间作水培生菜与樱桃萝卜产量和品质生物调控研究_于海业.pdf

null null null null 年 null 月 农 业 机 械 学 报 第 nullnull 卷 第 null 期 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 间作水培生菜与樱桃萝卜产量和品质生物调控研究 于海业 null 郭晶晶 null 杨亚平 null null 张晨曦 null 张 涛 null 张 蕾 null nullnull 吉林大学生物与农业工程学院 长春 nullnullnullnullnullnull nullnull 中机试验装备股份有限公司科技发展部 长春 nullnullnullnullnullnull nullnull 东北师范大学植被生态科学教育部重点实验室 长春 nullnullnullnullnullnull 摘要 水培对保障粮食安全与促进农业可持续发展具有积极意义 但依赖人工光温调控实现水培作物优质高产 会 增加能耗 且多因子交互作用带来生物调控结果的不确定性 本研究在非严格控制环境下 对比了营养液膜 深液 流及雾培 null 种水培方式下单作与生菜 null萝卜 数量比 nullnullnull 间作的栽培效果 结果表明 间作较单作显著提高生菜干 物质产量和氮利用效率 最高分别达 nullnullnull nullnullnull和 nullnullnull nullnullnull 同时显著降低了生菜和萝卜亚硝酸盐含量 最高分别达 nullnullnull nullnullnull和 nullnullnull nullnullnull 并显著提高了维生素 null 与可溶性蛋白含量 不同水培方式 营养液膜间作种间竞争最强 间作 还引起生菜全氮含量下降 萝卜全氮 钼和钙 nullnull 含量上升 其中 nullnull 含量最大提高率为 nullnullnull nullnullnull 这些变化可能 通过影响碳氮代谢平衡了作物产量和品质 研究结果为水培蔬菜间作系统优化提供了理论依据 关键词 水培 间作 产量 品质 生物调控 中图分类号 nullnullnullnull nullnullnullnullnull null 文献标识码 null 文章编号 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 收稿日期 nullnullnullnull nullnull nullnull 修回日期 nullnullnullnull nullnull nullnull 基金项目 国家自然科学基金项目 nullnullnullnullnullnullnullnull 和四川省现代农业装备工程技术研究中心课题 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 作者简介 于海业 nullnullnullnull 男 教授 主要从事农业生物环境与能源工程研究 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull 通信作者 张蕾 nullnullnullnull 女 教授 主要从事农业生物环境与能源工程研究 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull null nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnull null null College of Biological and Agricultural Engineering Jilin University Changchun nullnullnullnullnullnull China null Department of Science and Technology Development Sinotest Equipment Co Ltd Changchun nullnullnullnullnullnull China null Key Laboratory of Vegetation Ecology Ministry of Education Northeast Normal University Changchun nullnullnullnullnullnull China nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null null null nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnull null nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull LEC null nullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 引言 在环境控制下 水培可大幅提高作物产量 减少 病虫害发生 提升品质 但栽培系统运行与环境调 控的能源投入限制了当前水培技术大面积推广和应 用 氮是提高农业和园艺作物产量的关键调控因 素 硝态氮 nullnull null null nullnull 作为主要氮源 是水培营养液中 含量最丰富的元素之一 但当作物吸收的 nullnull null null nullnull 超 过其同化能力时 硝酸盐 