鉀濃度對水培生菜生長及礦質(zhì)元素動態(tài)吸收的影響

蘇苑君，胡笑濤，王文娥，楊　鑫，李興杰

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌712100)

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鉀濃度對水培生菜生長及礦質(zhì)元素動態(tài)吸收的影響

蘇苑君，胡笑濤，王文娥，楊鑫，李興杰

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌712100)

【目的】 研究不同濃度鉀對水培生菜生長、品質(zhì)、礦質(zhì)元素利用效率以及礦質(zhì)元素動態(tài)吸收的影響，以期篩選出適宜生菜生長的鉀濃度?！痉椒ā?2014年3-5月，采用水培試驗，設(shè)置5個不同的鉀濃度(6，5，4，3，2 mmol/L)處理生菜，在生菜生育期每隔10 d測定1次生長指標(biāo)，在收獲后測定生菜品質(zhì)，并計算生菜對不同礦質(zhì)元素的利用效率，同時測定營養(yǎng)液中氮、磷、鉀、鈣、鎂的濃度變化，以分析各階段生菜對礦質(zhì)元素的吸收情況?！窘Y(jié)果】 當(dāng)鉀濃度為2～6 mmol/L時，生菜葉面積、根干(鮮)質(zhì)量、地上部分干(鮮)質(zhì)量、根冠比均隨鉀濃度的增加先增大后減小，當(dāng)鉀濃度為3 mmol/L時，生菜以上生長指標(biāo)均較大；隨著鉀濃度的增加，生菜硝酸鹽、可溶性糖、可溶性蛋白含量均先增大后減小，Vc含量不斷增大，其中當(dāng)鉀濃度為4 mmol/L時，生菜的綜合品質(zhì)最好。各處理生菜總干物質(zhì)積累量在整個生育期不斷增大且差異越來越明顯，其中3～4 mmol/L鉀素處理生菜收獲時干質(zhì)量明顯高于其他處理，不同鉀素處理生菜對氮、磷的吸收都是在第三階段(05-03-05-13)達(dá)到最大，在其他生育階段吸收較少；對鉀的吸收量呈不斷增加的趨勢；對鈣鎂的吸收在整個生育階段都較均勻，其中在第三階段(05-03-05-13)吸收強度略有增加。較低的鉀濃度處理(2～4 mmol/L)生菜對礦質(zhì)元素的利用效率均較高?！窘Y(jié)論】 當(dāng)鉀濃度為4 mmol/L時，有利于生菜生長，獲得較好的產(chǎn)量及品質(zhì)，且礦質(zhì)元素利用效率較高。

水培生菜；鉀濃度；動態(tài)吸收；礦質(zhì)元素

生菜(Lactucksativavar.crispa)在我國不少地區(qū)均有栽培，其葉片脆嫩，營養(yǎng)價值高，并有保健功能，是發(fā)展前景較好的蔬菜。土壤中植物可吸收的有效鉀含量一般不超過全鉀量的2%[1]，且存在雨水淋溶損失。無土栽培是生產(chǎn)綠色蔬菜的一種有效途徑，能最大限度地滿足根系對水、肥、氣等諸條件的要求[2]，且不受當(dāng)?shù)赝临|(zhì)等外界環(huán)境影響，試驗條件易于控制，結(jié)果相對穩(wěn)定。

已有研究表明，鉀對蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響[3]，施鉀可提高番茄、黃瓜的可溶性糖、Vc含量及產(chǎn)量，但鉀素濃度過高則會使蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)降低[4-5]。張春華等[6]研究了土培條件下施鉀對生菜品質(zhì)的影響，結(jié)果表明鉀質(zhì)量濃度與生菜粗蛋白含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但對生菜Ca和維生素C含量的影響均不明顯。在養(yǎng)分吸收方面，前人的研究結(jié)果表明，鉀、鎂對油菜植株中鈣的含量均表現(xiàn)出拮抗效應(yīng)[7]；不同氮磷鉀濃度下，生菜生長及鉀素吸收有明顯差異，施氮可降低鉀的吸收，適量的磷可促進(jìn)鉀的吸收，鉀水平的提高有利于鉀的吸收[8]；施鉀能明顯提高油菜的干物質(zhì)積累量，促進(jìn)油菜對鈣和鎂的吸收[9]。目前，關(guān)于水培條件下鉀對生菜生長、品質(zhì)及礦質(zhì)元素吸收的影響尚未見報道。本試驗系統(tǒng)探討了不同鉀素水平對水培生菜生長、品質(zhì)、礦質(zhì)元素利用效率及其動態(tài)吸收的影響，以期為水培生菜的營養(yǎng)液管理提供量化指標(biāo)，為水培生菜的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試生菜為香港玻璃脆散葉生菜，種子由陜西楊凌科星有限公司提供。

