气雾栽培是一种新型的无土栽培模式,它是让植物的根系离开了基质与水,把植物的根系完全置于气雾环境下进行生长发育,以提供植物生长所需的水分和养分[1]。气雾栽培与传统土培、水培相比,植物根系直接暴露在充满雾化营养的空气中,具有充足的自由伸展空间,营养液雾化过程中不断溶解空气中的氧,可有效解决水培中供氧、供肥的矛盾,具有土壤栽培和水培所没有的优势。目前,气雾栽培在植物生长、品质以及营养液等方面已有大量研究。丁文雅等[2]研究发现,气雾栽培条件下生菜的根系总长、直径、表面积、体积和根系活力均显著高于水培。Souret等[3]在气雾栽培条件下对藏红花进行研究,发现气雾栽培对藏红花球茎的干质量与其他栽培模式相比增长最快。王珺玲等[4]研究表明,气雾栽培条件下黄瓜的根系体积和根系长度显著高于水培和基质栽培。Rietveld等[5]研究表明,气雾栽培下加拿大短叶松的根系生长势显著高于水培和普通土壤栽培。周剑等[6]研究了基质培、水培和气雾培3种栽培模式,发现网纹甜瓜在气雾栽培条件下的生长势、着叶数、根长、根体积和根系活力均高于水培和基质培,且根系发达,长势旺盛。Hayden[7]用气雾栽培牛蒡和紫锥菊,生产周期大幅缩短,产量高于土培2倍。
1 材料与方法
1.1 材料及预处理
1.1.1 试验材料 选用浙江省丽水市农业科学研究院茶叶研究所研究基地所收集种植的碧早香、福鼎大白、丽早香和惠明茶1号4个茶树品种,供试品种均为5年生茶树,经营和管理水平一致。试验在丽水市农业科学研究院温室气雾大棚内进行,棚内室内温度≤35 ℃,室内湿度≥60%。
1.1.2 枝条准备 采穗以上午10：00前或者下午3：00后进行,所采穗条要求木质化、新鲜、健康,无任何病虫害,剪取的每节穗条长7.5~8 cm,带2张成熟叶片和2个健壮的腋芽;剪穗时要求剪穗的叶片方向与斜切口方向相反倾斜,下剪口呈40°左右,插穗剪口要平滑;上剪口离芽基0.5 cm,平剪,剪时勿伤芽。
1.1.3 插穗剪口消毒灭菌、激素处理 多菌灵配成2%的水溶液5 L,浸泡5 min;使用生根粉浸渍插穗基部,浓度为400 mg/L,浸5 s左右,浸后放置3 h再定植。
1.1.4 定植 采用塔式气雾栽培方式,将已消毒处理的插穗插入已打好孔的种植板上,用已剪成2 cm×2 cm×2 cm的小方块海绵条进行固定,株间距为12.5 cm×12.5 cm,每块种植板上分别定植168个短穗,由农业智能计算机对营养液喷洒的间隔与时长进行控制。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 本试验每升营养液中含硫酸铵98 mg/L、磷酸二氢铵8 mg/L、硫酸钾29 mg/L、氯化钙15 mg/L、硫酸镁203 mg/L、硫酸铝75 mg/L、EDTA铁盐2.7 mg/L、硼酸1.1 mg/L、硫酸亚锰0.41 mg/L、硫酸锌0.02 mg/L、硫酸铜0.02 mg/L、钼酸钠0.01 mg/L,其余为水,母液稀释1000倍,营养液的pH为4.0~4.2,喷洒量为0.9~1.1 mS/cm。最后使用计算机智能控制系统调试气雾装置的时间和营养液喷洒间隔与时长,要确保叶片保持一层水膜状态,室内湿度不低于60%。
1.2.2 数据采集 短穗扦插30 d左右开始进行调查,直到形成愈伤组织,之后每隔3 d进行观察,直到扦插的短穗生根,开始进行成活率统计,自生根后每隔10 d进行样品采集和数据调查,连续取样4次,3次重复,每次取样均在各个茶树品种种植板上随机采取30个植株,现场进行叶绿素含量的测定,测完后将30个植株置于自封袋中,装入冰盒带回实验室,一部分用来分析生长势和根系形态等指标,一部分根系过液氮冷冻后置于-80 ℃冰箱中保存,待分析根系活力。
1.3 数据处理
采用Microsoft Excel 2010软件对试验数据进行统计分析和作图,采用SPSS 19.0统计软件进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 气雾栽培下不同茶树品种的成活率
