表1 试验设置
处理CK T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12不同时期沼液替换比例初期（0～20 d）0%0%0%0%0%0%0%0%0%0%0%0%0%中期（20～30 d）0%10%10%10%10%20%20%20%20%40%40%40%40%末期（30～40 d）0%10%20%40%60%10%20%40%60%10%20%40%60%
杨 鑫，王文娥，胡笑涛，李兴杰，苏苑君
（西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌712100）
摘 要：为了阐明沼液替换营养液比例与水培生菜生育阶段、产量、品质及光合特性之间的关系，筛选出最佳沼液替换比例，采用深液流水培法，以生菜为材料，研究了不同生育阶段沼液替换比例对生菜产量、品质及光合特性的影响，并分析了叶绿素a与光合参数的关系。结果表明，沼液替换部分营养液显著提高了生菜产量(P＜0.05)，且不同生育时期沼液对生菜产量的影响规律一致，当生菜生长中期(第2个生育阶段)沼液替换比例为20%，末期替换比例为40%时生菜生物量最高，高出CK（以原山崎配方配制营养液水培生菜）66.97%；沼液替换部分营养液的各处理的生菜可溶性糖与CK相比显著提高，且差异极显著（P＜0.01）；可溶性蛋白有一定程度提高，但差异不显著；生菜的硝酸盐量显著降低，同时生菜VC量随着沼液置换比例的增加而降低。沼液替换部分营养液提高了生菜叶片叶绿素a，促进生菜光合作用的进行。故生菜第2个生育阶段沼液替换营养液对生菜产量、光合特性及品质调控效应较好，且以40%沼液替换比例效果最佳。
关 键 词：沼液；生菜；生育阶段；产量；品质；光合特性
沼液是禽畜粪便等有机物经过厌氧发酵后的残留液体，已有研究[1-2]表明，沼液中含有氮、磷、钾、钙、钠、镁、铁、锰、铜、锌、硼、砷、铬、钴、钒、锂、氟、钡等多种矿质元素，此外沼液中还含有蛋白质、氨基酸、腐殖酸、维生素、纤维素酶、抗菌素、抗冷素以及各种激素等物质，这些营养元素基本上是以速效养分形式存在的，直接参与作物的新陈代谢和生命活动，对作物生长发育起直接的营养作用。研究[3]表明，沼液有效促进油菜的生长，在添加质量浓度为0.75 mg/L时，产量提高了70.8%，而且不同质量浓度的沼液均能在一定程度上改善油菜的品质，使油菜中VC、还原糖量分别提高42.6%、60.1%，硝酸盐量降低16.9%，总酸量降低33.6%。张玲玲等[4]研究得出用稀释30倍的沼液水培芹菜，其生物量增加最大，平均每株生物量增加21.6g，环境效益和经济效益较高。吴冬青等[5]研究表明，在营养液中添加一定量的沼液，能明显增加快菜植株VC、可溶性糖、粗纤维和蛋白质量，并促进快菜产量的提高。
生菜为菊科莴苣属，一、二年生草本植物，营养价值高，富含矿物质、维生素、植物蛋白、糖类以及植物纤维等多种营养物质，深受广大消费者喜爱[6]。无土栽培能有效避免土传病害、盐分累积以及由此引起的连作障碍[7]，备受广大生产者重视。针对无机营养液对水培生菜生长、品质影响的研究已屡见报道[8-10]，而关于复合型培养液（沼液与无机营养液复合配比）对水培生菜品质及光合特性影响效应的研究还很少。为此，研究深液流水培条件下，沼液替换营养液不同比例对不同生长阶段生菜产量、品质及光合特性的影响，以期为科学调制生菜无土栽培营养液，促进生菜高产优质生产提供理论依据和技术参考。
试验于2015年8—10月在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室人工光植物工厂中进行，深液流技术[11]（DFT）水培，实验室光照强度为2 500 Lx。沼液取自陕西省咸阳市杨凌区西大寨中学“生态校园创新工程”猪-菜-沼-肥四位一体运行正常的沼气池，经测定养分为全钾量368.33 mg/L，全磷量221.39 mg/L，全氮量227.249 mg/L，钙质量浓度72.15 mg/L，镁质量浓度30.42 mg/L。沼液pH值为7.76，稀释10倍备用。供试材料为“香港玻璃脆”散叶生菜。
采用育苗移栽方式，待生菜6叶1心时，于2015年8月26日将生菜苗洗净根部基质后用海绵包裹定植于水培泡沫板上，每箱定植4棵。生菜开始水培后的生育期分为3个阶段，分别为生长初期（0～20 d）、中期（20～30 d）、末期（30～40 d）。基础营养液采用日本山崎配方[12]，以前期试验为基础筛选出的沼液质量浓度进行完全组合。试验共设12个处理，以纯山崎营养液水培生菜为对照（CK），每个处理设5个重复，试验具体设置见表1。试验设置中0、10%、20%、40%、60%分别代表不同的沼液替换山崎营养液比例。整个水培生育期分别在第20 d和第30 d更换营养液。试验过程中不添加任何营养液pH值调节剂。
