沼液濃度對水培生菜營養(yǎng)液特性及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

楊 鑫， 王文娥， 胡笑濤， 李興杰， 蘇苑君

(西北農(nóng)林科技大學 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室， 陜西 楊凌 712100)

沼液濃度對水培生菜營養(yǎng)液特性及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

楊 鑫， 王文娥， 胡笑濤， 李興杰， 蘇苑君

(西北農(nóng)林科技大學 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室， 陜西 楊凌 712100)

研究有機無機復合營養(yǎng)液對于增加水培蔬菜的產(chǎn)量、改善品質(zhì)具有重要意義。該試驗研究了不同濃度沼液替換山崎營養(yǎng)液對營養(yǎng)液特性及水培生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結果表明：深液流栽培條件下，由于養(yǎng)分吸收和水分吸收同步，EC值并不會顯著下降； 適量的沼液替換比例增加了生菜產(chǎn)量，且在一定范圍內(nèi)，隨替換比例增加而增大； 在生長后期，旺盛的地上地下生長加快了水分消耗，濃縮了營養(yǎng)液，EC值增加； 沼液可以緩沖營養(yǎng)液pH值的變化，但產(chǎn)量較高處理的生菜由于根系分泌酸性物質(zhì)增加，pH值在生長后期顯著下降，營養(yǎng)液呈中等酸性； 沼液替換營養(yǎng)液使生菜的可溶性糖、可溶性蛋白含量都有明顯提高，生菜的VC和硝酸鹽含量都隨沼液替換濃度的增大而逐漸減小。研究結果為沼液替換無機營養(yǎng)液水培生菜及營養(yǎng)液科學管理提供了依據(jù)。

沼液； 水培生菜； 產(chǎn)量； 品質(zhì)

植物工廠運用現(xiàn)代技術通過對設施內(nèi)環(huán)境調(diào)控使植物栽培不受季節(jié)性控制，實現(xiàn)植物全年連續(xù)生長，大大提高了蔬菜產(chǎn)量和資源利用效率。水培是利用營養(yǎng)液栽培植物的技術[1]，是目前植物工廠中普遍應用的栽培技術。無機營養(yǎng)液栽培蔬菜普遍具有品質(zhì)不高的問題，探索有機無機復合營養(yǎng)液對于增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)具有重要意義。沼液作為沼氣厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物，含有大量的蔬菜生長所需的營養(yǎng)元素，對蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)都有一定的影響[2-4]，成為現(xiàn)階段一種重要的有機營養(yǎng)液成分。目前沼液應用于蔬菜栽培的研究很多是關于土培，研究表明沼液的施用不僅可以提高蔬菜的產(chǎn)量，而且可以改善蔬菜的品質(zhì)，降低蔬菜發(fā)病率，節(jié)約成本[5-7]。而沼液應用于水培的研究，多以油菜，小白菜的研究為主，生菜較少。喬一飛[8]等以Hogland營養(yǎng)液配方為基礎研究了不同濃度沼液對水培油菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)沼液能夠有效提高油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。沈祥軍[9]等以園試通用配方為參照對沼液進行稀釋，結果表明沼液稀釋12倍最適合番茄幼苗生長。吳冬青[10]以華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)化室葉菜A改良配方為基礎，研究了不同濃度沼液添加量對快菜生長和生理特性的影響，結果表明，沼液可以提高快菜的產(chǎn)量及VC，粗纖維和可溶性糖含量。另外，徐衛(wèi)紅[11]等研究得出施用沼液降低了生菜的可溶性糖含量。但是，沼液在水培方面的研究缺乏以山崎配方為基礎的沼液替換研究，且各研究沼液的施用量對營養(yǎng)液特性及生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響結果并不一致，本試驗就沼液不同濃度替換營養(yǎng)液對營養(yǎng)液特性和水培生菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響規(guī)律進行了研究，確定了沼液的適宜替換濃度，為沼液水培的進一步深入研究管理提供科學的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室人工光植物工廠中進行，供試生菜品種為“香港玻璃脆散葉生菜”。沼液是取自陜西省咸陽市楊凌區(qū)西大寨中學“生態(tài)校園創(chuàng)新工程” 豬-菜- 沼- 肥四位一體運行正常的沼氣池，經(jīng)測定養(yǎng)分含量為全鉀382.50 mg·L-1, 全磷227.16 mg·L-1，全氮219.11 mg·L-1, 鈣75.83 mg·L-1, 鎂29 mg·L-1, 沼液PH值為7.66。

