不同营养液浓度下温室黄瓜营养元素含量上限的确定

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　　摘要 在智能温室条件下，以京津优2号为试验材料，采用以珍珠岩为载体的无土栽培方式，研究在不同浓度营养液处理下温室黄瓜的生长情况。利用T1、T2、T3、T4、T5 5个浓度梯度的霍格兰营养液，测定不同浓度营养液下温室黄瓜的鲜重、干重、叶面积，确定营养液中各元素含量的上限。结果表明，T4处理为黄瓜生长发育的最适浓度，营养液中氮含量上限为8.591 mg/L，磷含量上限为3.32 mg/L，钾含量上限为263.63 mg/L。
　　关键词 温室;黄瓜;营养液;营养元素
　　中图分类号 S642.2文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）02-0063-04
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.02.017
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Determination of the Upper Limit of Nutrient Content of Cucumber in Greenhouse under Different Nutrient Solutions
　　ZHANG Chuan-zhao1，ZHANG Zhao-dong2，MA Wan-zheng3，4 et al （1.Wuhe County Dongliuji Agricultural Technology Station，Wuhe，Anhui233333;2.Agricultural Technology Promotion Center of Dingyuan County，Chuzhou City，Anhui Province，Chuzhou，Anhui 233201;3.Resource and Environmental Engineering College，Anhui Science and Technology University，Fengyang，Anhui 233100;4.Key Laboratory of Bio-organic Fertilizer Creation，Ministry of Agriculture，Bengbu，Anhui 233000）
　　Abstract Under the condition of intelligent greenhouse，the growth of cucumber in greenhouse was studied under different concentrations of nutrient solution by using Jingjinyou 2 as experimental material and using pearlite as carrier.The fresh weight，dry weight and leaf area of greenhouse cucumber under different concentrations of nutrient solution were determined by using Hoagland nutrient solution with five concentration gradients of T1，T2，T3，T4 and T5，and the upper limit of each element content in nutrient solution was determined.The results showed that the optimum concentration for growth and development of cucumber under T4 treatment was 8.591 mg/L for nitrogen，3.32 mg/L for phosphorus and 263.63 mg/L for potassium.
　　Key words Greenhouse;Cucumber;Nutritive solution;Nutrient element