表1 试验设置
营养液的电导率和pH值分别用精度为1%F.S的电导率仪（FE30）和精度为0.005的pH计（FE20）测定，水深用精度为0.01 cm的深度游标卡尺测量；生菜的叶长、叶宽用直尺测量；叶片及根的鲜质量用吸水纸吸去残留的水分后用精度为0.01 g天平称量；干质量在105℃杀青30 min后，置于75℃烘箱烘至恒质量后用0.001 g天平称量；生菜硝酸盐量测定采用比色法[13]，可溶性糖测定采用蒽酮比色法[14]，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝-G250染色法[13]，VC采用2,6—二氯酚靛酚滴定法[15]，叶绿素（叶绿素a、叶绿素b）采用丙酮提取，分光光度计法测定[14]；用LI-6400便携式光合仪测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）以及胞间CO2摩尔分数（Ci）。
试验数据采用Excel软件整理，用SigmaPlot 12.5及SPSS 17.0软件进行绘图和统计分析。
表2为不同时期不同沼液替换比例水培生菜净光合速率。由表2可以看出，生菜定植后生长初期（第18 d）各处理净光合速率基本稳定，差异不显著。生菜定植中期（第28 d）和末期（第38 d）的净光合速率随沼液替换比例的增加呈上升趋势。T1、T5、T9处理，T2、T6、T10处理，T3、T7、T11处理及T4、T8、T12处理分别控制生长末期营养液相同，生菜净光合速率随着生长中期沼液替换比例的增加而增大。与CK相比，部分处理生菜光合速率低于CK。原因可能是CK的生菜在生长初期吸收矿质元素较多，对叶绿素的合成贡献较大，从而导致光合率较高。由表2可知，各处理生菜在生长中期（第28 d）的净光合速率最高，这可能是因为生菜在此阶段生长旺盛，吸收了较多N、P、K等营养元素，促进了光化学反应的进行。
表2 不同生育期各处理水培生菜的净光合速率
注 表中同列数据后不同小写字母表示各处理在0.05水平差异显著。下同。
表3分别为不同沼液替换比例对生菜生长末期叶绿素、胞间CO2摩尔分数和蒸腾速率及生物量和水分利用效率的影响。由表3可以看出，生菜生长末期胞间CO2摩尔分数和蒸腾速率与叶绿素量升降幅度虽有差异，但变化规律基本一致。叶绿素量增加，胞间CO2摩尔分数增大，二者都高于CK，表明沼液替换部分营养液可以增加生菜叶绿素量，提高生菜叶片胞间CO2摩尔分数。T1、T5、T9处理，T2、T6、T10处理及T4、T8、T12处理3组处理的叶片蒸腾速率都随生菜生长中期沼液替换营养液比例的增加而提高，而与生长末期沼液替换比例关系不明显。另外，控制生菜生长末期沼液替换比例相同，生菜叶片的水分利用效率随生长中期沼液替换比例的增加而逐渐提高，表明在生菜生长中期增加沼液替换营养液比例可以提高生菜水分利用效率，但均低于CK，具体原因还有待探索研究。
表3 各处理水培生菜的生长生理指标
由表3可知，生菜生长中期沼液替换比例为10%时，T1、T2、T3、T4处理的生菜鲜质量都随生长末期沼液替换比例的增加呈先增后降的趋势，且4个处理与CK的差异均达到显著性水平，当生菜生长末期沼液替换比例为40%时，生菜叶鲜质量达到最大；生菜生长中期沼液替换比例为20%对应的4个处理（T5、T6、T7、T8处理）及替换比例为40%对应的4个处理（T9、T10、T11、T12处理）均符合这个规律，且均与CK差异显著，其中T2、T7、T11处理与CK差异极显著。控制生菜生长末期沼液替换比例相同，则可分为T1、T5、T9处理，T2、T6、T10处理，T3、T7、T11处理及T4、T8、T12处理，除T3、T7、T11处理外，其他3组处理产量均随生菜生长中期营养液中沼液替换比例的增加而增加，这与生菜净光合速率以及生菜叶片水分利用效率的变化趋势是一致的，表明对于有沼液替换的营养液水培的生菜光合速率、水分利用率越高，生菜产量积累效应越好。