1.2 試驗方法與處理

采用育苗移栽方式，待生菜六葉一心時，移栽于14 cm×33.5 cm的水培槽中，采用深液流栽培技術，水培槽裝液深度為10 cm，體積為7 L，每槽定植3株。移栽后生菜生長時間從2015年4月15日到5月25日，生育期共40天，將生菜的生育期分為3個階段，分別為生長前期(0～20 d)、中期(20～30 d)、后期(30～40 d)。栽培用基礎營養(yǎng)液采用日本山崎配方[12]，設置5個沼液濃度替代部分山崎營養(yǎng)液，即以山崎配方為對照，分別設置10%，20%，40%，60%，80%沼液體積替換，共6個處理，每個處理設置6個重復。

1.3 指標測定

營養(yǎng)液的pH值和電導率EC前20 d每隔5 d測定一次，后20 d每隔2 d測定一次，其中營養(yǎng)液的pH值使用精度為0.01的METTLER TOLEDO FE20-FiveEasy PH計測定, 電導率采用精度為0.5%的METTLER TOLEDO FE30- FiveEasy Plus電導率儀測定。

表1 試驗處理設置 (mL)

生菜生長指標測定：生菜收獲時，測定葉片數(shù)、葉長及葉寬，并將生菜分為地上和地下兩個部分，分別測其葉片和根的鮮重和干重，鮮重采用精度為0.01的電子天平測定，干重用精度為0.0001電子天平測定。測定葉片葉綠素，采用95%的乙醇提取，含量用紫外分光光度法測定。

生菜品質(zhì)測定：可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250染色法[13]測定，可溶性糖采用蒽酮比色法[13]測定，維生素C采用2, 6-二氯酚靛酚鈉法[14]測定，硝酸鹽采用比色法測定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件整理，用SigmaPlot12.5及SPSS17.0軟件進行繪圖和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同沼液替換濃度對營養(yǎng)液特性的影響

適宜生菜生長的營養(yǎng)液的值范圍為5.5～6.5，濃度太高或太低都不利于生菜的生長[15]。營養(yǎng)液的酸堿度的變化主要與植物根系代謝過程的分泌物、植物對營養(yǎng)液成分的吸收以及營養(yǎng)液中微生物的繁殖有關。營養(yǎng)液的pH值直接影響到營養(yǎng)液中各營養(yǎng)成分的存在形態(tài)及有效性，同時pH值的大小直接關系到植物對養(yǎng)分的吸收[16]。圖1為生菜整個生育期內(nèi)不同濃度沼液替換濃度對營養(yǎng)液pH值的影響趨勢圖，整個生育期內(nèi)不添加任何pH調(diào)節(jié)劑。由圖1可以看出，在生菜的整個生育期，營養(yǎng)液的pH值總體呈現(xiàn)出先增后降的趨勢，生長初期營養(yǎng)液的pH值逐漸升高，且各處理變化規(guī)律基本一致，pH值最高達7.56，生長中后期對照處理T1的pH值先下降后上升，而有沼液替換的營養(yǎng)液的pH值呈現(xiàn)出下降趨勢，且沼液濃度較低的處理T2，T3，T4的下降幅度較大，最后營養(yǎng)液呈酸性，這可能與植物根系分泌的酸性物質(zhì)有關[17]。沼液替換部分營養(yǎng)液使營養(yǎng)液的pH值呈現(xiàn)出較為一致的規(guī)律性，與純山崎營養(yǎng)液對照處理相比，替換較多的處理pH值曲線的變化趨勢變緩，表明沼液對營養(yǎng)液的pH值有一定的的緩沖作用。

圖1 不同濃度沼液替換量對營養(yǎng)液pH值的影響

圖2是不同沼液替換濃度對營養(yǎng)液EC的影響曲線，EC值表征的是營養(yǎng)液的離子濃度。由圖2可以看出，隨著沼液替換比例的增加，營養(yǎng)液的EC值逐漸升高，沼液的使用提高了營養(yǎng)液的EC值，這是由于沼液中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[18-19]，增加了營養(yǎng)液中的營養(yǎng)元素的離子濃度。生菜整個生育期內(nèi)，6個處理電導率EC的升降幅度較小，變化量在0～0.75之間。另外T1處理的EC值基本呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢，而有沼液替換的另外5個處理EC值在末期出現(xiàn)了小幅度增加，與圖1中pH值的變化趨勢相比，EC曲線上升越多的，對應的pH值下降越多，且EC值越高，pH值變化幅度越小，越穩(wěn)定。原因是EC值大的營養(yǎng)液各離子濃度較高，根系吸收的部分營養(yǎng)元素對于整個營養(yǎng)液環(huán)境來講，影響比例較小，所以pH值的變化較小。表明以較高的沼液濃度替換營養(yǎng)液可以使營養(yǎng)液的pH值比較穩(wěn)定，更有利于有機營養(yǎng)液在水培上的大規(guī)模應用。生菜蒸騰作用造成營養(yǎng)液濃縮，即使養(yǎng)分離子被吸收，但無法彌補水分散失的速度，是造成EC值不降低甚至在后期葉面積增大之后還升高的原因。

2.2 不同沼液替換濃度對生菜產(chǎn)量的影響

圖3為不同濃度沼液替換濃度對生菜產(chǎn)量的影響，由圖可知生菜在整個生育階段生物量的積累都與沼液替換比例有關，且隨著沼液替換比例的增加，生菜的葉鮮重呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢。且在第1個生育階段生菜生長比較緩慢，葉鮮重變化不大，原因是生菜根系進入營養(yǎng)液環(huán)境要經(jīng)過一段適應期，且生長初期生菜根系不發(fā)達，對養(yǎng)分的吸收較少。第2，3生育階段的生菜根系逐漸發(fā)育，生長速度較快，葉鮮重的增長十分顯著。收獲期，40%及以下替換比例的生菜產(chǎn)量隨比例增加而增大，均顯著大于對照，之后下降，40%替換比例產(chǎn)量比對照提高83.38%，而80%的沼液替換比例處理的生菜生長發(fā)育不良，葉片數(shù)少，植株矮小，且葉片偏黃，單株生物量最低，僅為對照處理的31.42%。統(tǒng)計分析表明, 較低沼液替換濃度更有利于生菜生物量的積累，這也可能是造成pH值下降較大的原因，另外由于光合合成有機物質(zhì)需求水量增加，造成EC在后期上升。

圖2 不同濃度沼液替換量對營養(yǎng)液EC的影響

圖3 不同濃度沼液替換量對生菜產(chǎn)量的影響

2.3 不同沼液替換比例對生菜品質(zhì)的影響

表2是不同沼液替換比例的生菜品質(zhì)指標，由表可知，生菜的可溶性糖隨著沼液替換濃度的增加呈現(xiàn)出先增后降的趨勢，且T3處理的生菜可溶性糖含量最高，比對照處理高出426.70%，差異顯著，且其余4個處理的生菜可溶性糖含量較對照處理也有明顯提高。表明沼液代替部分營養(yǎng)液能夠提高生菜的可溶性糖含量，且較低濃度的沼液濃度更易于生菜可溶性糖的積累。

從表2可以看出T2到T6的5個處理的生菜的可溶性蛋白含量隨著沼液替換濃度的增加先升高后降低。T5處理的生菜可溶性蛋白含量高出對照處理83.24%，差異達到顯著性水平。T6處理的生菜可溶性蛋白含量較對照處理降低了58.0%，差異顯著。其他3個處理與對照無明顯差異。

就維生素C而言，T2到T6的5個處理的生菜維生素C含量隨沼液濃度的增加逐漸降低，T2處理的維生素C含量最高，比對照處理提高了50%，達到顯著性水平，而T4，T5和T6處理的生菜維生素C含量均低于對照處理，表明高的沼液替換濃度不利于生菜維生素C的積累。

