Impacts of Cultivation Methods on Growth of Canna glauca

GAODi, LIUXianbin, ZHOUJueding, PENGXinxin, LIUQiaogang

PDF(1284 KB)
PDF(1284 KB)
Chinese Agricultural Science Bulletin ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (28) : 57-66. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0069

Impacts of Cultivation Methods on Growth of Canna glauca

Author information +
History +

Abstract

The paper aims to explore the possibility of maximizing various functions of Canna glauca by different cultivation methods. This study took C. glauca as the research object and simulated a growth environment similar to in situ as the control, established seven different cultivation methods including control, soil+ nutrient solution, soil+ water, substrate+ nutrient solution, substrate+ water, nutrient solution, and water. Seedlings were prepared by seed germination method, and were cultivated and managed artificially for 6 months. Plant vegetative growth (plant height, root length, tiller number, and leaf number of the highest tiller), reproductive growth (inflorescence number, ornamental period of inflorescence, numbers of mature capsule and seed), and the accumulation and allocation patterns of primary production among different plant organs (total plant production, aboveground production, underground production, production of reproductive organs) were investigated. The investigated data showed that all the data mentioned above reached their maximum or highest value with the cultivation method of nutrient solution, respectively reached their secondary maximum or highest value with the cultivation method of substrate + nutrient solution, and all respectively decreased to their minimum or lowest value with the cultivation method of water, in which the growth of C. glauca was the weakest and even the phenomenon of necrosis of growth points at the stem tip occurred in the later experimental stage. The results of data analyses showed that all the investigated data mentioned above increased and reached the significant level with the cultivation method of nutrient solution and decreased and reached the statistically significant level with the cultivation method of water than those in control. This study demonstrates that the cultivation method of nutrient solution not only satisfies the hydroponic nature of C. glauca, but also provides all the sufficient and balanced nutrient elements, which is most suitable for the growth of C. glauca. It is the preferred cultivation method for C. glauca as fresh cut flowers and potted flowers in the future.

Key words

Canna glauca / Hoagland standard nutrient solution / mixed substrates / vegetative growth / reproductive growth / biomass allocation / emergent plant / water purification

Cite this article

Download Citations
GAO Di , LIU Xianbin , ZHOU Jueding , PENG Xinxin , LIU Qiaogang. Impacts of Cultivation Methods on Growth of Canna glauca. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2024, 40(28): 57-66 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0069

0 引言

美人蕉是美人蕉科美人蕉属多年生草本植物,原产于中美洲、南美洲、西印度群岛和墨西哥等地,南美洲的秘鲁和苏里南等地是美人蕉科植物的起源中心,现作为观赏绿化、生态修复和经济药用等多功能植物广泛分布于全球温带、热带和亚热带地区[1-3]。在温带地区,美人蕉植株地上部器官春夏生长而秋冬枯萎、地下部根茎宿存,在热带和亚热带地区则属常绿植物。美人蕉科植物对生长环境条件要求不严格,易于引种栽培,繁殖生长速度快,变异花型和花色多样,叶片和花序均可作为观赏器官,所以现阶段在园林绿化和美化造景等方面运用相对较多。经过长期自然杂交和人工选育,目前在园林绿化和美化造景中大面积栽培使用的美人蕉品种包括美人蕉(Canna indica)、粉美人蕉(C. glauca)、柔瓣美人蕉(C. flaccida)、鸢尾美人蕉(C. iridiflora)、紫叶美人蕉(C. warscowiczii)等,分为5个种、6个品种群及66个品种[4-6]。其中,作为挺水植物而广泛栽培的水生美人蕉是由粉美人蕉和柔瓣美人蕉等亲本杂交形成,株型高大,花径大、花色多、花序稠密、花期长,根状茎细小、节间延长,耐长期水淹,在20 cm左右深的水中能正常生长发育,不仅与香根草(Chrysopogon zizanioides)、风车草(Cyperus involucratus)、菖蒲(Acorus calamus)、芦苇(Phragmites australis)和再力花(Thalia dealbata)等挺水植物一样具有净水治污功能,而且对空气和水体中的硫、氯、氟、汞等元素有一定的抗性和吸收能力,经常作为城市和重工业污染水体治理和室内空气净化植物进行栽培[7-10]
水生美人蕉除了作为园林绿化造景在湖泊等水体浅水区与其他种类挺水植物和浮水植物组合造景栽培外,基质栽培和营养液栽培置于室内作为常绿观赏植物也是未来的一个重要发展方向。在园林造景过程中,人造湖泊湖底多为心土层或底土层,土壤有机质和矿质养分含量低,土壤理化性状差,往往造成前期栽培的美人蕉植株生长状况不良、观赏效果差,后期心土层或底土层经过多年腐熟和改良之后情况才会逐渐有所好转[11-13]。不同种类基质的理化性状不同,比如田园土、有机土、各种腐熟作物秸秆、珍珠岩或蛭石、草炭等,对美人蕉植株营养生长和生殖生长的影响差异也较大,实际生产过程中经常使用各类混合基质,扬长避短,满足植株生长需求[14-15]。水生美人蕉虽然有一定的固定化学元素和净化治污功能,但城市污水和工业废水化学元素种类少且比例严重失衡,导致美人蕉植株生长不良,表现出各种元素中毒或缺素症状,一定程度上可作为指示植物栽培[16-18]。此外,水生美人蕉在营养液栽培条件下生长速度快、叶片和花序颜色鲜亮、根系毛根数量多,其地上部的茎叶花和营养液中的白色根系同样可以作为观赏器官美化环境,已经成为室内水培花卉的新宠[19-21]
本研究以水生美人蕉为研究对象,设置7种不同栽培方式,种子育苗至3片真叶后移栽,人工栽培管理6个月后调查测定美人蕉植株的营养器官生长、繁殖器官生长和植株各器官间生物量积累分配情况,对比7种栽培条件下美人蕉植株的生长情况,探讨各种栽培方式的优缺点,以期在实际生产过程中根据水生美人蕉植株不同种类功能价值而采用相对应的栽培方式,提高其绿化观赏价值和经济药用价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究采用种子繁殖的方式进行。2022年9—10月于玉溪师范学院本部校区山顶悠悠湖南侧浅水区水生美人蕉植株集中分布区域挑选长势良好的植株个体,采集、挑选种壳颜色相近且大小一致的成熟种子并保存,同时采集湖底淤泥作为栽培介质,备用;2023年3月上旬,于玉溪市中心城区植物园原始森林分布区域中心位置采集50 cm以下深处原生土,过20目筛,作为栽培介质,备用;同年3月下旬开始育苗,分别用上述采集的湖底淤泥、森林原生土和定植杯+岩棉块育苗,育苗过程中用平时收集的雨水浇灌。育苗场所在玉溪师范学院化学生物与环境学院农学专业实训温室,育苗周期为20 d,待大部分幼苗第3片真叶出现时统一移栽。