1.2試驗方法

試驗于2014-03-2014-05在西北農(nóng)林科技大學(xué)中國旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究院植物工廠中進(jìn)行，試驗期間光照強度為2 500 lx，光照時間為12 h/d，晝夜溫度為25 ℃/18 ℃。試驗采用育苗移栽的方式進(jìn)行，2014-04-13生菜長到六葉一心時，清水洗凈根部后用海綿包裹定植于水培箱，每箱種植4株，每隔2 d用1 mmol/L的H2SO4或者1 mmol/L的NaOH調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的pH為5.5～6.5，生長中后期利用充氣泵供氧。試驗每個處理設(shè)置6個水培箱，于定植當(dāng)日和定植后10，20，30和40 d分別從其中3個箱中取營養(yǎng)液30 mL，測定其中氮、磷、鉀、鈣和鎂濃度，在定植后10，20，30和40 d時分別從3只水培箱中各取1株長勢相近的生菜，稱其根及葉片的鮮、干質(zhì)量。05-23收獲時，從另外3只水培箱中各取1株長勢相近的生菜，重復(fù)2次，分別用于鮮、干質(zhì)量和品質(zhì)的測定。

1.3試驗處理

試驗在山崎配方[10]基礎(chǔ)上設(shè)置5個鉀濃度，分別是6，5，4，3，2 mmol/L，其他大量元素濃度分別為：N 6 mmol/L，P 0.6 mmol/L，Ca 2.5 mmol/L，Mg 0.5 mmol/L，微量元素及其含量采用通用配方[10]。除配制母液外，試驗所用水均來自當(dāng)?shù)氐叵滤?，鈣、鎂離子質(zhì)量濃度較高，分別為52和24 mg/L。

1.4測定項目和方法

生菜收獲時測定其產(chǎn)量和品質(zhì)，生菜鮮質(zhì)量采用精度為0.01 g的電子天平測定，干質(zhì)量采用精度為0.001 g的電子天平測定。營養(yǎng)液總氮濃度采用過硫酸鉀消煮法[11]測定，總磷濃度采用鉬酸銨分光光度法[11]測定，金屬元素鉀、鈣、鎂濃度均用原子吸收分光光度法[11]測定；生菜品質(zhì)方面，硝酸鹽含量采用比色法[12]測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)-G250 染色法[12]測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[12]測定，維生素C含量用2,6-二氯酚靛酚滴定法[13]測定。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用Sigmaplot 10.0繪圖，采用SPSS 18.0中的ANOVA過程完成方差分析，采用SPSS 18.0的LSD法完成顯著性檢驗；

植株礦質(zhì)元素吸收量(mg/株)=礦質(zhì)元素質(zhì)量濃度(mg/L)×水深(cm)×水培箱底面積(cm2)/1 000/4(株)；

植株礦質(zhì)元素效率(g/g)=植株干質(zhì)量(g)/礦質(zhì)元素吸收量(g)。

2　結(jié)果與分析

2.1鉀對水培生菜生長的影響

鉀作為生菜需求量最多的礦質(zhì)元素之一，對生菜的生長有重要影響。從表1可以看出，隨著鉀素水平的增加，生菜的葉片數(shù)、葉面積、根干鮮質(zhì)量、地上部分干鮮質(zhì)量以及根冠比均先增大后減小，其中葉面積、根干鮮質(zhì)量、地上部分干鮮質(zhì)量均在鉀素水平為3 mmol/L時達(dá)到最大。

不同鉀水平下生菜各階段總干質(zhì)量的變化如圖1所示。從圖1可以看出，定植初期各鉀素處理生菜總干質(zhì)量緩慢積累，各鉀素處理生菜總干物質(zhì)量均較低，05-03后各鉀素處理生菜總干質(zhì)量差異不斷增大；收獲前10 d(05-13)，除了3 mmol/L與4 mmol/L鉀素處理的總干質(zhì)量差異不大外，其余處理均低于4 mmol/L鉀素處理；到收獲時(05-23)，3 mmol/L鉀素處理的總干質(zhì)量明顯高于其他鉀素處理，2，5和6 mmol/L處理的總干質(zhì)量明顯低于4 mmol/L處理，說明鉀能顯著影響生菜的產(chǎn)量，且較低濃度的鉀有利于提高生菜的產(chǎn)量。

表 1　收獲時不同鉀濃度對水培生菜生長的影響Table 1　Effect of potassium concentration on growth of hydroponic lettuce after harvest

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母表示不同處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，表2同。

Note:Different letters indicate significant differences between treatments atP<0.05 level.The same for Table 2.

