黃瓜封閉式無機基質(zhì)槽培營養(yǎng)液配方的篩選

北方園藝（）： ·研究論文·第一作者簡介：雷明帥（），女，衡水冀州人，碩士研究生，研究方向為設施蔬菜無土栽培。：責任作者：王麗萍（），女，河北邯鄲人，博士，教授，研究方向為設施蔬菜與無土栽培。：基金項目：國家科技支撐計劃資助項目（）；國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系資助項目（）；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項資助項目（）；北京市農(nóng)林科學院科技創(chuàng)新能力建設專項資助項目（）。收稿日期：黃瓜封閉式無機基質(zhì)槽培營養(yǎng)液配方的篩選雷 明 帥，武 占 會，劉 明 池，季 延 海，梁浩，王 麗 萍（河北工程大學 園林與生態(tài)工程學院，河北 邯鄲；北京市農(nóng)林科學院 蔬菜研究中心，北京；農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)華北重點實驗室，北京）摘要：以黃瓜“中農(nóng)”為試材，采用五元二次正交旋轉組合設計方法，對四水硝酸鈣（）·）、硝酸鉀（）、七水硫酸鎂（·）、硫酸銨（）和磷酸（）的用量進行了優(yōu)化模擬，以確定封閉式無機基質(zhì)槽培系統(tǒng)黃瓜的營養(yǎng)液配方和對養(yǎng)分的需求。結果表明：當四水硝酸鈣用量為·，硝酸鉀用量為·，七水硫酸鎂用量為·，硫酸銨用量為·，磷酸用量為·時黃瓜生長表現(xiàn)最好，產(chǎn)量最高。關鍵詞：黃瓜；五元二次正交旋轉；營養(yǎng)液；槽培中圖分類號： 文獻標識碼： 文章編號：（）黃瓜是我國主要的果菜品類之一，同時在無土栽培面積中占有較大的比例。黃瓜屬葫蘆科甜瓜屬，其營養(yǎng)豐富，是世界性和大眾化的蔬菜，隨著人們生活水平的日益提高，食用習慣的變化，以及對黃瓜保健的認識不斷加強，對黃瓜的需求量越來越大，同時也對黃瓜的品質(zhì)提出了更高的要求。無土栽培是指不用天然土壤栽培植物的方法。隨著我國人口的急劇增加，生態(tài)環(huán)境的惡化，我國的土地面積逐年減少，無土栽培已成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要生產(chǎn)模式。歐洲、日本主要采用的是封閉式栽培，封閉式栽培與土壤完全隔離，避免了連作障礙，解決了土傳病害等問題。我國封閉式栽培主要用有機基質(zhì)為植物提供養(yǎng)分，由于有機基質(zhì)成本高、物理性質(zhì)不能滿足作物栽培的要求，北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心研發(fā)了以珍珠巖為基質(zhì)的封閉式無機基質(zhì)栽培系統(tǒng)，珍珠巖表面有許多孔洞，能夠很好的保持水分和養(yǎng)分，也利于植株根系呼吸和通風。營養(yǎng)液關系著無土栽培的成敗，無土栽培完全是通過營養(yǎng)液供給植物生長所需的養(yǎng)分和水分。不同作物對營養(yǎng)的需求不同，營養(yǎng)液配方也不盡相同。目前用于黃瓜的營養(yǎng)液配方多為適宜深夜流技術（）的日本園試通用配方、日本山崎黃瓜配方和霍格蘭德等標準的營養(yǎng)液配方，配制營養(yǎng)液用水為凈化水，而該試驗采用的課題組新研發(fā)的封閉式無機基質(zhì)槽培系統(tǒng)下的黃瓜營養(yǎng)液配方，營養(yǎng)液用水為地下水，因此，篩選無機基質(zhì)下黃瓜需肥規(guī)律和合理肥料用量顯得尤為重要，以期為黃瓜科學施肥和高效管理提供參考依據(jù)。 材料與方法 試驗材料試驗于年月在北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究中心連棟溫室內(nèi)進行。