nullnull null null 会在作物体内大量 累积 因此 水培蔬菜也普遍存在 nullnull null null nullnull 富集现象 传统上 通过调控营养液与光环境提高蔬菜产量和 氮素利用效率 nullnullnull 同时降低 nullnull null null nullnull 含量 null nullnull 但现有研究多聚焦单一因素的主效应 而忽视多因 子互作机制 导致调控管理缺乏有效阈值 可操作性 不足且效果不稳定 这使得包括营养调控在内的外 源植物生长调节方式通常难以实现作物产量与品质 的协同提升 null 生物调控是指生物体通过主动改变其运作模 式 以应对内外环境变化 从而抵消干扰的自我调节 能力 null 间作为一种物种多样化种植策略 具有 生物调控的特点 田间间作通常用于减少外源肥料 投入 提高资源利用效率并最终增加产量 但间作在 水培中的应用并不多见 然而 已有研究表明 不同 蔬菜可根据其营养需求差异共享同一营养液 null 多种 蔬菜混合水培有利于实现高产目标 null 文献 null nullnull 进 一步在受控环境下建立了生菜 null萝卜 nullnull null 的间作 雾培体系 提高了系统总产量 有效降低了生菜叶片 中的 nullnull null null 含量 张蕾等 null 基于正交试验 确定了 生菜 null萝卜 nullnull null 间作雾培系统的最佳管理模式 本研究在非严格受控的温室环境开展试验 针 对营养液膜技术 深液流水培和雾培 null 种水培方 式 nullnull 探究生菜 Lactuca sativa nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull 与樱桃萝卜 aphanus sativus nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 以下简称萝卜 按照数量比 nullnull null间作 对蔬菜产量 品质及氮素利用的影响 为建立一种更具能源效率 更高产且能产出优质蔬菜的水培生产系统提供理论 依据 null 材料与方法 nullnull null 试验条件 种植试验于 nullnullnullnull 年 null 月 nullnull 日 null 月 nullnull 日在吉 林大学南岭校区 长春市 玻璃温室开展 栽培期 间温室未启用自动调控系统 依靠自然光照 自然通 风 每日 nullnull nullnull nullnull nullnull 时段平均光合光子通量密 度 nullnullnullnull 为 nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull null null null 平均空气相 对湿度 nullnull 为 nullnull null nullnull null 平均温度为 nullnullnull null null nullnull null null 其中 nullnull nullnull nullnull nullnull 出现日间最高温 达 nullnull nullnullnullnull nullnull null 栽培管理 参照文献 nullnull 的方法进行育苗 选取长势均匀 健壮 具 null nullnull 片真叶的生菜幼苗与 null 片真叶的萝卜 幼苗进行同步定植 开始进行栽培试验 营养液配 方同文献 null 为保证不同水培系统养分供应的一 致性 按照每株蔬菜 null null 计算该系统的营养液供应 总量 每日 nullnull nullnull nullnull nullnull 分别测试各栽培系统营 养液 nullnull 值和电导率 nullnull 通过添加 nullnull 稀盐酸 nullnullnull 或 nullnull 氢氧化钠 nullnullnullnull 调节水培营养液的 nullnull 值在 nullnull null null nullnull null 之间 因栽培周期内 nullnull 逐渐增 大 定量添加曝气自来水保证营养液 nullnull 小于 null nullnullnull nullnullnullnullnull 所有栽培系统营养液均采用封闭式 循环供应方式 nullnull null 试验方案 水培方式作为因素 A 营养液膜技术 水 培 nullnullnull 深水培 nullnullnull 和雾培 nullnullnullnull 作为该因素的 null 个水平 栽培模式作为因素 B 单作和间作作为该 因素的 null 个水平 为探讨 null 个因素对蔬菜的主效应和交互作用 采用两因素完全随机区组设计 共 null 个处理 但分 别针对 null 种蔬菜分析时 间作处理相同 故将试验总 处理数减少至 null 个 如表 null 所示 每个处理 null 次重 复 共 nullnull 个试验单元 即 nullnull 个独立栽培系统 单作 生菜和单作萝卜分别用 nullnull 和 nullnull 表示 间作生菜和 间作萝卜分别用 nullnull 和 nullnull 表示 表 null 试验方案 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull 处理 水培方式 栽培模式 null nullnullnull 生菜单作 