1.2 试验设计

人工栽培管理美人蕉植株生长周期为2023年4月底—10月底,共计6个月,在多功能日光玻璃温室内操作完成。共设置对照、土壤+营养液、土壤+水、基质+营养液、基质+水、营养液、水7种栽培方式(表1)。同步标注悠悠湖南侧浅水区美人蕉种群集中生长区域个体植株,全程监测其生长情况,与对照植株生长情况进行对比,增加研究结果可信度。室外自然条件下,美人蕉植株根系主要分布在0~20 cm的浅层淤泥中,所以对照采集的也是湖底同等深度的淤泥作为栽培介质,采集淤泥过程中采取垂直成块采集、搬运、装盆的方式,尽量降低对淤泥土层顺序的破坏程度。在距离悠悠湖500 m左右的原始森林中心区域垂直挖掘采集50 cm以下深处土壤作为栽培介质,原因是其土壤质地、养分组成和理化性状与同深度的悠悠湖湖底泥土类似。本研究进行过程中用到的水均为2022年雨季采集的雨水,也是悠悠湖中湖水的主要来源。基质为混合基质,蛭石、草炭和有机土等体积混合。营养液采用改良版标准Hoagland营养液配方进行配制,最后用1 mol/L的HCl和NaOH溶液调整营养液在pH 6.5~7.5范围内,现配现用,防止放置时间过长而导致部分养分元素失效[22-25]。所有试验处理栽培盆采用直筒状不透水陶瓷盆,壁厚2.5 cm、高40 cm。营养液和水2种栽培方式采用塑料泡沫定植板、硬塑料定植杯和岩棉块固定植株,塑料泡沫定植板厚3 cm,定植杯高度和内径均为10 cm,配套岩棉块。营养液栽培条件下的美人蕉植株后期用内径2 cm、高100 cm的PVC管进行固定支撑,防止植株株高过高而出现倒伏现象。
表1 7种栽培方式
序号 栽培方式 实验处理
1 对照 以学校本部校园山顶悠悠湖浅水区美人蕉植株集中分布且长势良好区域湖底0~20 cm淤泥为栽培介质,日常管理浇灌雨水。栽培盆内淤泥深度20 cm。栽培过程中保证植株根部一直处于浸水状态,浸水深度10 cm,尽量接近其在悠悠湖浅水区自然生长的状态
2 土壤+营养液 以学校本部校园山顶玉溪市城中心植物园原始森林分布中心区域50 cm以下深处原生土为栽培介质,pH 5.3~5.8,土壤有机质含量18.22~24.25 g/kg,土壤微生物量碳含量0.11~0.13 g/kg,土壤微生物量氮含量0.02~0.3 g/kg,土壤全氮含量0.08%~0.09%,土壤全磷含量0.01%~0.02%。栽培盆内土壤深度20 cm,与对照保持一致。利用改良版标准Hoagland营养液浇灌植株,前2个月每4周浇灌1次营养液,中间2个月每2周浇灌1次营养液,后期每周浇灌1次营养液,其余时间视栽培盆内液面减少情况及时浇灌雨水。保证植株根部一直处于浸水状态,浸水深度10 cm,尽量与对照植株栽培条件保持一致
3 土壤+水 以学校本部校园山顶玉溪市城中心植物园原始森林分布中心区域50 cm以下深处原生土为栽培介质,pH 5.3~5.8,土壤有机质含量18.22~24.25 g/kg,土壤微生物量碳含量0.11~0.13 g/kg,土壤微生物量氮含量0.02~0.3 g/kg,土壤全氮含量0.08%~0.09%,土壤全磷含量0.01%~0.02%。栽培盆内土壤深度20 cm,与对照保持一致。日常管理浇灌雨水,保证植株根部一直处于浸水状态,浸水深度10 cm,尽量与对照植株栽培条件保持一致
4 基质+营养液 采用混合基质,蛭石、草炭和有机土等体积混合。栽培盆内基质深度20 cm,与对照淤泥深度保持一致。利用改良版标准Hoagland营养液浇灌植株,前2个月每4周浇灌1次营养液,中间2个月每2周浇灌1次营养液,后期每周浇灌1次营养液,其余时间视栽培盆内液面减少情况及时浇灌雨水。保证植株根部一直处于浸水状态,浸水深度10 cm,尽量与对照植株栽培条件保持一致
5 基质+水 采用混合基质,蛭石、草炭和有机土等体积混合。栽培盆内基质深度20 cm,与对照淤泥深度保持一致。日常管理浇灌雨水,保证植株根部一直处于浸水状态,浸水深度10 cm,尽量与对照植株栽培条件保持一致
6 营养液 采用定植板和定植杯配合营养液栽培的方式,利用改良版标准Hoagland营养液,栽培盆内营养液深度30 cm,与对照液面高度保持一致。定植板下方和营养液液面中间间隔5 cm,保证空气中尽量多氧气通过营养液液面进入营养液中供植物根系呼吸利用。前2个月每4周更换1次营养液,中间2个月每2周更换1次营养液,后期每周更换1次营养液,其余时间视栽培盆内营养液液面降低情况及时补充雨水
7 采用定植板和定植杯配合雨水栽培的方式,栽培盆内雨水深度30 cm,与对照液面高度保持一致。定植板下方和雨水液面中间间隔5 cm,保证空气中尽量多氧气通过雨水液面进入雨水中供植物根系呼吸利用。前2个月每4周更换1次雨水,中间2个月每2周更换1次雨水,后期每周更换1次雨水,其余时间视栽培盆内雨水液面的降低情况及时补充雨水

