草莓(Fragaria×ananassa Duch.)是日常生活中人们最喜爱的水果之一,具有极好的口感和营养价值。长期的农业实践表明,草莓的种植离不开大量的化肥和农药,这不仅造成了农业生态环境的严重破坏,还在一定程度上对草莓的食用造成了安全隐患。大量的研究显示,氢气(Hydrogen,H2)作为一种环境友好型、绿色及低碳的气体信号分子,不仅可以促进植物的生长发育,提高植物对非生物胁迫的抗性,对农作物产量的提高以及营养品质的改善也具有一定作用。
在大田实践中,氢气一般通过电解富氢水(Hydrogen-rich water,HRW)的形式对植物发挥作用,但电解HRW存在逸散快及半衰期短等弊端,在大规模的种植过程中存在作用时间短等问题,从而限制了氢气植物学效应的发挥。而纳米气泡是指直径小于1000 nm的气泡,纳米气泡技术与氢气结合所形成的纳米气泡氢水(Nanobubble hydrogen-rich water,Nano-HRW)与经典的电解HRW相比具有浓度高及存留时间长的特点,可持续的发挥氢气的生物学效应。但上述研究仅停留在实验室阶段,在大田实践中的应用少有报道。针对上述问题,本论文选择上海青浦(土壤培养草莓)及浙江建德(基质培养草莓)两地的草莓大棚尝试基于氢气的富氢水实践探索:首先在上海青浦草莓大棚通过灌溉HRW和Nano-HRW,探究两者对于草莓产量及品质的作用,发现与灌溉地表水(Surface water,SW)相比,HRW和Nano-HRW对于草莓营养品质的改善及产量的提高均有一定的作用,且Nano-HRW对于草莓的增产更加明显。在浙江建德草莓大棚探究了不同浓度的Nano-HRW对于草莓产量及品质的影响,发现不同浓度的Nano-HRW同样也改善了草莓的品质,提高了草莓的产量。主要实践研究结果如下:与灌溉SW相比,在无化肥和有化肥条件下,HRW和Nano-HRW均可通过增加葡萄糖、果糖及蔗糖等积累,增加草莓可溶性糖含量(在无化肥/有化肥条件下,与灌溉SW相比,灌溉HRW,增加16.65%/16.44%,灌溉Nano-HRW,增加25.61%/28.18%),提高糖酸比,从而提高草莓甜度;上述两种氢水在无化肥和有化肥条件下也可提高草莓单株产量(在无化肥/有化肥条件下,灌溉HRW,增加15.7%/20.0%,灌溉Nano-HRW,增加70.4%/59.5%)和草莓中可溶性蛋白、抗坏血酸(在无化肥/有化肥条件下,灌溉HRW,增加6.79%/14.06%,灌溉Nano-HRW,增加4.21%/9.70%)、总酚及类黄酮等营养物质含量,其中,Nano-HRW对于草莓的增产作用更加明显,而HRW则可更好的改善草莓的品质。此外,与在有化肥条件下相比,灌溉Nano-HRW对于产量的提高在营养条件较差的无化肥条件下更加明显。基于以上结果,又进一步使用低浓度纳米气泡氢水(Low concentration of Nanobubble hydrogen-rich water,L Nano-HRW,500-700 ppb)及高浓度纳米气泡氢水(High concentration of Nanobubble hydrogen-rich water,H Nano-HRW,900-1200 ppb)对基质培养的草莓进行浇灌。与上述结果类似,在无化肥和有化肥两种施肥水平下,与灌溉SW相比,L Nano-HRW和H Nano-HRW均可通过增加葡萄糖、果糖及蔗糖等积累,增加草莓可溶性糖含量(在无化肥/有化肥条件下,灌溉L Nano-HRW,增加8.00%/6.99%,灌溉H Nano-HRW,增加20.59%/21.10%),提高糖酸比,从而改善其甜度;同样,灌溉不同浓度的Nano-HRW也可提高草莓的单株产量(在无化肥/有化肥条件下,灌溉L Nano-HRW,增加8.84%/7.06%,灌溉H Nano-HRW,增加15.42%/8.91%)和可溶性蛋白、抗坏血酸(在无化肥/有化肥条件下,灌溉L Nano-HRW,增加13.34%/3.60%,灌溉H Nano-HRW,增加16.59%/4.83%)、总酚及类黄酮等营养物质含量,并且灌溉H Nano-HRW效果更加明显,另外,灌溉L/H Nano-HRW可降低基质草莓的坏果率(在有化肥条件下,降低43.3%/43.3%),并可延长草莓货架期。重要的是,在营养条件较差的无化肥条件下上述两种浓度的Nano-HRW对于草莓的增产较有化肥条件更加明显。
综上所述,经过多地、多种栽培形式(土壤和基质)的草莓大田实践发现,浇灌HRW和Nano-HRW均可改善草莓的品质,提高草莓的产量,HRW对于草莓品质的改善作用更加明显,而Nano-HRW的增产作用则更加明显。对于不同浓度的Nano-HRW而言,灌溉L/H Nano-HRW同样对草莓的品质和产量均具有正向作用,且H Nano-HRW的效果更加明显。另外,与灌溉SW相比,Nano-HRW灌溉的草莓在基质栽培条件下,展现出降低坏果率及延长货架期的潜力。
