黄瓜封闭式无机基质槽培营养液配方的筛选

北方园艺（）： 研究论文第一作者简介：雷明帅（），女，衡水冀州人，硕士研究生，研究方向为设施蔬菜无土栽培。：责任作者：王丽萍（），女，河北邯郸人，博士，教授，研究方向为设施蔬菜与无土栽培。：基金项目：国家科技支撑计划资助项目（）；国家大宗蔬菜产业技术体系资助项目（）；农业部公益性行业科研专项资助项目（）；北京市农林科学院科技创新能力建设专项资助项目（）。收稿日期：黄瓜封闭式无机基质槽培营养液配方的筛选雷 明 帅，武 占 会，刘 明 池，季 延 海，梁浩，王 丽 萍（河北工程大学 园林与生态工程学院，河北 邯郸；北京市农林科学院 蔬菜研究中心，北京；农业部都市农业华北重点实验室，北京）摘要：以黄瓜“中农”为试材，采用五元二次正交旋转组合设计方法，对四水硝酸钙（）、硝酸钾（）、七水硫酸镁（）、硫酸铵（）和磷酸（）的用量进行了优化模拟，以确定封闭式无机基质槽培系统黄瓜的营养液配方和对养分的需求。结果表明：当四水硝酸钙用量为，硝酸钾用量为，七水硫酸镁用量为，硫酸铵用量为，磷酸用量为时黄瓜生长表现最好，产量最高。关键词：黄瓜；五元二次正交旋转；营养液；槽培中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（）黄瓜是我国主要的果菜品类之一，同时在无土栽培面积中占有较大的比例。黄瓜属葫芦科甜瓜属，其营养丰富，是世界性和大众化的蔬菜，随着人们生活水平的日益提高，食用习惯的变化，以及对黄瓜保健的认识不断加强，对黄瓜的需求量越来越大，同时也对黄瓜的品质提出了更高的要求。无土栽培是指不用天然土壤栽培植物的方法。随着我国人口的急剧增加，生态环境的恶化，我国的土地面积逐年减少，无土栽培已成为我国现代农业的主要生产模式。欧洲、日本主要采用的是封闭式栽培，封闭式栽培与土壤完全隔离，避免了连作障碍，解决了土传病害等问题。我国封闭式栽培主要用有机基质为植物提供养分，由于有机基质成本高、物理性质不能满足作物栽培的要求，北京市农林科学院蔬菜研究中心研发了以珍珠岩为基质的封闭式无机基质栽培系统，珍珠岩表面有许多孔洞，能够很好的保持水分和养分，也利于植株根系呼吸和通风。营养液关系着无土栽培的成败，无土栽培完全是通过营养液供给植物生长所需的养分和水分。不同作物对营养的需求不同，营养液配方也不尽相同。目前用于黄瓜的营养液配方多为适宜深夜流技术（）的日本园试通用配方、日本山崎黄瓜配方和霍格兰德等标准的营养液配方，配制营养液用水为净化水，而该试验采用的课题组新研发的封闭式无机基质槽培系统下的黄瓜营养液配方，营养液用水为地下水，因此，筛选无机基质下黄瓜需肥规律和合理肥料用量显得尤为重要，以期为黄瓜科学施肥和高效管理提供参考依据。 材料与方法 试验材料试验于年月在北京市农林科学院蔬菜研究中心连栋温室内进行。供试黄瓜品种为“中农”。采用封闭式无机基质营养液循环供液系统，微量元素配方为通用配方。配制营养液用水为蔬菜中心地下水， ，值。在黄瓜生长期间基质温度，气温，营养液温。 试验方法 栽培方法黄瓜种子于年月日播种，待黄瓜两叶一心时，于年月日定植；栽培方式为封闭式无机基质槽培，栽培架子长宽高为，栽培槽长宽高为；栽培基质为珍珠岩，在珍珠岩最上方覆盖块塑料板防止水分蒸发，定植后用清水缓苗周。供液采用型号水泵。营养液池采用桶，底部直径，顶部直径，高。 试验设计试验采用五元二次正交旋转组合设计方法，参照日本山崎黄瓜专用配方，设置四水硝酸钙、硝酸钾、七水硫酸镁、硫酸铵和磷酸个影响因子各个水平（表），共个处理组合（表），其中试验设计相同。每个架子为一个处理，每处理次重复，每个架子个栽培槽。循环供液时间：，其它时间不供液。表试验因子编码及水平设置 试验因子 变化间距 四水硝酸钙（） 硝酸钾 七水硫酸镁 硫酸铵 （） 磷酸（含量） 注：、分别代表个水平。