1.3 数据测定

研究调查数据包括美人蕉植株营养器官生长情况(株高、根长、分蘖数、最高分蘖叶片数)、繁殖器官生长情况(花序数、花序观赏期、成熟蒴果数、成熟种子数)和植株各器官间生物量的累积分配情况(总生物量、植株地上部器官生物量、植株地下部器官生物量和繁殖器官生物量)。虽然实际栽培生产过程中经常使用美人蕉植株的地下茎进行分株繁殖,但其株体主要为地下茎和分蘖,本质上还是属于植株营养器官范畴,所以在本研究中仍然将其归类为植株营养器官进行调查。本研究中所调查的美人蕉植株繁殖器官数据包括花序数、花序观赏期、成熟蒴果数和种子数;其中,花序观赏期定义为从一个花序中1/3的小花开放而开始具有一定的观赏效果至2/3的小花凋谢使其失去观赏效果所持续的天数。繁殖器官生物量包括个体植株最高一个茎节以上的所有花梗、花萼、花瓣、蒴果和种子的干重。

1.4 数据处理

本研究开展过程中调查收集的所有数据首先用Excel 2017进行前期初步分析处理,然后用SPSS 24.0软件中的单因素方差分析方法(One-way ANOVA)进行各试验处理数据的统计学分析和显著性比较,最后用Excel 2003办公软件作图。

2 结果与分析

2.1 植株营养器官生长情况

美人蕉植株的株高、根长、分蘖数和最高分蘖叶片数4项数据均在营养液栽培条件下达到最大值,分别为(184.36±12.26) cm、(92.53±7.82) cm、(35±5)株和(17±3)片;在水栽培条件下均降低到最低值,分别为(12.33±3.26) cm、(9.33±3.45) cm、(2±1)株和(3±1)片;在其他5种栽培条件下变化情况不一致(图1)。对照中的美人蕉植株长势比校园悠悠湖浅水区原位植株个体长势稍好,植株粗壮,株型较高,叶片面积大,根系嫩白色且质地较脆,分蘖数量多。与对照的美人蕉植株相比,土壤+营养液栽培条件下的美人蕉植株虽然叶片颜色浓绿,但个体株高、根长、分蘖数和最高分蘖叶片数4项数据均没有显著差异;土壤+水栽培条件下美人蕉植株株高较矮、根系纤弱且根毛少、分蘖顶尖黄白色、叶片平均面积小且颜色发黄,整体长势弱;基质+营养液栽培条件下的美人蕉植株整体呈向上生长趋势,茎秆粗壮且柔韧性好,叶片颜色浓绿且寿命长,根系颜色嫩白且根毛多,分蘖数量多且茎基粗壮;基质+水栽培条件下的美人蕉植株整体长势虽然比土壤+水栽培条件下的美人蕉植株好,但明显比土壤+营养液和基质+营养液2种栽培条件下的美人蕉植株长势弱;营养液栽培条件下的美人蕉植株个体茎基粗壮以至于部分叶鞘基部被撑破,节间长,分蘖数量多,根系庞大、粗壮、嫩白色且根毛多,添加或更换营养液过程中经常在营养液液面漂浮大量断裂的根尖;水栽培条件下的美人蕉植株个体矮小,通体呈黄绿色,叶片柔弱且寿命短,分蘖少,根系发黄且后期有部分根尖发黑坏死。
图1 栽培方式对美人蕉植株营养器官生长的影响

