馬鈴薯無土栽培營養(yǎng)液研究進(jìn)展

吳明陽，趙思毅，李益，楊小麗，高龍梅，高川

（達(dá)州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川達(dá)州635000）

馬鈴薯無土栽培是以基質(zhì)、營養(yǎng)液等組成的根系環(huán)境取代土壤環(huán)境栽培馬鈴薯的一項栽培技術(shù)[1]，主要包括固體基質(zhì)栽培、水培和氣霧栽培[2]，其較多的應(yīng)用于微型薯的生產(chǎn)。營養(yǎng)液是馬鈴薯無土栽培過程中植株養(yǎng)分供給的主要來源，其配制、管理是馬鈴薯無土栽培的核心技術(shù)，很大程度上決定著馬鈴薯無土栽培的成敗[3]。

1 馬鈴薯生長過程的營養(yǎng)需求規(guī)律

無土栽培條件下的植物生長所必需的營養(yǎng)元素共17種，包括來源于空氣的碳元素，來源于水的氫、氧元素，以及來源于營養(yǎng)液的大量元素氮、磷、鉀，中量元素鈣、硫、鎂，微量元素鐵、鋅、錳、硼、鉬、銅、氯、鎳[4]。馬鈴薯無土栽培的生長過程主要分為幼苗期、塊莖形成期、塊莖增長期、淀粉積累期、成熟期五個時期，每個時期對營養(yǎng)的需求規(guī)律有所不同[5]。

通常情況下，生產(chǎn)1 000 kg馬鈴薯需氮3.0~4.0 kg[6]、磷（P2O5）1.0~1.5 kg[6]、鉀（K2O）4.0~6.0 kg[6]、鈣（CaO）1.5~2.0 kg[7]、鎂0.23~0.48 kg[8]、硫0.26 kg[4]、鐵78.2 g[4]、錳7.4 g[4]、鋅5.3~12.9 g[4]、銅3.83 g[4]、硼5.8 g[4]、鉬0.506 g[4]。馬鈴薯植株對大量元素氮、磷、鉀的吸收在塊莖增長期最為活躍，表現(xiàn)為“慢-快-慢”的單峰曲線變化[9]；對中量元素鎂的吸收在塊莖形成期速率最快、積累量最多[4]，鈣[7]、硫[4]的吸收在塊莖形成期至塊莖增長期速率最快、吸收量最多；對微量元素錳、鋅、鉬的吸收在塊莖增長期速率最快、吸收量最多[4]，鐵的吸收在塊莖增長期至淀粉積累期速率最快、吸收量最多[10]，銅的吸收在淀粉積累期速率最快、吸收量最多[4]，硼的吸收在塊莖增長期吸收速率最快、在淀粉積累期吸收量最大[4]。

2 營養(yǎng)液配方

2.1 不同配方的研究

馬鈴薯無土栽培中，不同品種、不同時期的最佳營養(yǎng)液配方有所不同。目前，使用最多的是以MS配方、MX配方、霍格蘭配方為基礎(chǔ)的營養(yǎng)液。賀曉霞[11]、Tinerno等[12]采用MS營養(yǎng)液對多個品種馬鈴薯進(jìn)行霧培，均獲得了較高產(chǎn)量。黃敏等[13]采用1/5MS（生長前期）與1/4MS（生長中后期）營養(yǎng)液水培的植株存活率最高、長勢最佳。李嬌[14]采用MS營養(yǎng)液對馬鈴薯試管苗進(jìn)行固體基質(zhì)栽培，脫毒苗成活率最高達(dá)93.12%、單株結(jié)薯數(shù)最高達(dá)5.67個。丁凡等[15]、李標(biāo)等[16]、劉偉等[17]采用改良MS營養(yǎng)液中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮比例和大量元素比例后配制而成的MX營養(yǎng)液進(jìn)行馬鈴薯霧化栽培試驗研究，取得了較好效果。李繼嫚[18]、方志榮等[19]采用優(yōu)化后的霍格蘭營養(yǎng)液進(jìn)行氣霧培，馬鈴薯植株長勢、結(jié)薯性能表現(xiàn)優(yōu)良。徐志剛等[20]研究表明，根據(jù)馬鈴薯不同生長期分段組合霍格蘭營養(yǎng)液、MX營養(yǎng)液、0.6MX營養(yǎng)液最有利于脫毒馬鈴薯種薯生產(chǎn)。

