吳雅靜　王雯雯++田興軍

摘要：為了解不同的燈光和培養(yǎng)方式對(duì)柳樹(shù)、楊樹(shù)插條生長(zhǎng)的影響，為柳樹(shù)、楊樹(shù)的無(wú)土栽培技術(shù)提供理論指導(dǎo)，采用紅藍(lán)白混合熒光燈和LED燈對(duì)竹柳、旱柳、意楊、白楊插條進(jìn)行為期4周的霧培和水培試驗(yàn)，比較這些培養(yǎng)方式對(duì)它們生長(zhǎng)狀況和生理特性的影響。結(jié)果表明：就無(wú)土栽培方式而言，除了意楊插條，其余插條霧培生長(zhǎng)狀況比水培的要好，竹柳插條生長(zhǎng)狀況最好的培養(yǎng)方式是LED燈霧培，最適合旱柳、白楊插條生長(zhǎng)的培養(yǎng)方式是熒光燈霧培，意楊生長(zhǎng)狀況最好的培養(yǎng)方式則為L(zhǎng)ED燈水培。

關(guān)鍵詞：燈光；霧培；水培；植物工廠；插條生長(zhǎng)；柳樹(shù)；楊樹(shù)；培養(yǎng)方式

中圖分類(lèi)號(hào)： S723.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）11-0256-04

收稿日期：2014-11-11

基金項(xiàng)目：中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：XDA05050204）；國(guó)家重大水專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（編號(hào)：2012ZX07204004-003）；教育部博士點(diǎn)基金（編號(hào)：20110091110018）；江蘇省林業(yè)三新工程（編號(hào)：LYSX[2012]02）。

作者簡(jiǎn)介：吳雅靜（1990—），女，安徽安慶人，碩士研究生，主要從事植物工廠、植物無(wú)土栽培的研究。E-mail：yuweier99@163.com。

通信作者：田興軍，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹参锷飳W(xué)和生態(tài)學(xué)。E-mail：tianxj@nju.edu.cn。 在苗木生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)橥寥利}堿化，細(xì)菌、病菌感染，營(yíng)養(yǎng)匱乏以及天氣、季節(jié)等的影響導(dǎo)致苗木長(zhǎng)勢(shì)不佳，近年來(lái)新興的無(wú)土栽培方式則可以很好地解決這些問(wèn)題。無(wú)土栽培法又稱(chēng)營(yíng)養(yǎng)栽培法、水耕法，它是在栽種作物時(shí)僅用營(yíng)養(yǎng)液供給作物所需養(yǎng)分的特殊栽培方法，一般在較封閉的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行，因此受病蟲(chóng)害感染的機(jī)會(huì)很小，而且無(wú)土栽培很少施用農(nóng)藥，所以可種植出無(wú)污染、無(wú)公害的作物。常用的無(wú)土栽培方式有霧培、水培、基質(zhì)培等。

霧培技術(shù)又稱(chēng)噴霧栽培、氣霧栽培，是一種新型的無(wú)土栽培方式，它是把植物的根系懸空置于空氣中，通過(guò)霧化的水氣營(yíng)造霧化環(huán)境以滿(mǎn)足植物根系對(duì)水肥需求的一種栽培方式[1-3]。水培是一種新型的植物無(wú)土栽培方式，其核心是將植物根系懸浮并固定于植物營(yíng)養(yǎng)液中，使植物能夠正常生長(zhǎng)并完成其整個(gè)生命周期[4]。

本研究擬采用紅藍(lán)白混合熒光燈和LED燈對(duì)竹柳、旱柳、意楊、白楊插條進(jìn)行為期4周的霧培、水培試驗(yàn)，探討光照度等培養(yǎng)方式對(duì)楊樹(shù)、柳樹(shù)插條生長(zhǎng)狀況、生理特性的影響。