不同小写字母表示数据统计学差异达0.05显著水平,下同

Full size|PPT slide

2.2 植株繁殖器官生长情况

与上述植株营养器官生长情况一致,美人蕉植株的花序数、花序观赏期、成熟蒴果数和种子数等4项繁殖器官生长数据均在营养液栽培条件下达到最大值,分别为(18±3)个、(32±4) d、(73±13)个和(258±28)颗;在水栽培条件下均降低到最低值,分别为(1±1)个、(12±2) d、0个和0颗;在其他5种栽培条件下变化情况不一致(图2)。与校园悠悠湖浅水区原位植株的繁殖器官生长情况相比,对照中的美人蕉植株不仅花序数量多、每个花序中的小花数量多、花冠冠幅大、花期长,且成熟蒴果和种子数量明显较多。与对照中美人蕉植株的繁殖器官生长情况相比,除成熟蒴果数量和种子数量外,土壤+营养液和基质+营养液2种不同栽培条件下美人蕉植株的花序数和花序观赏期均没有明显差异;土壤+水栽培条件下的美人蕉植株花序数量少,每个花序中的小花数量少、花冠冠幅小、花瓣浅红色、花期短,成熟的蒴果数和种子数少,每个蒴果中包含的种子数少,多数种子外壳颜色发灰,种子千粒重小;基质+水栽培条件下的美人蕉植株,虽然花序观赏期没有明显变化,但花序数和每个花序中的小花数、成熟蒴果数和种子数明显比对照中的美人蕉植株数量少,且花梗细短,花萼包被小花数量多,少数花序弯曲变形,观赏效果差;营养液栽培条件下的美人蕉植株现花时间短、花序数多、每个花序中的小花数多、花冠冠幅大、花型多样、花期长、花色正、观赏效果好,成熟蒴果数和种子数多,每个蒴果中的种子数多,种子外壳厚、质地坚硬、颜色亮黑,千粒重大;水栽培条件下的美人蕉植株繁殖器官长势最差,不仅花序数少,每个花序中的小花数少,多数小花包被在萼片中没有开放,在整个研究期间没有成熟的蒴果和种子产生。
图2 栽培方式对美人蕉植株繁殖器官生长的影响

Full size|PPT slide

2.3 植株生物量分配

美人蕉植株总生物量、地上部生物量、地下部生物量和繁殖器官生物量4项数据均在营养液栽培条件下达到最大值,分别为(769.94±68.30)、(459.98±41.33)、(310.94±35.66)、(135.92±13.08) g;在水栽培条件下均减少到最小值,分别为(12.03±3.04)、(8.13±2.04)、(4.06±1.13)、(1.33±0.21) g;在其他5种栽培条件下变化情况不一致(图3)。由于校园悠悠湖浅水区原位生长区域美人蕉植株多年生且为单一植物种群分布,不能明显区分出由同一粒种子发芽和生长发育的植株,所以没有对自然原位生长的美人蕉植株进行生物量观察和测定。与对照中的美人蕉植株生物量相比,土壤+营养液栽培条件下的美人蕉植株地上部生物量和繁殖器官生物量没有显著差异,两者的主要差异体现在地下部生物量以及由其导致的总生物量有所差异;土壤+水栽培条件下的美人蕉植株上述4项数据均较低,主要是由于地上部植株矮小,地下部根系不发达,繁殖器官生长量小;基质+营养液栽培条件下美人蕉植株上述4项数据仅次于营养液栽培,植株不仅茎叶和根系等营养器官生长状况良好、累积生物量大,而且分配到繁殖器官的生物量也较多,保证了种群的繁衍和延续;基质+水栽培条件下美人蕉植株的总生物量、地上部生物量和繁殖器官生物量3项数据与土壤+水栽培条件下的美人蕉植株差异不明显,但地下部根系生物量较土壤+水栽培条件下的高,说明基质+水栽培条件更利于美人蕉植株地下部根系的生长和生物量的积累;营养液栽培条件下美人蕉植株生长繁茂,不仅地上部茎叶和繁殖器官生长量大,营养液中的根系也布满了整个栽培盆,后期需要每天调整营养液量,同时单靠定植板和定植杯已经不能支撑地上部茎叶和繁殖器官的正常生长,需要PVC管支架支撑;水栽培条件下的美人蕉植株长势弱,植株体纤维含量低,上述4项数据均处于最低水平。
图3 栽培方式对美人蕉植株生物量累积分配的影响