　　黄瓜广泛分布于我国各个地区，为主要的温室产品之一。无土栽培技术的迅速发展也带来一些问题，如营养液余液污染环境，同时浪费大量的水肥资源，造成巨大的经济损失[1-2]。加强营养液回收利用和確定营养液中各元素含量上限提高植株对营养液的吸收利用率，对于降低成本、增加经济效益和保护环境具有重要意义[3]。温室黄瓜的生长发育受多种条件的制约，其中营养元素含量是黄瓜生长因素的重要指标之一，是保证和提高温室黄瓜产量的重要因素[4]。为了研究温室黄瓜生长的最适浓度和确定营养元素含量上限，确定最佳养分供给，研究不同营养液浓度对温室黄瓜生长发育的影响及确定营养液中各营养元素含量上限刻不容缓。
　　我国对无土栽培营养液最适浓度的研究不多，同时由于缺乏对各个营养元素含量上限的定量研究，导致营养液中某些元素含量过高，抑制了植株的生长发育，使作物减产，造成更严重的经济损失[5]。缺少对于温室作物的需水、需肥特性研究，温室作物的过量灌溉，造成了水肥资源的浪费，污染了环境。
　　柳美玉等[6-7]认为营养液是无土栽培的核心，其浓度高低和其中营养元素含量直接关系到植株的养分供给情况，从而影响作物的生长。干物质是作物营养生长与产量形成的基础，研究表明，适当增加营养液浓度有利于作物的光合作用，增加干物质的积累。李邵[8]研究表明各处理地上部干重和产量在一定范围内均随着营养液浓度的增加而增加。李灵芝等[9]认为氮元素含量不同对植株生长发育和叶片光谱特征产生不同影响，因此研究番茄水培时营养液的适宜氮浓度对于番茄高产、稳产具有重要意义;李淑红等[10]研究不同浓度营养液对巨峰葡萄生长发育和果实品质的影响，以便于找出最佳养分供应，提高葡萄产量。 　　为探究不同营养液浓度对温室黄瓜生长发育的影响及营养液各元素含量上限，笔者在智能恒温实验室中，以霍格兰营养液进行培养，分别配制T1、T2、T3、T4、T5 5个浓度梯度的营养液，同时测量不同浓度营养液中各营养元素含量，观察黄瓜的生长状态，对营养液中各个元素不同含量下的干重、鲜重、叶面积进行测定，从而确定各元素含量上限。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料 供试黄瓜品种为京津优二号。
　　1.2 霍格兰营养液 在玻璃温室内，以珍珠岩为载体，用不同浓度的霍格兰营养液培养黄瓜，在蔬菜类水培试验中，霍格兰营养液是常用的配方，能够较为合理有效地为黄瓜的生长发育提供所需要的营养元素，保证作物良好生长[11-12]。选取合理的霍格兰营养液浓度梯度是该试验的关键环节，依次选取T1、T2、T3、T4、T5 5个浓度，分别进行黄瓜的培育。
　　霍格兰营养液配方（10 L）：A桶（Ca（NO3）2·4H2O 472 g，KNO3 39.5g，NH4NO3 20g，Fe Na-EDTA 3.5 g），B桶（
　　KNO3 302g，KH2PO4 85g，MgSO4·7H2O 169.5 g，MnSO4 4H2O 0.85 g，ZnSO4·7H2O 0.725 g，Na2B4O7·10H2O 1.225 g，CuSO4·5H2O 0.095 g，Na2MoO4·2H2O 0.06 g）。
　　T1：A桶、B桶各20 mL营养液，加水至10 L; T2：A桶、B桶各50 mL营养液，加水至10 L; T3：A桶、B桶各100 mL营养液，加水至10 L; T4：A桶、B桶各150 mL营养液，加水至10 L; T5：A桶、B桶各200 mL营养液，加水至10 L。
　　1.3 试验方法
　　1.3.1 试验处理。选取颗粒饱满、大小均匀的种子作为试验材料，以装有叶糠的培养槽为载体将黄瓜种子放在培养槽中，将培养槽置于玻璃温室中，定期浇灌清水，使叶糠保持湿润，观察种子萌发生长情况。待黄瓜幼苗长出4片叶子时，即开始移栽。当黄瓜幼苗生长状况良好、长势近乎相同时，在霍格兰营养液T1、T2、T3、T4、T5 5种浓度下进行培养，每种浓度下黄瓜幼苗颗数均为35颗。
　　1.3.2 黄瓜栽培试验。移栽7 d后进行正式试验，试验开始于2017年4月，每7 d使用各个浓度的营养液浇灌，每次每株浇灌400 mL，将黄瓜生长分为7个时期[12-13]，分别为幼苗期、苗期、初花期、结果期、采收前期、采收中期、采收末期，7个时期分别采样一次，第一次采样时间为2015年5月1日，于7月9日止，其中每个营养液浓度培养下的黄瓜随机选取2颗，测定各植株叶面积时使用量程50 cm的直尺，量取每片叶子的长度和宽度，然后根据经验公式计算单株叶面积，累加得到整株叶面积。将植株根、茎、叶、果（包括花）4部分分开[14]，分别测量每株黄瓜植株的根鲜重、茎鲜重、叶（包括叶柄）鲜量及叶面积，烘干后称量黄瓜根、茎、叶各部分的干重。
