不同濃度氮、磷、鉀對水培芹菜生長及葉綠素含量的影響

陳 晨，賈麗麗，陳雪瓊，陳月珍，馮顧城，束 勝,4，謝秀明，陶建平，譚國飛，王雅慧，熊愛生*

（1.南京農業大學園藝學院/作物遺傳與種質創新國家重點實驗室/農業農村部華東地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，江蘇 南京 210095；2.南京市溧水區華成蔬菜專業合作社，江蘇 南京 211200；3.淮安市蔬菜科學研究所，江蘇 淮安 223021；4.南京農業大學（宿遷）設施園藝研究院，江蘇 宿遷 223800；5.貴州省農業科學院園藝研究所，貴州 貴陽 550006）

芹菜（L.）為傘形科芹屬植物，營養豐富，用途多樣，是一種廣受歡迎的綠葉類蔬菜，在我國有著較大的種植面積和供應需求量，是蔬菜生產中占有份額較大的蔬菜品類。作為一種以葉片和葉柄為主要食用器官的綠葉類蔬菜和重要的餡料用菜，葉綠素含量高低是評判其外觀品相和營養品質優劣的重要指標，亦是餡料用芹菜加工中的重要考查指標。研究表明，葉綠素含量較高的芹菜植株可以通過光合作用積累更多對人體健康有益的營養物質。因此，提高芹菜葉綠素含量，是提高其商品價值和食用價值的有效方法之一。

芹菜作為淺根系作物，對土壤養分吸收能力相對較弱，屬典型喜肥作物。目前，國內外關于芹菜需肥特性方面的研究大多停留在單一提高芹菜外觀或營養品質方面。在水培與土培條件下，芹菜對肥料的吸收利用能力存在差異，其氮、磷、鉀肥的需求比例也不同，因品種不同亦存在一定的差異。芹菜對土壤養分要求較高，每667 m芹菜約需消耗純氮肥7.3 kg、磷肥2.7 kg以及鉀肥16 kg。商建朝通過測土配方研究發現，芹菜在不同生長時期的需肥特性有一定差異，尤以生長初期和后期需肥量較大。不同種類芹菜對氮、磷、鉀的需求也不同，故生產上根據芹菜種類和品種進行氮、磷、鉀合理配比施肥非常關鍵。章明清等研究表明，在常規施肥的同時還應適當補充如硼、鈣、鐵等微量元素，以促進芹菜對氮、磷、鉀肥的吸收利用。

近年來，水培蔬菜試驗以其試驗處理設置規范、操作簡便、試驗誤差小、結果準確性高等諸多優勢頗受青睞。通過科學施肥提高水培芹菜葉綠素含量，是有效提高芹菜品質的途徑之一，也是目前優質芹菜生產領域研究的熱點。本研究以控制變量法，研究不同濃度氮、磷、鉀肥對2種水培芹菜生長及葉綠素含量的影響，尋找最適氮、磷、鉀肥濃度和配比，以期為高品質芹菜生產提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及設備

供試芹菜品種為“津南實芹”和“金黃芹菜”，種子均保存于南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室傘形科蔬菜作物研究室。“津南實芹”生長速度快，抗寒、抗熱、喜水肥，抗病性強，且抽薹期晚，冬性強，單位面積產量高，適宜露地、保護地四季栽培，產品質地鮮嫩，品質好。“金黃芹菜”在我國亦有廣泛種植面積，具有適應性強、抗病蟲害、優質高產、口感鮮美等特性。

試驗用試劑：四水硝酸鈣[西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司生產]，磷酸二氫銨（南京輝亞生物科技有限公司生產），硝酸鉀（上海阿拉丁生化科技股份有限公司生產），丙酮（上海瑞永生物科技有限公司生產），均為分析純。

試驗用儀器：Spectramax酶標儀，由美國Molecular Devices公司生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗設置9個不同濃度處理，其中氮、磷、鉀濃度分別分為3組；除作為變量的元素濃度不同外，另外2種元素的濃度都取試驗組的中間值，具體濃度設置如表1所示。分別使用四水合硝酸鈣、磷酸二氫銨、硝酸鉀作為氮、磷、鉀元素供體。此外，為保證芹菜植株正常生長所需，不同試驗處理均在含有適宜濃度Mg、Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu、Ca等元素的水培營養液母液基礎之上進行配制，對照組（CK）僅施用微量元素水培營養液母液。

表1 不同處理營養液氮、磷、鉀濃度設計

芹菜水培試驗在南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室傘形科蔬菜作物研究室人工氣候生長室進行。采用土壤、蛭石、珍珠巖（體積比2∶2∶1）混合物進行播種育苗，生長條件設置為白天25 ℃/16 h，夜間18 ℃/8 h，相對濕度為60%～70%。播種50 d后，選取植株大小一致且生長良好的幼苗轉入不同濃度營養液水培箱中進行水培試驗處理。水培種植歷時40 d，期間每隔5 d更換1次對應濃度培養液，以保持各肥料濃度的相對穩定狀態。每個處理設置3個重復，取樣后立即放入液氮中冷凍，儲存在-80 ℃冰箱待測。