圖 1　不同鉀水平下生菜各階段總干質(zhì)量的變化Fig.1　Change in total dry mass during the growth of lettuce at different potassium levels

2.2鉀對水培生菜品質(zhì)的影響

鉀是植物體內(nèi)60多種合成酶、氧化酶和轉(zhuǎn)化酶的活化劑，在碳水化合物代謝、呼吸作用及蛋白質(zhì)代謝中起重要作用，因而被譽為“品質(zhì)元素”。從表2可以看出，隨著營養(yǎng)液中鉀濃度的增加，生菜硝酸鹽

含量先增大后減小，5和6 mmol/L鉀處理的硝酸鹽含量明顯低于其他處理，可知高鉀比低鉀更有利于降低生菜硝酸鹽含量。研究表明，鉀能促進(jìn)硝酸鹽的吸收和轉(zhuǎn)化，同時鉀能提高植物體內(nèi)硝酸鹽還原酶的活性[14]，這與本研究中鉀素濃度高于4 mmol/L后硝酸鹽含量明顯減少的結(jié)論一致。增加營養(yǎng)液中鉀濃度能顯著提高生菜的Vc含量，6 mmol/L鉀處理的Vc含量比2 mmol/L處理提高了174.74%，且顯著高于其他鉀水平。生菜的可溶性糖含量隨鉀素濃度的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，4 mmol/L鉀處理生菜的可溶性糖含量最高，顯著高于5和6 mmol/L鉀處理，分別高出28.10%和35.50%，可知較低濃度的鉀更有利于生菜可溶性糖含量的積累?？扇苄缘鞍缀侩S鉀濃度的增加先增大后減小，4 mmol/L鉀處理可溶性蛋白含量最大，分別較2和6 mmol/L鉀處理提高了36.88%和55.30%，說明適宜濃度的鉀能促進(jìn)可溶性蛋白含量的增加。

表 2　不同鉀濃度對水培生菜品質(zhì)的影響Table 2　Effect of potassium concentration on quality of hydroponic lettuce

2.3鉀對水培生菜礦質(zhì)元素效率的影響

不同鉀濃度對水培生菜礦質(zhì)元素吸收效率的影響結(jié)果見表3。由表3可以看出，低鉀水平(2，3，4 mmol/L)處理生菜的礦質(zhì)元素效率總體上明顯高于高鉀處理(5，6 mmol/L)，當(dāng)鉀素濃度為3 mmol/L時，生菜對氮、鉀、鈣、鎂等礦質(zhì)元素的效率最大，鉀素濃度下降為2 mmol/L時礦質(zhì)元素效率明顯降低。生菜對磷、鎂的效率較高，對氮、鉀、鈣的效率相對較低。張恩平等[15]在番茄上的試驗結(jié)果表明，隨著鉀素施用水平的提高, 鉀的吸收量仍不斷增加,但產(chǎn)量不再增加，即高鉀導(dǎo)致了礦質(zhì)元素利用效率下降，這與本研究結(jié)論一致。胡泓等[16]的研究則表明，低鉀脅迫顯著提高了水稻對鉀的利用效率，這與本研究中更低的鉀素水平(2 mmol/L)降低了礦質(zhì)元素的利用效率有一定的差異，可能與研究對象不同，因而產(chǎn)量計算方式和礦質(zhì)元素分配不同有關(guān)，水稻產(chǎn)量僅指稻谷產(chǎn)量，而生菜產(chǎn)量則是整株產(chǎn)量。

2.4鉀對水培生菜礦質(zhì)元素動態(tài)吸收的影響

從圖2可以看出，在不同生育階段不同供鉀水平下生菜吸氮量差異不明顯，但總的影響趨勢是一致的。各鉀素處理生菜總氮吸收量在第一階段(04-13-04-23，下同)、第二階段(04-23-05-03，下同)、第四階段(05-13-05-23，下同)的變化量不大，但在第三階段(05-03-05-13，下同)劇烈上升，表明生菜在第一、二、四階段對氮的吸收強度變化幅度較小，第三階段是生菜需氮量最大的一個階段，其吸收氮量占總吸收氮量的75.68%，平均每株吸收氮14.96 mg/d。前2個階段，3和2 mmol/L鉀素處理生菜對氮的吸收量較大，表明在定植初期較低濃度的鉀素水平更有利于生菜對氮的吸收。