null nullnullnull 生菜单作 null nullnullnullnull 生菜单作 null nullnullnull 生菜萝卜间作 null nullnullnull 生菜萝卜间作 null nullnullnullnull 生菜萝卜间作 null nullnullnull 萝卜单作 null nullnullnull 萝卜单作 null nullnullnullnull 萝卜单作 注 处理 null nullnull 和处理 null nullnull 分别用于分析生菜和萝卜 其中处理 null nullnull 作为间作系统 可同时用于分析生菜和萝卜 nullnullnull 采用 null 形水培管道 直径约 null nullnull nullnull 个定 植孔 单个装置占地面积约 nullnull nullnull null null nullnullnull 装置采 用配备气泵的栽培箱 高度约 nullnull nullnull null 个定植孔 单个装置占地面积约 nullnull nullnull null null 雾培装置采用雾培 箱 高度约 nullnull nullnull null 个定植孔 单个装置占地面积 约 nullnull nullnull null null 每个装置中 相邻植株间距约 nullnull nullnull null nullnull nullnull 为避免不同装置带来的影响 以相同水培 方式下 间作植株较单作植株产量与品质的相对 变化进行评价 nullnull null 测量指标与方法 nullnull nullnull null 原位检测光合指标 在移栽后第 nullnull 天收获并完成各项指标测量 nullnullnull第 null 期 于海业 等 间作水培生菜与樱桃萝卜产量和品质生物调控研究 收获日 nullnull nullnull nullnull nullnull 各栽培系统中每种蔬菜随机 选取 null 株 利用光合作用测量系统 nullnull nullnullnullnullnullnull 型 美国 和调制叶绿素荧光仪 nullnullnullnull 型 美国 分别测 定倒数第 null 片新生叶气体交换参数和叶绿素荧光参 数 每个处理取 null 株 计算平均值 nullnull nullnullnull nullnull nullnull null 离体检测品质指标 null 收获完成原位检测的植株 按地上地下部 分分别称量鲜质量后 取生菜叶片 nullnull nullnullnull null 测定叶 绿素 null nullnullnullnull 和叶绿素 null nullnullnullnull 含量 nullnullnullnullnullnullnull 酶活 性 nullnull null null 含量 亚硝酸盐 nullnull null null 含量 可溶性蛋白 nullnull 含量 抗坏血酸 nullnull 含量 取萝卜叶片 null null null null 测定 nullnullnullnull nullnullnullnull 含量和 nullnullnullnullnullnullnull 酶活性 另取去 皮萝卜块根 null null null null 测定 nullnull null null nullnull null null nullnull nullnull 含量 nullnull 含量测定采用 nullnullnullnullnullnull nullnull 反射仪 nullnullnullnullnull 德国 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null试纸条 nullnullnullnullnull 德国 检测范围 nullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 活性采用试剂盒 nullnullnullnullnullnullnullnull 中国 其余指标参照现行方法检测 nullnull nullnullnull 剩余可 食部位鲜样干燥后 测定可溶性糖 nullnull 含量 nullnull nullnull null null 和 nullnull null null 含量作为蔬菜安全品质指标 nullnull nullnull 和 nullnull 含量作为蔬菜营养品质指标 null 收获各栽培系统中的其余植株 按地上地 下部分分别称量鲜质量 即鲜物质质量 然后干燥至 恒定质量 分别测定地上地下部分干质量 即干物质 质量 称量干质量后 每个处理任意选取每种蔬菜 null 株 将单株蔬菜地上和地下部分混匀 研磨 测量 养分元素含量 取平均值 采用微量凯氏定氮法 nullnull 测定总氮 nullnull 含量 采用电感耦合等离子体发射光 谱仪 nullnullnull nullnullnull nullnull 测定磷 null 钾 null 钙 nullnull 镁 nullnull 硫 null 铁 nullnull 锰 nullnull 硼 null 含量 采 用电感耦合等离子体质谱仪 nullnullnull nullnull nullnull 测定锌 nullnull 铜 nullnull 钼 nullnull 含量 nullnull null 计算与数据分析 根据称量的鲜质量和干质量结果 