Full size|PPT slide

从美人蕉植株体各器官生物量分配角度分析,水栽培条件下茎叶生物量、地上部生物量和营养器官生物量分别占植株总生物量的比例最高(表2),分别达到(56.35±2.01)%、(67.60±1.13)%、(88.76±1.13)%,说明水栽培条件下有限的养分元素优先供应茎叶等营养器官,保证植株体地上部进行光合作用器官的生长,以便合成更多光合产物供植物体生长需要;营养液栽培条件下花序、果实和种子等繁殖器官的生物量占总生物量的比例最高,达到了(17.65±0.13)%,说明Hoagland标准营养液比较适合美人蕉植株生长,同时营养液栽培条件下各养分元素供应充足,美人蕉植株生长过程中供应给繁殖器官的物质和能量较多;基质+水和土壤+水2种栽培条件下地下部根系生物量占植株总生物量的比例最高,达到了54%左右,说明当地下部供应给美人蕉植株生长的养分元素受限时,植株生长需要更多养分元素,根系生长速度快、生物量大,可以有更多的表面积吸收养分元素供应地上部生长;基质+营养液和土壤+营养液2种栽培条件下美人蕉植株地上部生物量占总生物量的比例较大,达到了64%左右,说明虽然营养液可以提供给美人蕉植株生长所需要的足够养分元素,但地下部的土壤和基质在根系生长过程中产生了一定阻力,限制了植物根系的生长,却可以满足地上部营养器官和繁殖器官的生长需求。
表2 美人蕉植株营养器官和繁殖器官的生物量分配比例 %
项目 对照 土壤+营养液 土壤+水 基质+营养液 基质+水 营养液
茎叶生物量/总生物量 51.94±2.16b 50.03±4.27b 35.01±2.56d 49.51±1.64b 35.68±4.17d 42.09±1.65c 56.35±2.01a
繁殖器官生物量/总生物量 13.09±0.24c 15.73±0.75b 12.25±1.52d 12.85±0.74d 9.59±0.71e 17.65±0.13a 11.24±1.13d
地上部生物量/总生物量 65.04±1.91a 65.77±2.03a 47.26±3.08c 62.36±2.38ab 45.27±3.46c 59.74±1.68b 67.60±1.13a
地下部根系生物量/总生物量 34.96±1.71c 33.81±1.96c 52.54±1.39a 37.66±1.79b 56.04±4.02a 40.32±1.06b 33.59±1.93c
营养器官生物量/总生物量 86.91±0.24ab 84.27±0.75b 87.75±1.52a 87.15±0.74a 90.41±0.71a 82.35±0.13c 88.76±1.13a
注:同行不同小写字母表示数据统计学差异达0.05显著水平。

2.4 数据统计分析

6种不同栽培条件下美人蕉植株营养器官、繁殖器官和生物量分别与对照中的美人蕉植株相比,水栽培条件下上述3组数据(即12项数据)均达到了统计学上的显著水平(表3),且均比对照中美人蕉植株相对应的数据小,说明单靠降水中的养分元素完全不能满足美人蕉植株的正常生长;而营养液栽培中的美人蕉植株上述数据又均比对照中的植株数据显著增大/高,说明Hoagland标准营养液配方完全能够满足美人蕉植株的生长;基质+水和土壤+水2种栽培条件下美人蕉植株的生物量和繁殖器官各项数据均显著低于/少于对照中的植株数据,而植株营养器官数据则没有明显差异,说明基质和土壤中含有的营养元素不能满足美人蕉植株的正常生长,且有限的养分元素优先供应地上部植株营养器官的建成;基质+营养液栽培条件下除花序数、花序观赏期和最高分蘖叶片数3项数据外,其他所有数据与对照植株相比均达到了统计学上的显著差异性,说明基质+营养液栽培条件比较适合美人蕉植株的生长;而土壤+营养液栽培条件下美人蕉植株生长情况与对照差异只表现在地下部根系生物量方面,说明未经腐熟的土壤不利于美人蕉植株根系的生长发育。
表3 6种不同栽培方式对美人蕉植株影响的显著性比较(P值)
项目 土壤+营养液 土壤+水 基质+营养液 基质+水 营养液
营养器官 株高 0.085 0.002 0.006 0.091 0.001 <0.000
根长 0.103 0.006 0.050 0.011 0.004 <0.000
分蘖数 0.357 0.391 0.023 0.656 0.002 0.019
最高分蘖叶片数 0.573 0.288 0.288 0.288 0.045 0.003
繁殖器官 花序数 0.656 0.044 0.391 0.046 0.015 0.019
花序观赏期 0.989 0.046 0.423 0.300 0.044 0.032
成熟蒴果数 0.617 0.002 0.024 0.009 0.004 <0.000
成熟种子数 0.222 0.001 0.041 0.043 0.002 <0.000
生物量 总生物量 0.049 <0.000 0.038 0.001 0.001 <0.000
地上部生物量 0.147 <0.000 0.047 <0.000 0.001 <0.000
地下部生物量 0.043 0.001 0.022 0.002 0.001 <0.000
繁殖器官生物量 0.715 0.001 0.047 0.001 <0.000 <0.000

3 结论

本研究所采用的7种栽培方式中,营养液栽培条件下水生美人蕉植株的营养器官、繁殖器官和植株生物量3组12项数据均显著大/高于对照中美人蕉植株相对应的数据,数据分析统计也达到了显著水平,说明营养液栽培条件能够完全满足美人蕉植株的营养生长和生殖生长,使其处于生长最佳状态;而水栽培条件下的12项数据均属于最小/低值,说明云南地区降雨中的各种化学元素含量低,满足不了美人蕉植株的正常生长发育;基质和土壤中虽然含有一定量的养分元素,但不能完全满足美人蕉植株的正常生长发育,尤其是植株营养体建成和繁殖器官的发育,均明显低/小于营养液栽培条件下的美人蕉植株生长数据;土壤+营养液和基质+营养液2种栽培方式中虽然有营养液提供给美人蕉植株生长的各种养分元素,但在栽培盆体积固定的前提下,基质和土壤占据了栽培盆一定容积,在植株根系生长过程中产生了部分阻力,限制了美人蕉植株根系生长,导致地上部生物量降低,使整株植物生长受限。
研究结果可为后期进一步研究探讨营养液栽培条件下不同种类矿质养分浓度对美人蕉植株营养器官生长、繁殖器官生长和各植株器官间生物量分配规律提供前期实践经验和理论参考。营养液栽培过程中植物地下块茎和块根生长受限甚至腐烂一直是困扰蔬菜、花卉和药用植物栽培生产的难题之一,而揭示营养液栽培条件下美人蕉块根生长的机理有待进一步研究。