1材料與方法

1.1供試材料

供試材料主要為：竹柳（Salix maizhokung gal‘ei13i3）、旱柳（Salix matsudana Koidz）、意楊（Populus euramevicana cv.‘I-214）、白楊（Populus alba）插條，購(gòu)于江蘇省宿遷市頤亨園花卉中心。插條長(zhǎng)18 cm左右，基部直徑1 cm左右。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了2個(gè)集霧培、水培裝置為一體的2層帶輪培養(yǎng)架，上層用于水培，下層用于霧培。其中1個(gè)架子上下層均為紅藍(lán)白LED燈[功率15W，燈頭接口（燈頭型號(hào)）為T(mén)5，形狀為條形]，另1個(gè)架子則全為紅藍(lán)白熒光燈[功率20W，燈頭接口（燈頭型號(hào)）為T(mén)5，形狀為條形]。架子每層分別扦插10株竹柳、旱柳、意楊、白楊的插條。試驗(yàn)于2014年5月22日至6月24日在南京市生命科技園植物工廠內(nèi)進(jìn)行。

1.2.1水培試驗(yàn)水培裝置由貯液池、栽植板、充氧泵、光照控制系統(tǒng)組成。貯液池長(zhǎng)×寬×高=100 cm×60 cm×12 cm，栽植板為聚乙烯泡沫板，泡沫板上每隔10 cm開(kāi)有定植孔，營(yíng)養(yǎng)水深度為6 cm。

1.2.2霧培霧培裝置由種植槽、定植板、貯液桶、營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)和光照控制系統(tǒng)組成。種植槽的尺寸與上述水培裝置中的貯液池尺寸一致。種植槽長(zhǎng)×寬×高=100 cm×60 cm×12 cm。噴頭的設(shè)計(jì)及尺寸：20 m管，15個(gè)4號(hào)噴頭，微型噴嘴型號(hào)為T(mén)W4010D，孔徑0.5 mm，JD-0410配套的白晶陶瓷噴嘴孔徑0.5 mm。

1.2.3設(shè)備與基質(zhì)消毒用0.1%高錳酸鉀溶液對(duì)種植槽、栽培板、定植孔、定植海綿進(jìn)行藥劑消毒，浸泡3 h以上。

1.2.4定植與管理將這些插條在清水中浸泡2 h后，再用生根粉處理10 min，把插條用定植海綿固定在定植板上。架子用遮陽(yáng)網(wǎng)遮住，關(guān)閉燈光對(duì)插條進(jìn)行黑暗催根處理。水培裝置貯液池和霧培裝置貯液桶中裝的都是清水，霧培噴霧流量設(shè)置：開(kāi)30 s關(guān)8 min。1周后，插條上有根和芽苞冒出，此后打開(kāi)燈光，每天光照14 h，黑暗10 h，以促進(jìn)插條營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。培養(yǎng)間晝溫25 ℃，夜溫20 ℃。1周后，霧培、水培更換1次清水，接著培養(yǎng)1周；到6月3日，開(kāi)始更換1/8體積 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液[5]，此時(shí)霧培噴霧頻率設(shè)置成開(kāi)30 s關(guān)6 min；6月10日，更換1/4 體積Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，霧培頻率同上周；以后每周更換1次1/4 體積Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。

1.3取樣與測(cè)量

為了研究每種插條在不同培養(yǎng)方式下的生長(zhǎng)情況，優(yōu)選適合插條生長(zhǎng)的培養(yǎng)方式，從6月3日開(kāi)始每隔1周測(cè)量每株插條生長(zhǎng)旺盛枝條的生長(zhǎng)狀況，測(cè)量其長(zhǎng)度、葉片數(shù)、根數(shù)、生長(zhǎng)最為旺盛的根長(zhǎng)度及插條的成活率。試驗(yàn)至6月24日截止時(shí)，除測(cè)定上述數(shù)據(jù)外，還測(cè)定每株插條上枝葉鮮質(zhì)量（指的是枝條、葉片鮮質(zhì)量）、根系鮮質(zhì)量、根系體積、枝葉干質(zhì)量、根系干質(zhì)量，獲取具有代表性的插條根系形態(tài)。其中根系體積用量筒排水法測(cè)定，干質(zhì)量在80 ℃烘箱內(nèi)烘至恒質(zhì)量稱(chēng)質(zhì)量獲得。根系洗凈后分別放入盛水的根系盤(pán)內(nèi)，完全展開(kāi)，通過(guò)超微立體掃描儀（EPSON Perfection V330）獲取根系圖像。每種培養(yǎng)方式選取3株長(zhǎng)勢(shì)較好的插條，測(cè)葉綠素含量、SOD活力、根系活力。其中葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量均采用分光光度法測(cè)定，超氧化物歧化酶（SOD）含量用氮藍(lán)四唑（NBT）法測(cè)定，根系活力用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測(cè)定[6]。