供試黃瓜品種為“中農(nóng)”。采用封閉式無機基質(zhì)營養(yǎng)液循環(huán)供液系統(tǒng)，微量元素配方為通用配方。配制營養(yǎng)液用水為蔬菜中心地下水， ，值·。在黃瓜生長期間基質(zhì)溫度，氣溫，營養(yǎng)液溫。 試驗方法 栽培方法黃瓜種子于年月日播種，待黃瓜兩葉一心時，于年月日定植；栽培方式為封閉式無機基質(zhì)槽培，栽培架子長×寬×高為××，栽培槽長×寬×高為××；栽培基質(zhì)為珍珠巖，在珍珠巖最上方覆蓋塊塑料板防止水分蒸發(fā)，定植后用清水緩苗周。供液采用型號水泵。營養(yǎng)液池采用桶，底部直徑，頂部直徑，高。 試驗設計試驗采用五元二次正交旋轉組合設計方法，參照日本山崎黃瓜專用配方，設置四水硝酸鈣、硝酸鉀、七水硫酸鎂、硫酸銨和磷酸個影響因子各個水平（表），共個處理組合（表），其中試驗設計相同。每個架子為一個處理，每處理次重復，每個架子個栽培槽。循環(huán)供液時間：，其它時間不供液。表試驗因子編碼及水平設置 ·試驗因子 變化間距 四水硝酸鈣（）· 硝酸鉀 七水硫酸鎂 · 硫酸銨 （） 磷酸（含量） 注：、分別代表個水平。：， ，表五元二次正交旋轉組合設計方法 ·處理編碼設計量 （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） 注：、設計量分別代表四水硝酸鈣、硝酸鉀、七水硫酸鎂、硫酸銨和磷酸的用量。： ， ， ， ， ，北方園藝月（上） 項目測定 營養(yǎng)液營養(yǎng)液管理最重要的就是檢測營養(yǎng)液。營養(yǎng)液、值采用 手持、計進行測量，自供液后，每周對營養(yǎng)液的和值進行測定，每周更換營養(yǎng)液。每對其滴針進行檢查。 黃瓜植株形態(tài)指標測定黃瓜植株形態(tài)指標采用定株測量法，每個處理株，株高用皮尺測量根莖部到生長點之間的距離；莖粗用游標卡尺測量子葉節(jié)下處；葉片數(shù)按新葉展開大于計算；值采用 葉綠素計測量。 黃瓜植株果實品質(zhì)指標測定選取各處理成熟度一致的果實進行品質(zhì)測定，各處理均重復次，維生素含量采用，二氯酚靛酚鈉法測定；可滴定酸含量采用氫氧化鈉滴定法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可溶性固形物含量采用日本公司的數(shù)字折射儀測定。 產(chǎn)量測定黃瓜成熟時采收成熟度一致的果實，每株采收根黃瓜，記錄單株產(chǎn)量，每次采收后記錄單瓜質(zhì)量，用 天平稱重。 數(shù)據(jù)分析采用 軟件建立測量指標與各肥料用量的模擬方程并進行模擬尋優(yōu)，并對、值進行聚類分析；采用 及 軟件作圖及數(shù)據(jù)處理。 結果與分析 營養(yǎng)液、值的聚類分析營養(yǎng)液酸堿度和濃度值見表。對肥料用量不同的個配方的、值進行聚類分析（圖、）。表明黃瓜適宜 ，開花前值·，開花后值·，果實膨大期更大。根據(jù)將其分為類，的 ，處于高氮磷鉀鈣的水平下；、的 ，處于高氮、低鉀、低鎂的水平下；、的 、，處于低氮、低磷水平；的 ，為低磷水平；其它處理 ，處于高鉀水平，其它用量為中間水平。根據(jù)值也分類，、的值，為高氮鉀、低鎂水平；、的值、，為高氮鉀、低鎂的水平；、的值，為低氮鉀的水平；的值，低氮鉀鎂水平；其它處理值，肥料用量為中間水平。表不同處理營養(yǎng)液、值及黃瓜生長指標 處理值 （·）株高 莖粗 葉片 注：表示營養(yǎng)液的酸堿度，值表示營養(yǎng)液濃度。： ， 第期北方園藝圖聚類分析 圖值聚類分析 植株生長指標的回歸分析 株高的回歸分析黃瓜生長到結果期時，黃瓜生長指標見表，通過軟件五元二次正交旋轉組合設計的分析程序得出株高與各因素的回歸模型方程，以株高作為因變量，四水硝酸鈣用量、硝酸鉀用量、七水硫酸鎂用量、硫酸銨用量和磷酸用量作為自變量，回歸方程： （）。