除此之外，也有學(xué)者根據(jù)馬鈴薯生長和結(jié)薯特性，探索出了特定配方營養(yǎng)液。張雁等[21]研究了不同濃度倍數(shù)“高試園”植株生長（KS）和塊莖形成（KT）營養(yǎng)液對馬鈴薯生長和結(jié)薯的影響，指出1.25KS、1.25KT營養(yǎng)液為最佳營養(yǎng)液。韓忠才等[22]根據(jù)馬鈴薯微型薯產(chǎn)量、生長性狀及采收后損失率，探索出了大量元素為NH4NO3296 mg/L，KNO3455 mg/L，KH2PO4254 mg/L，K2SO4257 mg/L，MgSO4·7H2O 554 mg/L，Ca（NO3）2·4H2O 718 mg/L的最佳營養(yǎng)液配方。

2.2 不同營養(yǎng)元素的研究

大量元素氮、磷、鉀是營養(yǎng)液中含量最多的營養(yǎng)元素，氮素的不同形態(tài)、氮磷鉀的不同濃度水平對無土栽培馬鈴薯的生長發(fā)育有著十分顯著的影響。唐銘霞等[23]研究表明，硝態(tài)氮有利于霧培馬鈴薯植株生長、匍匐莖分化、增加結(jié)薯數(shù)量，銨態(tài)氮有利于增強(qiáng)植株氮素利用率，促進(jìn)塊莖膨大。王克秀等[24,25]研究表明，適量增氮能促進(jìn)氮磷鉀素營養(yǎng)的吸收，增強(qiáng)植株長勢，提高植株產(chǎn)量，氣霧栽培馬鈴薯時240 mg/L的氮素濃度為最佳濃度。李秋琛等[26]研究表明，氮素水平影響基質(zhì)栽培馬鈴薯的長勢和品質(zhì)，營養(yǎng)液中氮素濃度為210 mg/L時最佳。陳紅燕[27]、鄒曾碩等[28]研究表明，磷酸二氫鉀可影響霧培馬鈴薯植株長勢，促進(jìn)薯塊膨大，提高大薯率。榮田甜等[29]通過研究霧培馬鈴薯營養(yǎng)液中不同鉀素濃度對植株生長、塊莖營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，篩選出適合霧培馬鈴薯營養(yǎng)液的最佳鉀素濃度為9 mmol/L。李秋琛[1]研究表明，鉀素濃度主要影響光合作用的過程、產(chǎn)量以及塊莖淀粉含量和可溶性總糖含量，基質(zhì)栽培馬鈴薯營養(yǎng)液中最佳鉀素濃度為450 mg/L；磷素濃度影響馬鈴薯植株生長、光合速率、塊莖淀粉含量、產(chǎn)量，基質(zhì)栽培馬鈴薯營養(yǎng)液中最佳磷素濃度為20~80 mg/L。

無土栽培馬鈴薯營養(yǎng)液中的中微量元素含量相對較少，但在馬鈴薯生長發(fā)育過程中起著十分重要的作用。郝智勇[4]認(rèn)為中微量元素影響馬鈴薯植株的光合性能、養(yǎng)分吸收，以及塊莖品質(zhì)和產(chǎn)量。楊國才等[30]以改良MS營養(yǎng)液為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，表明缺乏微量元素影響水培馬鈴薯植株長勢及葉片顏色，缺微量元素的植株初期葉片基部淡紅，后期葉片逐漸干枯死亡。趙晨曉和何文壽[31]研究表明，適當(dāng)?shù)卦黾逾}元素濃度可以提高霧培馬鈴薯植株的生長速度，改善生長狀況，同時促進(jìn)植株全鉀、全鈣、全鎂的吸收。Arvin等[32]研究表明，水培馬鈴薯營養(yǎng)液中最佳鈣素濃度為400 mg/L。

