植物工廠條件下氮素與光照互作對霧培生菜產(chǎn)量和抗氧化營養(yǎng)品質(zhì)的影響.pdf

1、植物工廠是一種通過高精度環(huán)境控制在封閉設(shè)施內(nèi)實(shí)現(xiàn)作物周年工廠化生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，具有不受自然條件制約、單位面積產(chǎn)量高、土地利用率高、產(chǎn)品潔凈安全等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來解決人口增長、資源緊缺、環(huán)境污染、食物安全等問題的重要途徑。營養(yǎng)液管理和光環(huán)境調(diào)控是破解植物工廠生產(chǎn)系統(tǒng)中運(yùn)行成本高和能源負(fù)荷大等制約產(chǎn)業(yè)化瓶頸的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。適宜的氮素水平和光照條件不僅是高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)蔬菜生產(chǎn)的保證，而且也關(guān)乎植物工廠生產(chǎn)體系中資源和能源利用效率及其應(yīng)用前景

2、。以往關(guān)于氮素或光照單一因素對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究已有一些報(bào)道，但對于植物工廠中氮素營養(yǎng)與光環(huán)境互作對霧培蔬菜產(chǎn)量和抗氧化營養(yǎng)品質(zhì)影響的研究較為薄弱。本文以生菜(Lactuca sativa L.)為材料，研究供氮水平與光質(zhì)和光強(qiáng)互作、采收前光照調(diào)控方式等對霧培生菜氮素吸收、產(chǎn)量、營養(yǎng)及抗氧化品質(zhì)的影響，旨在為蔬菜工廠化生產(chǎn)中氮素營養(yǎng)與光照條件的管控提供參考依據(jù)。取得的主要結(jié)果如下:
　　(1)研究了供氮水平(4、8、16 m

3、mol/L)與光質(zhì)（紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)光、白光）互作對霧培生菜產(chǎn)量和抗氧化品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在相同光質(zhì)條件下，相較于低氮(4 mmol/L)水平，中氮(8 mmol/L)水平條件下，霧培生菜生物量和凈光合速率顯著提高，但氮水平超過16 mmol/L時(shí)生物量和凈光合速率出現(xiàn)顯著下降，體內(nèi)硝酸鹽含量顯著升高。隨供氮水平的提高，霧培生菜體內(nèi)的可溶性蛋白含量顯著增加，可溶性糖含量下降，兩者在8 mmol/L供氮水平時(shí)可維持較高含量。抗氧化物質(zhì)

4、（谷胱甘肽、總酚、類黃酮）含量和抗氧化活性(DPPH自由基清除率、FRAP值)均隨供氮水平的提高顯著下降，但抗氧化物質(zhì)積累量在供氮水平為8mmol/L時(shí)達(dá)到最大。在同一供氮水平下，LED紅藍(lán)光下霧培生菜的生物量、全氮含量和凈光合速率最高，硝酸鹽含量處于較低水平，同時(shí)具有較高的可溶性糖、可溶性蛋白、抗氧化物質(zhì)含量和積累量。這說明LED紅藍(lán)光為光源，同時(shí)供給8 mmol/L氮水平的營養(yǎng)液，可滿足生菜對氮素和光照的需求，保持較高生長速率和生物

5、量的同時(shí)，具有較高的營養(yǎng)品質(zhì)和抗氧化活性。
　　(2)研究了供氮水平(4、8、16 mmol/L)與光強(qiáng)(100μmol·m-2·s-1，200μmol·m-2·s-1，300μmol·m-2·s-1，400μmol·m-2·s-1LED紅藍(lán)光)互作對霧培生菜產(chǎn)量和抗氧化品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在相同光照強(qiáng)度條件下，隨著供氮水平的提高，生菜的鮮、干重、凈光合速率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，均在供氮水平為8mmol/L時(shí)達(dá)到最大值。隨著供

6、氮水平從4 mmol/L提高至8mmol/L，霧培生菜體內(nèi)的硝酸鹽和可溶性蛋白含量顯著升高，可溶性糖略有減少，繼續(xù)提高供氮水平，硝酸鹽和可溶性蛋白含量進(jìn)一步升高，而可溶性糖含量顯著減少。隨著供氮水平的提高，霧培生菜體內(nèi)的抗氧化物質(zhì)含量和抗氧化活性顯著降低，但抗氧化物質(zhì)積累量在供氮水平為4 mmol/L和8 mmol/L時(shí)無顯著差異。在同一供氮水平下，隨著光強(qiáng)從100μmol·m-2·s-1提高至300μmol·m-2·s-1，生菜生物量

7、、可溶性糖、可溶性蛋白和總酚含量顯著增加，抗氧化物質(zhì)的積累量和抗氧化活性顯著增強(qiáng)，谷胱甘肽和類黃酮含量也呈上升趨勢，體內(nèi)氮素營養(yǎng)狀況也得到改善，繼續(xù)增加光照強(qiáng)度到400μmol·m-2·s-1時(shí)，生菜的生物量、谷胱甘肽、總酚、類黃酮含量稍有降低，全氮、凈光合速率、可溶性糖含量略有提高，但未達(dá)到顯著水平。生菜體內(nèi)硝酸鹽含量隨光照強(qiáng)度的增加而降低，但在光強(qiáng)為300μmol· m-2· s-1和400μmol·m-2·s-1間差異不顯著。所以

8、，綜合考慮外觀、產(chǎn)量、氮素營養(yǎng)狀況、營養(yǎng)品質(zhì)和生產(chǎn)成本等因素，選擇光照強(qiáng)度為300μmol·m-2·s-1的LED紅藍(lán)光為光源，并同步供給8 mmol/L氮素營養(yǎng)是適合于植物工廠內(nèi)霧培生菜的氮素和光強(qiáng)管理方案。
　　(3)研究了采收前1周降低光強(qiáng)對適宜供氮水平(8 mmol/L)下霧培生菜產(chǎn)量、營養(yǎng)及抗氧化品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與持續(xù)采用LED紅藍(lán)光的光強(qiáng)為300μmol·m-2·s-1處理相比，采收前1周降低光照強(qiáng)度至200μm

9、ol·m-2·s-1時(shí)，霧培生菜的生物量、凈光合速率、以及硝酸鹽、可溶性糖含量無顯著變化，可溶性蛋白顯著降低，葉片SPAD值、抗氧化物質(zhì)含量及抗氧化活性則顯著提高，并可顯著降低能耗和節(jié)約成本。進(jìn)一步降低光強(qiáng)則會(huì)導(dǎo)致生菜產(chǎn)量、凈光合速率、可溶性糖和可溶性蛋白含量顯著降低和硝酸鹽高度積累?？梢?，在采收前把300μmol·m-2·s-1降低至200μmol·m-2·s-1并不影響生菜產(chǎn)量，且顯著提高抗氧化營養(yǎng)品質(zhì)，可作為植物工廠霧培系統(tǒng)降低能

10、耗和成本、提高生菜營養(yǎng)品質(zhì)的有效措施。
　　(4)研究了光強(qiáng)(200μmol·m-2·s-1，300μmol·m-2· s-1，400μmol·m-2·s-1)和光質(zhì)（紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)光、白光）對霧培生菜硝態(tài)氮短期吸收和積累的影響。結(jié)果表明，不同光照強(qiáng)度和光質(zhì)條件僅對根系吸收硝態(tài)氮的速率Vmax有影響，但并未改變其對硝態(tài)氮的親和力Km。在光強(qiáng)為300μmol·m-2·s-1時(shí)，生菜對硝態(tài)氮的吸收速率最大，硝酸還原酶活性最高，此時(shí)霧