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《吉林大学》 2017年
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控制生菜硝酸盐的间作气雾培模式及其机理研究

王琳琳  
【摘要】:气雾培(Aeroponics)作为无土栽培的一种,从根本上解决了植物根系从营养液中吸收水分和养分与氧气供应的矛盾,具有提高土地利用率、节水、节肥、减轻植物病虫害、增产增效等优势,是未来农业发展的趋势。但是,在气雾培中通常使用硝酸盐作为氮源,因此,蔬菜中的硝酸盐含量往往较高,对人体健康存在潜在威胁,而间作作为中国传统精细农艺的精华,已经被有关研究证实可以降低蔬菜硝酸盐含量,但相关研究还是以土培蔬菜为研究对象,对于气雾培蔬菜还未见报道。因此,本文以常见叶菜类蔬菜生菜(Lactuca sativa L.)为研究对象,将间作应用到气雾培中,探寻生菜各间作模式中的最优模式,并对该间作模式的栽培效果进行评价,探究该间作模式下生菜硝酸盐控制的养分限制因子及相应机理,并在此基础上优化间作气雾培的营养液配方,以寻求更加符合未来农业发展方向的生菜无土栽培模式。主要研究内容及结果如下:1.最优间作模式的建立将不同科、不同食用部位且生长期相近的4种常见蔬菜分别与生菜进行1:1模式间作,同时设置生菜的单作模式,用于30天的实验。结果表明:综合考虑生菜生长指标和硝酸盐含量,生菜与樱桃萝卜间作是有利于气雾培生菜生长和品质的模式。结合相关参考文献与气雾培实际实验条件,以营养液温度、空气溶解氧、营养液溶解氧、营养液中氮元素含量、营养液中磷元素含量和营养液中钾元素含量为生态因子,采用生态位适宜度模型和TOPSIS模型,对生菜的4种模式进行评价,结果表明:生菜与樱桃萝卜间作为最优间作模式。生态位适宜度模型和TOPSIS模型对间作模式进行优选的结果与实际栽培效果一致,可用于生菜不同间作模式的优选。2.间作栽培效果评价以生菜和樱桃萝卜的间作系统为研究对象,进行不同季节下生菜单作、樱桃萝卜单作与生菜和樱桃萝卜间作的对比实验,对栽培系统的间作优势、蔬菜品质和经济效益进行评价。结果表明:间作能够增加植株的吸氮量;相较于单作,间作下生菜可食用部位鲜质量有所增加,而间作下樱桃萝卜可食用部位鲜质量有所降低;通过间作系统的优势性分析可知,不同季节下,间作系统的土地当量比均大于1,说明间作系统能有效地利用养分资源,具有一定的栽培优势;相较于单作,间作下生菜和樱桃萝卜可食用部位硝酸盐含量均有所降低,说明间作有降低蔬菜体内硝酸盐含量的趋势;不同季节下,栽培系统总产值表现为间作系统优于单作系统,表明间作系统在提高栽培系统经济效益方面具有一定的优势。3.间作模式下生菜硝酸盐控制的养分限制因子研究以生菜与樱桃萝卜间作模式下的生菜为研究对象,进行生菜地上部分硝酸盐含量与生菜生长指标、光合指标和硝酸还原酶活性的相关性分析,并结合营养液中矿质元素含量的变化规律,探究间作模式下生菜植株硝酸盐控制的养分限制因子。结果表明:生菜地上部分硝酸盐含量和硝酸还原酶活性的相关系数最大,为-0.8990,可以推测间作模式下生菜地上部分硝酸盐含量下降主要是由于硝酸还原酶活性的增加导致的;硝酸还原酶活性与硝态氮消耗量、铵硝比和锰消耗量的相关系数相对较大,分别为0.882、0.762和0.851,并经分析确定选取锰元素作为进一步的研究指标,探究锰元素对生菜硝酸盐积累的影响。4.锰对生菜硝酸盐积累的影响研究以生菜与樱桃萝卜间作模式下的生菜为研究对象,研究不同锰浓度下其生长指标、光合指标、体内不同氮素形态含量和关键酶活性等相关指标的变化,探究锰对生菜硝酸盐积累的影响。结果表明:随着锰浓度的升高,生菜地上部分鲜质量和干质量呈现先增大后减小的趋势,在锰浓度为2.0 mg·L~(-1)(C2处理)下达到最大值,且显著高于其他处理;根系表面积和根系体积的变化趋势与生菜地上部分鲜质量相同;C2处理下生菜叶片净光合速率不同程度地高于其他处理,气孔导度和蒸腾速率的表现与净光合速率基本一致,而生菜叶片胞间二氧化碳浓度在锰浓度为15.0 mg·L~(-1)(C4处理)下表现为最高;随着锰浓度的增加,生菜总氮、蛋白氮含量和相对叶绿素含量总体呈先增加后降低的趋势,C2处理显著高于其他处理,而硝酸盐含量的变化趋势与其相反;随着锰浓度的增加,生菜硝酸还原酶活性、谷氨酰胺合成酶活性和谷氨酸合成酶活性呈先增加后降低的趋势,C2处理显著高于其他处理,而对于谷氨酸脱氢酶活性,C4处理显著高于其他处理。5.间作模式下气雾培的营养液配方优化以生菜与樱桃萝卜间作模式下的生菜为研究对象,采用Box-Behnken试验设计方法,研究生长阶段、锰浓度和氨硝比三因素对气雾培生菜植株根冠质量比、光合指标、地上部分硝酸盐含量和硝酸还原酶活性的影响程度,并利用响应面法优化并以回归分析确定有利于生菜生长和品质的气雾培营养液配方。结果表明:建立的回归模型具有统计学意义,可用于间作模式下气雾培生菜相关指标的分析和预测;气雾培天数为30 d、锰浓度为1.48 mg·L~(-1)、铵硝比为25.19%时,生菜根冠质量比最低;气雾培天数为(28.02±0.23)d、锰浓度为(2.28±0.01)mg·L~(-1)时,生菜叶片光合指标最高,其中,净光合速率在铵硝比为22.46%时达最高,相对叶绿素含量在铵硝比为39.14%时达最高;气雾培天数为(27.21±1.50)d、锰浓度为(1.39±0.10)mg·L~(-1)、铵硝比为(63.94±4.12)%时更有利于提高生菜的品质。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S636.2

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