包 蕾,王振龍,金文錄,何文壽
(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,寧夏 銀川 750001)
近年來(lái),為防止馬鈴薯退化,實(shí)現(xiàn)其優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)目的,馬鈴薯脫毒原原種的生產(chǎn)愈加重要[1-2],而霧培法作為主要生產(chǎn)技術(shù)因其在原原種產(chǎn)量方面具有極大優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注[3-5]。霧培法生產(chǎn)馬鈴薯的主要養(yǎng)分供給來(lái)自營(yíng)養(yǎng)液[6],對(duì)此,目前大多研究是在MS營(yíng)養(yǎng)液配方基礎(chǔ)上改變N、P、K比例或調(diào)整整體濃度進(jìn)行探討[7-9]。但最近研究發(fā)現(xiàn)此類型配方離子濃度較高,氮含量過(guò)大且含有不利于馬鈴薯塊莖生長(zhǎng)的 Cl-[10]。相反,Oraby 等[11]采用霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液配方取得單株結(jié)薯數(shù)超過(guò)70個(gè)的理想效果。喬建磊[12]在霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液基礎(chǔ)上進(jìn)行修改,得出氮磷鉀比例為1∶0.28∶1.3時(shí)霧培馬鈴薯結(jié)薯性能最好,但針對(duì)霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液濃度的研究很少。
現(xiàn)階段,關(guān)于噴霧頻率的研究也較少且各研究所選取頻率值差異較大、不集中[13]。Jowkar等[14]以兩種噴霧頻率3 min/15 min和3 min/30 min(噴霧時(shí)間/間隔時(shí)間)對(duì)玫瑰進(jìn)行霧培研究,發(fā)現(xiàn)3 min/15 min的噴霧頻率更有利于玫瑰生長(zhǎng)。Fanourakis等[15]研究得出:在3種噴霧頻率3 min/2 h、12 min/1 h和1 min/6 h(噴霧時(shí)間/間隔時(shí)間)中,3 min/2 h有利于切菊花生長(zhǎng),低頻(1 min/6 h)有利于植株地上部干物質(zhì)量積累,而高頻(12 min/1 h)影響不顯著。
在霧培馬鈴薯方面單獨(dú)針對(duì)噴霧頻率的研究更少且所采用噴霧頻率復(fù)雜多樣,柳巧霞等[16]研究認(rèn)為:在溫度增高的條件下,供液時(shí)間越長(zhǎng),馬鈴薯植株生長(zhǎng)越快。邱孟柯等[17]在霧培馬鈴薯全生育期將噴霧頻率設(shè)為間隔3 min噴霧20 s。梁杰等[18]在不同馬鈴薯生長(zhǎng)期采用不同噴霧頻率,幼苗期間隔400 s噴霧30 s,塊莖成長(zhǎng)期間隔200 s噴霧30 s。李標(biāo)等[19]則根據(jù)不同光照條件進(jìn)行設(shè)置,移栽最初7 d白天噴霧30 s間隔1 h,晚上噴霧30 s間隔2 h,7 d后白天噴霧30 s間隔1.5 h,晚上噴霧30 s間隔3 h。
有研究認(rèn)為:根據(jù)馬鈴薯不同生育期來(lái)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液濃度與噴霧頻率,不僅可以促進(jìn)植株生長(zhǎng),還可節(jié)約營(yíng)養(yǎng)液及能源[13],對(duì)規(guī)范指導(dǎo)霧培馬鈴薯生產(chǎn)具有一定的實(shí)踐意義。因此,本研究在此方面進(jìn)行了初步研究,并以霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ),針對(duì)不同生育期不同營(yíng)養(yǎng)液濃度與噴霧頻率對(duì)霧培馬鈴薯生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響進(jìn)行討論,擬初步探索霧培馬鈴薯適宜的營(yíng)養(yǎng)液濃度與噴霧頻率,為進(jìn)一步的深入研究和科學(xué)指導(dǎo)馬鈴薯原原種生產(chǎn)提供參考。
