基于泡叶藻（*Ascophyllum nodosum*）的生物肥料通过不同施用方法对受控气雾栽培系统中菜豆（*Phaseolus vulgaris* L. var. Opus）生长、产量和营养品质的影响

《Agronomy》：Effects of an Ascophyllum nodosum-Based Biofertilizer Applied Through Different Application Methods on Growth, Yield and Nutritional Quality of Phaseolus vulgaris L. var. Opus Under a Controlled Aeroponic System

　　

该研究评估了基于泡叶藻（*Ascophyllum nodosum*）的生物肥料在三种处理下的效果：叶面施用（FA，0.5 g/L，每15天一次）、根部施用（RA，0.5 g/L，每30天一次）以及联合施用（F&RA，0.5 g/L，叶面每15天一次，根部每30天一次），并与对照组（C）进行比较，栽培对象为菜豆（*Phaseolus vulgaris* L. var. Opus），采用气雾栽培系统。环境条件通过基于万物互联（IoE）的系统进行连续监测，确保整个实验期间微气候特征的一致性。由于数据不符合正态分布，采用了非参数统计方法。大多数生长和产量变量未显示统计学显著差异；然而，在叶片温度、根部温度、钙、铁和锰方面观察到显著的处理效应。使用Kruskal–Wallis检验（α = 0.05）鉴定出处理间钙（p = 0.0002）、铁（p = 0.0067）和锰（p = 0.0439）存在显著差异，而其他微量元素无统计学差异。描述性统计显示集中趋势存在中等程度的变化，尤其是钙和铁，在联合施用（F&RA）处理中观察到较高值。使用Cliff's delta（δ）进行的效应量分析显示钙、铁和锰存在中等至较大的差异，但考虑到处理间重复数不等，这些估计值被谨慎解读。Spearman相关分析显示中等至较强的关联，但均无统计学显著性（p > 0.05）。总体而言，结果表明生物肥料对生长和产量变量的影响有限，但处理相关的特定营养成分变化，表明对生物肥料施用的响应具有元素依赖性。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
随着全球人口增长和城市化扩张，农业用地日益紧张，土壤退化、气候变化等因素加剧了作物生产压力。传统农业依赖合成肥料和农药，虽短期有效，但长期使用导致土壤退化和环境风险。同时，作物营养品质下降，微量营养素缺乏问题突出。豆科植物如菜豆（*Phaseolus vulgaris* L.）富含蛋白质、膳食纤维、矿物质和生物活性化合物，对改善膳食质量和粮食安全具有重要作用。基于藻类的生物肥料，特别是来自泡叶藻（*Ascophyllum nodosum*）的提取物，因其富含藻酸盐、甘露醇、植物激素类物质等，被认为能促进植物生长、增强抗逆性并改善营养品质。然而，现有研究多基于传统土壤栽培，缺乏在气雾栽培等受控环境下的系统评估。气雾栽培作为一种节水高效的无土栽培技术，在都市农业和受控环境生产中潜力巨大，但生物肥料与气雾栽培的联合效应尚未明确。此外，不同施用方法（叶面、根部、联合）对菜豆生长、产量及营养品质的综合影响研究不足。因此，该研究旨在评估基于泡叶藻的生物肥料通过不同施用方法对受控气雾栽培系统中菜豆（*Phaseolus vulgaris* L. var. Opus）生长、产量和营养品质的影响，为可持续农业策略提供依据。论文发表在《Agronomy》。

**研究方法摘要**
研究人员在墨西哥塞拉亚（20°32′16.0″ N, 100°48′54.4″ W）的温室气雾栽培系统中种植菜豆（*Phaseolus vulgaris* L. var. Opus，购自Seminis公司）。采用完全随机设计，共4个处理：叶面施用（FA, 30株）、根部施用（RA, 5株）、联合施用（F&RA, 30株）和对照（C, 5株）。生物肥料为商业产品Algae Plus?（基于泡叶藻，粉末状，含氮1.0%、钾16%、藻酸16%、有机质50%、氨基酸2.0%、甘露醇3.0%、赤霉素300 ppm、细胞分裂素300 ppm），施用浓度0.5 g/L，首次在开花初期施用，第二次在15天后，根部处理每30天重复。环境变量通过基于万物互联（IoE）的传感平台连续监测（DHT22温湿度传感器、BHT1750光照传感器），数据每小时采集一次。形态和产量变量（重量、长度、宽度、周长、粒数、花数、荚数、株高）通过直接测量和计数获得；叶片和根部温度通过FLIR ONE Pro LT热成像相机测定。营养品质分析包括：近邻成分（水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪、碳水化合物、总可溶性糖、粗纤维）按AOAC方法测定；矿物质元素（钙、镁、铁、锰、钾、锌、磷）采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和钼蓝比色法测定。由于数据非正态分布，采用非参数统计方法：Kruskal–Wallis检验（α=0.05）评估处理间差异，Dunn–?idák校正进行事后比较，Cliff's delta（δ）估计效应量，Spearman秩相关分析变量间关联。