调查发现气雾设施环境下碧早香、福鼎大白、丽早香和惠明茶1号4个茶树品种的扦插成活率均在96%以上,其中碧早香的成活率最高为98.41%,福鼎大白成活率为97.92%,丽早香成活率为96.83%,惠明茶1号成活率为96.23%,其成活率高低为碧早香>福鼎大白>丽早香>惠明茶1号。鲁雪利[12]研究发现,与基质培生根法相比,采用气雾培生根法的植株根系生长发育更早,根系生长更快速,根系吸收水分和营养物质的能力更强,成活率更高。
2.2 气雾栽培下不同茶树品种的叶绿素SPAD
由图1可以看出,茶树叶片的叶绿素SPAD值均随着栽培时间的增长而增加,碧早香的叶片SPAD值最高,显著高于其他3个品种,与碧早香相比,福鼎大白、丽早香和惠明茶1号的叶绿素SPAD分别平均增长30.04%、44.98%和59.50%（P˂0.05）,叶绿素SPAD值的大小表现为碧早香>福鼎大白>丽早香>惠明茶1号。生根后40 d,碧早香、福鼎大白、丽早香和惠明茶1号的SPAD值均比生根后10 d的SPAD值分别增长58.37%、36.39%、46.69%和40.48%。可见,碧早香茶树品种的叶绿素SPAD值最高,说明光合作用较强,营养液中氮素营养供应充足,间接性的增加茶叶产量;惠明茶1号茶树品种的叶绿素SPAD值较低,说明光合作用较弱,营养液中氮素营养供应不足以满足该茶树品种所需养分,可间接导致茶叶产量的下降[13]。
2.3 气雾栽培下不同茶树品种的生长势
由表1可知,气雾栽培生根后10、20、30、40 d后,全株鲜重、株高、主根长度、根数、茎干长度和着叶数相对增长量均呈逐渐增加的趋势,且表现为碧早香>福鼎大白>丽早香>惠明茶1号。生根后40 d,碧早香、福鼎大白、丽早香和惠明茶1号的全株鲜重均比生根后10 d同比增长34.61%、20.25%、23.10%和19.51%（P˂0.05）;株高均比生根后10 d同比增长37.49%、42.86%、34.57%和23.01%（P˂0.05）;主根长度均比生根后10 d同比增长46.29%、48.38%、43.42%和48.13%（P˂0.05）;根数均比生根后10 d同比增长66.88%、38.25%、23.28%和30.53%（P˂0.05）;茎干长度均比生根后10 d同比增长52.41%、26.13%、28.08%和17.13%（P˂0.05）;着叶数均比生根后10 d同比增长52.15%、50.62%、41.72%和22.73%（P˂0.05）。可见,碧早香茶树品种的生长势最强,较适合气雾设施短穗扦插育苗。
表1 气雾栽培下不同茶树品种的生长势Tab. 1 Growth potential of tea cultivars with aerosol cultivation treatment |
| 取样时间 Sampling time | 品种 Variety | 全株鲜重 Fresh weight/g | 株高 Plant height/cm | 主根长度 Mai root length/cm | 根数 Root number | 茎干长度 Stem length/cm | 着叶数 Number of leaves |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 生根后10 d | 碧早香 | 6.4±0.42d | 24.9±2.80c | 10.9±1.01d | 15.4±2.48d | 17.8±1.97d | 9.3±1.53b |
| 福鼎大白 | 6.1±0.20c | 21.0±1.50b | 9.4±0.78c | 14.3±1.48c | 16.1±1.55c | 8.1±0.97a | |
| 丽早香 | 5.5±0.40b | 19.8±1.40b | 8.8±0.37b | 13.1±1.25b | 15.2±1.17b | 7.6±0.83a | |
| 惠明茶1号 | 4.9±0.44a | 15.9±1.26a | 8.0±0.48a | 9.5±0.95a | 13.9±0.66a | 7.7±1.08a | |
| 生根后20 d | 碧早香 | 7.7±0.36d | 28.2±1.89d | 13.4±0.80c | 20.8±1.79d | 21.3±1.89d | 11.7±1.17c |
| 福鼎大白 | 6.9±0.17c | 25.6±1.82c | 12.3±0.79b | 16.8±1.51c | 18.7±1.08c | 10.1±0.94b | |
