低硝酸鹽葉菜水培營養液配方優選

郭敬華，董靈迪，焦永剛，石琳琪，赫彩霞，楊玉波，李 夢

（1河北省農林科學院經濟作物研究所，石家莊050051；2河北省農林科學院，石家莊050051）

低硝酸鹽葉菜水培營養液配方優選

郭敬華1，董靈迪1，焦永剛1，石琳琪1，赫彩霞1，楊玉波1，李 夢2

（1河北省農林科學院經濟作物研究所，石家莊050051；2河北省農林科學院，石家莊050051）

為研究葉菜中硝酸鹽含量高的問題，利用營養液膜栽培技術(NFT)，采用不同營養液配方對不同種類葉菜的產量及品質進行測試。結果表明：配方3（Mg2+含量最大）營養液培育的生菜產量最高，產量可達17556 kg/(hm2·茬)，較其他2種配方相對增產率分別為133.3%、171.42%。配方3培育的生菜根體積、葉綠素含量、總鮮重、葉片數、植株干重等指標明顯優于其他配方。通過測試品質指標，得知配方3營養液培育的生菜硝酸鹽含量最低，為745.46 mg/kg，分別較配方1（K+含量最大）、配方2（Ca2+含量最大）降低77.01%、79.78%。配方3營養液培育的生菜Vc含量最高，分別較其他2種配方提高22.36%、78%，且糖酸比明顯提高，有效提高了生菜的品質。綜合品質指標、生物學指標及產量測定結果，得出配方3營養液最適合培育生菜、油菜、油麥菜等葉菜，為優選出的最佳葉菜水培營養液配方。

葉菜；水培營養液；低硝酸鹽

0 引言

蔬菜水培是蔬菜無土栽培中發展很快的一個領域。由于水培條件下蔬菜生長整齊、生育期短、商品性好，水培技術己經被廣泛應用于蔬菜栽培特別是綠葉蔬菜的高效生產[1]。蔬菜是一種極易積累硝態氮的植物，尤其是莖葉類蔬菜。不合理施用化肥是造成蔬菜中硝酸鹽積累的重要因素。氮素是葉菜類蔬菜產量的重要保證，增施氮肥提高蔬菜產量的同時，也增加了蔬菜的硝酸鹽含量[2]。磷素和鉀素是蔬菜生產必不可少的，其施用量的高低對蔬菜的產量和品質有明顯的影響[3]。蔬菜中的硝酸鹽含量必須控制在國家規定的范圍之內才可食用，所以測定蔬菜中的硝酸鹽含量是衡量蔬菜品質的重要指標[4]。如何降低水培蔬菜的硝酸鹽含量、降低水培蔬菜的生產成本一直是國際無土栽培領域的研究熱點。

營養液配制是水培蔬菜正常生長的核心技術。同時也是無土栽培的基礎和關鍵。水培的成功與否在很大程度上取決于營養液配方、濃度、各種營養元素的比例、酸堿度、液溫是否合適，以及植物生長過程中的營養液管理是否能滿足各個不同生長階段的要求。只有采取正確的營養液配方，按適宜的方法配制和管理營養液，使植物在生長發育的任何時期都處于最適宜的營養液環境中，才能獲得快速、高產、優質的栽培結果。有研究表明，鉀參與作物對硝態氮的吸收、還原以及代謝的全過程[5]。朗文培等[6]指出，施用鉀肥會提高生菜體內硝酸鹽含量。牛曉麗等[7]研究表明，增施鉀肥可以降低番茄果實中硝酸鹽含量。營養液中氮磷鉀養分的平衡以及相互作用對蔬菜品質形成具有顯著影響。己有研究表明[8-10]，氮是造成硝酸鹽積累的主要因子，硝酸鹽含量會隨著施氮量的增加而上升。葉菜是無土栽培中的綠葉蔬菜，尤其以生菜、油菜、小白菜等蔬菜最為普遍。生產中如何根據不同地區的水質特點、設計合理的營養液配方以達到葉菜優質、高產的目標，是葉菜無土栽培的核心問題。本研究針對河北省水質特點，通過探討不同營養液配方對葉菜生物量和品質的影響，進而研制出適合多種葉菜種類的最佳葉菜水培營養液配方，目的在于有效降低葉菜中的硝酸鹽含量，進而為生產高品質葉菜類蔬菜提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

研究田間試驗于2014—2016年在河北省農林科學院高新科技示范園區進行，室內試驗在河北省農林科學院經濟作物研究所生理生化實驗室進行。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試材料 美國大速生生菜（石家莊騰運種業貿易有限公司）、羅馬生菜（北京綠東方農業技術研究所）、八寶菜、上海青油菜（日本東京株式會社武藏野種苗園）、極香油麥（陳興運種子有限公司）、細葉苦苣（北京鳳鳴雅世科技發展有限公司）等。

