番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)和草莓(Fragaria ananassa Duch.)作为生活中最常见的两种水果,因其丰富的营养价值和特殊风味而备受人们喜爱。在现有的栽培模式下,人们为了追求更高的经济效益,会在番茄和草莓种植过程中长期施用大量的农药和化肥,在提高产量的同时,番茄和草莓的品质不断下降,严重时还会造成生态环境恶化和威胁人类身体健康。氢气(Hydrogen,H2)是一种清洁、高效的环境友好型气体,近年来大量研究证实,其可作为生物气体信号分子参与植物生理调控和信号转导,在促进植物生长发育、缓解逆境胁迫和增加作物产量并改善营养品质等方面发挥出重要的生物学功能。
目前,H2主要以富氢水(Hydrogen-rich water)的形式在植物中发挥其生物学效应,可被用于促进黄瓜外植体不定根发生、缓解盐胁迫下水稻种子的萌发抑制、促进番茄幼苗侧根形成等的实验,但H2这种广泛的生物学效应仅被运用在实验室研究,缺乏在农业大田中的实践。针对上述问题,本论文首先通过浇灌富氢水,探究其对于上海青浦大棚番茄生长性能、产量和果实品质上的作用,发现与浇灌地表水相比,富氢水在有化肥和无化肥这两种施肥条件下对促进番茄植株生长、提高番茄产量和改善营养品质均具有一定的作用。接着为了验证上述试验中富氢水的应用效果,进一步将富氢水用于江苏句容大棚草莓灌溉,同样发现富氢水可以增加草莓的产量并改善果实的营养品质。
主要实践研究结果如下:(1)与浇灌地表水相比,富氢水可以增加番茄植株的株高和茎粗,促进番茄定植后的生长发育;此外,浇灌富氢水可以促进番茄果实成熟过程中葡萄糖、果糖和蔗糖的积累,且在无化肥时富氢水的提高作用更加显著,与浇灌地表水相比,富氢水在无化肥条件下可使可溶性糖含量提高12.8%、糖酸比提高15.3%,从而提升番茄口感和风味;同时,无化肥条件下富氢水使番茄中抗坏血酸含量提高14.3%、番茄红素含量提高29.9%,进而改善营养品质;此外,在有化肥和无化肥两种施肥水平下富氢水都可以提高番茄产量,分别为3446.7 kg/667 m2和3164.0 kg/667 m2,其中,富氢水在无化肥条件下对番茄的增产效果更加显著,增产40.9%。(2)基于以上结果,通过浇灌富氢水进一步验证其对大棚草莓产量和品质的影响。试验结果显示,与浇灌地表水相比,富氢水可以通过增加草莓果实中葡萄糖、果糖和蔗糖的积累,同样在无化肥时富氢水的提高作用更加显著,与浇灌地表水相比,富氢水在无化肥条件下可使可溶性糖含量提高12.8%、糖酸比提高15.3%,从而提升草莓口感和风味;同时,无化肥条件下富氢水还使草莓中可溶性蛋白含量提高14.3%、抗坏血酸含量提高15.7%、总酚含量提高14.5%及类黄酮含量提高8.9%,进而改善营养品质;此外,在有化肥和无化肥两种施肥水平下富氢水都可以提高草莓单株产量,分别为47.7 g/株和40.3 g/株,其中,富氢水在无化肥条件下对草莓的增产效果更加显著,增产18.2%。综上所述,以不同地点的大棚番茄和草莓为试验对象,浇灌富氢水均可以提高两者的产量并改善营养品质;此外,在无化肥条件下富氢水对两者的产量增加效果更加明显;对富氢水在农业生产上的运用具有一定的指导意义。