| 丽早香 | 6.2±0.29b | 23.4±1.41b | 10.7±0.60a | 14.8±1.88b | 17.5±0.85b | 8.9±1.25a | |
| 惠明茶1号 | 5.4±0.35a | 17.6±1.24a | 10.5±0.66a | 11.1±1.29a | 15.1±0.85a | 8.4±0.88a | |
| 生根后30 d | 碧早香 | 8.3±0.45d | 30.1±2.98d | 14.2±1.09c | 23.0±2.67d | 24.4±2.35c | 12.6±1.27d |
| 福鼎大白 | 7.0±0.42c | 27.2±2.80c | 13.0±1.05b | 18.5±1.96c | 19.3±1.84b | 11.0±1.61c | |
| 丽早香 | 6.5±0.42b | 24.8±1.66b | 11.8±0.73a | 15.4±1.60b | 19.0±1.26b | 9.9±1.23b | |
| 惠明茶1号 | 5.8±0.34a | 18.8±1.10a | 11.3±0.72a | 11.8±1.37a | 15.9±0.78a | 9.0±0.69a | |
| 生根后40 d | 碧早香 | 8.6±0.42d | 34.2±2.86d | 16.0±1.03d | 25.7±3.08d | 27.2±2.68c | 14.2±1.50d |
| 福鼎大白 | 7.3±0.37c | 29.9±2.25c | 14.0±0.96c | 19.7±1.72c | 20.3±1.98b | 12.2±1.58c | |
| 丽早香 | 6.8±0.49b | 26.7±1.45b | 12.6±0.59b | 16.2±1.69b | 19.5±1.36b | 10.7±1.69b | |
| 惠明茶1号 | 5.9±0.36a | 19.6±1.48a | 11.9±0.84a | 12.4±1.70a | 16.3±0.68a | 9.5±1.00a |
Note: Different lowercase letters behind the data in the same column mean significant difference at 0.05 level. | |
注：同列数据后不同小写字母表示在0.05水平差异显著。 |
2.4 气雾栽培下不同茶树品种的根系形态
根系形态与养分、水分的吸收能力有密切关系[14]。不同茶树品种根系的投影面积、表面积、体积和平均直径在气雾栽培条件下均达到差异显著水平（P˂0.05）,且表现为碧早香>福鼎大白>丽早香>惠明茶1号。如图2所示,在气雾栽培条件下,茶树根系投影面积随时间的增加而增加,生根后40 d碧早香、福鼎大白、丽早香和惠明茶1号的根系投影面积达到556.36、466.35、406.14和393.01 cm2（P˂0.05）;如图3所示,茶树根系表面积随栽培时间的延长而升高,生根后40 d碧早香、福鼎大白、丽早香和惠明茶1号的根系表面积比生根后10 d同比增长49.34%、39.90%、42.95%和44.48%（P˂0.05）;如图4所示,茶树根系体积随栽培时间的增长变大,生根后40 d碧早香、福鼎大白、丽早香和惠明茶1号的根系体积比生根后10 d增长183.58、191.81、217.16和192.17 cm3（P˂0.05）,同时又增加了根系与养分的接触;由图5可以看出,茶树根系的平均直径均随着栽培时间的延长而增加,生根后40 d碧早香、福鼎大白、丽早香和惠明茶1号的根系平均直径达到4.72、4.58、4.39和4.01 mm,且比生根后10 d同比增长21.70%、24.35%、30.01%和41.87%（P˂0.05）。总体上,气雾栽培对茶树根系形态构型有极显著影响（P˂0.01）,说明,气雾栽培茶树根系长势好,不同茶树品种的根系形态整体变化趋势一致,这有利于增大根表面与养分和水分的接触,提高养分和水分的利用率。