分别计算单 株植株平均干质量 nullnull nullnull株 单位面积可食用部 分 生菜叶片 萝卜块根 平均鲜物质产量 nullnullnull nullnullnull null 和单位面积整株干物质产量 nullnullnull nullnullnull null 氮素营养指数 NNI 计算式为 NNI null N a N c null 其中 N c null aD null b W null 式中 N a 总氮 nullnull 含量 N c 关键氮含量 D W 单株蔬菜干质量 a b 与作物种类相关的系数 其中 生菜取 a null nullnull nullnull b null nullnull nullnullnull nullnull 萝卜取 a null nullnull null b nullnullnull nullnull nullnull 当 NNI null nullnull null 作物氮营养状况最 佳 NNI nullnullnull null 氮营养不足 NNI nullnullnull null 氮营养过剩 nullnullnull 参照文献 nullnull 计算 土地当量比 LE 超额增产指数 TOI 净效 应比 NE 和土地当量系数 LEC nullnull 计算式分 别为 LE null LE L null LE null y L Y L null y Y null TOI null y L null y nullnullnull Y L Y null NE null y L null y P L Y L null P Y null LEC null LE L LE null y L Y L null y Y null 式中 LE L 间作系统中生菜偏土地当量比 LE 间作系统中萝卜偏土地当量比 y L Y L nullnull 和 nullnull 单位面积干物质产量 y Y nullnull 和 nullnull 单位面积干物质产量 P L 间作系统中生菜所占比例 取 null null P 间作系统中萝卜所占比例 取 null null 参照文献 nullnull 方法 生菜与萝卜 nullnullnull间作 LE L null nullnull nullnull 时 生菜具有产量优势 LE null nullnull nullnull 时 萝卜 具有产量优势 LEC nullnullnull nullnull 时 间作作物间存在种间 竞争 该值越小 竞争越激烈 LE TOI 和 NE 大于 nullnull null 时 间作系统产量超过单作 针对生菜和萝卜分别开展双因素方差分析 nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 确定影响因素主效应和交互作 用 两变量间差异性分析采用 t 检验 nullnullnullnull nullnullnull null 与 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 用于数据统计分析与绘图 null 结果与分析 nullnull null 间作对蔬菜产量与质量的影响 nullnull nullnull null 间作对蔬菜产量的影响 由图 nullnull 图中 null 和 nullnull分别表示差异在 P null nullnull nullnull 和 P nullnullnull nullnull 达到显著水平 nullnull 表示未达到显著 水平 可知 nullnullnull 下 nullnull 可食用部分鲜物质产量较 nullnull 有显著提高 nullnull nullnullnull 这表明 间作对 nullnullnull 下蔬菜 生产的经济收益有利 但从图 nullnull 来看 null 种水培方 式下 nullnull 均显著高于 nullnull nullnullnull nullnullnull 和雾培下分别 提高 nullnullnull nullnullnull nullnull nullnullnull和 nullnullnull nullnullnull nullnull 则在 nullnullnull 下显 著低于 nullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnull 下无显著差异 但在雾 培下显著高于 nullnull nullnull nullnullnull 这表明 与萝卜间作 显著提高了生菜有机物合成与积累 且雾培对 null 种 蔬菜干物质合成与积累均有显著促进作用 由图 nullnull 可知 null 种水培方式下 生菜 LE L 均高 于临界值 nullnull nullnull 而萝卜 LE 未均高于 nullnull nullnull 这表 明 在所有间作系统中生菜均占据优势地位 各间 作系统 LE 和 NE 均大于 nullnull null 但 TOI 均低于 nullnull null 说明水培间作虽能提高土地利用率并获得更高的相 对产量 但未必能实现蔬菜生产超量优势 在雾培 nullnullnull 农 业 机 械 学 报 null null null null 年 图 null 蔬菜产量 品质与间作优势 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnulln