不同浓度氮、磷、钾对水培芹菜生长及叶绿素含量的影响

陈 晨，贾丽丽，陈雪琼，陈月珍，冯顾城，束 胜,4，谢秀明，陶建平，谭国飞，王雅慧，熊爱生*

（1.南京农业大学园艺学院/作物遗传与种质创新国家重点实验室/农业农村部华东地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，江苏 南京 210095；2.南京市溧水区华成蔬菜专业合作社，江苏 南京 211200；3.淮安市蔬菜科学研究所，江苏 淮安 223021；4.南京农业大学（宿迁）设施园艺研究院，江苏 宿迁 223800；5.贵州省农业科学院园艺研究所，贵州 贵阳 550006）

芹菜（L.）为伞形科芹属植物，营养丰富，用途多样，是一种广受欢迎的绿叶类蔬菜，在我国有着较大的种植面积和供应需求量，是蔬菜生产中占有份额较大的蔬菜品类。作为一种以叶片和叶柄为主要食用器官的绿叶类蔬菜和重要的馅料用菜，叶绿素含量高低是评判其外观品相和营养品质优劣的重要指标，亦是馅料用芹菜加工中的重要考查指标。研究表明，叶绿素含量较高的芹菜植株可以通过光合作用积累更多对人体健康有益的营养物质。因此，提高芹菜叶绿素含量，是提高其商品价值和食用价值的有效方法之一。

芹菜作为浅根系作物，对土壤养分吸收能力相对较弱，属典型喜肥作物。目前，国内外关于芹菜需肥特性方面的研究大多停留在单一提高芹菜外观或营养品质方面。在水培与土培条件下，芹菜对肥料的吸收利用能力存在差异，其氮、磷、钾肥的需求比例也不同，因品种不同亦存在一定的差异。芹菜对土壤养分要求较高，每667 m芹菜约需消耗纯氮肥7.3 kg、磷肥2.7 kg以及钾肥16 kg。商建朝通过测土配方研究发现，芹菜在不同生长时期的需肥特性有一定差异，尤以生长初期和后期需肥量较大。不同种类芹菜对氮、磷、钾的需求也不同，故生产上根据芹菜种类和品种进行氮、磷、钾合理配比施肥非常关键。章明清等研究表明，在常规施肥的同时还应适当补充如硼、钙、铁等微量元素，以促进芹菜对氮、磷、钾肥的吸收利用。

近年来，水培蔬菜试验以其试验处理设置规范、操作简便、试验误差小、结果准确性高等诸多优势颇受青睐。通过科学施肥提高水培芹菜叶绿素含量，是有效提高芹菜品质的途径之一，也是目前优质芹菜生产领域研究的热点。本研究以控制变量法，研究不同浓度氮、磷、钾肥对2种水培芹菜生长及叶绿素含量的影响，寻找最适氮、磷、钾肥浓度和配比，以期为高品质芹菜生产提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料及设备

供试芹菜品种为“津南实芹”和“金黄芹菜”，种子均保存于南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室伞形科蔬菜作物研究室。“津南实芹”生长速度快，抗寒、抗热、喜水肥，抗病性强，且抽薹期晚，冬性强，单位面积产量高，适宜露地、保护地四季栽培，产品质地鲜嫩，品质好。“金黄芹菜”在我国亦有广泛种植面积，具有适应性强、抗病虫害、优质高产、口感鲜美等特性。

试验用试剂：四水硝酸钙[西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司生产]，磷酸二氢铵（南京辉亚生物科技有限公司生产），硝酸钾（上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产），丙酮（上海瑞永生物科技有限公司生产），均为分析纯。

试验用仪器：Spectramax酶标仪，由美国Molecular Devices公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验设置9个不同浓度处理，其中氮、磷、钾浓度分别分为3组；除作为变量的元素浓度不同外，另外2种元素的浓度都取试验组的中间值，具体浓度设置如表1所示。分别使用四水合硝酸钙、磷酸二氢铵、硝酸钾作为氮、磷、钾元素供体。此外，为保证芹菜植株正常生长所需，不同试验处理均在含有适宜浓度Mg、Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu、Ca等元素的水培营养液母液基础之上进行配制，对照组（CK）仅施用微量元素水培营养液母液。

表1 不同处理营养液氮、磷、钾浓度设计

芹菜水培试验在南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室伞形科蔬菜作物研究室人工气候生长室进行。采用土壤、蛭石、珍珠岩（体积比2∶2∶1）混合物进行播种育苗，生长条件设置为白天25 ℃/16 h，夜间18 ℃/8 h，相对湿度为60%～70%。播种50 d后，选取植株大小一致且生长良好的幼苗转入不同浓度营养液水培箱中进行水培试验处理。水培种植历时40 d，期间每隔5 d更换1次对应浓度培养液，以保持各肥料浓度的相对稳定状态。每个处理设置3个重复，取样后立即放入液氮中冷冻，储存在-80 ℃冰箱待测。