1.2.2 水培技術 采用營養液膜栽培技術即NFT (nutrient film technique)栽培。利用適當的方式將作物的幼苗定植于栽培槽中，營養液在栽培槽的底面作薄層循環流動，使根系既能不斷地吸收到養分與水分，又保證有充足的氧氣供應。因循環流動供應的營養液呈極淺如膜的液流故稱作營養液膜栽培。

1.3 試驗設計

現成的營養液配方不經適當的調整直接配制使用，是不妥當的做法。在不同地區水質和鹽類原料純度等存在差異，會直接影響營養液的組成。故在測定本地水質(pH 7.28)基礎上（表1）采取3種不同的營養液配方，分別為配方1、配方2、配方3（表2）。種子經催芽后播于V棉籽皮廢菇料:V蛭石=2:1的72孔穴盤中，待幼苗培養25天后，選取長勢一致的秧苗定植于水平水培架上。營養液由水泵供給，根據電腦控制每間隔40 min供給營養液60 min，每隔2天調節營養液EC值至1.5～3.0 mS/cm，營養液的EC值用TOACM-40S型電導儀測定。每個營養液配方定植3架，即3次重復，每架220孔（即220株），植株生長30天后，每種處理隨機取15株測定生物學指標和生理指標。

1.4 測定項目及方法

生物學指標測定包括株高、莖粗、葉片數、根體積、上部及下部干鮮重、葉綠素含量、根冠比、產量等。葉綠素含量用SPAD-502葉綠素儀測定。

品質指標包括硝酸鹽、可溶性糖、可溶性固形物、可滴定酸、Vc含量等生理指標。硝酸鹽測定采用比色法[11]。可溶性糖測定采用蒽酮比色法[11]。Vc測定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[11]。可滴定酸測定采用指示劑滴定法[12]，可溶性固形物含量測定采用手持式糖度計測定。

采用溫、濕、光自動記錄儀及電腦控制軟件對溫度、濕度、溶解氧、pH值進行設施環境條件連續監測。

表1 試驗地點水質檢測值 mg/L

表2 供試營養液配方 mg/L

1.5 數據統計與分析

試驗數據用DPS軟件采用鄧肯式新復極差法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同營養液配方對生菜生物學指標的影響

由表3可知，在收獲時，配方3營養液處理的美國大速生生菜，根體積、葉綠素含量、總鮮重、葉片數、植株干重等指標明顯優于與其他配方的生菜，且在5%水平上差異顯著，其中葉綠素相對含量為23.01，約為其他配方的2倍。綜合各生物學指標，配方3營養液培育的生菜長勢最好，且每茬產量可達17556 kg/hm2，較配方1、2相對增產率分別為133.3%、171.42%，故配方3營養液最適合生菜生長。

2.2 環境條件對優選營養液配方EC、溶解氧、pH值的影響

由1周連續監測結果可知（表4及圖1），EC可隨著溫濕度的變化而發生變化，隨著入口水溫、回水溫度的升高而上升，而與空氣相對濕度呈相反的變化趨勢，而溶解氧和pH變化不明顯。有研究[13]表明，營養液的溫度為15～20℃，含氧量為4.0～5.0 mg/L時，可滿足大多數植物的生長。本研究中溶解氧含量保持在20.0 mg/L左右，增加了根系對氧的吸收能力，這與營養液的更換周期與循環時間有關。由圖1知，本研究營養液的EC與入口溫度相關系數為0.9763，呈線性正相關關系，故一天中隨著水溫度的變化，營養液的EC也隨之做相應的變化，故水培中營養液濃度的管理受日照、溫度等環境條件影響而變化，不同季節應適當調節營養液濃度。

2.3 各營養液配方對生菜品質指標的影響

由表5知，配方3營養液培育的美國大速生生菜硝酸鹽含量最低，且在綠色蔬菜標準范圍之內（綠色無公害葉菜硝酸鹽含量＜3000 mg/kg），分別較配方1、配方2降低77.01%、79.78%。配方3營養液培育的生菜Vc含量最高，分別較其他2種配方提高22.36%、78%。利用配方3培育的生菜糖酸比明顯提高，有效提高了生菜的品質。綜合生菜品質指標、生物學指標及產量測定結果，得出配方3營養液最適合培育生菜，為篩選出的最佳水培營養液配方。