　　每次采样时首先将黄瓜根部的珍珠岩清洗干净，再将根部的水分晾干，其次将黄瓜的根茎叶各部分分开，分别称取黄瓜植株根、茎、叶部分的鲜重，并计算每种浓度下2株黄瓜根、茎、叶的鲜重，取其平均值为各处理下各部分的鲜质量。并将黄瓜幼苗的根、茎、叶分开，装于信封并放入烘箱中，待烘箱温度上升至105 ℃开始计时，15 min杀青完成，之后将烘箱温度调至85 ℃，48 h后，将已经烘干至恒重的干物质取出，用万分之一电子天平分别称量黄瓜根、茎、叶干物质的质量[14-15]。
　　试验过程中黄瓜植株的鲜重为每次采样所得黄瓜植株鲜重的平均值，黄瓜植株的干重为每次采样所得黄瓜植株干重的平均值。
　　1.3.3 营养液中氮、磷、钾的测定。
　　取配好的各种浓度营养液于锥形瓶中，贴上标签。全氮采用纳氏试剂比色法测定;全磷采用钼锑抗分光光度法测定;全钾采用火焰光度法测定。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同浓度营养液对温室黄瓜生长发育的影响
　　2.1.1 根鲜重。根是黄瓜的重要器官，具有吸收营养物质、水分及矿物元素的作用。从图1可以看出，在一定浓度范围内营养液浓度的增加有利于根系的生长发育，超过一定浓度则抑制根系的生长发育。T4处理温室黄瓜根系的鲜重最大，而T5处理小于T4处理的质量，这是由于营养液浓度过大而抑制了温室黄瓜根系部分的生长，因此T5处理根系鲜重比T4处理小。T1处理根系鲜重最小，T2处理根系的鲜重较T1处理略大，T3处理根系鮮重比T2处理大，由此可知，营养液浓度为T1、T2、T3时植株明显营养元素供应不足。从整个生长发育周期看，黄瓜根鲜重呈先增加后减小的趋势，根部鲜重在5月21日时最大，大于6月1日时黄瓜根鲜重，这可能是由于试验过程中的误差造成的，如在5月21日采样时出现了偏差，选取长势茂盛的黄瓜。
　　2.1.2 茎鲜重。
　　茎有运输营养物质、水分以及矿物元素的作用，还可以储存淀粉、糖类、脂肪、蛋白质以供植物体利用。从图2可以看出，T1处理黄瓜茎鲜重最小，T2处理茎鲜重稍大于T1处理，T4处理茎鲜重最大，即营养液浓度为T4时黄瓜茎鲜重最大，增长趋势最快，当浓度为T5时鲜重出现下降，此时营养液浓度过大对茎的生长发育产生了抑制，因此，营养液浓度T4为茎生长发育的最适浓度。在黄瓜生长发育的整个周期内黄瓜茎鲜重在5月21日时最大，此后减小，出现该情况可能为5月21日采样的偏差。
　　2.1.3 叶鲜重。
　　叶是黄瓜植株制造有机养料的重要器官，也是植株进行光合作用和呼吸作用的主要场所。从图3可以看出，T4处理黄瓜叶鲜重最大，黄瓜叶片生长发育最好，T1处理黄瓜叶鲜重最小，T2处理略大于T1处理，其次为T3处理，可知营养液浓度为T1、T2、T3时营养液中营养元素均不足，从而限制了叶的生长发育。叶鲜重表现为T4>T5>T3>T2>T1。T3处理为最佳处理。再继续增加营养液浓度则抑制黄瓜的生长发育。温室黄瓜叶鲜重先增加后减小，5月21日的采样出现偏差。 　　2.1.4 叶面积。从图4可以看出，T1处理叶面积最小，T2处理叶面积略有增加，T3处理叶面积继续增大，由此可知，营养液浓度为T4时黄瓜生长最为茂盛，此浓度为黄瓜植株叶片生长发育和叶片光合作用积累有机物的最适浓度。T1处理叶面积最小是因为营养液浓度过低，营养不足因而限制了叶片生长发育，随营养液浓度增加为T2后又继续增大为T3时，叶面积不断增加，当浓度为T4时叶面积达到最大，此后随着营养液浓度的增加，叶面积呈减小趋势。
　　2.2 营养液中氮磷钾元素含量上限的确定