4 讨论

从遗传学和植物生理学角度分析,水生美人蕉亲本粉美人蕉和柔瓣美人蕉等原产于南美洲和美国南部等地区,喜全光照、高温度、高湿度、全肥料和疏松肥沃的沙壤土,作为杂交后代的水生美人蕉也保持了这些特性[10,26-27]。云南玉溪地处中国西南部腹地,地理纬度、地形地势和气候条件与中美洲相似,野外自然环境条件基本可以满足美人蕉植株的正常生长发育,这也是玉溪及周边地区广泛采用美人蕉科植物进行城市绿化和园林造景的主要原因之一[28-29]。本研究所采用的7种不同栽培方式中,对照中的淤泥采集自水生美人蕉植株集中生长的湖泊浅水区,灰黑色的淤泥富含有机质,能够满足美人蕉植株的生长发育。土壤+营养液栽培条件中的土壤采集自附近成熟森林生态系统中心的深层原生土,与湖泊底层淤泥中的原生土理化性状相似,而Hoagland标准营养液提供给美人蕉植株生长发育所需的全部养分元素,美人蕉植株除总生物量和地下部根系生物量小于对照中的美人蕉植株外,其他所有数据均与对照中的美人蕉植株没有显著差异,说明与野外自然环境条件下水生美人蕉植株生长情况相比,对照和土壤+营养液2种栽培方式均比较适合美人蕉植株的生长,而未经腐熟的原生土有机质含量低,虽然有营养液提供给美人蕉植株生长所需要的所有矿质养分元素,但不利于根系的生长[30-32]。与之形成鲜明对比的是基质+营养液,除最高分蘖叶片数、花序数和花序观赏期3项数据,其他所有数据均显著高/大于对照中的美人蕉植株生长数据,说明地表下疏松肥沃的基质可以为美人蕉植株根系正常生长提供理想的生长环境,而Hoagland标准营养液又提供给美人蕉植株生长所需的所有矿质养分元素;至于最高分蘖叶片数、花序数和花序观赏期3项数据与对照中的植株生长数据没有显著差异,涉及植物前期营养生长与后期繁殖器官生长之间的物质积累与生长对象转变,更多地取决于植物基因和生理学知识,单靠有限的人工栽培手段难以改变其相关生长特性[33-35]。由于自然生长环境中,美人蕉种群所生长的水域环境中的水源主要来自于降水,所以本研究设置了水栽培、土壤+水和基质+水3种不同栽培方式。受限于地理位置的偏远和地形地势的复杂,长期以来,中国云南地区重工业不发达,社会经济产业主要依靠轻工业、旅游业和服务业,大气污染程度低,干湿沉降物中的各种化学元素含量低,不能满足生长量较大的美人蕉植株,所以本研究中的水栽培条件下美人蕉植株生长的12项调查指标均最小/低;虽然土壤+水和基质+水2种不同栽培方式中土壤和基质分别可以提供少量美人蕉植株生长发育所需的养分元素,但远不能满足其达到生长量最大化的需求[36-38]。处于设计造景的考量,室外悠悠湖浅水区不仅分布有美人蕉种群,而且周边水域还分布有竞争力较强和生长量较大的芦苇、菖蒲和风车草等种群,不仅地下部根系可以与美人蕉植株根系形成有效竞争,而且茂密的地上部还可以对美人蕉植株地上部产生部分遮挡,与之竞争光照、空间等生长资源,这也是对照中的美人蕉植株部分营养器官和繁殖器官数据较悠悠湖浅水区原位美人蕉植株稍好的主要原因。营养液栽培方式中的美人蕉植株12项调查数据均达到7种不同栽培方式中的最大值,原因主要为:(1)水生美人蕉植株本身就适合在浅层淹水条件下生长,营养液栽培只是满足了其植株个体本来生长环境的基本条件而已[19];(2)Hoagland标准营养液包含有美人蕉植株生长所需的各种养分元素;(3)缺少土壤或基质等固体栽培介质,去除了美人蕉植株根系在生长和延展过程中的阻力,更有利于植株根系的生长和对矿质养分的吸收;(4)排除了土壤和基质中微生物的侵染,营养液栽培过程中栽培容器始终没有出现绿藻等浮游植物影响美人蕉植株根系的生长。这些研究结果证明:(1)水生美人蕉植株适合20~30 cm的浅层淹水条件生长,尤其适合营养液栽培;(2)Hoagland标准营养液能够满足水生美人蕉营养生长和生殖生长,且在处理好栽培盆内的温度和光照前提下,营养液不会产生绿藻等浮游生物阻碍美人蕉植株的生长;(3)美人蕉植株生长量大,固肥能力强,在富营养化的湖泊和池塘等水域可利用潜力大,是未来水体净化和美化环境的优势植物种。
由于自然生长环境条件的局限性和多样性以及用途的差异性,诸如新建公园人工湖造景、富营养化湖泊等水体改良和修复、畜牧业饲料栽培生产、鲜切花和盆花栽培生产等,可根据不同栽培生产目的,对水生美人蕉植株的生长环境进行改良,调整其营养生长和生殖生长的时间和比例,控制其地上部植物器官和地下部植物器官的生物量分配比例,充分利用不同种类矿质养分元素在植物生长过程中发挥的不同作用,调整营养液矿质养分元素组成和比例,延长水生美人蕉植株的叶片寿命和花序观赏期,增加花序数量,增大花序花型,充分发挥其观赏效果、生态改良和经济药用价值。