由回歸方程方程顯著性檢驗、失擬檢驗可得出，模型的，說明失擬不顯著，表明回歸方程擬合的很好，不存在其它對結果產(chǎn)生影響的未知因素；而，表明回歸方程極顯著，即二次回歸模型是合適的。對株高的回歸模型方程進行目標優(yōu)選，得出該試驗條件株高的最大值和各因素的水平編碼值組合。其組合方案為、，株高達到最大值。 莖粗的回歸分析根據(jù)調(diào)查黃瓜莖粗數(shù)據(jù)，通過軟件五元二次正交旋轉組合設計的分析程序得出莖粗與各因素 的 回 歸 模 型 方 程： （）。由回歸方程方程顯著性檢驗、失擬檢驗可得出，模型的，說明失擬不顯著，表明回歸方程擬合的很好；而，表明回歸方程極顯著。對莖粗的回歸模型方程進行目標優(yōu)選，其組合方案為：、，莖粗達到最大值。 黃瓜果實品質(zhì)指標的回歸分析 黃瓜值的回歸分析根據(jù)調(diào)查黃瓜葉綠素含量數(shù)據(jù)，通過軟件五元二次正交旋轉組合設計的分析程序得出葉綠素含量與各因素的回歸模型方程： （）。由回歸方程方程顯著性檢驗、失擬檢驗可得北方園藝月（上）出，模型的，說明失擬不顯著，表明回歸方程擬合的很好；而，表明回歸方程極顯著。對葉片值的回歸模型方程進行目標優(yōu)選，其組合方案為：、，值達到最大值。 維生素含量的回歸分析根據(jù)調(diào)查生維生素數(shù)據(jù)，通過分析程序得出維生素與各因素的回歸模型方程： （）。由回歸方程方程顯著性檢驗、失擬檢驗可得出，模型的，說明失擬不顯著，表明回歸方程擬合的很好；而，表明回歸方程極顯著。對維生素含量的回歸模型方程進行目標優(yōu)選，其組合方案為：、，維生素含量達到最大值·。 黃瓜可溶性固形物含量的回歸分析根據(jù)調(diào)查可溶性固形物數(shù)據(jù)，通過軟件分析程序得出可溶性固形物與各因素的回歸模型方程： （）。由回歸方程方程顯著性檢驗、失擬檢驗可得出，模型的，說明失擬不顯著，表明回歸方程擬合的很好；而，表明回歸方程極顯著。對可溶性固形物含量的回歸模型方程進行目標優(yōu)選，其組合方案為：，可溶性固形物含量達到最大值。 黃瓜產(chǎn)量指標的回歸分析 黃瓜平均單瓜質(zhì)量的回歸分析黃瓜生長到結果期時，根據(jù)實際調(diào)查指標數(shù)據(jù)見表，通過軟件得出黃瓜單瓜質(zhì)量與各因素的回歸模型方程： （）。由回歸方程方程顯著性檢驗、失擬檢驗可得出，模型的，說明失擬不顯著，表明回歸方程擬合的很好；而，表明回歸方程極顯著。表黃瓜品質(zhì)指標及產(chǎn)量 處理葉綠素含量維生素含量 （·）可溶性固形物含量 瓜條數(shù) 單瓜質(zhì)量 單株產(chǎn)量 第期北方園藝表（續(xù)） （）處理葉綠素含量維生素含量 （·）可溶性固形物含量 瓜條數(shù) 單瓜質(zhì)量 單株產(chǎn)量 圖單一因素對黃瓜單瓜質(zhì)量的影響 單因素效應分析表明，對回歸模型進行降維處理，得出各因子的偏回歸模型，利用軟件繪制單因子效應圖。四水硝酸鈣： ；硝酸鉀： ；七 水 硫 酸 鎂： ；硫酸銨： ；磷酸： ；從單一因素來看，黃瓜單瓜質(zhì)量均隨著施用量的增加而增加，在水平附近時單瓜質(zhì)量達到最大值，超過水平后，便隨著施用量的增加而單瓜果質(zhì)量降低，單瓜質(zhì)量隨個因子用量的增加呈開口向下的拋物線。隨著施用量的增加，單瓜質(zhì)量變化幅度較小，硫酸銨變化幅度最大，說明對單瓜質(zhì)量有明顯影響。由圖可以看出，在較低水平投入量時，硝酸鉀和硫酸銨的正效應明顯高于其它個因子，當超過最佳水平后，硫酸銨的負效應最明顯。 