從圖2可見，在不同生育階段不同供鉀水平下生菜吸磷量有一定的差異，主要表現(xiàn)在第一階段和二階段。在第三階段各鉀素處理生菜對磷素平均吸收量最大，占全生育期的72.85%，表明該階段生菜需磷量最大，平均每株吸收磷量為2.93 mg/d。第四階段生菜需磷量最少。第一到第四階段生菜平均吸磷量的比例為1∶1.45∶7.73∶0.43。

從圖2可見，不同供鉀水平下生菜不同生育階段以及全生育期吸鉀量均有明顯的差異，但不同鉀素處理生菜對鉀的吸收趨勢是一致的，全生育期內(nèi)生菜對不同濃度鉀的吸收量表現(xiàn)為6 mmol/L處理>5 mmol/L處理>4 mmol/L處理>3 mmol/L處理>2 mmol/L處理。整個生育期，2，3，4，5，6 mmol/L處理生菜平均每株吸收鉀量分別是3.52，4.48，5.76，6.35，7.23 mg/d。收獲前20 d，4和3 mmol/L鉀處理生菜對鉀素吸收量較大，表明收獲前期較低濃度的鉀素水平有利于生菜對鉀的吸收。

全生育期2，3，4，5，6 mmol/L鉀處理生菜對鈣的吸收量分別225.77，220.59，210.14，207.79，195.87 mg/株，且各階段3和2 mmol/L鉀素處理生菜鈣吸收量較其他處理大，表明低鉀有利于生菜對鈣的吸收。全生育期內(nèi)不同鉀素處理每株生菜平均吸收鈣5.47 mg/d，各階段對鈣的平均吸收量的比例為1∶0.98∶1.28∶0.74，生菜對鈣的吸收強度在各階段變化不大，但是第三階段略有增強，而第四階段則略有減弱。

從圖2可以看出，全生育期2，3，4，5，6 mmol/L鉀處理生菜對鎂的吸收量分別為49.63，38.93，46.10， 34.26，30.21 mg/株，各階段平均吸收量比例為1∶1.24∶4.10∶2.07，表明定植后不同鉀素處理生菜對鎂的吸收量不斷增大，在收獲前10 d吸收量減小，其中2，3，4 mmol/L處理生菜在最后20 d對鎂的吸收量較大，表明較低的鉀水平有利于生長旺盛時期生菜對鎂的吸收，而定植初期鉀的濃度對于生菜對鎂的吸收影響不大。

圖 2　不同鉀水平下各生育階段水培生菜礦質(zhì)元素吸收量的動態(tài)變化Fig.2　Changes in mineral elements during lettuce growth under different potassium levels

3　討論與結(jié)論

眾多研究表明，施用適量鉀肥可以提高蔬菜中Vc的含量[17-19]，但過多的鉀肥會降低Vc含量。鉀在光合作用中起重要作用，能促進(jìn)CO2的同化，供應(yīng)適量鉀元素可以增加植株體內(nèi)碳水化合物的含量。過量的鉀會影響植株體內(nèi)各離子間的平衡，使植株體內(nèi)能量代謝和生物合成受到影響，其可溶性糖含量出現(xiàn)降低的趨勢[20-21]。鉀肥的施用顯著影響蔬菜體內(nèi)氮素的代謝，鉀可促進(jìn)根對硝酸鹽的吸收和轉(zhuǎn)運，從而降低生菜的硝酸鹽含量[14]，促進(jìn)游離氨基酸的合成，增加蔬菜的氨基酸含量，但其作用效果因不同的鉀肥用量和品種而有所不同[17]。本試驗結(jié)果表明，鉀對生菜干質(zhì)量有重要影響，生菜的干質(zhì)量在定植初期(04-13-05-03)增幅較小，從05-03開始，大幅增加，并且各鉀素處理干質(zhì)量差異越來越明顯。當(dāng)鉀濃度為3 mmol/L時，生菜葉面積、根干鮮質(zhì)量、地上部分干鮮質(zhì)量、根冠比均達(dá)到最大，說明3 mmol/L鉀有利于生菜的生長。高鉀水平(5～6 mmol/L)有利于降低生菜硝酸鹽含量，并提高生菜Vc含量，而在鉀濃度為4 mmol/L時，生菜的可溶性糖和可溶性蛋白含量都達(dá)到最大，同時生菜中的硝酸鹽含量較低且Vc含量較高，因而綜合認(rèn)為鉀濃度為4 mmol/L 時生菜可獲得較好的產(chǎn)量及品質(zhì)。