3 營養(yǎng)液管理

無土栽培馬鈴薯營養(yǎng)液的管理主要包括營養(yǎng)液pH（酸堿度）、EC值（電導(dǎo)率）、溫度和噴施頻率。一般情況下，馬鈴薯無土栽培營養(yǎng)液pH在5.8~6.0較為適宜。固體基質(zhì)栽培時，還需使基質(zhì)的pH保持在5.5~7.0[33]。但也有研究表明，短暫酸脅迫對霧培馬鈴薯植株的生長有利，能通過調(diào)控糖代謝相關(guān)基因表達(dá)量影響植株對蔗糖的吸收和淀粉的積累，從而促進(jìn)了塊莖提早結(jié)薯[34]。

營養(yǎng)液的EC值和溫度對水培、氣霧培馬鈴薯植株的影響較大。張曉勇等[35]、張曉勇[36]研究表明，水培馬鈴薯營養(yǎng)液EC值過高過低都會影響植株根系生長、葉片光合性能和結(jié)薯，生長前期適當(dāng)提高EC值可促進(jìn)莖葉生長和匍匐莖形成，塊莖形成期和膨大期適度降低EC值可促進(jìn)結(jié)薯，當(dāng)EC值為2.91 mS/cm時產(chǎn)量最高。Humberto等[37]研究表明，氣霧栽培馬鈴薯營養(yǎng)液EC值約為2.0 dS/m時產(chǎn)量最高。Oraby等[38]、淳俊等[39]研究表明，營養(yǎng)液溫度為18℃時能顯著提高霧培馬鈴薯植株根系長度、匍匐莖長度和數(shù)量，延長有效結(jié)薯期，提高單薯重和產(chǎn)量。

營養(yǎng)液噴施頻率也會影響無土栽培馬鈴薯的生長發(fā)育?；|(zhì)栽培馬鈴薯通常每隔7~10 d噴施1次營養(yǎng)液[40]。李秋琛[1]研究表明，適當(dāng)增加基質(zhì)栽培馬鈴薯的灌溉頻率有利于淀粉的積累，灌溉頻率為每隔3 d噴施1次時植株水分利用效率、結(jié)薯數(shù)和產(chǎn)量最佳。霧培馬鈴薯通常在不同的生長期采用不同的營養(yǎng)液噴施頻率。包蕾[5]、包蕾等[41,42]研究表明，營養(yǎng)生長期噴霧頻率為間隔20 min有利于霧培馬鈴薯植株的生長，塊莖生長期噴霧頻率為間隔30 min有利于產(chǎn)量增加。斯南白宗[43]認(rèn)為，霧培馬鈴薯生長前期噴霧間隔時間為3 min，生長中期為5 min，采薯期為15 min時較為適宜。喬建磊[44]采用初期每間隔5 min、中期每間隔10 min、后期每間隔20 min噴施營養(yǎng)液的方式霧培馬鈴薯，取得了較好的效果。

4 展望

馬鈴薯無土栽培營養(yǎng)液的科學(xué)配制與管理是保證馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素。目前，對于馬鈴薯無土栽培營養(yǎng)液配方的研究較多集中在對營養(yǎng)液中大量元素上，對常用MS、MX、霍格蘭配方的改良也較多集中在氮磷鉀比例的優(yōu)化。對營養(yǎng)液中微量元素的研究，特別是對鎳元素的研究十分稀少。中微量元素對植物生長起著重要作用，如鎳元素能促進(jìn)生長、提高產(chǎn)量，但目前常用的營養(yǎng)液配方中均不含鎳元素。因此，加大對微量元素作用、效果以及使用濃度等的研究和應(yīng)用，能更好地發(fā)揮無土栽培馬鈴薯產(chǎn)量潛力，提高無土栽培馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。

其次，目前對馬鈴薯無土栽培營養(yǎng)液的管理大多采用人工監(jiān)測和調(diào)節(jié)pH、EC值等傳統(tǒng)的操作管理方式。近年來，隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，利用傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等對無土栽培營養(yǎng)液進(jìn)行自動化監(jiān)控和調(diào)節(jié)，使?fàn)I養(yǎng)液管理過程實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化管理，將智能控制系統(tǒng)應(yīng)用于無土栽培管理領(lǐng)域具有十分廣闊的發(fā)展前景。