：， ，表五元二次正交旋转组合设计方法 处理编码设计量 （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） （，） 注：、设计量分别代表四水硝酸钙、硝酸钾、七水硫酸镁、硫酸铵和磷酸的用量。： ， ， ， ， ，北方园艺月（上） 项目测定 营养液营养液管理最重要的就是检测营养液。营养液、值采用 手持、计进行测量，自供液后，每周对营养液的和值进行测定，每周更换营养液。每对其滴针进行检查。 黄瓜植株形态指标测定黄瓜植株形态指标采用定株测量法，每个处理株，株高用皮尺测量根茎部到生长点之间的距离；茎粗用游标卡尺测量子叶节下处；叶片数按新叶展开大于计算；值采用 叶绿素计测量。 黄瓜植株果实品质指标测定选取各处理成熟度一致的果实进行品质测定，各处理均重复次，维生素含量采用，二氯酚靛酚钠法测定；可滴定酸含量采用氢氧化钠滴定法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性固形物含量采用日本公司的数字折射仪测定。 产量测定黄瓜成熟时采收成熟度一致的果实，每株采收根黄瓜，记录单株产量，每次采收后记录单瓜质量，用 天平称重。 数据分析采用 软件建立测量指标与各肥料用量的模拟方程并进行模拟寻优，并对、值进行聚类分析；采用 及 软件作图及数据处理。 结果与分析 营养液、值的聚类分析营养液酸碱度和浓度值见表。对肥料用量不同的个配方的、值进行聚类分析（图、）。表明黄瓜适宜 ，开花前值，开花后值，果实膨大期更大。根据将其分为类，的 ，处于高氮磷钾钙的水平下；、的 ，处于高氮、低钾、低镁的水平下；、的 、，处于低氮、低磷水平；的 ，为低磷水平；其它处理 ，处于高钾水平，其它用量为中间水平。根据值也分类，、的值，为高氮钾、低镁水平；、的值、，为高氮钾、低镁的水平；、的值，为低氮钾的水平；的值，低氮钾镁水平；其它处理值，肥料用量为中间水平。表不同处理营养液、值及黄瓜生长指标 处理值 （）株高 茎粗 叶片 注：表示营养液的酸碱度，值表示营养液浓度。： ， 第期北方园艺图聚类分析 图值聚类分析 植株生长指标的回归分析 株高的回归分析黄瓜生长到结果期时，黄瓜生长指标见表，通过软件五元二次正交旋转组合设计的分析程序得出株高与各因素的回归模型方程，以株高作为因变量，四水硝酸钙用量、硝酸钾用量、七水硫酸镁用量、硫酸铵用量和磷酸用量作为自变量，回归方程： （）。由回归方程方程显著性检验、失拟检验可得出，模型的，说明失拟不显著，表明回归方程拟合的很好，不存在其它对结果产生影响的未知因素；而，表明回归方程极显著，即二次回归模型是合适的。对株高的回归模型方程进行目标优选，得出该试验条件株高的最大值和各因素的水平编码值组合。其组合方案为、，株高达到最大值。 茎粗的回归分析根据调查黄瓜茎粗数据，通过软件五元二次正交旋转组合设计的分析程序得出茎粗与各因素 的 回 归 模 型 方 程： （）。由回归方程方程显著性检验、失拟检验可得出，模型的，说明失拟不显著，表明回归方程拟合的很好；而，表明回归方程极显著。对茎粗的回归模型方程进行目标优选，其组合方案为：、，茎粗达到最大值。 黄瓜果实品质指标的回归分析 黄瓜值的回归分析根据调查黄瓜叶绿素含量数据，通过软件五元二次正交旋转组合设计的分析程序得出叶绿素含量与各因素的回归模型方程： （）。由回归方程方程显著性检验、失拟检验可得北方园艺月（上）出，模型的，说明失拟不显著，表明回归方程拟合的很好；而，表明回归方程极显著。对叶片值的回归模型方程进行目标优选，其组合方案为：、，值达到最大值。 维生素含量的回归分析根据调查生维生素数据，通过分析程序得出维生素与各因素的回归模型方程： （）。由回归方程方程显著性检验、失拟检验可得出，模型的，说明失拟不显著，表明回归方程拟合的很好；而，表明回归方程极显著。