草莓(Fragaria×ananassa Duch.)是日常生活中人們最喜愛的水果之一,具有極好的口感和營養(yǎng)價值。長期的農業(yè)實踐表明,草莓的種植離不開大量的化肥和農藥,這不僅造成了農業(yè)生態(tài)環(huán)境的嚴重破壞,還在一定程度上對草莓的食用造成了安全隱患。大量的研究顯示,氫氣(Hydrogen,H2)作為一種環(huán)境友好型、綠色及低碳的氣體信號分子,不僅可以促進植物的生長發(fā)育,提高植物對非生物脅迫的抗性,對農作物產量的提高以及營養(yǎng)品質的改善也具有一定作用。

在大田實踐中,氫氣一般通過電解富氫水(Hydrogen-rich water,HRW)的形式對植物發(fā)揮作用,但電解HRW存在逸散快及半衰期短等弊端,在大規(guī)模的種植過程中存在作用時間短等問題,從而限制了氫氣植物學效應的發(fā)揮。而納米氣泡是指直徑小于1000 nm的氣泡,納米氣泡技術與氫氣結合所形成的納米氣泡氫水(Nanobubble hydrogen-rich water,Nano-HRW)與經典的電解HRW相比具有濃度高及存留時間長的特點,可持續(xù)的發(fā)揮氫氣的生物學效應。但上述研究僅停留在實驗室階段,在大田實踐中的應用少有報道。針對上述問題,本論文選擇上海青浦(土壤培養(yǎng)草莓)及浙江建德(基質培養(yǎng)草莓)兩地的草莓大棚嘗試基于氫氣的富氫水實踐探索:首先在上海青浦草莓大棚通過灌溉HRW和Nano-HRW,探究兩者對于草莓產量及品質的作用,發(fā)現與灌溉地表水(Surface water,SW)相比,HRW和Nano-HRW對于草莓營養(yǎng)品質的改善及產量的提高均有一定的作用,且Nano-HRW對于草莓的增產更加明顯。在浙江建德草莓大棚探究了不同濃度的Nano-HRW對于草莓產量及品質的影響,發(fā)現不同濃度的Nano-HRW同樣也改善了草莓的品質,提高了草莓的產量。主要實踐研究結果如下:與灌溉SW相比,在無化肥和有化肥條件下,HRW和Nano-HRW均可通過增加葡萄糖、果糖及蔗糖等積累,增加草莓可溶性糖含量(在無化肥/有化肥條件下,與灌溉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,從而提高草莓甜度;上述兩種氫水在無化肥和有化肥條件下也可提高草莓單株產量(在無化肥/有化肥條件下,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、抗壞血酸(在無化肥/有化肥條件下,灌溉HRW,增加6.79%/14.06%,灌溉Nano-HRW,增加4.21%/9.70%)、總酚及類黃酮等營養(yǎng)物質含量,其中,Nano-HRW對于草莓的增產作用更加明顯,而HRW則可更好的改善草莓的品質。此外,與在有化肥條件下相比,灌溉Nano-HRW對于產量的提高在營養(yǎng)條件較差的無化肥條件下更加明顯?；谝陨辖Y果,又進一步使用低濃度納米氣泡氫水(Low concentration of Nanobubble hydrogen-rich water,L Nano-HRW,500-700 ppb)及高濃度納米氣泡氫水(High concentration of Nanobubble hydrogen-rich water,H Nano-HRW,900-1200 ppb)對基質培養(yǎng)的草莓進行澆灌。與上述結果類似,在無化肥和有化肥兩種施肥水平下,與灌溉SW相比,L Nano-HRW和H Nano-HRW均可通過增加葡萄糖、果糖及蔗糖等積累,增加草莓可溶性糖含量(在無化肥/有化肥條件下,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,從而改善其甜度;同樣,灌溉不同濃度的Nano-HRW也可提高草莓的單株產量(在無化肥/有化肥條件下,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、抗壞血酸(在無化肥/有化肥條件下,灌溉L Nano-HRW,增加13.34%/3.60%,灌溉H Nano-HRW,增加16.59%/4.83%)、總酚及類黃酮等營養(yǎng)物質含量,并且灌溉H Nano-HRW效果更加明顯,另外,灌溉L/H Nano-HRW可降低基質草莓的壞果率(在有化肥條件下,降低43.3%/43.3%),并可延長草莓貨架期。重要的是,在營養(yǎng)條件較差的無化肥條件下上述兩種濃度的Nano-HRW對于草莓的增產較有化肥條件更加明顯。

綜上所述,經過多地、多種栽培形式(土壤和基質)的草莓大田實踐發(fā)現,澆灌HRW和Nano-HRW均可改善草莓的品質,提高草莓的產量,HRW對于草莓品質的改善作用更加明顯,而Nano-HRW的增產作用則更加明顯。對于不同濃度的Nano-HRW而言,灌溉L/H Nano-HRW同樣對草莓的品質和產量均具有正向作用,且H Nano-HRW的效果更加明顯。另外,與灌溉SW相比,Nano-HRW灌溉的草莓在基質栽培條件下,展現出降低壞果率及延長貨架期的潛力。