用效率和单株肥料偏生产力 单株作物耗水量 水的添加量 营养液剩余量 每个处理株数 单株水分利用效率 单株产量 单株作物耗水量 单株肥料偏生产力 单株产量 单株作物总施肥量 根区溶液采集与分析 试验开始后采用土壤溶液提取器每 进行 次根区溶液的采集 每次采集 放入 冰 箱内保存 用于测定根区溶液 及养分离子含量 养分离 子 含 量 采 用 电 感 耦 合 等 离 子 体 发 射 光 谱 法 测定 对各离子含量进行整理分 析后 计算各离子浓度比例 各离子浓度比例 各 离子比例 各离子含量 总离子含量 数据分析 采用 软件进行数据处 理 采用 软件中 比较法进行差 异显著性分析及 检验 结果与分析 不同营养液管理模式对黄瓜生长的影响 不同供液方式对黄瓜的生长有一定的影响 由 图 可知 定植 时 处理株高高于 比 处理提高了 处理茎粗高于 处 理 比 提高了 不同营养液更新频率对 黄瓜的生长也有一定的影响 处理株高高于 和 而 各 处 理 茎 粗 无 显 著 差 异 定 植 时 处理株高分别比 和 处理提 高 和 不同营养液管理模式对根区溶液的影响 总溶解离子浓度 在整个生育期内 不同供液方式下黄瓜根区溶 液 随生育期的延长均有不同程度的增加 图 开放式供液 和封闭式供液 处理根区溶液 最高值分别为 和 定植 时 初瓜期 根区溶液 表现为 此时开放式根区溶液 值显著高于封闭 式 定植 时 结瓜盛期 根区溶液 为 此时封闭式逐渐高于开放式 并且差异显著 定植 时 拉秧前 根区溶液 为 与定植前相比 各处理 的 分别提高 和 由此可知 随生育期的延长基质栽培 黄瓜根区盐分累积量不断增加 封闭式供液中回流 液的循环使用会加重根区盐分的累积 主要元素离子浓度 由图 可知 开放式供液根区溶液中 总氮 总磷 和 质量浓度均随时间的延长 呈增加趋势 而 呈先上升后下降的趋势 随后逐 渐保持在一个相对稳定的水平 在定植 时达到 最高值 封闭式供液中 处理总氮和 质量浓 度随时间的延长不断降低 总磷 和 质量 浓度呈先上升后下降趋势 定植 时 总氮质量 第 期 桑嘉骏等 营养液更新频率和方式对基质槽培黄瓜生长和根区盐分累积的影响 不同营养液管理模式对株高的影响 不同营养液管理模式对茎粗的影响 营养液用尽后更换营养液且开放式 供液 更换 次营养液且封闭式供液 更换 次营养液且封闭式供液 更换 次营养液且封闭式供液 营养液用尽后更换营养液且封闭式供液 下同 图 不同营养液管理模式对黄瓜生长的影响 图 不同营养液管理模式下黄瓜根区溶液 的变化 中 国 农 业 大 学 学 报 年 第 卷 分别表示不同营养液管理模式对总氮 总磷 和 质量浓度的影响 图 不同营养液管理模式下黄瓜根区溶液盐分离子变化特征 第 期 桑嘉骏等 营养液更新频率和方式对基质槽培黄瓜生长和根区盐分累积的影响 浓度 质量浓度 总磷 和 质量浓度 此时各养分含量对根区盐 分累积强度的贡献率由大到小为 总氮 总磷和 定植 时 总氮质量浓度 总磷质量浓度 质量浓度 质量浓度 质量 浓度 此时各养分含量对根 区盐分累积强度的贡献率由大到小为 总 磷 总氮和 定植 时 总氮和总磷质量浓 度 和 质量浓度 质量浓度 此时各养分含量对根区盐分累积强 度的贡献率由大到小依次为 总磷 总氮 和 在封闭式供液条件下 不同营养液更新频率对 根区溶液中总氮 总磷 和 质量浓度 影响显著 与处理前相比 定植 时的总氮质量 浓度 和 处理分别上升 和 而 和 处理分别降低 和 总磷质量浓 度 和 处理分别上升 和 而 和 处理分别降低 和 质量浓度除 处理高出处理前 外 和 处 理均低于处理前 分别下降 和 和 处理 质量浓度均高于处理 前 分别上升 和 质量浓 度 处理较处理前降低 和 处 理分别比处理前上升 和 主要元素离子比例 整个试验期内 总磷 和 比例显著上 升 由表 可知 与定植时配制的营养液相比 在定 植 开放式根区溶液中总氮和 在总离子浓度 中的比例分别降低 和 