本試驗(yàn)于2018年4月至6月在寧夏大學(xué)玻璃溫室培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行,試驗(yàn)期間,溫室白天溫度18~30℃,夜間10~20℃;濕度70%~80%;生長(zhǎng)期光照主要來(lái)自日光照射,每天光照時(shí)間大致為8~10 h。
采用霧培控制箱進(jìn)行試驗(yàn),主要由營(yíng)養(yǎng)液桶、栽培箱、供液泵、時(shí)間控制配電箱、PVC管道、霧化噴頭等部件組成,可實(shí)現(xiàn)噴霧自動(dòng)控制及循環(huán)式供液。噴霧頻率通過(guò)智能計(jì)測(cè)器控制。栽培箱規(guī)格(長(zhǎng)×寬×高)為230 cm×60 cm×30 cm,幼苗在聚乙烯硬泡沫板上定植,馬鈴薯植株種植密度(行距×株距)為15 cm×10 cm,每小區(qū)定植脫毒苗42株。
本試驗(yàn)以“費(fèi)烏瑞它”馬鈴薯脫毒苗為試驗(yàn)材料,該品種為早熟品種,生育期為80~90 d左右,生長(zhǎng)勢(shì)旺盛,脫毒試管苗先于統(tǒng)一水培條件下培育20 d,營(yíng)養(yǎng)液以改良霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液A為基礎(chǔ)[20](表1),前7 d采用A/3營(yíng)養(yǎng)液,之后采用3/5 A營(yíng)養(yǎng)液。待株高達(dá)到8~10 cm,根勢(shì)良好,以裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)始霧培試驗(yàn)。其中營(yíng)養(yǎng)液濃度梯度為主區(qū),噴霧頻率為副區(qū),均分別設(shè)3個(gè)調(diào)節(jié)梯度,共9個(gè)處理,3次重復(fù)。以馬鈴薯塊莖形成前后分為前期與后期(前期與后期大致各為30 d),詳細(xì)試驗(yàn)安排見(jiàn)表2。在脫毒苗定植前3 d,由于幼苗處于緩苗狀態(tài),統(tǒng)一噴0.6 A營(yíng)養(yǎng)液,噴霧頻率設(shè)置為每間隔10 min噴霧40 s,之后按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)運(yùn)行。微量元素營(yíng)養(yǎng)液統(tǒng)一采用改良阿農(nóng)微量元素營(yíng)養(yǎng)液配方[21];微霧噴頭流量控制在0.2 L/min左右,管道壓力大約為0.2 Pa,營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用,每周更換一次,每天調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液pH值至6.0~7.0。
表1 主要元素營(yíng)養(yǎng)液配方 (mg/L)
表2 不同處理裂區(qū)試驗(yàn)排列
馬鈴薯于霧培架上定植第3 d開(kāi)始,每隔5 d選取10株植株,測(cè)定與馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的株高、莖粗、匍匐莖數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)。株高測(cè)量范圍從莖基部與栽培板交界處到植株最頂部,莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量植株莖基部與栽培板交界處直徑,根長(zhǎng)測(cè)量范圍從莖基部與栽培板交界處到根末端,目測(cè)統(tǒng)計(jì)所有匍匐莖數(shù),具體參照馬鈴薯栽培生理[22]。