隨著營養(yǎng)液中沼液替換濃度的增加，生菜的硝酸鹽含量逐漸降低，比對照處理分別降低了71.52%，73.15%，74.37%，74.61%，93.42%，且均與對照處理差異顯著，表明沼液替換部分營養(yǎng)液可以顯著降低生菜中硝酸鹽的含量，對改善生菜的品質(zhì)作用顯著。

表2 不同處理的生菜品質(zhì)指標 (mg·g-1)

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。

3 討論與結論

營養(yǎng)液的酸堿度直接關系到生菜根系對養(yǎng)分的吸收，過酸或者過堿環(huán)境都不利于生菜的生長發(fā)育，沼液替換部分營養(yǎng)液使營養(yǎng)液的pH值呈現(xiàn)出較為規(guī)律的變化。研究表明可以通過對營養(yǎng)液的pH值和EC值的控制來管理營養(yǎng)液[20]，本試驗采用有機無機復合營養(yǎng)液，進行生菜水培，結果表明較高濃度的沼液替換比例，營養(yǎng)液的EC值高，營養(yǎng)元素豐富，且pH值較穩(wěn)定，便于營養(yǎng)液的動態(tài)管理。

不同沼液替換濃度對生菜的產(chǎn)量的影響規(guī)律明顯，且40%的沼液替換濃度處理的生菜產(chǎn)量最高，與對照處理差異顯著。80%的沼液替換濃度處理的生菜植株矮小，葉片偏黃，這表明過高沼液替換濃度不利于生菜的生長發(fā)育，較低的沼液替換濃度更有利于生菜生物量的積累，張玲玲[21]等做了水培芹菜凈化不同濃度沼液的試驗研究，結果表明沼液濃度過高時芹菜葉片發(fā)黃且有爛根現(xiàn)象，較低濃度沼液水培芹菜的產(chǎn)量增加較多，本試驗結果與其基本相符。喬一飛[8]等在沼液水培油菜的研究中得出中等添加量的油菜產(chǎn)量最高，高出對照70.8%，本試驗生菜產(chǎn)量高出對照83.38%，增產(chǎn)效果比其他蔬菜更顯著。

徐衛(wèi)紅[3]等得出沼液可以提高生菜中維生素C的含量，且隨著沼液施用量的增加而減小，但硝酸鹽效果不明顯。吳冬青[10]研究了沼液營養(yǎng)液對快菜生長和生理特性的影響得出快菜中維生素C的含量隨沼液添加濃度的增加呈現(xiàn)先增后降的趨勢，可溶性糖規(guī)律不明顯。本試驗沼液替換部分營養(yǎng)液可以提高生菜的可溶性糖和可溶性蛋白的含量，且在有沼液替換的條件下都隨沼液替換濃度的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，規(guī)律性明顯，生菜維生素C含量隨沼液濃度的增加逐漸降低，且均與對照差異顯著。

綜上，沼液替換部分營養(yǎng)液水培生菜，對營養(yǎng)液的特性以及生菜的產(chǎn)量和品質(zhì)都有顯著的影響，且規(guī)律性明顯。以適當濃度沼液替換營養(yǎng)液，可以穩(wěn)定營養(yǎng)液特性，提高生菜產(chǎn)量，優(yōu)化生菜品質(zhì)，達到節(jié)能高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。

[1] 余錫壽, 劉躍萍.中國植物工廠產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].農(nóng)業(yè)生產(chǎn)展望, 2014, 12:50-55.

[2] 陳 為, 孟紅英, 王永軍.沼渣、沼液的養(yǎng)分及安全性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學, 2014, 42(23):7960-7962.

[3] 徐衛(wèi)紅, 王正銀, 權月梅, 等.沼液對萵筍和生菜硝酸鹽含量及營養(yǎng)品質(zhì)的影響[J].中國沼氣, 2003, 19(2):34-37.

[4] Chantigny M H, Angers D A, Morvan T, et al.Dynamics of pig slurry nitrogen in soil and plant as determined with 15N[J]. Soil Science Society of America Journal, 2004, 68:637-643.

[5] 艾 天, 劉慶玉, 李金洋, 等.施用沼肥對生菜生長特性及品質(zhì)影響的研究[J].可再生能源, 2006, 6:51-53.