　　2.2.1 氮。氮对茎叶的生长和果实的发育有重要作用，氮是调节黄瓜生长、提高产量和改善果实品质的重要元素之一。 由图5～7可知，当营养液中氮元素含量为1.620 mg/L時黄瓜植株的鲜重、干重和叶面积均最小，当氮含量逐渐增加时黄瓜的鲜重、干重、叶面积均有所增加，当氮含量增加到8.591 mg/L 时黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积均达到最大，随着营养液中氮含量继续增加，黄瓜植株的干重、叶面积虽较大，但较氮含量为8.591 mg/L时出现了下降。由此可知，氮含量为1.620 mg/L时营养液中氮含量明显不足，可继续增大氮含量，当氮含量为8.591 mg/L时黄瓜生长发育状况最好，此时的氮元素含量即为营养液中氮元素含量的上限，在未超过氮元素含量上限时增加氮元素含量则黄瓜植株生长越好，继续增加氮含量则会对黄瓜植株的生长发育产生抑制作用。
　　2.2.2 磷。磷是形成细胞核蛋白、卵磷脂等不可缺少的元素，能加速细胞分裂，促使根部和地上部加快生长，促进花芽分化，提高果实品质[16]。 从图8～10可知，当磷元素含量为3.32 mg/L 时温室黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积均最大，当营养液中磷含量为1.39 mg/L时黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积均最小，随着磷元素含量的不断增加，黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积均不断增加，当磷元素含量增加到3.32 mg/L时黄瓜的鲜重、干重、叶面积均达到最大，继续增加营养液中磷元素含量则黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积均呈下降趋势。由此可知，营养液中磷元素的含量上限为3.32 mg/L，当磷元素含量不超过其含量上限时，随着磷含量的增加黄瓜植株的生长发育越来越好，当超过其含量上限时对黄瓜的生长发育产生抑制作用，此时不仅造成磷肥的浪费，更影响黄瓜的生长。
　　2.2.3 钾。
　　钾元素是作物生长发育和维持作物高产的大量元素之一，是作物不可或缺的重要营养元素。从图11～13可以看出，当钾元素含量为32.10 mg/L时黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积均最小，其次是钾元素含量为64.66 mg/L，当钾元素含量为198.52 mg/L时黄瓜的鲜重、干重、叶面积较钾含量为64.66 mg/L时仍有所增加，当钾元素含量为263.63 mg/L时黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积达到最大值，当钾元素含量超过263.63 mg/L时黄瓜植株的鲜重、干重、叶面积均有所下降，由此可知，钾元素含量上限为263.63 mg/L，当钾元素含量超过此值时黄瓜植株的生长发育受到抑制，当钾元素含量小于263.63 mg/L时，随着钾元素含量不断增加，植株的生长发育情况也逐渐繁茂。
　　3 讨论
　　对于无土栽培作物而言，植株所需的元素和水分几乎来源于营养液，因此营养液浓度的选择与营养元素含量的确定十分关键。氮、磷、钾是植株生长不可或缺的营养元素，确定营养液中氮、磷、钾元素含量上限，对于保证植株最佳养分供给、提高水肥资源利用率具有十分重要的意义。
　　研究表明，营养液中各元素含量及营养液浓度对无土栽培作物的生长具有重要影响，该试验在安徽科技学院西区智能温室中进行，历时60 d以上，结果显示，合理的营养液浓度和各营养元素含量能显著提高温室黄瓜的干鲜重、叶面积。
　　该试验结果表明，只有最适的营养液浓度和适宜的营养元素含量才能使无土栽培作物生长发育最好，从而提高产量，该试验主要是研究不同水肥供给对温室黄瓜生长发育的影响，对于黄瓜在生长发育各个阶段对各种元素的选择性、需求量有待于进一步研究。
　　4 结论
　　通过对不同浓度营养液下温室黄瓜生长发育状况的研究，可知在一定范围内随着营养液浓度的增加，温室黄瓜的生长发育状况越好，在T4处理下温室黄瓜的生长发育状况最好，营养液浓度T4为最适浓度。探究在不同氮、磷、钾元素含量下黄瓜植株的生长状态可确定各个营养元素含量的上限，在各个元素含量上限内营养元素含量增加则黄瓜植株生长发育越繁茂，若超过其各元素含量上限则对生长产生抑制作用，营养液中氮元素含量上限为8.591mg/L，磷元素含量上限为3.32mg/L，钾元素含量上限为263.63mg/L。
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