1.4統(tǒng)計(jì)與分析

每個(gè)處理取3株具有代表性的植株的葉片，利用SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、分析，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（Duncans和LSD法，P<0.05），數(shù)據(jù)表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”形式。用Origin 8.0軟件進(jìn)行繪圖[7]。

2結(jié)果與分析

2.1不同的培養(yǎng)方式對(duì)插條生長(zhǎng)狀況的比較

2.1.1不同插條的根數(shù)、葉片數(shù)、成活率表1數(shù)據(jù)為最后1周試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，通過(guò)橫向、縱向比較不難看出，所有的竹柳插條成活率為100%；旱柳插條除了LED燈霧培為90%，其余的培養(yǎng)方式均為100%；意楊的成活率偏低，只有60%的LED燈水培法、40%的熒光燈水培法成活，其余成活率為0；白楊插條LED燈水培法、熒光燈霧培法、熒光燈水培法的成活率分別為 60%、60%、30%。

由表1還可看出，根系的生長(zhǎng)情況各不相同，竹柳插條根數(shù)在熒光燈霧培條件下最多，為16條；旱柳插條根數(shù)最多的培養(yǎng)方式也是熒光燈霧培，為19條；熒光燈水培意楊的根數(shù)為5.7條，要多于LED燈水培的根數(shù)；白楊插條中熒光燈霧培方式的根數(shù)最多，為8.7條。竹柳葉片數(shù)最多的培養(yǎng)方式是LED燈水培，為60張；熒光燈霧培旱柳的葉片數(shù)為48.2張，是旱柳插條中葉片數(shù)最多的；熒光燈水培意楊和LED燈水培意楊的葉片數(shù)相近，均為5張；白楊插條中熒光燈霧培的葉片數(shù)最多，為10.0張。觀察發(fā)現(xiàn)，柳樹(shù)2個(gè)品種比楊樹(shù)的2個(gè)品種生長(zhǎng)茂盛。

2.1.2不同插條的枝條生長(zhǎng)狀況為了優(yōu)選適合插條生長(zhǎng)的培養(yǎng)方式，測(cè)量每株插條生長(zhǎng)旺盛枝條的生長(zhǎng)狀況。由圖1可見(jiàn)，培養(yǎng)4周時(shí)，熒光燈霧培竹柳插條生長(zhǎng)旺盛枝條的長(zhǎng)度比其他培養(yǎng)方式竹柳插條生長(zhǎng)旺盛枝條長(zhǎng)度都要長(zhǎng)；旱柳插條中，熒光燈霧培插條生長(zhǎng)旺盛枝條長(zhǎng)度也是所有旱柳插條生長(zhǎng)旺盛枝條中長(zhǎng)度最長(zhǎng)的；培養(yǎng)4周時(shí)，熒光燈水培意楊生長(zhǎng)旺盛枝條的長(zhǎng)度要長(zhǎng)于熒光燈霧培意楊的；培養(yǎng)4周時(shí)，熒光燈霧培白楊生長(zhǎng)旺盛枝條的長(zhǎng)度是所有白楊插條生長(zhǎng)旺盛枝條中最長(zhǎng)的。熒光燈水培白楊開(kāi)始時(shí)迅速生長(zhǎng)，生長(zhǎng)旺盛枝條長(zhǎng)度從培養(yǎng)2周開(kāi)始下降后停止生長(zhǎng)，可能原因是熒光燈水培白楊的成活率最低，只有30%；從培養(yǎng)2周開(kāi)始，長(zhǎng)勢(shì)良好的插條開(kāi)始枯死。楊樹(shù)水培不易生根，新生的枝條和葉片維持生長(zhǎng)一段時(shí)間后便開(kāi)始衰弱死亡，這種現(xiàn)象是插條的假活，假活時(shí)間不長(zhǎng)，才導(dǎo)致插條呈現(xiàn)如此狀態(tài)。LED燈水培白楊的插條生長(zhǎng)旺盛枝條長(zhǎng)度在培養(yǎng)3至4周開(kāi)始停止生長(zhǎng)，處于假活狀態(tài)。