每隔10 d選取植株3株,采用托普智能葉面積儀測(cè)定葉面積(從上到下依次選取大、中、小3片葉進(jìn)行測(cè)量后取平均值)[1];采用常規(guī)排水法測(cè)定根系體積[1];植株生物量為干物質(zhì)量(分別測(cè)量根、莖、葉、果實(shí)及總干重),將鮮樣在105℃殺青30 min,然后在80℃下烘干至恒重[23]。收獲期每個(gè)處理選取10株馬鈴薯統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量并計(jì)算平均值(分別記錄G≤3 g、3 g<G≤5 g、5 g<G≤10 g、G>10 g馬鈴薯個(gè)數(shù)及單株總薯數(shù)與總薯重并折算其產(chǎn)量);試驗(yàn)數(shù)據(jù)以Excel 2010軟件整理,采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,用LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),顯著性水平P<0.05(n=5),結(jié)合權(quán)重,隸屬函數(shù)法進(jìn)行相關(guān)值評(píng)價(jià)。
從表3可以看出,定植30 d時(shí),噴霧頻率、營(yíng)養(yǎng)液濃度及兩因素交互均可極顯著影響(P<0.001)根干重、葉干重、莖干重和全株干重。其中,各處理間根干重差異顯著,處理C0.8∶1T20∶30最高,可達(dá) 2.49 g/株, 比 最 低 處 理 C0.6∶0.8T20∶30(0.67 g/株 )高出271.64%。但各處理間葉干重差異顯著性不明顯。此外,葉干重在各指標(biāo)間所占比例最大;相比前期末,定植60 d時(shí),兩因素對(duì)馬鈴薯的生物量影響的差異顯著性不大,但各處理間的差異顯著性均較大,噴霧頻率對(duì)全株干重影響不顯著(P>0.05),但可極顯著影響葉干重(P<0.001),營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)葉干重、莖干重和果實(shí)干重均有極顯著影響,兩因素交互作用除了可顯著增加根干重外(0.001<P<0.01),對(duì)其他指標(biāo)的影響均可達(dá)到極顯著水平。處理C1∶1.2T20∶30在葉干重、莖干重和全株干重上均表現(xiàn)為最大,分別為10.08、4.51和25.34 g/株,比最低處理分別高出216.98%、58.80% 和 96.28%。處理 C0.6∶0.8T10∶20根干 重 最 大,為 4.93 g/株;處理 C1∶1.2T15∶25果實(shí)干重最大,為9.95 g/株。此外,且從各指標(biāo)變化來(lái)看,后期末葉干重與果實(shí)干重所占比例最大。綜合來(lái)看,處理C1∶1.2T20∶30在前期末各部位生物量不大,但后期增長(zhǎng)幅度迅速,在后期末表現(xiàn)為全株生物量最大;而處理C1∶1.2T10∶20在整個(gè)生育期各部位生物量均較小。
表3 不同營(yíng)養(yǎng)條件下馬鈴薯生物量 (g/株)
從表4可以看出,噴霧頻率對(duì)各結(jié)薯性能指標(biāo)的影響較營(yíng)養(yǎng)液濃度與兩因素交互作用顯著。其中,噴霧頻率對(duì)3 g<G≤5 g小薯數(shù)影響不顯著(P>0.05),但可極顯著影響G>10 g小薯數(shù)(P<0.001),對(duì)其他指標(biāo)均有顯著影響(0.001<P<0.01);營(yíng)養(yǎng)液濃度可顯著增加單株總薯重、5 g<G≤10 g小薯數(shù)和折合產(chǎn)量,對(duì)其他指標(biāo)影響均不顯著;兩因素交互作用可顯著影響單株總薯數(shù)與G≤3 g小薯數(shù),對(duì)其他指標(biāo)影響均不顯著。