● 摘要
空间高等植物栽培是生物再生生命保障系统研究中的关键问题之一，其中蔬菜栽培对维持系统稳定以及航天员生理和心理健康都有着重要意义，建立高效的蔬菜栽培与品质调控技术对于生命保障系统是十分有必要的。同时，近年来地面设施农业与植物工厂高速发展，蔬菜是植物工厂的主要栽培作物，蔬菜的产量和品质不仅关系到植物工厂的生产经济效益，也关系着消费者的身心健康，是植物工厂蔬菜生产的关键因素。建立优质高产的蔬菜栽培与品质调控技术对于地面设施农业亦有着重要实际意义。蔬菜品质中以维生素C和硝酸盐含量最受关注。作为植物生长最重要的两种环境因素，光强与营养液氮素浓度是调控蔬菜生长发育及品质的两个关键因子，二者之间存在着一定的联系，具有交互调控蔬菜产量、硝酸盐和维生素C代谢的潜力。因此，合理调控光强与施氮量，对蔬菜优质高产至关重要。
油麦菜是深受国人喜爱的特色蔬菜，同时也是我国生命保障系统的候选作物，本研究以油麦菜为实验对象，以光照强度和营养液氮素浓度为试验因子，设三个水平光照强度60μmol/ m2∙s、140μmol/ m2∙s、220μmol/ m2∙s，设三个水平氮素浓度6 mmol/L、14 mmol/L、22 mmol/L，利用二次回归方法设计正交实验。进行了不同光照强度与营养液氮素浓度下的油麦菜栽培实验，测定了油麦菜生长和收获后的各项指标，利用MATLAB对实验结果建立了数学模型，求解得出本研究范围内能使油麦菜优质高产的光照强度与施氮量，进行了实验验证并与市售油麦菜进行了比较。主要结果及结论如下：
1、光强和营养液氮素浓度都是影响油麦菜产量的重要因素，二者对产量存在交互调控作用。在一定光照强度范围内，低光强下可通过增加氮素浓度来提高产量，而高光强下低氮素浓度条件即能满足高产。在低光强条件下，氮素是油麦菜产量的限制因子。但当施氮量超过一定范围时，油麦菜产量将不会增加，甚至反而会下降，推测可能是植物在吸收和同化硝酸盐的过程中需要消耗大量的光合产物，导致碳水化合物积累并未增加。另一方面，单一地提高营养液的氮素浓度可能会引起植物吸收矿质营养失衡，可能会对产量造成一定程度的影响。
2、光强和营养液氮素浓度都是影响油麦菜叶片维生素C含量的重要因素，其中光强的作用更大，二者对维生素C含量的交互调控作用不明显。在低光强条件下适当增加光强有助于油麦菜叶片维生素C积累，高光强下继续增大光强无明显影响；增加施氮量不利于油麦菜叶片维生素C的积累。
3、油麦菜叶片中硝酸盐积累与光照条件及营养液中的氮素水平具有密切的联系，二者交互调控叶片硝酸盐的积累。增大光强叶片硝酸盐含量明显降低，光强增大到一定程度后这一作用减弱，营养液氮浓度增大硝酸盐积累显著增大。在低氮条件下可提高光强来控制叶片硝酸盐积累，在高光强下可通过适当降低施氮量来调控叶片硝酸盐积累。
4、本实验范围内光强与营养液氮素浓度交互调控油麦菜干重、叶片维生素C含量及硝酸盐含量的二元二次方程组为：
y1=-0.1146+0.1473x1+0.6493x2-0.0052x1x2+0.0001x12+0.0033x22
y2=-55.2572+2.7696x1+1.986x2-0.004x1x2-0.008x12-0.1356x22
y3=385.5123-2.8121x1-6.9349x2-0.0388x1x2+0.0103x12+0.7432x22
其中x1为光照强度，x2为营养液氮素浓度，y1为干重，y2为叶片维生素C含量，y3为叶片硝酸盐含量。最优解为x1=237，x2=9.1990，对应的y1=35.328，y2=149.86，y3=212.1。
5、验证实验结果表明，油麦菜干重、叶片维生素C含量、叶片硝酸盐含量与模型预测的偏差值分别为：7%、4%。0.25%，很好地验证了最优解的可行性，也进一步验证前期实验中的结论及推测。同时，验证实验油麦菜的各项指标均好于市售油麦菜，表明该条件可以使油麦菜优质高产，适宜用于油麦菜栽培。