黃瓜單株產(chǎn)量的回歸分析根據(jù)調(diào)查黃瓜單株產(chǎn)量數(shù)據(jù)，通過軟件的分析程序得出單株產(chǎn)量與各因素的回歸模型方程，由回歸方程方程顯著性檢驗、失擬檢驗可得出，模型的，說明失擬不顯著；而，表明回歸方程極顯著。 （）。單因素效應分析表明，對回歸模型進行降維處理，得出各因子的偏回歸模型，利用軟件繪制單因子效應圖。四水硝酸鈣： ；硝酸鉀： ；七水硫酸鎂： ；硫酸銨： ；磷酸： ；從單一因素來看，黃瓜單株產(chǎn)量均隨著施用量的增加而增加，在水平附近時單株產(chǎn)量達到最大值，超過水平后，便隨著施用量的增加而降低，單株產(chǎn)量北方園藝月（上）隨個因子的用量增加呈開口向下的拋物線。隨著施用量的增加，磷酸變化幅度最小，七水硫酸鎂變化幅度最大，說明四水硝酸鈣對單株產(chǎn)量有明顯影響。由圖還可以看出，在較低水平投入量時，四水硝酸鈣的正效應明顯高于其它因子，超過最佳水平后，七水硫酸鎂的負效應最明顯。圖單一因素對黃瓜單株產(chǎn)量的影響 優(yōu)質(zhì)數(shù)學模型的優(yōu)化 模型尋優(yōu)各種肥料化合物的合理用量是黃瓜達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關鍵，運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件，根據(jù)回歸方程分析、顯著性檢驗、失擬檢驗、單因素效應分析和交互作用分析對目標函數(shù)進行尋優(yōu)，得出個指標函數(shù)的最大值及最佳組合。株高目標函數(shù)的最大值：，其組合方案為：、。即 各種肥料用量為：四水 硝酸 鈣 ·，硝酸鉀·，七水硫酸鎂·，硫酸銨·，磷酸·。莖粗目標函數(shù)的最大值：，其組合方案為：、。即各種肥料用量為：四水硝酸鈣 ·，硝酸鉀·，七水硫酸鎂·，硫酸銨·，磷酸·。值目標函數(shù)的最大值：，其組合方案為：、。即 各 種 肥 料 用 量 為：四 水 硝 酸 鈣 ·，硝酸鉀·，七水硫酸鎂·，硫酸銨·，磷酸·。維生素目標函數(shù)的最大值：·，其組合方案為： 、。即各種肥料用量為：四水硝酸鈣·，硝酸鉀·，七水硫酸鎂·，硫酸銨·，磷酸·?？扇苄怨绦挝锬繕撕瘮?shù)的最大值：，其組合方案為：、。即各種肥料用量為：四水硝酸鈣·，硝酸鉀·，七水硫酸鎂·，硫酸銨 ·，磷酸·。單果質(zhì)量目標函數(shù)的最大值：，其組合方案為：、。即各種肥料用量為：四水硝酸鈣·，硝酸鉀·，七水硫酸鎂·，硫酸銨 ·，磷酸·。單株產(chǎn)量目標函數(shù)的最大值：，其組合方案為：、。即各種肥料用量為：四水硝酸鈣·，硝酸鉀·，七水硫酸鎂·，硫酸銨 ·，磷酸·。 高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)模型優(yōu)化綜合考慮個因子用量對黃瓜各個指標的影響，除去各組合中的不顯著項，選擇每個因子在目標函數(shù)最大值出現(xiàn)的頻率，得出頻率最高的組合方案為：、。即各種肥料用量為：四水硝酸鈣·，硝酸鉀·，七水硫酸鎂·，硫酸銨·，磷酸·。 討論無土栽培的核心就是營養(yǎng)液栽培，主要通過營養(yǎng)液提供養(yǎng)分供給植物生長。營養(yǎng)元素主要包括大量和微量元素，無論缺少哪種，植株都會表現(xiàn)出特有的癥狀。相反，植株吸收營養(yǎng)達到飽和，繼續(xù)增加用量也會表現(xiàn)出相應的癥狀。該試驗建立了個因子與黃瓜形態(tài)指標、果實品質(zhì)和產(chǎn)量的數(shù)學模型，黃瓜的測定指標均隨個因子增加呈現(xiàn)出開口向下的拋物線，表明營養(yǎng)元素的不同用量均會影響植株的生長發(fā)育。周振江 第期北方園藝等研究表明，番茄葉片光合速率隨灌水量、施氮量、施鉀量、施磷量和有機肥用量呈開向下的拋物線。卜燕燕等研究表明，氮磷鉀營養(yǎng)元素濃度對春茬黃瓜產(chǎn)量出現(xiàn)典型的拋物線。