1.2.2 品质指标测定

1.2.2.1 外观性状调查 利用游标卡尺测定叶柄粗，直尺测量芹菜全株高度，调查单株分枝数，综合比较外观性状，包含地下根系生长状况、地上部分长势、叶片与茎秆颜色、综合外观等。每个处理设置3个重复，结果取平均值。

1.2.2.2 叶绿素含量测定 将各处理芹菜叶片和叶柄分开后进行预碎，再分别用液氮将其磨成粉末并真空抽干。称取50 mg粉末，用2 mL丙酮在60 ℃的水浴锅中提取30 min，总共提取2～3次，直到样品粉末变成白色，并收集上清液待测。以丙酮为空白对照，分别吸取200 μL待测液和对照液于石英皿中，用Spectramax酶标仪读取663 nm和646 nm处样品吸光度。每个处理设置3个重复。对每个处理小组分别测量3次吸光度，取平均值后，计算叶绿素a、叶绿素b浓度，公式分别如下。

1.2.3 数据分析

采用Excel 2016和SPSS 25.0进行数据处理和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度氮、磷、钾对水培芹菜外观性状的影响

通过表2可以看出，2个芹菜品种均分别在N（8 mmol/L）、P（0.6 mmol/L）、K（7 mmol/L）处理下可以获得较好的综合外观性状，其中“津南实芹”在P处理组、“金黄芹菜”在N处理组的表现最佳。对照组因未补充氮、磷、钾肥，故植株长势最弱，地上部叶片和地下根系均发育不良，其中“津南实芹”全株高度及叶柄粗仅为22.3 cm和0.46 mm。2个芹菜品种在K（3 mmol/L）处理组的植株外观性状较对照均无明显改善，全株高度均在30 cm左右。说明氮和磷分别在N（8 mmol/L）、P（0.6 mmol/L）施用量可明显提高芹菜外观性状综合品质，钾肥则以K（7 mmol/L）用量效果较好。

表2 “津南实芹”和“金黄芹菜”外观性状综合评价

2.2 不同浓度氮、磷、钾对各品种水培芹菜叶绿素含量的影响

2.2.1 “津南实芹”叶绿素含量分析

从表3可以看出，在3个氮肥处理中，N处理（浓度5 mmol/L）对提升“津南实芹”叶片中叶绿素含量效果最佳，其总叶绿素含量和叶绿素a含量均显著高于N处理（浓度11 mmol/L），但其叶绿素b含量相对较低。叶柄中总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量最高的均是N处理，其含量均与N处理无显著差异，但均显著高于N处理。说明相对于叶片，叶柄更加适应高浓度的氮肥。

表3 不同氮、磷、钾处理“津南实芹”叶片和叶柄中的叶绿素含量mg/g

在3个磷肥处理中（表3），P处理（浓度0.6 mmol/L）叶片中叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量均最高，其中叶绿素b含量和总叶绿素含量均显著高于P处理（浓度0.9 mmol/L）。叶柄中叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量都是P处理（浓度0.3 mmol/L）最高，而P处理均最低，但各处理间差异均不显著。综合说明，叶片对磷肥的需求大于叶柄，且在0.3～0.6 mmol/L的处理浓度下较为适宜。

在3个钾肥处理中（表3），K处理（浓度5 mmol/L）的叶片和叶柄中总叶绿素含量均最高，说明中等浓度的钾素对于叶片和叶柄中叶绿素的积累较有利。而K3处理（浓度7 mmol/L）叶片中叶绿素a含量最高，但其叶柄中叶绿素a含量却最低。说明水培芹菜“津南实芹”不同部位对于钾肥的需求以及最适宜浓度存在区别，且最适浓度区间为5～7 mmol/L。

2.2.2 “金黄芹菜”叶绿素含量分析

从表4可以看出，在3个氮肥处理中，叶片中叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量最高的都是N处理（浓度8 mmol/L），其中总叶绿素含量显著高于N处理（浓度11 mmol/L）；叶柄中叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量最高的都是N处理（浓度5 mmol/L），但各处理间差异均不显著。说明5～8 mmol/L氮肥施用浓度较为适宜。

表4 不同氮、磷、钾处理“金黄芹菜”叶片和叶柄中的叶绿素含量mg/g

在3个磷肥处理中（表4），P处理（浓度0.3 mmol/L）叶片和叶柄中叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量都最高，且除叶片叶绿素a外均显著高于P处理（浓度0.9 mmol/L）。说明较低浓度磷肥对于“金黄芹菜”的叶绿素含量提升效果最为明显，该最适浓度与“津南实芹”较为接近。