图2 气雾栽培下不同茶树品种的根系投影面积不同小写字母表示0.05水平差异显著。 Fig. 2 Projection area of root system of tea cultivars with aerosol cultivation treatment Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level. |
图3 气雾栽培下不同茶树品种的根系表面积不同小写字母表示0.05水平差异显著。 Fig. 3 Root surface area of tea cultivars with aerosol cultivation treatment Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level. |
图4 气雾栽培下不同茶树品种的根系体积不同小写字母表示0.05水平差异显著。 Fig. 4 Root volume of tea cultivars with aerosol cultivation treatment Different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level. |
2.5 气雾栽培下不同茶树品种的根系活力
根系活力是植物生长的重要生理指标,根系阳离子交换量是潜在评价植物离子吸收能力强弱的重要指标[15]。如图6所示,气雾栽培条件下不同茶树品种的根系活力表现为碧早香>福鼎大白>丽早香>惠明茶1号,而不同时间阶段根系活力表现为生根后30 d>生根后40 d>生根后20 d>生根后10 d。总体来看,碧早香茶树品种的根系活力最高,植株吸收养分的能力最强,而惠明茶1号根系活力最低;与碧早香相比,惠明茶1号在生根后10、20、30、40 d根系活力依次降低9.67、9.56、7.04、4.05 µg/(g·h),福鼎大白的根系活力较强,平均活力为118.36 µg/(g·h),与碧早香的平均根系活力相差4.94 µg/(g·h)。可见,根系活力的变化规律与茶树品种的生长发育相关,生根后30 d不同茶树品种的根系活力出现高峰期,随后根系活力开始降低,4个茶树品种的根系吸收利用高峰期基本一致。
3 讨论
早期人们对根系的研究不够重视,认为良好的物理条件可以通过精细的耕作而得到,从而很少注意根系的生长状况,在气雾环境下营养液物质供给插穗生根,提高茶树短枝扦插的成活率和生长势,间接提升了插穗的形态和生理特征。周顺珍等[16]研究发现,基质扦插茶苗的生根率达到83%以上,牛素贞等[17]研究发现,茶树扦插成活率达到90%以上,而本研究发现气雾栽培的短枝扦插成活率均在96%以上,与周顺珍研究相比提高13%,与牛素贞研究相比提高6%。本研究结果表明,不同茶树品种根系的投影面积、表面积、体积和平均直径在气雾栽培条件下均达到差异显著水平（P˂0.05）,表型能力的强弱直接反映了不同茶树品种生长势的高低。于海业等[18]研究发现,气雾栽培条件下生菜的根系表面积、体积和平均直径等形态学参数均达到差异显著水平,与本研究结果一致。植株叶片的叶绿素SPAD值能够反映出光合作用的强弱,以及营养液中氮素的供给状况[19],王丽鸳等[20]研究发现不同茶树品种的叶绿素SPAD值存在显著差异,与本研究结果基本一致。本研究发现,气雾栽培条件下不同茶树品种的全株鲜重、株高、主根长度、茎干长度和着叶数的相对增长量均呈逐渐增加的趋势,且表现为碧早香>福鼎大白>丽早香>惠明茶1号,说明在气雾环境下植株的根系能有效吸收营养液中的养分,充分发挥了根系的能量运输功能,促使根系吸收的水分和养分能有效的供给植株的叶片。
气雾栽培条件下茶树根系活力与阳离子交换量差异,通过根系活力指标的测定反映气雾栽培条件下根系生长健康状况、营养状况和产量水平的差异,本研究结果表明,根系活力的变化规律与茶树品种的生长发育相关,生根后30 d不同茶树品种的根系活力出现高峰期,气雾栽培条件下茶树的平均根系活力为116.87 µg/(g•h),而陈栋等[21]研究的茶树平均根系活力为108.17 µg/(g•h),相比本研究的平均根系活力减少了8.7 µg/(g•h)。通过研究反映叶片、根系生长势和吸收能力在形态和生理特征上的差异,有助于在茶树设施栽培优劣上做出探讨,进一步认识气雾栽培对茶树生长势和根系吸收能力的差异,为茶树扦插育苗技术的改良和新技术的应用提供科学理论依据,对气雾栽培效果和应用具有重要意义。