对维生素含量的回归模型方程进行目标优选，其组合方案为：、，维生素含量达到最大值。 黄瓜可溶性固形物含量的回归分析根据调查可溶性固形物数据，通过软件分析程序得出可溶性固形物与各因素的回归模型方程： （）。由回归方程方程显著性检验、失拟检验可得出，模型的，说明失拟不显著，表明回归方程拟合的很好；而，表明回归方程极显著。对可溶性固形物含量的回归模型方程进行目标优选，其组合方案为：，可溶性固形物含量达到最大值。 黄瓜产量指标的回归分析 黄瓜平均单瓜质量的回归分析黄瓜生长到结果期时，根据实际调查指标数据见表，通过软件得出黄瓜单瓜质量与各因素的回归模型方程： （）。由回归方程方程显著性检验、失拟检验可得出，模型的，说明失拟不显著，表明回归方程拟合的很好；而，表明回归方程极显著。表黄瓜品质指标及产量 处理叶绿素含量维生素含量 （）可溶性固形物含量 瓜条数 单瓜质量 单株产量 第期北方园艺表（续） （）处理叶绿素含量维生素含量 （）可溶性固形物含量 瓜条数 单瓜质量 单株产量 图单一因素对黄瓜单瓜质量的影响 单因素效应分析表明，对回归模型进行降维处理，得出各因子的偏回归模型，利用软件绘制单因子效应图。四水硝酸钙： ；硝酸钾： ；七 水 硫 酸 镁： ；硫酸铵： ；磷酸： ；从单一因素来看，黄瓜单瓜质量均随着施用量的增加而增加，在水平附近时单瓜质量达到最大值，超过水平后，便随着施用量的增加而单瓜果质量降低，单瓜质量随个因子用量的增加呈开口向下的抛物线。随着施用量的增加，单瓜质量变化幅度较小，硫酸铵变化幅度最大，说明对单瓜质量有明显影响。由图可以看出，在较低水平投入量时，硝酸钾和硫酸铵的正效应明显高于其它个因子，当超过最佳水平后，硫酸铵的负效应最明显。 黄瓜单株产量的回归分析根据调查黄瓜单株产量数据，通过软件的分析程序得出单株产量与各因素的回归模型方程，由回归方程方程显著性检验、失拟检验可得出，模型的，说明失拟不显著；而，表明回归方程极显著。 （）。单因素效应分析表明，对回归模型进行降维处理，得出各因子的偏回归模型，利用软件绘制单因子效应图。四水硝酸钙： ；硝酸钾： ；七水硫酸镁： ；硫酸铵： ；磷酸： ；从单一因素来看，黄瓜单株产量均随着施用量的增加而增加，在水平附近时单株产量达到最大值，超过水平后，便随着施用量的增加而降低，单株产量北方园艺月（上）随个因子的用量增加呈开口向下的抛物线。随着施用量的增加，磷酸变化幅度最小，七水硫酸镁变化幅度最大，说明四水硝酸钙对单株产量有明显影响。由图还可以看出，在较低水平投入量时，四水硝酸钙的正效应明显高于其它因子，超过最佳水平后，七水硫酸镁的负效应最明显。图单一因素对黄瓜单株产量的影响 优质数学模型的优化 模型寻优各种肥料化合物的合理用量是黄瓜达到高产优质的关键，运用数据统计软件，根据回归方程分析、显著性检验、失拟检验、单因素效应分析和交互作用分析对目标函数进行寻优，得出个指标函数的最大值及最佳组合。株高目标函数的最大值：，其组合方案为：、。即 各种肥料用量为：四水 硝酸 钙 ，硝酸钾，七水硫酸镁，硫酸铵，磷酸。茎粗目标函数的最大值：，其组合方案为：、。即各种肥料用量为：四水硝酸钙 ，硝酸钾，七水硫酸镁，硫酸铵，磷酸。值目标函数的最大值：，其组合方案为：、。即 各 种 肥 料 用 量 为：四 水 硝 酸 钙 ，硝酸钾，七水硫酸镁，硫酸铵，磷酸。维生素目标函数的最大值：，其组合方案为： 、。即各种肥料用量为：四水硝酸钙，硝酸钾，七水硫酸镁，硫酸铵，磷酸。可溶性固形物目标函数的最大值：，其组合方案为：、。即各种肥料用量为：四水硝酸钙，硝酸钾，七水硫酸镁，硫酸铵 ，磷酸。单果质量目标函数的最大值：，其组合方案为：、。即各种肥料用量为：四水硝酸钙，硝酸钾，七水硫酸镁，硫酸铵 ，磷酸。