1.2.2 品質指標測定

1.2.2.1 外觀性狀調查 利用游標卡尺測定葉柄粗，直尺測量芹菜全株高度，調查單株分枝數，綜合比較外觀性狀，包含地下根系生長狀況、地上部分長勢、葉片與莖稈顏色、綜合外觀等。每個處理設置3個重復，結果取平均值。

1.2.2.2 葉綠素含量測定 將各處理芹菜葉片和葉柄分開后進行預碎，再分別用液氮將其磨成粉末并真空抽干。稱取50 mg粉末，用2 mL丙酮在60 ℃的水浴鍋中提取30 min，總共提取2～3次，直到樣品粉末變成白色，并收集上清液待測。以丙酮為空白對照，分別吸取200 μL待測液和對照液于石英皿中，用Spectramax酶標儀讀取663 nm和646 nm處樣品吸光度。每個處理設置3個重復。對每個處理小組分別測量3次吸光度，取平均值后，計算葉綠素a、葉綠素b濃度，公式分別如下。

1.2.3 數據分析

采用Excel 2016和SPSS 25.0進行數據處理和方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度氮、磷、鉀對水培芹菜外觀性狀的影響

通過表2可以看出，2個芹菜品種均分別在N（8 mmol/L）、P（0.6 mmol/L）、K（7 mmol/L）處理下可以獲得較好的綜合外觀性狀，其中“津南實芹”在P處理組、“金黃芹菜”在N處理組的表現最佳。對照組因未補充氮、磷、鉀肥，故植株長勢最弱，地上部葉片和地下根系均發育不良，其中“津南實芹”全株高度及葉柄粗僅為22.3 cm和0.46 mm。2個芹菜品種在K（3 mmol/L）處理組的植株外觀性狀較對照均無明顯改善，全株高度均在30 cm左右。說明氮和磷分別在N（8 mmol/L）、P（0.6 mmol/L）施用量可明顯提高芹菜外觀性狀綜合品質，鉀肥則以K（7 mmol/L）用量效果較好。

表2 “津南實芹”和“金黃芹菜”外觀性狀綜合評價

2.2 不同濃度氮、磷、鉀對各品種水培芹菜葉綠素含量的影響

2.2.1 “津南實芹”葉綠素含量分析

從表3可以看出，在3個氮肥處理中，N處理（濃度5 mmol/L）對提升“津南實芹”葉片中葉綠素含量效果最佳，其總葉綠素含量和葉綠素a含量均顯著高于N處理（濃度11 mmol/L），但其葉綠素b含量相對較低。葉柄中總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b含量最高的均是N處理，其含量均與N處理無顯著差異，但均顯著高于N處理。說明相對于葉片，葉柄更加適應高濃度的氮肥。

表3 不同氮、磷、鉀處理“津南實芹”葉片和葉柄中的葉綠素含量mg/g

在3個磷肥處理中（表3），P處理（濃度0.6 mmol/L）葉片中葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量均最高，其中葉綠素b含量和總葉綠素含量均顯著高于P處理（濃度0.9 mmol/L）。葉柄中葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量都是P處理（濃度0.3 mmol/L）最高，而P處理均最低，但各處理間差異均不顯著。綜合說明，葉片對磷肥的需求大于葉柄，且在0.3～0.6 mmol/L的處理濃度下較為適宜。

在3個鉀肥處理中（表3），K處理（濃度5 mmol/L）的葉片和葉柄中總葉綠素含量均最高，說明中等濃度的鉀素對于葉片和葉柄中葉綠素的積累較有利。而K3處理（濃度7 mmol/L）葉片中葉綠素a含量最高，但其葉柄中葉綠素a含量卻最低。說明水培芹菜“津南實芹”不同部位對于鉀肥的需求以及最適宜濃度存在區別，且最適濃度區間為5～7 mmol/L。

2.2.2 “金黃芹菜”葉綠素含量分析

從表4可以看出，在3個氮肥處理中，葉片中葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量最高的都是N處理（濃度8 mmol/L），其中總葉綠素含量顯著高于N處理（濃度11 mmol/L）；葉柄中葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量最高的都是N處理（濃度5 mmol/L），但各處理間差異均不顯著。說明5～8 mmol/L氮肥施用濃度較為適宜。

表4 不同氮、磷、鉀處理“金黃芹菜”葉片和葉柄中的葉綠素含量mg/g

在3個磷肥處理中（表4），P處理（濃度0.3 mmol/L）葉片和葉柄中葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量都最高，且除葉片葉綠素a外均顯著高于P處理（濃度0.9 mmol/L）。說明較低濃度磷肥對于“金黃芹菜”的葉綠素含量提升效果最為明顯，該最適濃度與“津南實芹”較為接近。