就各處理間的變化而言,3 g<G≤5 g小薯數(shù)的變化差異較小,處理 C1∶1.2T20∶30最高,為6.86個(gè);處理C0.8∶1T20∶30匍匐莖數(shù)與G≤3 g的小薯數(shù)均最大,分別為139.00條/株與51.14個(gè),比最 低 高 出 40.40%和155.7%; 處 理C1∶1.2T15∶25總薯數(shù)、總薯重、G>10 g小薯數(shù)和折合產(chǎn)量均最高,分別為69.43粒/株、172.34 g/株、4.14個(gè) 和9 306.28 g/m2,比最低處理分別高出82.71%、110.97%、1 327.58%和110.96%; 處 理C0.8∶1T15∶25在5 g<G≤10 g小 薯 數(shù) 最 多, 為10.71個(gè)。 而處 理 C0.6∶0.8T20∶30總薯 重、5 g<G ≤ 10 g、G>10 g和折合產(chǎn)量均最低,處理 C0.6∶0.8T10∶20匍匐莖數(shù) 與3 g<G ≤ 5 g最低,處理 C1∶1.2T10∶20總薯重和 G ≤ 3 g最低。
表4 不同營(yíng)養(yǎng)條件下馬鈴薯產(chǎn)量
對(duì)霧培馬鈴薯定植第60 d部分生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析。從表5可以看出,單株總薯數(shù)與果實(shí)干重之間為極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.811。全株干重與葉干重之間為極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.923;與果實(shí)干重為顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.760。其次,莖干重與葉干重之間呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.776;但匍匐莖數(shù)與根干重及葉干重之間均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。
表5 馬鈴薯生物量與產(chǎn)量相關(guān)性
影響霧培馬鈴薯生長(zhǎng)的諸因素間存在一定交互關(guān)系,致使反映馬鈴薯生物量與產(chǎn)量的許多指標(biāo)信息發(fā)生交織和重疊,為使影響因素更加清晰,本研究針對(duì)收獲時(shí)(60 d)霧培馬鈴薯11項(xiàng)指標(biāo)以主成分分析法進(jìn)行降維,根據(jù)累積貢獻(xiàn)率≥85%原則,篩選出4個(gè)主成分。如表6所示,主成分1、2、3、4貢獻(xiàn)率分別為46.70%、21.01%、13.62%和9.20%,累積貢獻(xiàn)率可達(dá)90.53%,因此,4個(gè)主成分可綜合衡量11項(xiàng)指標(biāo)的所有信息。第一主成分上莖干重、果實(shí)干重、全株干重、根長(zhǎng)、根體積和葉面積均有較大正向量值,為其主要指標(biāo),特征向量值分別為0.806、0.831、0.960、0.778、0.726和 0.763,因此第1主成分主要為收獲時(shí)馬鈴薯生物量及部分生長(zhǎng)指標(biāo)的綜合體現(xiàn)。第2主成分上匍匐莖數(shù)有較大正向量值,為0.762,其次為株高。第3主成分上株高、根干重和根長(zhǎng)有較大正向量值,分別為0.529、0.443和0.361。第4主成分與莖粗關(guān)系密切,向量值為0.687。
表6 各指標(biāo)的主成分分析
求出4個(gè)主成分的綜合得分值,并對(duì)其進(jìn)行排序,綜合評(píng)價(jià)收獲時(shí)(60 d)各處理間霧培馬鈴薯的生長(zhǎng)及產(chǎn)量。由表7可以看出處理C1∶1.2T15∶25得分最高,為 0.71,依次是處理 C1∶1.2T20∶30、處理C0.6∶0.8T15∶25 和處理 C0.6∶0.8T10∶20。而處理 C1∶1.2T10∶20 得分最低,為0.14。再以最短距離法計(jì)算各處理間的歐氏距離,對(duì)9個(gè)處理進(jìn)行系統(tǒng)聚類。如圖1所示,可將9個(gè)處理聚為5類,結(jié)合表7所得的綜合排名,可將5類處理進(jìn)行排序:處理C0.8∶1T20∶30與C1∶1.2T15∶25聚為一類,綜合評(píng)價(jià)為一等;處理C0.6∶0.8T10∶20、C1∶1.2T20∶30 和 C0.6∶0.8T15∶25 聚為一類,綜合評(píng)價(jià)為二等;處理C0.8∶1T15∶25單獨(dú)聚為一類,綜合評(píng)價(jià)為三等;處理 C0.6∶0.8T20∶30和 C0.8∶1T10∶20聚為一類,綜合評(píng)價(jià)為四等;處理C1∶1.2T10∶20單獨(dú)聚為一類,綜合評(píng)價(jià)為五等。
表7 各指標(biāo)對(duì)馬鈴薯影響的綜合評(píng)價(jià)
圖1 各處理聚類分析
有研究表明馬鈴薯塊莖干物質(zhì)的90%以上都來(lái)自光合產(chǎn)物,而葉片是進(jìn)行光合作用的主要場(chǎng)所,因此,其生長(zhǎng)狀況好壞直接影響馬鈴薯產(chǎn)量高低[1]。在本研究結(jié)果中,霧培馬鈴薯生長(zhǎng)前期末葉片干物質(zhì)累積量所占比例最大,后期末葉片與果實(shí)干物質(zhì)累積量所占比例最大,兩研究結(jié)果有相似之處。營(yíng)養(yǎng)液濃度過(guò)低,其中礦質(zhì)元素含量不足,會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分虧缺而影響植株正常生長(zhǎng);營(yíng)養(yǎng)液濃度過(guò)高,離子會(huì)對(duì)植株產(chǎn)生脅迫,植株也不能正常生長(zhǎng)[7]。丁凡[8]研究表明,營(yíng)養(yǎng)液濃度梯度可極顯著影響霧培馬鈴薯植株干重,表現(xiàn)為MX與0.8MX濃度下,植株干物質(zhì)累積量均大于0.6MX。本研究得出,前期末處理C0.8∶1T20∶30表現(xiàn)較優(yōu),后期末處理C1∶1.2T15∶25與處理 C1∶1.2T20∶30表現(xiàn)較優(yōu),即中高濃度條件有利于馬鈴薯干物質(zhì)累積且營(yíng)養(yǎng)液濃度與噴霧頻率對(duì)其影響顯著,這與丁凡[8]研究有相似之處。但王素梅等[25]研究認(rèn)為低電導(dǎo)率(1 500μS/cm)和高電導(dǎo)率(3 000μS/cm)營(yíng)養(yǎng)液都不利于植株生長(zhǎng),與本研究結(jié)果不同之處可能與所用營(yíng)養(yǎng)液配方不同有關(guān)。其次,本研究結(jié)果表明,霧培馬鈴薯前期噴霧頻率以“間隔20 min噴霧40 s”有利于植株生長(zhǎng),后期以“間隔25 min噴霧40 s”有利于原原種產(chǎn)量增加。
匍匐莖是馬鈴薯地下莖節(jié)上葉芽水平生長(zhǎng)的側(cè)枝,是塊莖形成的前提,其數(shù)量與馬鈴薯產(chǎn)量密切相關(guān)[26]。唐銘霞等[27]研究認(rèn)為在馬鈴薯塊莖形成期,全硝態(tài)氮營(yíng)養(yǎng)可顯著增加一級(jí)匍匐莖和二級(jí)匍匐莖數(shù)量。王季春[28]研究得出NO3--N/NH4+-N比值較高的營(yíng)養(yǎng)液有較強(qiáng)的匍匐莖促進(jìn)能力。匍匐莖生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)元素成分關(guān)系密切,以上研究結(jié)果均表明不同氮素均對(duì)匍匐莖生長(zhǎng)有一定影響,本研究在不同營(yíng)養(yǎng)液濃度與噴霧頻率因素下進(jìn)行探討,得出噴霧頻率可顯著增加匍匐莖數(shù)量,且中高濃度營(yíng)養(yǎng)液條件下增幅較大,這可能與兩因素造成處理間營(yíng)養(yǎng)成分差異有關(guān)。有研究表明,單株薯數(shù)與薯重是反映馬鈴薯原原種產(chǎn)量很好的指標(biāo)[29]。