**研究结果**

**3.1 产品评估**
通过Kruskal–Wallis检验，评估荚重、长度、宽度、周长和每100克荚粒数。结果显示，仅粒数在处理间存在统计学显著差异（p<0.05），而其他形态变量无显著差异（p>0.05）。描述性统计表明，FA处理在重量和长度上中位数较高，但差异不显著；RA处理粒数中位数较高；F&RA处理在宽度和周长上较高。效应量分析（Cliff's delta）显示，荚重对比中FA与RA间效应较大（δ=0.8412），粒数对比中RA与C及FA间效应较大（δ=-0.6825）。Spearman相关分析表明，对照组中荚长与粒数、周长与粒数呈显著负相关（ρ=-0.79, p<0.05），而其他处理无显著相关。基于所有个体观测的进一步相关分析显示，重量与长度、宽度、周长之间呈强正相关（p<0.01），但形态变量与粒数关系弱。

**3.2 营养状态**
评估花数、荚数、株高、叶片温度和根部温度。Kruskal–Wallis检验显示，叶片温度和根部温度在处理间存在极显著差异（p<0.01），而花数、荚数、株高无显著差异（p>0.05）。生产动态图显示，RA和F&RA处理在后期收获中保持较高产量，收获次数比对照组和FA多两次。效应量分析显示，花数对比中对照组与各处理间效应中等（δ范围-0.5777至-0.6319），荚数对比中效应较小。Spearman相关分析显示，在FA、RA和F&RA处理中，荚数、株高与温度变量存在显著正相关（p<0.05或p<0.01），表明温度与生长和生殖发育相关。

**3.3 农业产量**
农业产量（kg/m2）经Kruskal–Wallis检验无显著差异（p>0.05）。描述性统计显示，RA处理平均产量最高（1.13 kg/m2），其次为F&RA（0.9492 kg/m2）、FA（0.8325 kg/m2）和对照组（0.6390 kg/m2）。单株总产量（g/株）显示RA处理均值较高，但差异不显著。效应量分析显示，产量对比中FA与RA间效应中等（δ=0.3448），其他对比较小。由于RA和F&RA收获次数多两次，累积产量部分反映生产持续时间而非严格的生产力增加。

**3.4 营养品质分析**
**3.4.1 宏量营养素**
所有宏量营养素（总碳水化合物、糖、纤维、脂肪、蛋白质、水分）在处理间均存在极显著差异（p<0.01）。描述性统计显示，所有生物肥料处理（FA、RA、F&RA）的中位数均高于对照组，水分含量则相反。效应量分析显示，对照组与所有生物肥料处理间效应量极大（δ≈±1），表明分布明显分离，但处理间效应较小。Spearman相关分析显示，RA和F&RA处理中总碳水化合物、糖和纤维之间呈正相关，对照组中糖与蛋白质呈显著负相关（ρ=-1, p<0.05）。

**3.4.2 微量营养素**
仅钙、铁和锰在处理间存在显著差异（p<0.05），镁、磷、钾、锌无显著差异。事后比较（Dunn–?idák检验）显示：钙方面，F&RA显著高于对照组（p=0.0003）和FA（p=0.0114）；铁方面，F&RA显著高于对照组（p=0.0079）；锰方面，对照组显著高于FA（p=0.0288）。描述性统计显示，F&RA处理中钙和铁均值较高。效应量分析表明，钙、铁、锰的对比中效应量中等至较大，其他微量元素效应较小且不一致。Spearman相关分析显示，各处理内微量元素间存在一定关联，但均无统计学显著性（p>0.05）。

**讨论与结论**
讨论部分指出，基于泡叶藻的生物肥料对菜豆的生长和产量影响有限，但显著改变了生理参数（叶片和根部温度）和营养品质。生产动态和营养组成的变化表明，肥料效应在生物化学和生理水平上更明显，而非结构或产量指标。宏量营养素的一致增加和微量营养素的选择性响应（钙、铁、锰）提示元素依赖性机制。研究局限性包括处理间重复数不等、收获频率差异、气雾栽培系统的受控条件可能限制向田间推广。结论部分（翻译自原文）：基于泡叶藻的生物肥料施用未对受控气雾栽培条件下菜豆（*Phaseolus vulgaris* L. var. Opus）的大多数生长和产量相关变量产生统计学显著改善。在生理参数（尤其是叶片和根部温度）中检测到显著差异，表明生理响应比结构生长变量对处理更敏感。营养品质比农艺性能更易响应。在所有评估的宏量营养素（包括碳水化合物、糖、纤维、脂肪、蛋白质和水分含量）中均观察到显著变化。在微量元素中，钙、铁和锰显示显著处理效应，而镁、磷、钾和锌表现出有限或不一致的响应。联合叶面和根部施用（F&RA）与某些最大的营养组成变化相关，尤其是钙和铁。总体而言，结果表明在受控气雾栽培条件下，基于泡叶藻的生物肥料施用与菜豆营养组成的变化大于生长或产量相关变量的变化。未来研究应采用平衡重复设计，并在等量收获持续时间下评估长期生产力，以进一步阐明处理效应。