试验测定的生菜主要营养品质指标包括可溶性糖、可溶性蛋白和VC。由表4可知，沼液提高了生菜可溶性糖量，且T1—T4处理生菜可溶性糖量随着生长末期沼液替换比例增加呈先增加后下降的趋势，T5—T8处理及T9—T12处理也呈相同规律，各处理中T3处理生菜可溶性糖量最高，较CK增加97.97%，差异极显著。而以生育中期为控制变量时，T1、T5、T9处理可溶性糖变化规律不明显，而T2、T6、T10处理，T3、T7、T11处理及T4、T8、T12处理都随生育中期沼液替换比例的增加而逐渐降低，表明生菜的生育时期对生菜可溶性糖的积累也有一定的影响，且生育中期与生育末期沼液对生菜可溶性糖积累影响基本是相反的。沼液替换营养液对可溶性蛋白的影响效果没有特别显著，T10处理的生菜可溶性蛋白量最高，高出CK 33.79%，差异显著。以生长末期沼液置换比例为变量，T1—T4处理，T5—T8处理及T9—T12处理3组处理生菜的VC量与沼液置换比例负相关，沼液替换营养液比例越大，生菜的VC量越小，其中，T2处理的生菜VC量最高，比CK增加71.39%，且差异极显著；以生菜生长中期沼液替换比例为变量，T1、T5、T9处理，T2、T6、T10处理，T3、T7、T11处理及T4、T8、T12处理4组处理生菜的VC量的变化趋势同样随着沼液置换比例的增加而减小。
表4 不同沼液替换比例下生菜品质指标
注 表中同列数据后不同字母表示各处理在0.01水平差异显著。
由表4可以得出，沼液替换营养液水培生菜可以显著降低生菜中硝酸盐量。控制生菜生育时期的前2个生育阶段的营养液质量浓度一致，改变生长末期的沼液置换比例，发现T1—T4处理，T5—T8处理及T9—T12处理3组处理生菜的硝酸盐量都是随着沼液置换比例的增大先降低后增加，且均在沼液质量浓度为40%时达到最低，同样地以生菜生长中期的沼液置换营养液比例为变量，T1、T5、T9处理，T2、T6、T10处理，T3、T7、T11处理及T4、T8、T12处理4组处理生菜的硝酸盐量随生长中期沼液替换比例的增加而逐渐减小，且各组处理均在40%的替换比例时降到最低。生菜在生长中期和生长末期沼液对生菜硝酸盐量的影响结果基本一致，T11处理的生菜硝酸盐量最低，仅为CK的16.79%，差异极显著。
研究表明，沼液与无机营养液结合配制成合理比例的复合型营养液，显著促进了生菜的生长。在生菜生长中期和生长末期以适当比例替换营养液，可以显著提高生菜产量，然而生长末期过高沼液替换比例导致生菜产量降低，这个结果与沼液栽培其他蔬菜的研究结果[16-18]一致。在茄子、油菜、番茄、水芹等的研究中均有报道沼液能改善蔬菜的品质，本研究结果显示，替换部分营养液对生菜品质的改善也有显著的作用，然而以生长中期与生长末期沼液替换比例分别作为控制变量，10%、20%、40%三个沼液替换比例对生菜可溶性糖的影响结果基本是相反的，即生菜可溶性糖量与生菜生长末期沼液替换比例（10%、20%、40%）呈正相关，表明生菜可溶性糖的积累主要在生菜生长末期。另外，生长末期沼液替换比例为60%时，生菜可溶性糖量有一定程度降低，表明生菜生长末期过高的沼液替换比例不利于生菜可溶性糖的积累。沼液对于可溶性蛋白的影响基本随生长中期沼液替换比例的增加而增加，这可能是因为沼液中较高的Ca促进了生菜根系对营养液中N的吸收代谢过程，增加了可溶性蛋白的合成[19-21]。生菜的VC量与生育中期和末期沼液替换比例都呈负相关关系，表明较低质量浓度沼液更利于生菜VC的积累，可能是沼液中的某种元素或活性物质抑制了VC合成和积累的相关酶的活性。
水培生菜光合特性的研究较多是关于不同光质或某种营养元素对于光合参数的影响[22-24]。本研究结果表明，有沼液处理的生菜的产量及生育中期净光合速率与生育中期沼液替换比例变化趋势是一致的，即随着生长中期沼液替换比例的增大，生菜的净光合速率提高。作物产量是通过光合作用直接或间接形成的，生菜产量和净光合速率之间存在着正相关关系，与前人研究结果一致[25-27]。另外，本研究结果显示，沼液可以提高生菜的叶绿素a量以及生菜的蒸腾速率和胞间CO2摩尔分数，且三者的变化趋势基本一致。叶绿素是高等植物光合作用的物质基础[28-29]，叶绿素a占了叶绿素很大比例，生菜在生育中期生长旺盛，根系吸收了较多Mg元素，促进了叶绿素a的合成，从而提高了生菜蒸腾速率和胞间CO2摩尔分数。同时，试验结果表明沼液替换部分营养液后生菜的水分利用效率并未高于山崎营养液水培的生菜，其中原因还有待进一步研究。
综上，水培条件下，在生育中期进行营养液调控对于生菜光合、产量的促进效果最好，最佳沼液替换比例为40%，生育末期以较低沼液替换比例替换营养液水培生菜更有利于生菜品质的提高与改善。
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Effect of Biogas Slurry on Photosynthesis,Yield and Quality of Lettuce Grown in Hydroponic Culture
YANG Xin,WANG Wen’e,HU Xiaotao,LI Xingjie,SU Yuanjun