总磷 和 比例分别增加 和 封闭式 中 处理根区溶液中总氮和 在总离子浓度中 的比 例 分 别 降 低 和 总 磷 和 比例分别增加 和 与定植 时配制的营养液相比 定植 时开放式根区溶液 中总氮 和 在总离子浓度中的比例分别降低 和 总磷 和 比例分别增加 和 封闭式 处理根区溶液中 总氮 在总离子浓度中的比例分别降低 和 总磷 和 比例分别增加 和 与定植时配制的营养液相比 在 定植 开放式根区溶液中总氮和 在总离子 浓度中的比例分别降低 和 总磷 和 比例分别增加 和 封 闭式 处理根区溶液中总氮和 在总离子浓度 中的比例分别降低 和 总磷 和 比例分别增加 和 综合 开放式和封闭式根区溶液离子变化比例可以看出 随着生育期的延长封闭式供液方式的离子比例失衡 现象逐渐加剧 且随着营养液更新频率的降低 离子 比例失衡越来越严重 不同营养液管理模式对黄瓜品质的影响 由表 可知 不同供液方式对黄瓜的营养品质 有显著影响 与 处理相比 处理的可溶性糖 百分含量提高了 可溶性蛋白质质量分数 降低了 维生素 质量分数无显著差异 不同营养液更新频率对黄瓜的营养品质有显著影 响 维生素 质量分数以 处理最高 分别比 和 处理提高 和 可溶性糖百分含量以 处理较高 分别比 和 处理提高 和 和 处理差 异不显著 处理可溶性蛋白质质量分数较高 分 别比 和 提高 和 和 处理之间差异不显著 不同营养液管理模式对黄瓜综合效益的影响 由表 可知 不同供液方式对黄瓜的产量有显 著影响 处理单株产量比 处理提高 随着营养液更新频率的降低 黄瓜的单株产量呈降 低趋势 处 理 分 别 比 和 处 理 提 高 和 肥料偏生产力在一定程度上可反应肥料的利用 效率 不同供液方式对水分利用效率和肥料偏 生产力的影响较为显著 处理水分利用效率和肥 料偏生产力比 提高 和 随 着营养液更新频率的降低 水分利用效率和肥料偏 生产力呈上升趋势 处理比 和 处理 分别提高 和 中 国 农 业 大 学 学 报 年 第 卷 表 根区溶液中各离子在总离子浓度中的比例变化特征 处理 总氮 总磷 初始配方 定植 定植 定植 注 不同小写字母表示在 水平上差异显著 营养液用尽后更换营养液且开放式供液 更换 次营养液且 封闭式供液 更换 次营养液且封闭式供液 更换 次营养液且封闭式供液 营养液用尽后更换营养 液且封闭式供液 下同 表 不同营养液管理模式对黄瓜营养品质的影响 处理 维生素 质量 分数 可溶性固形物 百分含量 可溶性糖 百分含量 可溶性蛋白质质量 分数 第 期 桑嘉骏等 营养液更新频率和方式对基质槽培黄瓜生长和根区盐分累积的影响 表 不同营养液管理模式对黄瓜产量 水分利用效率和肥料偏生产力的影响 处理 单株产量 单株作物耗水量 单株作物施肥量 水分利用效率 肥料偏生产力 讨论与结论 不同营养液管理模式对封闭式槽培黄瓜根区 养分变化的影响 根区溶液电导率会随着作物水分需求量的变化 而变化 离子比例则会因营养液养分供应和作 物养分吸收的不完全一致而失衡 本研究中 开放式 和封闭式 处理的供液方式下根区 溶液 均随生育期的延长不断上升 这与熊静 等 研究一致 本研究中 与处理前相比 在初瓜 期 结瓜盛期和拉秧前 种供液方式根区溶液 均有不同程度的增加 表明随着生育期的延长 不同 供液方式均会导致根区盐分累积加重 且 和 处理的盐分累积现象更加严重 过量的盐分累积会 导致植物生长发育受到影响 而在封闭式供液方式 下 处理的 在初瓜期和结瓜盛期均低于 在拉秧前与 差异较小 表明在封闭式无机基质 循环槽培系统下 更新 次营养液能够降低根区 的盐分累积 有利于植物的生长 能够促进叶片中碳水化合物的合成和运转 增大叶面积 促进光合产物的运输 从而促进植株的 生长 且 与 具有交互作用 可促进植株对 的吸收 进而对植株的生长起到较大的影响 在 黄瓜所需的营养元素中 的含量仅次于 唐小 付 研究表明 适宜的 和 浓度对网纹甜 瓜的产量及含糖量具有较大的影响 