前人研究表明，在一定范圍內(nèi)增加施肥能促進黃瓜地上部生長，提高產(chǎn)量，與該試驗的研究結果一致。無土栽培黃瓜生長速度快，對環(huán)境要求比較嚴格，尤其是水肥管理。氮素對植株生長和產(chǎn)量的形成有重要作用，也是蛋白質(zhì)和葉綠素的重要組成部分。從株高、莖粗的優(yōu)化模型得出最優(yōu)配方為四水硝酸鈣在水平下，即高氮水平，鈣可以促進細胞的伸長和根系生長。配方中為高氮水平，生長最旺盛，、生長較弱為低氮水平，試驗表明氮肥對黃瓜營養(yǎng)生長非常重要，與王俊麗等研究結果一致。氮肥過少，植株生長瘦弱緩慢，這可能低氮水平抑制細胞的形成和分裂有關。黃瓜植株生長勢試驗時可選擇高氮配方，為黃瓜苗期健壯生長提供理論依據(jù)。高鉀水平中，試驗對值和維生素、可溶性固形物的優(yōu)化模型研究得出鉀對改進果實品質(zhì)有明顯作用，它是黃瓜生長所必需三大營養(yǎng)元素之一，僅次于氮素；可促進植物體內(nèi)同化產(chǎn)物運輸和提高植物光合作用。配方中維生素和葉綠素含量最低，為低鉀水平，含量最高，為高鉀水平，在實際生產(chǎn)時可為黃瓜優(yōu)質(zhì)栽培提供支撐。有研究表明，鉀肥有利于提高根莖葉的干物質(zhì)積累量，促進根系對水肥的吸收，提高果實品質(zhì)等，葉綠素含量隨鉀肥用量的影響也較大。有研究得出鎂用量直接影響葉綠素含量，與該試驗不完全一致，還需進一步研究，其原因可能是肥料間的頡抗作用及鉀素可以改善葉片的葉綠體結構，促進葉片對的同化作用及光合作用等。產(chǎn)量是衡量經(jīng)濟效益的基礎，養(yǎng)分的供應平衡才能獲得高產(chǎn)。從單因子綜合效應圖看出因子在水平下，產(chǎn)量最高。四水硝酸鈣、硝酸鉀和磷酸用量變化幅度最大，不同氮磷鉀配比也有利于黃瓜果實膨大，高氮低鉀水平和低氮高鉀水平下，黃瓜產(chǎn)量較高。郭熙盛等研究表明，氮肥與鉀肥用量共同促進產(chǎn)量形成。孫軍利等研究結果表明，氮磷鉀肥合理用量對黃瓜的前期產(chǎn)量影響極顯著，中期產(chǎn)量主要與磷鉀肥有關，后期產(chǎn)量氮肥影響顯著。營養(yǎng)液為的處理配方幾個因子均為水平，綜合考慮，鉀肥是影響黃瓜植株生長、提高果實品質(zhì)和產(chǎn)量的首要因素，可見高鉀水平下，其它幾個因子為水平時，才能實現(xiàn)黃瓜的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培。獲得作物高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的關鍵，取決于養(yǎng)分的平衡供應。單因素對黃瓜植株形態(tài)指標、果實品質(zhì)和產(chǎn)量的直接影響較小，因子間的交互作用及肥料合理用量才能更好的促進植株生長健壯，改善植株營養(yǎng)狀況，提高作物產(chǎn)量及經(jīng)濟效益。下一步將研究該系統(tǒng)下不同供液模式對黃瓜生長發(fā)育的影響，為達到黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、提高水肥利用率等實際生產(chǎn)提供參考基礎。參考文獻蘭紅宇不同基質(zhì)材料配比和氮濃度對無土栽培黃瓜生理指標的影響黑龍江農(nóng)業(yè)科學，（）：郭世榮無土栽培學北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，蔣衛(wèi)杰，余宏軍我國無土栽培的現(xiàn)狀、問題和展望農(nóng)村實用工程技術（溫室園藝），（）：王正，劉明池，季延海，等不同供液量對封閉式無機基質(zhì)槽培番茄的影響中國農(nóng)學通報，（）：楊旭，鄒志榮，陳曉紅，等黃瓜無土栽培結果期營養(yǎng)液配方優(yōu)選西