在3个钾肥处理中（表4），叶片中总叶绿素含量最高的是K处理（浓度3 mmol/L），且其含量随着处理浓度的升高而逐渐降低；而叶绿素a、叶绿素b含量最高的分别是K处理（浓度7 mmol/L）、K处理（浓度5 mmol/L）。叶柄中叶绿素含量随着处理浓度的升高而逐渐增加，含量最高的是K处理，其叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量均显著高于K、K处理。说明在钾肥需求方面，“金黄芹菜”叶柄要高于叶片，且不同部位呈现不同变化趋势。

3 讨论与结论

叶绿素作为高等植物光合作用的主要色素，其含量对蔬菜综合品质有较大影响。综合前人研究及本次试验结果，通过综合考虑肥料三要素对芹菜生长和叶绿素含量的影响，发现最适于芹菜叶绿素积累的氮、磷、钾浓度存在差异，其具体最适浓度因芹菜品种和部位也有一定差异，可合理兼顾两者关系进行肥料配比。

本试验中不同浓度氮、磷、钾肥组合是试验结果差异化的首要影响因素。Stirbet等研究表明，芹菜对肥料的需求，尤其是氮、磷、钾肥的需求量较大，适量施肥具有显著提升产量和品质的作用。Voitsekhovskaja等研究表明，氮素是叶绿素合成的前体物质5-氨基乙酰丙酸以及叶绿素a卟啉环中的重要构成元素，因此在3种元素中使用量是最大的。宋文鹏等报道磷素主要作用于植物细胞的生长分裂，可以与氮肥一起促进叶片生长，在芹菜生长前期可适当增施以促进植株的生长。何仲秋发现在芹菜生长后期可以增施钾肥，以促使植株叶片伸展、色泽鲜绿及叶柄分枝数量的增加，起到提升外观品质的效果。此外，在施加氮、磷、钾肥的同时，还应适当补充硼、钙、铁、锰等微量元素，以更好地促进芹菜对氮、磷、钾肥的吸收利用。从外观品质而言，进行氮、磷、钾肥复合施用的处理组，生长状况均优于对照组。根据刘本生等和乔源的前期研究，水培法可以规避土壤对肥料尤其是磷肥的固定作用，提升肥料利用率。祝海燕的研究结果表明，氮、磷、钾肥作为蔬菜水培过程中需要补充的大量营养元素，其促进水培芹菜生长的浓度因种植方法及芹菜品种差异而异，存在低浓度促进、高浓度抑制的现象。综合得出，在芹菜水培生产中，可将氮、磷、钾肥浓度范围分别设置在5～8 mmol/L，0.3～0.6 mmol/L，5～7 mmol/L，芹菜植株生长较好，叶片和叶柄中叶绿素含量较高。

除肥料因素外，芹菜品种及其部位作为影响试验结果的主要内部因素，对叶绿素含量及芹菜的外观品质也存在一定影响。通过分析2个品种芹菜叶绿素含量以及外观可以得出，无论是在叶片还是叶柄当中，“津南实芹”的叶绿素含量较“金黄芹菜”偏高（个别处理除外），但在相同处理下其全株高度普遍低于“金黄芹菜”。“津南实芹”在低浓度氮、磷肥以及高浓度钾肥的水培种植条件下总叶绿素含量较高，“金黄芹菜”则对氮、磷、钾肥的需求量都相对较低，过高浓度的肥料反而不利于其外观品质及叶绿素含量的提升。此外，芹菜不同部位叶绿素含量不同，叶片作为主要光合器官，其叶绿素含量高于叶柄，对氮肥和磷肥的需求量也更高。在本次试验所用各品种芹菜中，叶片的总叶绿素含量普遍可达叶柄的5～7倍，是芹菜植株叶绿素分布较为集中的部位。这与Huang等及田艳花所发现的增施中高浓度磷肥对叶片叶绿素含量提升较大，增施中低浓度氮肥对叶柄叶绿素含量提升更明显的研究结果基本一致。

综合分析本试验结果得出，在芹菜水培生产中，应合理配置氮、磷、钾肥浓度及其他微量元素，并根据品种需肥特性对营养液配方进行调整。以本研究所用的“津南实芹”和“金黄芹菜”2个品种为例，前者叶片鲜绿且对氮肥和钾肥需求量较大，增施氮肥和钾肥可大幅度提升其叶绿素含量；后者植株叶片呈现嫩黄，对氮肥和磷肥需求量较大。

本次试验采用水培种植，尽可能减少了传统土培法中可能存在的土壤中原有营养元素差异对于试验结果的影响，为芹菜水培种植提供了可供参考的施肥配比。试验材料“津南实芹”和“金黄芹菜”均为种植广泛且高产优质、商品性好的芹菜品种，研究结果将有利于发挥其良种特性，为未来高品质芹菜生产提供指导。