（Key Laboratory ofAgricultural Soil and Water Engineering inArid and SemiaridAreas,Ministry of Education,NorthwestA&F University,Yangling 712100,China）
Abstract：We investigated the impact of replacing part of the nutrient solution by biogas slurry on yield,quality and photosynthesis of lettuce grown in hydroponic culture at different growing stages using deep flow technique(DFT).The relationship between chlorophyll-a and photosynthetic parameters was also analyzed.The results showed that the lettuce yield increased significantly after partially substituting the nutrient solution by biogas slurry(P＜0.05),and this is consistent in all growth stages.The yield peaked when 20%of nutrient solution was substituted by biogas slurry during the second growth stage and 40%during the last growth stage,with the yield increasing by 66.97%compared with the CK(no biogas slurry).Substituting the nutrient solution by biogas slurry substantially increased the soluble sugar compared with the CK(P＜0.01),but there was not noticeable change in the soluble proteins.It was also found that biogas slurry reduced the amount of nitrate,decreased the vitamin C,enhanced chlorophyll-a in the lettuce,as well as promoted the photosynthesis.In summary,substituting part of the nutrient solution by biogas slurry in second growth stage of the lettuce grown in hydrophobic culture increased its yield,quality and photosynthesis,with 40%of the medium substituted by biogas slurry most optimal.
Key words：biogas slurry;hydroponic lettuce;growth stages;yield;quality;photosynthetic characteristics
中图分类号：S636.3
文献标志码:A
doi：10.13522/j.cnki.ggps.2017.07.010
文章编号：1672-3317（2017）07-0055-06
责任编辑：白芳芳
杨鑫，王文娥，胡笑涛，等.沼液对水培生菜光合特性、产量及品质的影响[J].灌溉排水学报，2017,36（7）：55-59，85.
收稿日期：2016-04-27
基金项目：国家863计划项目（2013AA103004）
作者简介：杨鑫（1990-），女。硕士研究生，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail:YANGXIN20150303@163.com
通信作者：王文娥（1975-）女。教授，博士，主要从农业水土工程专业研究。E-mail:wangwene@nwsuaf.edu.cn