在3個鉀肥處理中（表4），葉片中總葉綠素含量最高的是K處理（濃度3 mmol/L），且其含量隨著處理濃度的升高而逐漸降低；而葉綠素a、葉綠素b含量最高的分別是K處理（濃度7 mmol/L）、K處理（濃度5 mmol/L）。葉柄中葉綠素含量隨著處理濃度的升高而逐漸增加，含量最高的是K處理，其葉綠素a、葉綠素b以及總葉綠素含量均顯著高于K、K處理。說明在鉀肥需求方面，“金黃芹菜”葉柄要高于葉片，且不同部位呈現不同變化趨勢。

3 討論與結論

葉綠素作為高等植物光合作用的主要色素，其含量對蔬菜綜合品質有較大影響。綜合前人研究及本次試驗結果，通過綜合考慮肥料三要素對芹菜生長和葉綠素含量的影響，發現最適于芹菜葉綠素積累的氮、磷、鉀濃度存在差異，其具體最適濃度因芹菜品種和部位也有一定差異，可合理兼顧兩者關系進行肥料配比。

本試驗中不同濃度氮、磷、鉀肥組合是試驗結果差異化的首要影響因素。Stirbet等研究表明，芹菜對肥料的需求，尤其是氮、磷、鉀肥的需求量較大，適量施肥具有顯著提升產量和品質的作用。Voitsekhovskaja等研究表明，氮素是葉綠素合成的前體物質5-氨基乙酰丙酸以及葉綠素a卟啉環中的重要構成元素，因此在3種元素中使用量是最大的。宋文鵬等報道磷素主要作用于植物細胞的生長分裂，可以與氮肥一起促進葉片生長，在芹菜生長前期可適當增施以促進植株的生長。何仲秋發現在芹菜生長后期可以增施鉀肥，以促使植株葉片伸展、色澤鮮綠及葉柄分枝數量的增加，起到提升外觀品質的效果。此外，在施加氮、磷、鉀肥的同時，還應適當補充硼、鈣、鐵、錳等微量元素，以更好地促進芹菜對氮、磷、鉀肥的吸收利用。從外觀品質而言，進行氮、磷、鉀肥復合施用的處理組，生長狀況均優于對照組。根據劉本生等和喬源的前期研究，水培法可以規避土壤對肥料尤其是磷肥的固定作用，提升肥料利用率。祝海燕的研究結果表明，氮、磷、鉀肥作為蔬菜水培過程中需要補充的大量營養元素，其促進水培芹菜生長的濃度因種植方法及芹菜品種差異而異，存在低濃度促進、高濃度抑制的現象。綜合得出，在芹菜水培生產中，可將氮、磷、鉀肥濃度范圍分別設置在5～8 mmol/L，0.3～0.6 mmol/L，5～7 mmol/L，芹菜植株生長較好，葉片和葉柄中葉綠素含量較高。

除肥料因素外，芹菜品種及其部位作為影響試驗結果的主要內部因素，對葉綠素含量及芹菜的外觀品質也存在一定影響。通過分析2個品種芹菜葉綠素含量以及外觀可以得出，無論是在葉片還是葉柄當中，“津南實芹”的葉綠素含量較“金黃芹菜”偏高（個別處理除外），但在相同處理下其全株高度普遍低于“金黃芹菜”。“津南實芹”在低濃度氮、磷肥以及高濃度鉀肥的水培種植條件下總葉綠素含量較高，“金黃芹菜”則對氮、磷、鉀肥的需求量都相對較低，過高濃度的肥料反而不利于其外觀品質及葉綠素含量的提升。此外，芹菜不同部位葉綠素含量不同，葉片作為主要光合器官，其葉綠素含量高于葉柄，對氮肥和磷肥的需求量也更高。在本次試驗所用各品種芹菜中，葉片的總葉綠素含量普遍可達葉柄的5～7倍，是芹菜植株葉綠素分布較為集中的部位。這與Huang等及田艷花所發現的增施中高濃度磷肥對葉片葉綠素含量提升較大，增施中低濃度氮肥對葉柄葉綠素含量提升更明顯的研究結果基本一致。

綜合分析本試驗結果得出，在芹菜水培生產中，應合理配置氮、磷、鉀肥濃度及其他微量元素，并根據品種需肥特性對營養液配方進行調整。以本研究所用的“津南實芹”和“金黃芹菜”2個品種為例，前者葉片鮮綠且對氮肥和鉀肥需求量較大，增施氮肥和鉀肥可大幅度提升其葉綠素含量；后者植株葉片呈現嫩黃，對氮肥和磷肥需求量較大。

本次試驗采用水培種植，盡可能減少了傳統土培法中可能存在的土壤中原有營養元素差異對于試驗結果的影響，為芹菜水培種植提供了可供參考的施肥配比。試驗材料“津南實芹”和“金黃芹菜”均為種植廣泛且高產優質、商品性好的芹菜品種，研究結果將有利于發揮其良種特性，為未來高品質芹菜生產提供指導。