单株产量目标函数的最大值：，其组合方案为：、。即各种肥料用量为：四水硝酸钙，硝酸钾，七水硫酸镁，硫酸铵 ，磷酸。 高产优质模型优化综合考虑个因子用量对黄瓜各个指标的影响，除去各组合中的不显著项，选择每个因子在目标函数最大值出现的频率，得出频率最高的组合方案为：、。即各种肥料用量为：四水硝酸钙，硝酸钾，七水硫酸镁，硫酸铵，磷酸。 讨论无土栽培的核心就是营养液栽培，主要通过营养液提供养分供给植物生长。营养元素主要包括大量和微量元素，无论缺少哪种，植株都会表现出特有的症状。相反，植株吸收营养达到饱和，继续增加用量也会表现出相应的症状。该试验建立了个因子与黄瓜形态指标、果实品质和产量的数学模型，黄瓜的测定指标均随个因子增加呈现出开口向下的抛物线，表明营养元素的不同用量均会影响植株的生长发育。周振江 第期北方园艺等研究表明，番茄叶片光合速率随灌水量、施氮量、施钾量、施磷量和有机肥用量呈开向下的抛物线。卜燕燕等研究表明，氮磷钾营养元素浓度对春茬黄瓜产量出现典型的抛物线。前人研究表明，在一定范围内增加施肥能促进黄瓜地上部生长，提高产量，与该试验的研究结果一致。无土栽培黄瓜生长速度快，对环境要求比较严格，尤其是水肥管理。氮素对植株生长和产量的形成有重要作用，也是蛋白质和叶绿素的重要组成部分。从株高、茎粗的优化模型得出最优配方为四水硝酸钙在水平下，即高氮水平，钙可以促进细胞的伸长和根系生长。配方中为高氮水平，生长最旺盛，、生长较弱为低氮水平，试验表明氮肥对黄瓜营养生长非常重要，与王俊丽等研究结果一致。氮肥过少，植株生长瘦弱缓慢，这可能低氮水平抑制细胞的形成和分裂有关。黄瓜植株生长势试验时可选择高氮配方，为黄瓜苗期健壮生长提供理论依据。高钾水平中，试验对值和维生素、可溶性固形物的优化模型研究得出钾对改进果实品质有明显作用，它是黄瓜生长所必需三大营养元素之一，仅次于氮素；可促进植物体内同化产物运输和提高植物光合作用。配方中维生素和叶绿素含量最低，为低钾水平，含量最高，为高钾水平，在实际生产时可为黄瓜优质栽培提供支撑。有研究表明，钾肥有利于提高根茎叶的干物质积累量，促进根系对水肥的吸收，提高果实品质等，叶绿素含量随钾肥用量的影响也较大。有研究得出镁用量直接影响叶绿素含量，与该试验不完全一致，还需进一步研究，其原因可能是肥料间的颉抗作用及钾素可以改善叶片的叶绿体结构，促进叶片对的同化作用及光合作用等。产量是衡量经济效益的基础，养分的供应平衡才能获得高产。从单因子综合效应图看出因子在水平下，产量最高。四水硝酸钙、硝酸钾和磷酸用量变化幅度最大，不同氮磷钾配比也有利于黄瓜果实膨大，高氮低钾水平和低氮高钾水平下，黄瓜产量较高。郭熙盛等研究表明，氮肥与钾肥用量共同促进产量形成。孙军利等研究结果表明，氮磷钾肥合理用量对黄瓜的前期产量影响极显著，中期产量主要与磷钾肥有关，后期产量氮肥影响显著。营养液为的处理配方几个因子均为水平，综合考虑，钾肥是影响黄瓜植株生长、提高果实品质和产量的首要因素，可见高钾水平下，其它几个因子为水平时，才能实现黄瓜的高产优质栽培。获得作物高产和优质产品的关键，取决于养分的平衡供应。单因素对黄瓜植株形态指标、果实品质和产量的直接影响较小，因子间的交互作用及肥料合理用量才能更好的促进植株生长健壮，改善植株营养状况，提高作物产量及经济效益。下一步将研究该系统下不同供液模式对黄瓜生长发育的影响，为达到黄瓜高产优质、提高水肥利用率等实际生产提供参考基础。参考文献兰红宇不同基质材料配比和氮浓度对无土栽培黄瓜生理指标的影响黑龙江农业科学，（）：郭世荣无土栽培学北京：中国农业出版社，蒋卫杰，余宏军我国无土栽培的现状、问题和展望农村实用工程技术（温室园艺），（）：王正，刘明池，季延海，等不同供液量对封闭式无机基质槽培番茄的影响中国农学通报，（）：杨旭，邹志荣，陈晓红，等黄瓜无土栽培结果期营养液配方优选西