表3 不同營養液配方對美國大速生生菜生物學指標的影響

表4 環境條件對優選營養液配方EC、溶解氧、pH值的影響

圖1 EC與入水溫度的關系

2.4 優選營養液配方適宜葉菜種類篩選

由表6知，生菜種類美國大速生長勢較強，產量最高，為16236kg/(hm2·茬)。其他葉菜種類包括油菜上海青、極香油麥、羅馬生菜、八寶菜產量均達12000kg/(hm2·茬)左右，且硝酸鹽含量均小于500 mg/kg，在綠色無公害蔬菜規定范圍之內（綠色無公害葉菜硝酸鹽含量＜3000mg/kg）。無論長勢指標還是產量指標苦苣均最低，僅為8448 kg/(hm2·茬)，且地上部干、鮮重與其他種類葉菜差異達顯著水平。另外結合葉綠素相對含量、根體積等指標，初步篩選出適合配方3營養液的葉菜種類為生菜、油菜、油麥，但適合苦苣的營養液配方有待進一步篩選調整。

3 結論

各種營養液配方由于養分組成和濃度的差異，對蔬菜作物的產量和品質的影響不同，對不同作物的適用性也有一定的差異[14]，因此，對營養液配方的選擇和優化是無土栽培系統生產高產、優質蔬菜的重要保障[15-16]。本研究綜合生物學指標包括株高、莖粗、干鮮重、根體積、葉綠素含量、產量等，得出配方3為篩選出的最佳葉菜水培營養液配方。適宜配方3的葉菜種類為生菜、油菜、油麥3種。篩選出適宜配方3的水培葉菜品種有5種，效益及產量最高的為美國大速生，產量達16000 kg/(hm2·茬)以上，其他品種達12000 kg/(hm2·茬)左右。

表5 不同營養液配方對生菜品質的影響

表6 適宜優選營養液配方的葉菜種類篩選結果

4 討論

研究表明，營養液組成和成分顯著影響水培條件下蔬菜的營養和衛生品質[17-18]。Vc與硝酸鹽含量是說明蔬菜品質的重要指標，蔬菜中Vc含量的多少直接關系到蔬菜的品質[19]。葉勤、張樂平、黃威[20-22]等介紹了蔬菜中硝酸鹽含量與營養品質的關系。本試驗結果顯示，優選營養液配方3培育的葉菜硝酸鹽含量較低，均小于500 mg/kg，在綠色無公害蔬菜規定范圍之內（綠色無公害葉菜硝酸鹽含量＜3000 mg/kg），且表現出較高的可溶性糖含量、Vc含量，品質明顯提高。本研究篩選出了適宜葉菜水培的營養液配方，但在水培管理中，如何在栽培過程中保持營養液的組成成分和濃度相對穩定，如何保證pH值、EC值的穩定是水培的關鍵和核心問題。且水、液溫、通氣等都要滿足根系的生長發育所需的條件，同時日照、溫度、濕度、CO2濃度和風速等環境條件也會通過影響地上部光合作用而間接影響根系吸收能力。這些影響因素都需要進一步深入研究。水培是一種農業栽培高新技術[23]，是無土栽培的一種重要形式。進行水培葉菜方面的研究，可以解決土壤連作障礙、茬口安排、土培葉菜檔次不高等當前菜農面臨的主要問題[24-25]。

[1]郭世榮.無土栽培學[M].北京:中國農業大學出版社,2003:125-127.

[2]盧鳳剛,陳貴林,呂柱云.不同供氮水平對韭菜產量和品質的影響[J].園藝學報,2005,32(1):131-133.

[3]孫春梅,張山泉,陳川.施肥對小白菜體內硝酸鹽含量的影響[J].江蘇農業科學,2006(5):159-161.

[4]王忠全.水培蔬菜硝酸鹽控制方法研究進展[J].西南園藝,2006,34 (3):33-34.

[5]唐靜.葛筍和大白菜鉀肥效應研究[D].重慶:西南大學,2013.

[6]朗文培.艾紹英.王朝輝.等.鉀肥種類及用量對生菜生長和品質效應的影響研究[J].農業環境科學學報,2008,27(5):1946-1950.

[7]牛曉麗.胡田田.水肥供應對番茄果實硝酸鹽含量的影響[J].西北農林科技大學學報,2013,11(2):1-6.

[8]傅志堅.羅安程.設施栽培蔬菜硝酸鹽積累問題[J].浙江農業科學, 2004(2):80-82.

[9]王慶.王麗.赫崇巖.等.過量氮肥對不同蔬菜中硝酸鹽積累的影響及調控措施研究[J].農業環境保護,2000,19(1):46-49.

[10]郭熙盛.吳禮樹.施用氮鉀肥料對蔬菜品質的研究進展[J].華中農業大學學報,2002,21(6):593-598.

[11]李合生,孫群,趙世杰.植物生理生化實驗原理與技術[M].北京:高等教育出版社,2000:123-124,195-197,246-248.

[12]李文生,馮曉元,王寶剛.應用自動電位滴定儀測定水果中的可滴定酸[J].食品科學,2009,30(4):247-249.

[13]李建設.基于銀川平原地下水質的葉菜水培營養液配方研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2011.