丁凡[8]研究認(rèn)為中高濃度下馬鈴薯塊莖數(shù)與塊莖重極顯著高于低濃度,這與本研究結(jié)果相似。而噴霧頻率較營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)馬鈴薯單株薯數(shù)與單株薯重影響更顯著,且整體來(lái)看噴霧間隔時(shí)間較長(zhǎng)的噴霧頻率更有利于結(jié)薯。柳巧霞等[16]研究得出:隨著溫度升高,噴霧時(shí)間適中的處理,馬鈴薯的單株薯數(shù)與薯重均最高,兩研究結(jié)果有相似之處。馬鈴薯為鹽中度敏感作物,鹽脅迫會(huì)抑制其生長(zhǎng),進(jìn)而影響產(chǎn)量[30]。本研究結(jié)果可能因?yàn)檩^長(zhǎng)噴霧間隔時(shí)間正好降低根系周圍鹽濃度,進(jìn)而影響馬鈴薯根系滲透調(diào)節(jié)、葉片光合作用且增加植株體內(nèi)耐鹽性酶活性,反倒有利于馬鈴薯生長(zhǎng)與產(chǎn)量增加。噴霧頻率作用機(jī)理微妙復(fù)雜,目前在此方面研究也較少,具體作用機(jī)理與更精確的噴霧頻率還需進(jìn)一步研究得出。
主成分聚類分析是數(shù)學(xué)上用來(lái)降維的一種方法,可很好地處理變量間的多重相關(guān)性,使彼此之間具有相互獨(dú)立性[31],能夠客觀評(píng)價(jià)不同處理對(duì)霧培馬鈴薯生長(zhǎng)的影響,近年來(lái)也在眾多農(nóng)業(yè)試驗(yàn)中被應(yīng)用。本研究通過(guò)主成分與聚類分析得出,處理 C1∶1.2T15∶25與處理 C1∶1.2T20∶30表現(xiàn)最好,其次為處理 C0.6∶0.8T15∶25和處理 C0.6∶0.8T10∶20,處理 C1∶1.2T10∶20最次。處理C1∶1.2T10∶20營(yíng)養(yǎng)液濃度較高,但在生物量與結(jié)薯性能上均表現(xiàn)不好,可能與本試驗(yàn)區(qū)光照不均有關(guān),由于試驗(yàn)溫室周圍建筑物遮擋,導(dǎo)致該處理日光照時(shí)間最短。整體來(lái)看,在此試驗(yàn)研究條件下,高濃度與低濃度有利于霧培馬鈴薯生長(zhǎng),這與王素梅[7]研究得出的營(yíng)養(yǎng)液濃度過(guò)高與過(guò)低都不利于馬鈴薯生長(zhǎng)的結(jié)果不一致,這可能與兩試驗(yàn)所用的營(yíng)養(yǎng)液配方與試驗(yàn)因素不同有關(guān),本試驗(yàn)將馬鈴薯整個(gè)生育期設(shè)為前后兩時(shí)期,后期所提供營(yíng)養(yǎng)液濃度相對(duì)高于前期,正好滿足結(jié)薯期所需較多的營(yíng)養(yǎng)成分,也會(huì)在一定程度上增加產(chǎn)量。綜合來(lái)看,噴霧間隔時(shí)間較短并非有利于馬鈴薯的生長(zhǎng),相反,噴霧間隔時(shí)間較長(zhǎng)表現(xiàn)較優(yōu)。有研究表明根際微生物活動(dòng)與營(yíng)養(yǎng)元素有關(guān)[32-33],而本研究得出,不同的噴霧頻率影響下馬鈴薯生長(zhǎng)與產(chǎn)量均有差異,這很大程度上可能與不同噴霧頻率導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)元素成分差異有關(guān)。本試驗(yàn)只在這方面進(jìn)行了初步探索,具體作用機(jī)理還需深入探討。
綜上所述,定植30 d,0.8A營(yíng)養(yǎng)液濃度下,噴霧間隔20 min有利于前期霧培馬鈴薯植株生長(zhǎng);定植60 d,A營(yíng)養(yǎng)液濃度下,噴霧間隔25 min有利于后期霧培馬鈴薯生長(zhǎng)及產(chǎn)量增加。處理C1∶1.2T15∶25在馬鈴薯產(chǎn)量及薯類分級(jí)上表現(xiàn)最佳。此外,主成分聚類分析結(jié)果表明,中高濃度且噴霧間隔時(shí)間較長(zhǎng)有利于霧培馬鈴薯的生長(zhǎng)及產(chǎn)量增加。