[6] 劉文科, 楊其長, 王順清.沼液在蔬菜上的應用及其土壤質(zhì)量效應[J].中國沼氣, 2009, 27(1):43-48.

[7]史雅娟, 劉敏超, 吳成.施用沼肥對油菜硝酸鹽含量及土壤速效氮的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2001, 22(4):242-244.

[8] 喬一飛, 洪堅平.沼液配施對水培油菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學, 2008, 36(6):53-55.

[9] 沈祥軍, 孫周平, 張 露, 等. 沼液番茄營養(yǎng)液配方的研制及應用效果研究[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報, 2013, 44(5): 599-603.

[10] 吳冬青, 劉明池, 李 明, 等.沼液營養(yǎng)液對快菜生長和生理特性的影響[J].北方園藝, 2012(08): 27-29.

[11] 徐衛(wèi)紅, 王正銀, 王 旗, 等.不同沼液用量對萵筍硝酸鹽及營養(yǎng)品質(zhì)的影響[J].中國沼氣, 2003, 21(2):11-13.

[12]郭世榮.無土栽培學[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社, 2011.

[13] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京:高等教育出版社, 1999.

[14] 趙世杰, 劉華山, 董新純．植物生理學實驗指導[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 1998:53-196.

[15] 楊其長, 魏靈玲, 劉文科, 等.植物工廠系統(tǒng)與實踐[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2012.

[16] 雷玉玲, 孫光聞, 宋世威, 等.營養(yǎng)液更換頻率對水培小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 [J].廣州農(nóng)業(yè)科學, 2014, 41(1):13-15.

[17] 趙會納, 潘文杰, 雷 波, 等.有機營養(yǎng)液對煙苗根系發(fā)育與生理特征的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學報, 2010, 23(6)：1863-1865.

[18] 徐衛(wèi)紅, 王正銀, 王 旗, 等.沼氣發(fā)酵殘留物對蔬菜產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究進展[J].中國沼氣, 2005, 23(2):27-28.

[19] 沈其林, 單勝道, 周健駒, 等.豬糞發(fā)酵沼液成分測定與分析[J].中國沼氣, 2014, 32(3):83-86.

[20] Pardossi A, Malorgio F, Incrocci L, Campiotti C A, Tognoni F. A comparison between two methods to control nutrient delivery to greenhouse melons grown in recirculating nutrient solution culture[J].Scientia Horticulturae, 2002,95:89-95.

[21] 張玲玲, 李兆華, 劉化吉, 等.水培芹菜凈化不同濃度沼液的試驗研究[J].長江流域資源與環(huán)境, 2011, 20(Z1)：154-157.

Effects of Different Concentration of Biogas Slurry on Nutrient Solution Characteristics and Hydroponic Lettuce Yield and Quality /

YANG Xin， WANG Wen-e， HU Xiao-tao， LI Xing-jie， SU Yuan-jun /

(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas, Ministry of Education, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

The Yamazaki nutrient solution for hydroponic lettuce cultivation were replaced partially by different concentrations of biogas slurry in this study. The result showed that, under the condition of deep fluid cultivation, the EC value of nutrient solution did not significantly declined due to the absorption of nutrients and water were synchronous. Appropriate ratio of biogas slurry replacement could increase the lettuce yield, and within a certain range, the lettuce yield increased with the increase of replacement ratio. During the later growth stage, strong growth of lettuce aboveground and underground accelerated the water consumption, and so concentrated the nutrient solution and increased the EC value. The biogas slurry could also buffer the pH change of nutrient solution, but the pH value decreased significantly for high yeild groups during the late period due to the root secreted more acidic material, and so the nutrient solution showed a moderate acidity. With the increase of slurry replacement, it could also significantly increase the content of soluble sugar and soluble protein of lettuce, while the vitamin C and nitrate content were reduced gradually.

biogas slurry； hydroponic lettuce； yield； quality

2015-11-17

2015-12-03

項目來源： 國家“863”計劃課題(2013AA103004)

楊 鑫(1990-)，女，漢，山西人，碩士，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術研究工作，E-mail：YANGXIN20150303@163.com

王文娥，E-mail：wangwene@nwsuaf.edu.cn

S216.4

B

1000-1166(2016)06-0110-05