2.1.3不同插條的根系生長(zhǎng)情況圖2為不同插條生長(zhǎng)旺盛根系長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可見(jiàn)不同插條生長(zhǎng)旺盛的根系長(zhǎng)度基本隨時(shí)間推移而呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。竹柳、旱柳插條中生長(zhǎng)旺盛根系長(zhǎng)度都是熒光燈霧培方式最長(zhǎng)；LED燈水培意楊生長(zhǎng)旺盛根系長(zhǎng)度>熒光燈水培意楊生長(zhǎng)旺盛根系長(zhǎng)度；白楊插條中熒光燈霧培白楊生長(zhǎng)旺盛根系長(zhǎng)度基本是所有白楊插條生

長(zhǎng)旺盛根系長(zhǎng)度中最長(zhǎng)的。綜合可見(jiàn)，霧培插條根系數(shù)目多、長(zhǎng)度長(zhǎng)，須根數(shù)目多。

2.2不同的培養(yǎng)方式對(duì)插條生物量及根冠比的影響

表2試驗(yàn)結(jié)果表明，LED燈霧培竹柳根鮮質(zhì)量、枝葉鮮質(zhì)量最大；旱柳插條則是LED燈霧培枝葉鮮質(zhì)量最大，熒光燈霧培旱柳根系鮮質(zhì)量最大；熒光燈水培意楊插條的枝葉鮮質(zhì)量、根系鮮質(zhì)量稍高于LED燈水培意楊；LED燈水培白楊枝葉鮮質(zhì)量最大，熒光燈霧培白楊根系鮮質(zhì)量最大。根冠比反映了植株地下部分與地上部分的相關(guān)性，由表2可見(jiàn)，竹柳插條中LED燈霧培根冠比最大；旱柳插條是熒光燈霧培根冠比最大；LED燈水培意楊根冠比>熒光燈水培意楊根冠比；熒光燈霧培白楊根冠比也稍高于其他的白楊插條。

2.3不同插條生理特性比較

由圖3-a可見(jiàn)，不同培養(yǎng)方式的葉綠素含量差異較大。

由圖3-b可見(jiàn)，同種培養(yǎng)方式下，竹柳插條葉片SOD活力要明顯高于旱柳，意楊高于白楊。竹柳、旱柳、白楊葉片SOD活力最高的培養(yǎng)方式是熒光燈霧培，意楊最高的培養(yǎng)方式是LED燈水培。

由圖3-c可見(jiàn)，竹柳根活力最高的是LED燈霧培方式插條，熒光燈霧培方式次之。旱柳插條則為熒光燈霧培方式根系活力最高；LED水培意楊根系活力>熒光燈水培意楊根系活力；熒光燈霧培白楊根系活力為白楊插條中最高的。

3討論

本研究的各項(xiàng)結(jié)果顯示：柳樹(shù)插條的成活率明顯高于楊樹(shù)，除了與楊樹(shù)比柳樹(shù)需水量更多、耐水性更強(qiáng)、易于成活有關(guān)之外，也說(shuō)明這些培養(yǎng)方式更適合柳樹(shù)。杜克兵等研究認(rèn)為，淹水脅迫對(duì)楊樹(shù)葉片的超微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯傷害，且隨脅迫程度的加重和淹水時(shí)間的延長(zhǎng)而嚴(yán)重[8]。封華的研究表明，竹柳喜水，只要不長(zhǎng)期淹在水中，在生長(zhǎng)過(guò)程中土壤濕度保持在60%以上，就能保證快速生長(zhǎng)，特別是扦插初期和幼苗期，必須保持苗床濕潤(rùn)[9]。意楊培養(yǎng)至3周，霧培的意楊均停止生長(zhǎng)甚至死亡，因此表明楊樹(shù)更加適合有土培養(yǎng)，就無(wú)土栽培方式而言，水培比霧培更適合意楊。此外，白楊的成活率要高于意楊。對(duì)竹柳、旱柳和白楊而言，霧培方式比水培方式生長(zhǎng)情況好。

在竹柳插條中，LED燈霧培竹柳根系活力旺盛，具有較大的根長(zhǎng)、根質(zhì)量、根冠比，利于根系對(duì)水分和各種營(yíng)養(yǎng)的吸收，進(jìn)而使地上部生長(zhǎng)迅速。LED燈霧培竹柳葉片葉綠素含量較高，葉片鮮質(zhì)量最高。熒光燈霧培竹柳葉片有最大的