但过高的配比 会对其产生抑制作用 关志华等 研究表明 营养 液中适当的 水平对黄瓜的产量和品质有较好的 促进作用 本研究中 处理的产量显著高于 处理 而 处理的可溶性糖含量却显著高于 处理 可能是试验初期 处理的 和 含 量均高于 处理 导致前期黄瓜的营养生长较好 为后期的生殖生长奠定了基础 随着养分累积的加 重 和 浓度过高 从而对黄瓜的生长 产量 和含糖量产生了抑制作用 对于根区溶液盐分累 积 盐分比例失衡与黄瓜生长 产量和品质间相互影 响关系及内在联系 未来将进一步进行深入的研究 和解析 不同营养液管理模式对封闭式槽培黄瓜综合 效益评价 开放式供液方式能够降低养分累积并保证黄瓜 的产量和品质 但该方式会造成水资源浪费和农业 环境的污染 与封闭式相比 开放式系统每年 排放的营养液造成了大量水资源的浪费 并且约有 的 随水排入环境中 造成了水体污染等问 题 丛鑫等 对小麦的研究发现 过量的水肥 投入并不会使得产量和经济效益持续增长 还会造 成水肥资源浪费及地下水污染等问题 本试验分析 了不同营养液管理模式对黄瓜产量 水分利用效率 和肥料偏生产力的影响 确定不同营养液管理模式 下黄瓜产量 水肥利用效率和经济效益最大化的供 液方式和营养液更新频率 封闭式供液方式下 更新 次营养液 为封闭式栽培模式下黄瓜营养液 管理模式的建立提供了数据支撑 开放式和封闭式 种供液方式下 无机基质栽 培根区均存在盐分累积和离子比例失衡现象 封闭 中 国 农 业 大 学 学 报 年 第 卷 式更加严重 与开放式相比 封闭式栽培更能实现 黄瓜基质栽培的节水节肥和环境友好型发展 而频 繁更换营养液虽然能提高黄瓜的生长 产量和品质 等指标 但也会造成资源浪费 增加成本 污染环境 和盐分累积等问题 综上 通过产量 水分利用效率 和肥料偏生产力等综合比较 更换 次营养液为 封闭式槽培黄瓜适宜的营养液管理模式 具有最佳 的生产效益 参考文献 赵文举 马锋 曹伟 马芳芳 韩丽 水肥耦合对基质栽培番 茄产量及品质的影响 农业工程学报 蒋卫杰 余宏军 蔬菜有机生态型无土栽培营养生理研究进 展 中国蔬菜 王闯 曹娜 高朋 徐宁 刘国娟 刘敏 孙晓慧 日光温室番 茄椰糠基质长季节栽培技术 中国蔬菜 董飞 智雪萍 梁武军 日光温室黄瓜菇渣复合基质袋培技术 中国蔬菜 周冉冉 陈佩 郭世荣 蔡忠 醋糟和菇渣基质改良剂对连作 障碍土壤理化性质及栽培黄瓜的影响 中国 蔬 菜 袁丁 武占会 季延海 刘明池 王丽萍 梁浩 限根栽培条 件下空气果穗部加温对深冬设施番茄产量和品质的影响 北方园艺 熊静 陈清 王敬国 刘伟 供液方式对番茄基质栽培盐分累 积与养分利用率 的 影 响 农 业 机 械 学 报 苏蔚 李嘉佳 孙光闻 宋世威 陈日远 刘厚诚 营养液更 换频率对生菜养分吸收和利用效率的影响 新疆农业科学 郭世荣 无土栽培学 版 北京 中国农业出版社 李合生 植物生理生化实验原理和技术 北京 高等教育 出版社 蔡庆生 植物生理学实验 北京 中国农业大学出版社 第 期 桑嘉骏等 营养液更新频率和方式对基质槽培黄瓜生长和根区盐分累积的影响 赵世杰 植物生理学实验指导 北京 中国农业科学技术 出版社 赵玉红 康珍 孙涛 朱轲钰 张琪 胡晓辉 不同营养液供 应频率对日光温室袋培辣椒产量 品质及水分利用效率的影响 中国蔬菜 范海燕 潘兴瑶 刘洪禄 詹莉莉 肖羿 水肥耦合对设施塔 菜花产量 品质及水肥利用效率的影响研究 北京水务 食品安全国家标准 食品中多元素的测 定 北京 中国标准出版社 李亚灵 温室内蒸腾控制对高盐分下番 茄生产的影响 农业工程学报 唐小付 不同钾 钙 镁水平对厚皮甜瓜生长发育和产量品质 的效应研究 南宁 广西大学 关志华 程智慧 外源施钙对加工番茄果实硬度及品质相关 指标的影响 西北农林科技大学学报 自然科学版 丛鑫 张立志 徐征和 庞桂斌 冯严明 赵登良 水氮互作 对冬小麦水肥利用效率与经济效益的影响 农业机械学报 责任编辑 董金波