References

[1]
YU Q X, ZHAO T, ZHAO H C, et al. Correlation between inflorescence architecture and floral asymmetry- Evidence from aberrant flowers in Canna L. (Cannaceae)[J]. Plants, 2022, 11(19):2512.
[2]
黄永艺, 包晓鹏, 李成璋, 等. 美人蕉栽培种病虫害综合防治技术[J]. 山东林业科技, 2016, 6:88-91.
[3]
黄国涛. 美人蕉属(Canna)植物引种与品种分类研究[D]. 南京: 南京林业大学, 2005:8-20.
[4]
黄国涛, 欧阳底梅, 向其柏, 等. 美人蕉属品种分类研究[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2005, 4:20-24.
[5]
任国桢, 谢亚红, 崔绪玲. 芍药、美人蕉的引种、品种收集及栽培研究专题报告[J]. 园林科技, 2001, S1:30-44.
[6]
黄国涛, 欧阳底梅, 向其柏, 等. 美人蕉种质资源的RAPD分析[J]. 园艺学报, 2005, 2:273-277.
[7]
孙映波, 梅瑜. 不同水生植物配置对河涌污水的净化效果[J]. 生态环境学报, 2011, 20(6):1123-1126.
[8]
何琦, 曹凤梅, 卢少勇, 等. 挺水植物生物炭对硫丹的吸附及催化水解作用[J]. 中国环境科学, 2018, 3:1126-1132.
[9]
HADAD H R, MUFARREGE M D L M, LUCA G A D, et al. Potential metal phytoremediation in peri-urban wetlands using rooted macrophytes[J]. Ecological engineering, 2022, 182:106734.
[10]
黄国涛, 向其柏, 欧阳底梅, 等. 优美的水生花卉——水生美人蕉[J]. 林业实用技术, 2004, 12:36-37.
[11]
张阿龙, 高瑞忠, 张生. 吉兰泰盐湖盆地土壤铬、汞、砷污染的负荷特征与健康风险评价[J]. 干旱区研究, 2018, 35(5):1057-1067.
[12]
尹继清, 范弢. 滇东南峰林湖盆区土壤理化性质的空间异质性分析[J]. 中国农业科技导报, 2017, 9:117-127.
[13]
KIRKBY M J. A conceptual model for physical and chemical soil profile evolution[J]. Geoderma, 2018, 331:121-130.
[14]
任岩, 张远兵. 腐熟秸秆栽培美人蕉的基质筛选[J]. 安徽科技学院学报, 2017, 6:45-51.
[15]
陈兆贵, 黄雁婷. 不同基质与生长调节剂对大花美人蕉的影响[J]. 广东园林, 2010, 2:61-63.
[16]
牛小磊, 杨夏欣, 王志远, 等. 美人蕉对西安护城河水体净化功能的初步研究[J]. 环境保护科学, 2007, 6:44-46.
[17]
吴诗杰, 陈慧娟, 许小桃, 等. 美人蕉、鸢尾、黄菖蒲和千屈菜对富营养化水体净化效果研究[J]. 安徽大学学报(自然科学版), 2016, 1:98-108.
[18]
李琴, 李海翔, 董堃, 等. 4种湿地植物混合群落净化污染水体的试验[J]. 净水技术, 2022, 41(1):108-114.
[19]
肖月娥. 不同栽培方式对美人蕉生长发育及生理特性的影响[J]. 植物学研究, 2014, 3(4):146-154.
[20]
黄永芳, 杨秋艳, 张太平, 等. 水培条件下两种植物根系分泌特征及其与污染物去除的关系[J]. 生态学杂志, 2014, 2:373-379.
[21]
HWANG J I, WILSON P C. Absorption, translocation, and metabolism of atrazine, carbamazepine, and sulfamethoxazole by the macrophyte Orange King Humbert canna lily (Canna × generalis L.H. Bailey (pro sp.) [glauca × indica])[J]. Environmental science and pollution research, 2023, 30(16):46282-46294.
[22]
CONN S J, GILIHAM M, ATHMAN A. Cell-specific vacuolar calcium storage mediated by CAX1 regulates apoplastic calcium concentration, gas exchange, and plant productivity in Arabidopsis[J]. The plant cell, 2011, 23:240-257.
[23]
罗盼, 周兰英, 高宏梅, 等. 不同营养液水培对蟹爪兰的生长影响[J]. 北方园艺, 2011, 16:86-88.
[24]
SUDIARTO S I A, RENGGAMAN A, CHOI H L. Floating aquatic plants for total nitrogen and phosphorus removal from treated swine wastewater and their biomass characteristics[J]. Journal of environmental management, 2019, 231:763-769.
In this study, the removal of nitrogen and phosphorus from the effluent of treated swine wastewater by Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes, Limnobium laevigatum, and Lemna sp. was investigated. This study also aimed to quantify the potential biomass production and lignocellulosic composition of the floating plants cultured in the effluent. Plants were grown in treated swine wastewater effluent or Hoagland's solution. Pistia stratiotes showed the highest total nitrogen removal of 63.15% from the treated effluent. Lemna sp. showed the highest phosphorus removal of 36.15% from the treated effluent. However, Lemna sp. could not be further utilized because the plants could only be cultured for 13 days. The effluent likely had properties that inhibited the growth and nutrient uptake by the plants; further studies would be required to verify these properties. Pistia stratiotes and Eichhornia crassipes have higher tolerance than Lemna sp. to grow in treated swine wastewater. Eichhornia crassipes produced the highest biomass of 5.19 