[14]Kilinc S S,Ertan E,Seferoglu S.Effects of different nutrient solution formulations on morphological and biochemical characteristics of nursery fig trees grown in substrate culture[J]. Scientia Horticulturae,2007,113:20-27.

[15]Uorbe E,Calatayud A.Optimization of nutrition in soilless systems: a review[J].Advances in Botanical Research,2010,53:193-245.

[16]Marin A,Rubio J S,Martinez V,et al.Antioxidant compounds in green and red peppers as affected by irrigation frequency,salinity and nutrient solution composition[J].Journal of the Science of Food andAgriculture,2009,89:1352-1359.

[17]Fanasca S,Colla U,Maiani U,et al.Changes in antioxidant content of tomato fruits in response to cultivar and nutrient solution composition[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2006,54 (12):4319-4325.

[18]Fallovo,Rouphael Y,Rea E et al.Nutrient solution concentration and growing season affect yield and quality of Luctucu sutivu L. var.acephala in floating raft culture[J].Journal of the Science of Food andAgriculture,2009,89:1682-1689.

[19]謝新太.不同配方營養液對水培空心菜的影響[D].貴陽:貴州師范大學,2014.

[20]葉勤.幾種葉類蔬菜硝酸鹽與營養品質的關系[J].西南農業大學學報,2002,24(2):112-114.

[21]張樂平.氮肥減施對蔬菜硝酸鹽含量及品質的影響研究[J].湖南農業科學,2011(7):48-51.

[22]黃威,劉永燦,李會合.蔬菜硝酸鹽與營養品質的關系[J].重慶文理學院學報,2011,30(3):34-37.

[23]于清華.無土栽培[M].哈爾濱:黑龍江科學技術出版社,1986:1-10.

[24]馬太和.無土栽培[M].北京:北京出版社,1980:47-70.

[25]連兆煌.無土栽培原理與技術[M].北京:中國農業出版社,1994:4-10.

Optimum Formula of Hydroponic Nutrient Solution for Low Nitrate Leaf Vegetables

Guo Jinghua1,Dong Lingdi1,Jiao Yonggang1,Shi Linqi1,He Caixia1,Yang Yubo1,Li Meng2
(1Institute of Cash Crops,Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Shijiazhuang 050051,Hebei,China;2Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Shijiazhuang 050051,Hebei,China)

To solve the problem of high nitrate content in leaf vegetables,this research used NFT(nutrient film technique)and different nutrient solution formula,to test yield and quality of different kinds of leaf vegetables. The results showed that lettuce yield was the highest by using the nutrient solution formula 3(with the highest content of Mg2+),the yield of each harvest could reach 17556 kg/hm2，the increase rate reached 133.3%and 171.42%compared with that of the other two formula,respectively.The root volume,content of chlorophyll, total fresh weight,leaf number,and plant dry weight of lettuce cultured with formula 3 were better than those of the other two formula.Quality testing results showed that nitrate content of lettuce was the lowest by using nutrient solution formula 3(745.46 mg/kg),and the nitrate content of lettuce was reduced by 77.01%and 79.78%respectively compared with that of the other two formula(with the highest content of K+and Ca2+, respectively).The Vc content of lettuce was the highest by using nutrient solution formula 3,which was 22.36% and 78%higher than those by using the other two formula,respectively,and the sugar acid ratio increased significantly which could improve the quality of lettuce effectively.Considering the results of quality indicators, biological indicators and yield,formula 3 is most suitable for cultivating leaf vegetables such as lettuce, rapeseed and leaf lettuce,it is the optimum hydroponic nutrient solution formula for leaf vegetables.

Leaf Vegetables;Hydroponic Nutrient Solution;Low Nitrate

S317

：A論文編號：cjas16120018

河北省農林科學院青年基金項目(A2015050302)；河北省現代農業產業技術體系“冀南棚室蔬菜優質安全綜合技術集成”(HBCT2013050203)；石家莊市科學技術研究與發展計劃項目“霧霾天氣對設施蔬菜影響及應對方案研究”(151490362A)；國家大宗蔬菜產業技術體系石家莊綜合試驗站項目(GARS-2S-G-05)；河北省財政廳項目“設施蔬菜綠色安全生產技術集成與示范”(2016024196)。

郭敬華，女，1977年出生，河北邯鄲人，助理研究員，碩士，主要從事設施蔬菜栽培技術研究。通信地址：050051石家莊市和平西路598號河北省農林科學院經濟作物研究所中五樓315室，Tel：0311-87269107，E-mail：guojinghua800409@163.com。

石琳琪，女，1962年出生，河南嵩縣人，研究員，本科，主要從事蔬菜栽培技術研究。通信地址：050051石家莊市和平西路598號河北省農林科學院經濟作物研究所中五樓315室，Tel：0311-87652107；李夢，女，1978年出生，河北定州人，助理研究員，主要從事國際合作項目管理工作。

2016-12-19，

：2017-03-21。