SOD活力，插條抗逆性較強(qiáng)。這些結(jié)果表明，紅藍(lán)白LED燈是促進(jìn)植物生長(zhǎng)的最好光源之一。後藤英司等認(rèn)為，紅藍(lán)白LED燈除了給植物在缺光時(shí)間里得到補(bǔ)光外，還使植物在生長(zhǎng)過(guò)程中促進(jìn)側(cè)枝多發(fā)和芽的分化，加快根莖葉生長(zhǎng)及植物碳水化合物的合成和維生素的合成，縮短了生長(zhǎng)周期[10]，所以枝葉生長(zhǎng)繁茂。

旱柳插條中，除了LED燈霧培旱柳插條有最大的枝葉干、鮮質(zhì)量外，其他指標(biāo)較優(yōu)秀的還有熒光燈霧培。熒光燈霧培旱柳插條根系環(huán)境含氧量高、根系活力高、抗逆性強(qiáng)，促使根系吸收營(yíng)養(yǎng)快、生長(zhǎng)旺盛。其最大葉片SOD活力使插條葉片存在活躍的活性氧代謝[11-12]，紅藍(lán)白熒光燈光波長(zhǎng)類(lèi)型豐富，正好與竹柳植物光合成和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合。葉片中的葉綠素很好地吸收紅藍(lán)白混合熒光燈燈光，旱柳插條葉片產(chǎn)生最佳的光合作用，植物得到最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)。

在楊樹(shù)插條的培養(yǎng)中，LED燈水培意楊相對(duì)于熒光燈水培意楊來(lái)說(shuō)生長(zhǎng)能力更強(qiáng)。熒光燈水培意楊插條葉片的葉綠素含量較高，推測(cè)LED燈光更利于意楊進(jìn)行光合作用，但熒光燈水培意楊的枝葉鮮質(zhì)量比LED燈水培意楊的高。LED燈水培意楊根系活力較大，有最大的根冠比，葉片中的高SOD活力也促使其進(jìn)行高效的光合作用。LED燈水培白楊的葉綠素含量不是最高的，但枝葉鮮質(zhì)量最高，說(shuō)明白楊吸收利用紅藍(lán)白混合LED燈光后光合作用比較強(qiáng)。雖然熒光燈霧培白楊枝葉鮮質(zhì)量不是最高的，但根冠比及其他指標(biāo)比較優(yōu)異。白楊葉綠素含量較高，對(duì)熒光燈燈光的利用效率沒(méi)有LED燈光強(qiáng)，不過(guò)這些并不影響其活躍的根系活力和SOD活力，促使植株長(zhǎng)勢(shì)較佳。

柳樹(shù)、楊樹(shù)都是易成活的傳統(tǒng)土培綠化樹(shù)種，因其防風(fēng)固沙能力強(qiáng)而成為世界上廣泛栽培的重要造林植物[13-14]。相對(duì)而言，柳樹(shù)更加適合無(wú)土的水培和霧陪。而楊樹(shù)在水培、霧陪條件下生長(zhǎng)狀況不好，不適合無(wú)土栽培。本研究表明，柳樹(shù)苗木的批量工廠化育苗可以通過(guò)水培和霧陪的方式進(jìn)行。水培和霧培木本植物由于沒(méi)有土，無(wú)土栽培的植物放在室內(nèi)可以?xún)艋諝狻⒚阑h(huán)境。本試驗(yàn)用的培養(yǎng)架成功培養(yǎng)了近108株插條，節(jié)省了空間資源。

綜上所述，就無(wú)土栽培方式而言，除了意楊插條，其余品種插條霧培生長(zhǎng)狀況比水培的要好；竹柳插條生長(zhǎng)狀況最好的培養(yǎng)方式是LED燈霧培；最適合旱柳、白楊插條生長(zhǎng)的培養(yǎng)方式是熒光燈霧培；意楊生長(zhǎng)狀況較好的則為L(zhǎng)ED燈水培。當(dāng)然，目前霧培技術(shù)尚處于探索階段，尚存在很多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決，也是我們繼續(xù)研究的方向。

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