g dry weight/m/day. Cellulose and lignin contents were higher in the Hoagland's solution treatment when compared with the effluent. However, based on an independent T-test analysis, the cellulose contents of plants grown in different media were not significantly different. Hemicellulose content was significantly different for Pistia stratiotes (p < 0.05). Finally, lignin content was significantly different for Eichhornia crassipes and Lemna sp (p < 0.05). The nutrient composition and available plant nutrients as well as other substances present in the effluent might have influenced the plant cell wall composition.Copyright © 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved.
[25]
周玦玎, 刘宪斌, 高娣, 等. 供钙量对皂质芦荟植株营养生长和生殖生长的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(25):33-41.
研究不同浓度供钙量对芦荟植株营养生长和生殖生长的影响,探讨增加芦荟人工栽培品种用以满足原材料市场需求的可能性。以皂质芦荟为研究对象,采用混合基质+营养液的种植方式,在改良霍格兰营养液配方的基础上设置13个不同浓度钙矿质养分处理,人工栽培皂质芦荟植株4个月,测定植株外部形态、植物生长量和繁殖器官等指标生长数据。试验结果表明,除根长、叶片数量、分蘖数量和花梗数量4项指标外,株高、叶片厚度、最大叶片面积、总生物量、地上部生物量、地下部生物量、繁殖器官生物量、花梗高度、蒴果数量和种子数量等10项数据均在110%钙浓度处理中达到最大值;次最大值出现在100%和120% 2个处理中;在0%和500% 2个处理中上述所有测定数据指标均最小。生物量数据显示,地上部器官生物量所占比重最大,繁殖器官次之,地下器官生物量最小。研究证明,皂质芦荟属于适钙植物,11 mmol/L Ca<sup>2+</sup>浓度霍格兰营养液配方最适合其植株生长发育。
[26]
SIBIYA M S, JOHNSON S D, NANNI I. Assessment of reproductive traits in naturalized populations of Canna indica L. and Canna glauca L. in South Africa[J]. South African journal of botany, 2016, 103:349.
[27]
CALHEIROS C S C, PEREIRA S I A, BRIX H, et al. Assessment of culturable bacterial endophytic communities colonizing Canna flaccida inhabiting a wastewater treatment constructed wetland[J]. Ecological engineering, 2017, 98:418-426.
[28]
SUN H Z, WANG J Y, XIONG J N, et al. Vegetation change and its response to climate change in Yunnan province, China[J]. Advances in meteorology, 2021, 2021(Pt.1):8857589.
[29]
YAN W B, HE Y L, CAI Y, et al. Relationship between extreme climate indices and spatiotemporal changes of vegetation on Yunnan Plateau from 1982 to 2019[J]. Global ecology and conservation, 2021, 31:e01813.
[30]
LIU X B, LI Y, KONG L Q, et al. Roots, litter, and seasonal drought together inhibit plant growth in the herbaceous layer in a subtropical moist forest of southwestern China[J]. Forests, 2023, 14:712.
[31]
李丽辉, 汤沛, 杨天仪. 云南省滇池—抚仙湖地区土壤地球化学背景及元素分布特征[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2017(S2):357-370.
[32]
LIU X B, ZOU X M, CAO M, et al. Organic carbon storage and 14C apparent age of upland and riparian soils in a montane subtropical moist forest of southwestern China[J]. Forests, 2020, 11:645.
[33]
LATUNE R L, LAPORTE-DAUBE O, FINA N, et al. Which plants are needed for a French vertical-flow constructed wetland under a tropical climate?[J]. Water science & technology, 2017, 75(8):1873-1881.
[34]
方源, 谢培, 谭林, 等. 生境对挺水植物生长的影响及其反馈作用机制综述[J]. 生态学杂志, 2021, 40(8):2610-2619.
[35]
YU Q X, TIAN X Y, LIN C J, et al. Expression and function studies of CYC/TB1-like genes in the asymmetric flower Canna (Cannaceae, Zingiberales)[J]. Frontiers in plant science, 2020, 11:580576.
[36]
JIANG W G, DEGN Y, TANG Z H, et al. Adaptive capacity of mountainous rural communities under restructuring to geological disasters: The case of Yunnan province[J]. Journal of rural studies, 2016, 47(B):622-629.
[37]
XU W, LUO X S, PAN Y P, et al. Quantifying atmospheric nitrogen deposition through a nationwide monitoring network across China[J]. Atmospheric chemistry and physics, 2015, 15(21):12345-12360.
[38]
涂枫卿, 崔一楠. 三线建设与云南城镇发展[J]. 学术探索, 2019, 12:120-128.
Share on Mendeley
PDF(1284 KB)

Accesses

Citation

Detail

Sections
Recommended

/