本試驗結(jié)果表明，較低的鉀濃度(2,3,4 mmol/L)有利于礦質(zhì)元素效率的提高，但是過低的鉀處理(2 mmol/L)生菜對礦質(zhì)元素的利用效率有降低的趨勢。不同鉀素處理生菜對氮、磷的吸收均在05-03-05-13達(dá)到最大，在其他階段吸收量較少；對鉀的吸收有不斷加強的趨勢；對鈣、鎂的吸收在05-03-05-23均較均勻，但在05-03-05-13吸收強度略有增加。金珂旭[22]在萵苣上的研究表明，在生長旺盛期萵苣對N、P的吸收量較大，全生育期內(nèi)吸收量先增加后降低，且適宜的鉀素條件下萵苣對N、P的吸收量最大，與本研究結(jié)果一致。牛佳等[23]研究了現(xiàn)蕾期營養(yǎng)液濃度對基質(zhì)栽培非洲菊生長和養(yǎng)分吸收的影響，發(fā)現(xiàn)較高濃度營養(yǎng)液處理的非洲菊對N和P的吸收能力較強，而較低濃度營養(yǎng)液處理的非洲菊對K和微量元素Zn、Fe及Mn的吸收能力較強，這與本研究結(jié)論存在一定差異，可能與研究的作物及生育階段不同有關(guān)。綜上可知，4 mmol/L鉀有利于生菜獲得較好的產(chǎn)量、品質(zhì)并提高礦質(zhì)元素利用效率，是水培生菜生長的適宜鉀濃度。

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Effect of potassium concentration on growth and dynamic absorption of mineral elements of hydroponic lettuce

SU Yuanjun,HU Xiaotao,WANG Wen’e,YANG Xin,LI Xingjie

(KeyLaboratoryofAgriculturalSoilandWaterEngineeringinAridandSemiaridAreas,MinistryofEducation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study investigated the effects of different potassium levels on growth,quality,use efficiency and dynamic absorption of mineral elements of hydroponic lettuce to obtain suitable potassium level for lettuce.【Method】 Hydroponic experiments were conducted from March to May 2014 with five different potassium levels to determinate the growth of the lettuce every 10 days.The quality was determined after harvest and use efficiencies of mineral elements were calculated.At last,concentrations of N,P,K,Ca,and Mg in nutrient solution were measured and their absorption at different stages was analyzed.【Result】 When potassium concentration was 2-6 mmol/L,the leaf area,root dry (fresh) weight,above ground dry (fresh) weight and root cap ratio of the lettuce firstly increased and then decreased with the best indexes at the concentration of 3 mmol/L.With the increase of potassium concentration,contents of nitrate,soluble sugar and soluble protein increased before decreasing,while content of Vc increased consistently.The best quality was obtained when potassium concentration was 4 mmol/L.The total dry matter amounts of different treatments accumulated constantly in the whole growth period and the differences increased as well.The treatments with 3-4 mmol/L had the highest dry matter amounts.The absorption of nitrogen and phosphorus of all treatments reached the maximum during May 03 to May 13,while the absorption at other stages was much less.The lettuce absorption of potassium had a tendency to strengthen continuously,while the absorption of calcium and magnesium in the whole stage was relatively uniform with slightly increase in the third stage.When potassium concentration was low (2-4 mmol/L),lettuce had high utilization efficiency of mineral elements. 【Conclusion】 The potassium concentration of 4 mmol/L was beneficial to lettuce growth,good yield and quality,and high use efficiency of mineral elements.

hydroponic lettuce;potassium concentration;dynamic absorption;mineral elements

網(wǎng)絡(luò)出版時間:2016-07-1208:4510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.08.028

2014-12-05

國家“863”計劃項目“植物工廠營養(yǎng)液管理與蔬菜品質(zhì)調(diào)控技術(shù)裝備研究”(2013AA103004)

蘇苑君(1989-)，女，湖北孝感人，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水理論與技術(shù)研究。E-mail:suyuanjun_2014@163.com

胡笑濤(1972-)，男，河南南陽人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。

E-mail:huxiaotao11@nwsuaf.edu.cn

S758

A

1671-9387(2016)08-0191-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160712.0845.056.html